KR20190080627A - 고속 솔레노이드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고속 솔레노이드에 관한 것이다. 본 발명의 외관을 케이스(10)가 형성한다. 상기 케이스(10)의 내부에는 제1영구자석(14)과 제2영구자석(14') 쌍이 적어도 2개 이상이 설치되고, 가동자(20)의 보빈(22)에는 상기 제1영구자석(14)과 제2영구자석(14') 쌍에 대응되는 갯수의 코일(26)이 있다. 상기 제1영구자석(14)과 제2영구자석(14') 쌍과 코일(26)에 의해 형성되는 자로는 각각의 제1영구자석(14)과 제2영구자석(14') 쌍에 해당하는 것들이 서로 분리된다. 따라서, 다수개의 자로가 형성되어 상기 가동자(20)를 동작시킨다. 상기 보빈(22)은 합성수지재질로 만들어지고 외면에 1차코팅층(27)이 형성되고, 코일(26)을 권선한 후에 다시 상기 코일(26)이 외부로 노출된 부분에 2차코팅층(27')을 형성한다. 이와 같은 본 발명에 의하면 가동자(20)가 상대적으로 고속으로 동작되는 이점이 있다.

Description

고속 솔레노이드{High speed solenoid}

본 발명은 고속 솔레노이드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 영구자석을 사용하여 소정 행정의 직선운동을 만들어내는 고속솔레노이드에 관한 것이다.

솔레노이드는 코일에 흐르는 전류에 의해 가동자가 직선운동을 하여 자기에너지를 운동에너지로 변환하는 것이다. 이와 같은 솔레노이드는 전력기기, 자동차, 유업시스템 등 다양한 분야에서 활용되고 있다.

일반적으로 솔레노이드는 가동철심을 중심에 두고 코일에 전류가 인가됨에 의해 발생하는 자기장이 내부철심과 내부철심을 따라 자로를 형성하면서 가동철심을 직선운동하도록 한다.

여기서 가동철심의 반응속도가 빠르게 되도록 하기 위해서는 움직이는 부분인 가동철심의 무게가 되도록 가벼워야 한다. 하지만, 종래 기술에서는 가동철심이 상대적으로 중량이 적게 나가면서도 반응성이 좋게 할 수 없어서 솔레노이드의 동작속도를 높이는데 한계가 있었다.

일본공개 특허 제2001-217129호 대한민국 등록특허 제10-1563320호

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 영구자석을 사용하여 고속으로 동작하는 솔레노이드를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 가동자의 중량을 최소화하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 보빈과 코일에서 내전압발생을 차단하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 내부에 소정의 공간이 형성되고 자로를 형성하는 역할을 하는 케이스와, 상기 케이스의 내부에 고정되어 설치되는 적어도 2개 이상의 제1영구자석 및 제2영구자석 쌍과, 상기 제1영구자석 및 제2영구자석의 쌍과 대응되는 갯수이고 상기 제1영구자석 및 제2영구자석 쌍과 전자기적 상호작용을 통해 다수개의 자로를 형성하는 코일이 구비되고 합성수지 재질로 만들어지는 보빈을 가진 가동자를 포함한다.

상기 케이스에는 상기 가동자의 이동을 안내하기 위해 안내통공을 가진 가이드가 구비되고, 상기 안내통공에는 상기 보빈의 중심에 설치되는 가동핀이 위치된다.

상기 제1영구자석 및 제2영구자석의 쌍과 코일 사이에서 형성되는 자로는 인접한 것이 서로 반대방향으로 형성되도록 제1영구자석 및 제2영구자석의 극성과 코일의 권선방향이 설정된다.

상기 제1영구자석 및 제2영구자석 쌍의 사이에는 격판이 위치되어 인접하는 제1영구자석 및 제2영구자석 쌍에 각각 형성되는 자로를 구분하는 공간을 제공한다.

상기 케이스와 상기 격판은 동일한 재질로 만들어진다.

상기 케이스의 일단부는 전체가 개방되어 있는데, 이에는 커버가 설치되어 외부와 케이스 내부를 차폐한다.

상기 커버를 관통하여 체결구가 상기 최 상단의 격판에 결합됨에 의해 상기 커버가 상기 케이스에 결합된다.

