KR20190043878A

KR20190043878A - 전자제어 잠금 모듈

Info

Publication number: KR20190043878A
Application number: KR1020170135932A
Authority: KR
Inventors: 김영선
Original assignee: 김영선
Priority date: 2017-10-19
Filing date: 2017-10-19
Publication date: 2019-04-29

Abstract

본 발명은 전자제어 잠금모듈에 관한 것으로, 소형, 대형 자물쇠나 도어락과 같은 잠금장치, 또는 물, 공기, 기름 등의 유체의 흐름을 제어하는 기존의 솔레노이드밸브 등에 적용할 수 있는 잠금모듈로, 두 개의 자극단자 사이에 하드자기코아와 상대적으로 보자력이 약한 세미하드 자기코아를 위치시키고, 자기코아에 코일을 감아, 코일에 흐르는 전류에 의 세미하드자기코아의 자극방향을 바꾸는 방법에 의해 자기장을 ON/OFF 시키는 원리에 의해 잠금장치나 전자밸브를 제어하는 전자제어 잠금모듈에 관한 것이다.

Description

전자제어 잠금 모듈{ Electric control locking module}

본 발명은 전자제어 잠금모듈에 관한 것으로,

일반적으로 코아에 코일을 감아 코일에 전류를 흘려서 자기장을 발생시켜, 전류제어에 의해 자기장 ON/OFF를 제어하는 방법으로 잠금장치를 해제하거나, 밸브의 잠김과 열림을 제어한다.

그러나, 본 발명은 자기밀도는 같으나 보자력이 다른 두 개의 영구자석의 보자력 차이를 이용하여, 상대적으로 보자력이 아주 약한 영구자석에 코일을 감아 전류를 흘려 자극을 바꾸는 스위치로 동작 하게하여 자기장을 ON/OFF 하는 원리에 의해 잠금 장치를 제어하는 것이다.

일반적으로 잠금장치는 책상서랍이나 캐비닛, 금고, 도어락 등을 포함한 가정용, 사무용 가가 뿐만 아니라 학교, 도서관, 대합실, 헬스장, 사우나 등 공공장소에 설치되는 사물함이나 보관함에도 설치된다.

이러한 잠금장치는 기계식에서 열쇠의 소지나 분실의 불편함과 위험을 해소하기 위해 디지털식 잠금 장치들이 다양하게 개발되고 있다.

디지털식 잠금 장치가 동작하기 위해서는 외부전원이 연결되던가, 자체 배터리를 내장하여 모터를 제어하여 잠금장치를 해체 하게 되는데, 이 경우 잠금장치를 설치하거나 소형화 하는데, 다양한 응용분야에 적용하기 어렵게 한다.

뿐만 아니라, 물, 공기, 기름 등의 유체의 흐름을 전자적으로 제어하는 솔레노이드 밸브가 가정용 전자기기 뿐 아니라 산업용으로 광범위하게 사용되는데, 솔레노이드 밸브란 솔레노이드 코일을 이용한 전자밸브로 코일에 전기가 흐르면 코일이 끼워져 있던 봉 부분인 마그네틱 코아가 전자석으로 바뀌게 되고 이로 인해 밸브의 유로부분을 막고 있던 플런져가 자력으로 인해 들려지면서 유체가 흐르게 된다.

이런 솔레노이드 밸브를 제어하는데 높은 전압이 필요하고, 오래 사용하면 열이 발생하여 밸브가 오작동 하는 문제들이 있고, 날로 소형화 되는 가전기기에 들어가는 솔레노이드 밸브를 소형화 저전력화 하는데 큰 장애가 된다.

본 발명의 전자제어 잠금모듈은 가정용, 사무용기기용 뿐 아니라 산업용에 다양한 형태의 잠금장치에 쉽게 적용되어 응용될 수 있도록 초소형화, 저전력, 제어의 편리성을 제공하는데 있다.

본 발명은 코아에 코일을 감아 코일에 전류를 흘려서 자기장을 발생시키는 것이 아니라, 자기밀도는 같으나 보자력이 다른 영구자석의 보자력 차이를 이용하여, 보자력이 작은 영구자석에 코일을 감아 자극을 바꾸는 스위치로 동작하게 하여 자기장을 ON/OFF 시키는 방법으로 잠금장치를 제어한다.