상기 보빈의 외면을 둘러서는 상기 코일이 안착되는 홈이 형성되고, 상기 보빈의 외면 전체에는 절연재질로 형성되는 1차코팅층이 형성되고, 상기 홈에 코일을 권선한 후에 상기 홈의 외부로 노출되는 코일의 표면에 절연재질로 된 2차코팅층이 형성된다.

상기 보빈은 일측이 개방된 원통형상으로 된다.

본 발명에 의한 고속 솔레노이드에서는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에서는 영구자석을 케이스 내에 설치하고 가동자의 보빈에 코일을 설치하여 이들 사이의 전자기적 상호작용으로 가동자를 동작시킨다. 이때 상기 영구자석과 코일을 다수의 쌍으로 만들어서 상호작용하도록 하므로 초기응답성이 높아지면서 다수개의 자로가 만들어져 상대적으로 고속으로 동작되는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에서는 코일이 설치되는 보빈을 플라스틱 재질로 만들었으므로, 상대적으로 가동자의 중량이 작아지면서 가동자의 이동속도를 상대적으로 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

그리고, 본 발명에서는 보빈에 설치되는 코일과 관련해서 내전압이 발생하지 않도록 하기 위해서 보빈의 외면에 1차로 절연재질로 코팅층을 형성하고, 이에 코일을 권선한 후에 다시 노출된 코일 부위에 2차로 절연재질로 코팅층을 형성하였다. 따라서, 보빈에서 코일과 관련하여 내전압 성능이 좋아지는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 고속 솔레노이드의 바람직한 실시례의 구성을 보인 단면도.
도 2는 본 발명 실시례에서 자로가 형성되는 것을 보인 단면도.
도 3은 본 발명 실시례에서 가동자가 동작된 상태를 보인 단면도.
도 4는 본 발명 실시례에서 영구자석의 배치상태를 보인 사시도.
도 5는 본 발명 실시례를 구성하는 보빈의 구성을 보인 단면도.

이하, 본 발명의 일부 실시례들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시례를 설명함에 있어, 관련된 공지구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시례에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시례의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도면들에 도시된 바에 따르면, 케이스(10)가 본 발명의 고속 솔레노이드의 외관을 구성한다. 상기 케이스(10)의 내부에는 소정의 공간이 형성되어 아래에서 설명될 부품들이 설치된다. 상기 케이스(10)는 외관을 구성하기도 하지만, 자화력이 높은 재질로 만들어져 외측 자로를 형성한다. 상기 케이스(10)의 재질로는 탄소강이 사용될 수 있다. 상기 케이스(10)는 다양한 형태로 만들어질 수 있지만, 본 실시례에서는 원통형상으로 된다. 상기 케이스(10)의 일단부는 일부만 개방되고 타단부는 완전히 개방되어 있다. 상기 완전히 개방된 타단부는 아래에서 설명될 커버(18)에 의해 내부 공간이 외부와 차폐된다.

상기 케이스(10)의 내부에는 가이드(12)가 설치된다. 상기 가이드(12)의 일단부는 상기 케이스(10)의 일부 개방된 타단부에 고정된다. 상기 가이드(12)의 일단부의 외면과 상기 케이스(10)의 일부 개방된 타단부의 내면에는 나사부가 형성되어 상기 가이드(12)와 케이스(10)가 체결되도록 한다. 상기 가이드(12)의 내부를 관통하여서는 안내통공(13)이 형성되어 있다. 상기 안내통공(13)에는 아래에서 설명될 가동자(20)의 가동핀(22)이 설치된다.

상기 케이스(10)의 내부는 상기 가이드(12)가 중앙을 관통하도록 제1영구자석(14)과 제2영구자석(14') 쌍이 적어도 2쌍 이상이 설치된다. 즉, 링형상의 제1영구자석(14)과 제2영구자석(14')이 쌍을 이뤄 설치된다. 본 실시례에서는 3개의 제1영구자석(14)과 제2영구자석(14') 쌍이 있다. 각각의 제1영구자석(14)과 제2영구자석(14') 쌍 사이를 구획하여 자로를 분리하는 공간을 만들도록 격판(16)이 설치된다. 본 실시례에서는 각각의 제1영구자석(14)과 제2영구자석(14') 쌍 상에 상기 격판(16)이 있다.

상기 제1영구자석(14)과 제2영구자석(14')은 도 4에 도시된 바와 같이, 격판(16)에 의해 구획되는 위치의 극성이 서로 반대의 극성이 되도록 한다. 이는 이들 제1영구자석(14)과 제2영구자석(14') 쌍에 의해 형성되는 자로가 구획될 수 있도록 하기 위함이다. 그리고 하나의 쌍 내에서는 서로 다른 극성이 접하도록 하여 제1영구자석(14)과 제2영구자석(14')사이에 인력이 작용하도록 한다. 참고로 상기 격판(16)은 상기 케이스(10)와 같은 재질로 만드는 것이 좋다. 이는 상기 케이스(10)와 격판(16)은 자로를 형성하는 역할을 하기 때문이다.

상기 케이스(10)의 개방된 일단부에는 커버(18)가 설치된다. 상기 커버(18)는 예를 들면 알루미늄 재질로 만들어진다. 상기 커버(18)는 상기 케이스(10)의 일부라고 볼 수 았다. 상기 커버(18)를 관통하여 체결구(19)가 상기 격판(16)에 체결된다. 참고로 상기 가이드(12)의 일단부에 의해 상기 제1영구자석(14)과 제2영구자석(14')의 쌍들과 격판(16)이 상기 케이스(10) 내에 고정되고, 상기 격판(16)중 하나에 상기 체결구(19)가 체결되어 상기 커버(18)가 상기 케이스(10)에 결합되도록 한다.

상기 케이스(10)의 내부에는 가동자(20)가 설치된다. 상기 가동자는 상기 케이스(10)의 내면과 상기 제1영구자석(14)과 제2영구자석(14') 및 격판(16)의 외면 사이의 공간과 상기 커버(18)에 의해 형성되는 공간에 위치된다. 상기 가동자(20)는 소정의 거리만큼 직선운동한다.

상기 가동자(20)에는 가동핀(22)이 있다. 상기 가동핀(22)의 일단부는 상기 케이스(10)의 외부로 돌출되어 있다. 상기 케이스(10)의 외부로 돌출된 부분에 연결된 다른 부재가 운동하도록 상기 가동핀(22)이 동력을 제공한다. 상기 가동핀(22)은 스테인레스 재질로 만들어진다.

상기 가동핀(22)에는 보빈(24)이 설치된다. 상기 보빈(24)은 합성수지재질로 만들어진다. 상기 보빈(24)은 일단부가 상기 가동핀(22)에 결합되어 있고, 원통형상으로 만들어진다. 상기 원통형상으로 만들어진 보빈(24)의 원통부분은 상기 케이스(10)의 내면과 제1영구자석(14)과 제2영구자석(14')의 외면 사이의 공간에 위치한다.

상기 보빈(24)에는 소정 형상의 홈(25)이 외면을 둘러 형성되고, 상기 홈에는 코일(26)이 위치된다. 상기 코일(26)은 상기 제1영구자석(14)과 제2영구자석(14') 쌍과 대응되는 갯수만큼이 있다. 본 실시례에서는 3개의 코일(26)이 상기 보빈(24)에 설치된다. 상기 보빈(24)에 설치되는 코일(26)은 인접하는 것끼리는 권선방향이 서로 반대가 되도록 한다. 이는 인접하는 코일(26)에 형성되는 자로가 서로 분리될 수 있도록 하기 위함이다.

상기 보빈(24)의 외면에는 상기 코일(26)을 설치하기 전에 외면 전체에 걸쳐 1차코팅층(27)이 형성된다. 상기 1차코팅층(27)은 도 5에 표시된 부분 외에도 상기 보빈(24)의 외면 전체에 형성된다.

그리고, 상기 보빈(24)의 홈(25)에 안착되는 코일(26)의 외면에는 2차코팅층(27')이 형성되어 있다. 이와 같이 코일(26)중에서 상기 홈(25)의 외부로 노출된 외면을 둘러서 절연코팅이 형성됨에 의해 코일(26)과 주변 부품 사이의 절연이 확실하게 이루어질 수 있다. 이와 같이 제1코팅층(27)과 제2코팅층(27')이 형성됨에 의해 보빈(24)에서 내전압발생을 차단할 수 있게 된다.