자기밀도가 매우 높은 두 개의 영구자석 중 보자력이 약한 영구자석을 스위치로 사용하여, 자기장을 제어하는 방법을 사용하기 때문에 아주 작은 전류로 제어할 수 있으면서도 높은 자기밀도에 의해 기기의 소형화와 저전력화가 가능해져,

다양한 형태의 잠금장치에 사용할 수 있다.

본 발명의 전자제어 잠금모듈은 소형, 대형 잠금장치와 기존의 솔레노이드밸브 보다도 소형화 및 저전력화가 가능해져, 가정용, 사무용 뿐 아니라 산업분야, 가전분야 등 광범위하게 적용될 수 있다.

도1. 본 발명의 전자제어 잠금 모듈의 시스템 구조도
도2. 본 발명의 전자제어 잠금 모듈의 잠금 모듈 상세 도면
도3. 본 발명의 전자제어 잠금 모듈의 소형 자물쇠 응용 예시도
도4. 본 발명의 전자제어 잠금 모듈의 대형 자물쇠 응용 예시도
도5. 본 발명의 전자제어 잠금 모듈의 대형 자물쇠 응용 예시도의 부분 분해도
도6. 종래의 솔레노이드 밸브의 구성 예시도
도7. 본 발명의 전자제어 잠금 모듈의 솔레노이드 밸브 응용 예시도

도1은 본 발명의 전자제어 잠금 모듈의 시스템 구조도 이다.

본 발명의 전자제어 잠금 모듈(100)은,

두 개의 자기코아로 이루어진 잠금모듈(200)과 잠금모듈(200)로 공급되는 전류를 제어하기 위한 잠금모듈 전자제어회로(110)으로 구성되어 있다.

상기의 전자제어회로(110)는 저장부(117)에 저장되어 있는 프로그램을 실행하는 제어연산처리부(111)에 의해 유선통신부(118)나 비접촉 근거리 통신부(115)를 통해서 수신되는 외부 제어신호에 응답하여 펄스전류 발생회로(112)를 통해 잠금모듈(200)로 공급되는 전류를 제어하게 된다.

유선통신부는 LAN이나 RS232와 같은 시리얼통신 등이 될 수 있고, 비접촉 근거리통신부(115)는 NFC, WiFi, 블루트스와 같은 무선통신 수단이 될 수 있다.

비접촉 근거리 통신부(115)가 NFC인 경우, 안테나(116)로 부터 수신되는 무선주파수로부터 에너지를 추출하여 무선충전부(114)에 충전할 수 있고, 무선충전부(114)에 충전된 전류로 제어연산처리부(111)에 전원을 공급 가능할 뿐 아니라, 전원승압회로(113)에서 승압해서 펄스전류발생회로(112)에 인가하여, 잠금 모듈(200)의 자기장 ON/OFF를 제어할 수 있는 고전압 펄스전류를 발생시킬 수 있다.

이런 경우는 스마트 소형자물쇠(300)나 스마트 대형자물쇠(400)와 같은 잠금 장치에 본 발명의 전자제어 잠금모듈(100)을 활용하여 제어할 수 있다.

또한, 사용자의 휴대단말기(150, 151)의 NFC 통신수단을 통해서 상기의 스마트 소형자물쇠(300)나 스마트 대형자물쇠(400) 제어가 가능해 진다. 비접촉 근거리통신부(115)가 에너지 수확이 가능한 NFC인 경우 상기 자물쇠(300, 400) 내부의 전자제어 잠금 모듈(100)의 전자제어회로(110)를 구동하기 위한 배터리 등의 전원이 필요없이, 사용자의 휴대단말기(150,151)로 부터 에너지를 받아 구동될 수 있다.

또한 인터넷(152)을 통해 원격구동도 가능해 진다.

도2는 본 발명의 전자제어 잠금 모듈의 잠금 모듈 상세 도면 이다.

본 발명의 전자제어 잠금 모듈은,

두 개의 자극단자(204,205) 사이에 하드자기코아(202)와 자기밀도는 같으나 상대적으로 보자력이 약한 세미하드자기코아(201)를 위치시키고, 세미하드자기코아(201)에 코일(203)을 감아, 코일(203)에 보자력을 상쇄할 수 있는 전류를 흘려 보내 세미하드자기코아(201)의 자극방향을 바꾸는, 일종의 자기장 제어 스위치로 사용한다.