한편, 상기 가동자(20)의 가동핀(22)의 일단부는 위의 설명에서와 같이 다른 부품과 연결되지만, 타단부는 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이 캡(30)에 의해 차폐되어 있다. 상기 캡(30)은 고무재질로 만들어져서 상기 가동핀(22)의 일단부를 차폐하여 상기 가동핀(22)을 따라 외부의 이물이 상기 케이스(10)의 내부로 들어가는 것을 방지한다.

이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 고속 술레노이드가 제작되고 사용되는 것을 상세하게 설명한다.

본 발명에서 상기 케이스(10)의 내부에 치구를 설치하고, 상기 제1영구자석(14)과 제2영구자석(14') 쌍과 격판(16)을 차례로 위치시킨다. 이때, 상기 제1영구자석(14)과 제2영구자석(14')의 극성은 도 4에 도시된 바와 같이 설정된다. 이와 같이 제1영구자석(14)과 제2영구자석(14') 쌍들과 격판(16)들을 모두 설치하면 상기 가이드(12)를 상기 케이스(10)의 내부로 삽입한다. 이때, 상기 제1영구자석(14)과 제2영구자석(14') 쌍과 격판(16)의 중앙을 관통하여 가이드(12)가 설치되고, 상기 가이드(12)의 하부는 상기 케이스(10)에 나사체결된다.

다음으로 상기 가동자(20)를 설치한다. 상기 제1영구자석(14), 제2영구자석(14'), 격판(16)의 외면과 상기 케이스(10)의 내면 사이의 공간으로는 상기 코일(26)이 감겨진 보빈(22)이 위치되고, 상기 가이드(12)의 안내통공(13)에는 가동핀(22)이 삽입된다.

상기 가동자(20)를 조립한 후에는 상기 커버(18)를 설치하여 체결구(19)로 체결한다. 상기 체결구(19)는 상기 커버(18)를 관통하여 가장 상부에 있는 격판(16)에 체결된다. 상기 커버(18)의 조립 후에는 캡(30)을 설치한다.

본 발명에서 상기 가동자(20)의 이동행정은 도 1에 표시된 거리 A만큼이다. 상기 가동자(20)의 이동행정에 의해 상기 가동핀(22)이 함께 이동되면서 상기 가동핀(22)의 타단부에 연결된 부품의 동작을 만들어 낸다.

본 발명에서 상기 코일(26)에 전원이 가해졌을 때, 자로가 형성되는 것은 도 2에 잘 도시되어 있다. 상기 자로는 상기 제1영구자석(14)과 제2영구자석(14') 쌍의 갯수만큼 또는 상기 코일(26)의 갯수만큼 된다. 따라서, 본 실시례에서는 3개의 별도의 자로가 만들어진다. 상기 자로는 상기 케이스(10)를 통해 상기 제1영구자석(14)과 제2영구자석(14')을 거쳐 다시 상기 케이스(10)로 이동하도록 형성된다. 여기서 상기 코일(26)에 주어지는 전원의 방향에 따라 자로의 방향을 설정할 수 있다.

이와 같이 자로가 형성되면서 만들어지는 힘에 의해 상기 가동자(20)가 움직일 수 있다. 상기 가동자(20)가 움직이면 상기 가동핀(22)도 함께 이동하게 된다. 본 발명에서는 고정되어 있는 자력제공체로서 제1영구자석(14)과 제2영구자석(14')을 사용한다. 이와 같이 전자석이 아닌 제1영구자석(14)과 제2영구자석(14')을 사용하면 상대적으로 신속한 동작이 일어날 수 있다. 이는 동작 초기의 반응성이 상대적으로 영구자석이 좋기 때문이다.

본 실시례에서는 제1영구자석(14)과 제2영구자석(14') 쌍이 3개가 있다. 따라서, 자로 형성도 3개가 별도로 된다. 또한, 이들 3개의 자로는 상기 가동자(20) 거의 전체 영역을 나눠서 분포한다. 따라서, 가동자(20)를 보다 신속하고 확실하게 이동시킬 수 있다.