여기서 하드자기코아(202)는 네오디움(NdFeB) 영구자석을 사용하고, 세미하드자기코아(201)는 알니코(AlNiCo) 영구자석을 사용한다.

네오디움(NdFeB) 영구자석과 알니코(AlNiCo) 영구자석은 같은 잔류자기밀도(약 1.3T)를 가지고 있으나, 네오디움(NdFeB) 영구자석의 순수 보자력(Coercivity)이 1120kA/m 인데 반해, 알니코(AlNiCo)는 50kA/m의 아주 낮은 보자력을 갖는다.

따라서, 알니코(AlNiCo)영구자석인 세미하드자기코아(201)에 코일(203)을 감아, 세미하드자기코아(201)의 자기장 방향과 반대 방향으로 전류를 흘려 자기장을 발생시키면 극성를 바꿀 수 있고, 이런 성질을 이용하여 세미하드자기코아(201)를 스위치로 활용하여 자기장을 ON/OFF 하는 방법으로 잠금모듈(200)를 제어할 수 있다.

이렇게 함으로서, 아주 작은 전류로도 큰 자기장밀도를 갖는 자기장을 발생 시킬 수 있고, 이로 인해 잠금모듈(200)을 저전력화, 초소형화가 가능하다.

도1의 (b)는 코일(203)에 전류가 흐르지 않아 하드자기코아(202)와 세미하드자기코아(201)의 자기장이 폐루프를 형성하여 외부로 자기장이 발생하지 않아, 철, 니켈, 코발트 등의 강자성체(206)와 연결된 키핀(209)이 스프링(208) 힘에 의해 잠금모듈(200) 하우징 바깥으로 돌출된다.

도1의 (a)는 코일(203)에 전류가 흐르는 경우로, 세미하드자기코아(202)의 자극이 바뀌면서 하드자기코아(202) 자극과 일치되면서, 발생된 자기장에 의해 강자성체(206)가 자극단자(204, 205)에 붙게되어 키핀(209)이 잠금모듈(200)의 하우징 안쪽으로 들어오게 된다.

도3은 본 발명의 전자제어 잠금 모듈의 소형 자물쇠 응용 예시도 이다.

본 발명의 전자제어 잠금모듈(100)을 내장한 스마트 소형자물쇠(300)는 자물쇠고리(301)를 눌러 자물쇠(300)를 잠그면, 전자제어 잠금모듈(100)에 의해 자물쇠 고리홈(302)이 고정되고, 스위치(120)에 의해 자물쇠고리(301) 상태를 전자제어 잠금모듈(100)에서 확인할 수 있다.

사용자 휴대단말기(150)가 상기 소형자물쇠(300)에 근접하면, 소형자물쇠(300) 내의 전자제어 잠금모듈(100)의 비접촉근거리 통신부(115)와의 통신을 통해서 소형자물쇠(300)를 해지하기 위한 제어신호 인증을 통해서 소형자물쇠(300)가 열리게 된다.

세부적으로, 자물쇠고리홈(302)을 고정하고 있던 전자제어 잠금모듈(100)의 키핀(109)이 해지되면, 자물쇠몸통(308) 내의 손잡이스프링(304)에 의해 자물쇠고리(301)가 밀어올려지게 되고, 이때 선단막이(306)에 형성된 요철부분(307)과 자물쇠고리(301)의 요철부분에 의해 자물쇠고리(301)가 자물쇠몸통(308) 밖으로 튀어나가는 것을 방지한다.

도4는 본 발명의 전자제어 잠금 모듈의 대형 자물쇠 응용 예시도 이다.

본 발명의 전자제어 잠금모듈(100)이 내장된 스마트 대형자물쇠(400)의 경우, 자물쇠고리(410)의 잠금홈(411,412)을 잠금모듈(200)의 키핀(109)에 의해 직접적으로 고정하기 힘들다.

본 발명에서는 자물쇠(400)를 잠그기 위해서 손으로 자물쇠고리(410)를 누를때의 힘을 파워스프링기어(490)에 저장하고, 외부 제어에 의해 전자제어 잠금모듈(100)의 키핀(109)이 일시적으로 해제되는 순간, 파워스프링기어(490)와 축으로 연결되어 있는 실린더(420)가 회전하면서 잠금쇠1(440)과 잠금쇠2(443)를 수축시켜 자물쇠고리(410)의 스프링실린더(415) 내의 스프링(416)의 힘에 의해 자물쇠몸통(450) 외부로 밀어 올려져 자물쇠(400)가 해제된다.

도4의 (a)는 자물쇠(400)가 해지된 상태이고, 도4의 (b)는 자물쇠(400)가 잠김상태. 도4의 (c)는 전자제어 잠금모듈(100)의 키핀(109)이 외부 제어에 의해 해지되는 순간 자물쇠(400)의 해지동작을 나타내고, 도4의 (d)는 해지동작이 완료

되는 시점의 자물쇠(400)의 동작을 나타낸다.

도5는 본 발명의 전자제어 잠금 모듈의 대형 자물쇠 응용 예시도의 부분 분해도 이다.

대형자물쇠(400)의 중요 부분 분해도로, 자물쇠(400) 잠금 동작에 의한 힘을 파워스프링기어(430) 내부의 파워스프링(431)에 전달하고, 그 힘으로 자물쇠(400) 해지시 실린더(420)에 전달, 실린더(420)에 의해 잠금을 해지하는 방법이다.

실린더(420)의 상부에는 잠금쇠해제부(421)가 있어 잠금쇠1(440)과 잠금쇠2(443)이 잠금쇠해제부(421)와 물려있어, 실린더(420)가 회전하면 잠금쇠1(440)과 잠금쇠2(443)이 고정하고 있던 자물쇠고리홈(412,411)로 부터 빠져나와, 스프링실리던(415) 내부의 스프링(416)에 의해 자물쇠고리(410)가 밀어 올려져 자물쇠(400)가 해제된다.

상기 실린더(420)가 회전하는 힘은 파워스프링(431)에 저장되어 있던 힘이, 파워스프링기어(430)의 축과 연결된 실린더축(422)에 의해 실린더(420)에 전달되기 때문이다. 실린더(420) 상에 형성된 키핀홀(424)은 전자제어 잠금모듈(100)의 키핀(109)가 외부 신호에 의해 해지되는 순간, 실린더(420)가 회전하고, 가이드홀(423)을 통해 가이드핀(434)에 의해 회전반경이 제어된다.

도6은 종래의 솔레노이드 밸브의 구성 예시도 이다.

솔레노이드 밸브(600)는 솔레노이드(601) 내부 원통코일(603)에 리드와이어(602)를 통해서 전류가 흐르면 유체입구(607)과 유체출구(608) 사이의 유체경로상의 밸브몸체(609) 내부에서 유체경로를 제어하는 플런져(605)가 들려지고, 플런져(605)가 막고 있던 유로가 열리면서 유체가 흐르게 된다.

도7은 본 발명의 전자제어 잠금 모듈의 솔레노이드 밸브 응용 예시도 이다.

본 발명의 전자제어 잠금모듈(100)의 잠금모듈(200)은 앞서 설명한 도2에서 키핀(109) 대신에 유체의 흐름을 제어하는 플런져(605’)가 강자성체(206’)에 연결되어 있다.

도7의 (b)와 (d)는 전원이 OFF된 상태에서 하드자기코아(202’)와 세미하드자기코아(201’)의 자기장이 폐루프를 형성하여, 강자성체(206’)에 연결된 플런져(605’)가 스프링(604’)의 힘에 의해 유체입구(607)와 유체출구(608) 사이의 유체경로

상에 위치한 밸브몸체(609) 내의 유로를 막고 있는 상태이다.

도7의 (a)와 (c )는 본 발명의 전자제어 잠금모듈(100)이 내장된 솔레노이드 밸브(600’) 몸체내에 회로기판(602’)상의 전자제어회로(110)가 외부 제어신호에 응답하여, 코일(603’)로 전류를 흘려 발생한 자기장에 의해 강자성체(206’)이 자극단자(204’, 205’)에 붙으면서 플런져(605’)가 들어올려져 유체가 흐르게 된다.

본 발명의 전자제어 잠금모듈(100)이 내장된 솔레노이드 밸브(600’)는 전자제어회로(110)에 의해 외부로 부터 유선, 무선으로 솔레노이드밸브(600’)를 개폐할 수 있다.