도 3에는 상기 가동자(20)가 이동하여 상기 가동핀(22)이 상기 케이스(10)의 외부로 더 돌출된 상태가 도시되어 있다. 참고로 상기 가동핀(22)이 도 1의 상태에 있도록 하는 것은 별도의 유압구동원을 사용하여 할 수 있다. 즉, 도 1의 상태와 같이 상기 가동핀(22)이 정확한 위치에 있도록 하기 위해서 별도의 유압구동원으로 상기 가동핀(22)을 조작한다.

이 상태에서 동작신호가 발생하면 상기 코일(26)에 전원을 인가하고, 이에 따라 자기장이 발생하여 도 2에 도시된 바와 같이 자로가 형성된다. 이와 같이 자로가 형성됨에 의해 상기 가동자(20)를 이동시키려는 힘이 발생한다. 이 힘에 의해 상기 가동자(20)가 동작하고, 상기 가동핀(22)이 도 3에 도시된 상태로 된다. 도 3의 상태에서 도 1의 가동핀(22)의 위치로 설정하는 것은 상기 코일(26)에 인가된 전원을 차단하고 상기 가동핀(22)을 유압구동원으로 조작함에 의해 이루어질 수 있다.

이상에서, 본 발명의 실시례를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시례에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시례들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시례에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 케이스 12: 가이드
13; 안내통공 14: 제1영구자석
14'; 제2영구자석 16: 격판
18: 커버 20: 가동자
22: 가동핀 24: 보빈
25: 홈 26: 코일
27: 제1코팅층 27': 제2코팅층
30: 캡

Claims (9)

1. 내부에 소정의 공간이 형성되고 자로를 형성하는 역할을 하는 케이스와,
   상기 케이스의 내부에 고정되어 설치되는 적어도 2개 이상의 제1영구자석 및 제2영구자석 쌍과,
   상기 제1영구자석 및 제2영구자석의 쌍과 대응되는 갯수이고 상기 제1영구자석 및 제2영구자석 쌍과 전자기적 상호작용을 통해 다수개의 자로를 형성하는 코일이 구비되고 합성수지 재질로 만들어지는 보빈을 가진 가동자를 포함하는 고속 솔레노이드.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 케이스에는 상기 가동자의 이동을 안내하기 위해 안내통공을 가진 가이드가 구비되고, 상기 안내통공에는 상기 보빈의 중심에 설치되는 가동핀이 위치되는 고속 솔레노이드.
   
3. 제 2 항에 있어서, 상기 제1영구자석 및 제2영구자석의 쌍과 코일 사이에서 형성되는 자로는 인접한 것이 서로 반대방향으로 형성되도록 제1영구자석 및 제2영구자석의 극성과 코일의 권선방향이 설정되는 고속 솔레노이드.
   
4. 제 3 항에 있어서, 상기 제1영구자석 및 제2영구자석 쌍의 사이에는 격판이 위치되어 인접하는 제1영구자석 및 제2영구자석 쌍에 각각 형성되는 자로를 구분하는 공간을 제공하는 고속 솔레노이드.
   
5. 제 4 항에 있어서, 상기 케이스와 상기 격판은 동일한 재질로 만들어지는 고속 솔레노이드.
   
6. 제 5 항에 있어서, 상기 케이스의 일단부는 전체가 개방되어 있는데, 이에는 커버가 설치되어 외부와 케이스 내부를 차폐하는 고속 솔레노이드.
   
7. 제 6 항에 있어서, 상기 커버를 관통하여 체결구가 상기 최 상단의 격판에 결합됨에 의해 상기 커버가 상기 케이스에 결합되는 고속 솔레노이드.
   
8. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 보빈의 외면을 둘러서는 상기 코일이 안착되는 홈이 형성되고, 상기 보빈의 외면 전체에는 절연재질로 형성되는 1차코팅층이 형성되고, 상기 홈에 코일을 권선한 후에 상기 홈의 외부로 노출되는 코일의 표면에 절연재질로 된 2차코팅층이 형성되는 고속 솔레노이드.
   
9. 제 8 항에 있어서, 상기 보빈은 일측이 개방된 원통형상으로 되는 고속 솔레노이드.

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