100 : 전자제어 잠금모듈
110 : 잠금모듈 전자제어회로
120 : 잠금모듈 상태체크 스위치
200 : 잠금모듈
201,201’ : 세미하드자기코아
202,202’ : 하드자기코아
203 : 코일
204,205,204’,205’ : 자극단자
206,206’ : 강자성체
208 : 스프링
209 : 키핀
300 : 소형자물쇠
301 : 자물쇠고리
302 : 자물쇠고리홈
303 : 자물쇠고리 이탈방지부
304 : 손잡이스프링
306 : 선단막이
308 : 자물쇠몸통
400 : 대형자물쇠
410 :자물쇠고리
411,412 : 자물쇠고리홈
413 : 자물쇠고리 이탈방지홈
415 : 스프링실린터
417 : 렉(rack)기어
420 : 실린더
421 : 잠금쇠해제부
422 : 실린더축
423 : 가이드홀
424 : 키핀홀
430 : 파워스프링기어
431 : 파워스프링
432 : 웜기어
433 : 피니언(pinion)기어
434 : 가이드핀
435 : 잠금해제가이드스프링
440 : 왼쪽잠금쇠
442 : 잠금스프링
443 : 오른쪽잠금쇠
600,600’ : 솔레노이드밸브
602 : 리드와이어
602’ 회로기판
603 : 원통코일
603’ : 코일
604,604’ : 스프링
605,605’ : 플런저
606 : 오리피스
607 : 유체입구
608 : 유체출구
609 : 밸브몸체

Claims

두개의 자극단자 사이에 하드자기코아와 자기밀도는 같지만 상대적으로 보자력이 약한 세미하드자기코아를 위치시키고, 자기코아에 코일을 감아 코일에 흐르는 전류에 의해 세미하드자기코아의 자극방향을 바꾸는 스위칭 방법에 의해 자기장을 ON/OFF 시켜, 잠금 상태를 제어함을 특징으로 하는 전자제어 잠금모듈.
청구항 1항의 코일에 흐르는 전류를 제어하는 회로에 있어서,

코일에 펄스전류를 공급하기 위한 펄스전류 발생회로와,
펄스전류 발생회로에 고전압을 인가하기 위한 전원승압회로와,
외부로 부터의 제어신호를 수신하기 위한 유선통신부와 비접촉 근거리통신부와,
프로그램 가능한 제어연산 처리부를 포함하는 잠금모듈 전자제어회로를 구비함을 특징으로 하는 전자제어 잠금모듈.
청구항 2항에 있어서,

비접촉 근거리통신부의 안테나로 부터 수신한 무선주파수 에너지를 무선충전부에 충전하여 전원승압회로를 통해 펄스전류 발생회로에 인가함을 특징으로 하는 전자제어 잠금모듈.
청구항 1항에 있어서,

자기장 ON/OFF에 따라 자극단자에 붙거나 떨어지는 강자성체와,
강자성체에 연결된 키핀과,
자기장의 세기에 따라 키핀의 변위를 제어하기 위한 스프링을 더 포함하여 잠금 모듈을 구비함을 특징으로 하는 전자제어 잠금모듈.
청구항 4항에 있어서.

일반적인 잠금장치의 잠금고리와 잠금홈을 키핀에 의하여 직접 고정하거나 해제하는 방법으로 잠금장치를 제어하는 전자제어 잠금모듈.
청구항 4항에 있어서,

잠금장치를 잠그기 위해 가해지는 사람의 힘을 파워스프링에 저장하고,
파워스프링의 힘이 작용하는 축과 연결된 잠금고리와 잠금홈 고정, 해제부를 키핀에 의해 간접적으로 제어하여, 잠금장치 해제시 파워스프링에 저장된 힘에 의해 잠금장치를 해제함을 특징으로 하는 전자제어 잠금모듈.
청구항 1항에 있어서,

자기장 ON/OFF에 따라 자극단자에 붙거나 떨어지는 강자성체와,
강자성체에 연결된 플런져와, 자기장의 세기에 따라 플런져의 변위를 제어하기 위한 스프링을 더 포함하여 잠금 모듈을 구비함을 특징으로 하는 전자제어 잠금모듈.
청구항 7항에 있어서,

상기 잠금 모듈에 의해 유체입구와 유체출구 경로상에 설치된 밸브몸체내의 플런져를 제어하는 방법에 의해 유체의 흐름을 제어함을 특징으로 하는 전자제어 잠금모듈.