KR20220143490A - 잠금 기능을 구비한 유압시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스트로크 신축이 가능한 유압시스템에 관한 것으로서, 특히 유압시스템이 장시간 정지하였을 경우 작동유체의 누설에 따라 스트로크가 변위하는 것을 방지하도록 잠금할 수 있게 구성한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 실린더 배럴의 내부에 위치한 피스톤을 기준으로 전실과 후실로 유입 또는 유출되는 작동유체에 의해 피스톤과 피스톤에 연결된 로드가 실린더 배럴의 길이방향으로 왕복 이동하는 유압시스템으로서, 피스톤과 실린더 배럴 중 어느 한 쪽 또는 양쪽에 장착되어 인가되는 전류에 의해 자기장을 형성하는 전자석을 포함하며, 전자석에 의해 피스톤과 로드를 자력으로 잠금하는 것을 기술적 특징으로 한다.

Description

잠금 기능을 구비한 유압시스템{Hydraulic system with locking function}

본 발명은 스트로크 신축이 가능한 유압시스템에 관한 것으로서, 특히 유압시스템이 장시간 정지하였을 경우 작동유체의 누설에 따라 스트로크가 변위하는 것을 방지하도록 잠금할 수 있게 구성한 것이다.

도 1은 일반적인 유압시스템의 실린더, 피스톤 및 로드를 나타낸 개념도이고, 도 2는 유압시스템의 스트로크 신축을 위한 유압 개통도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 유압시스템은 크게 원통 구조의 실린더 배럴(10)과, 실린더 배럴(10)의 내부에서 실린더 배럴(10)의 길이방향으로 왕복 이동 가능한 피스톤(11)과, 피스톤(11)에 고정되어 실린더 배럴(10)의 전방으로 돌출되어 연장된 로드(13)를 포함하며, 피스톤(11)을 기준으로 실린더 배럴(10)의 전단과 후단에 각각 전방포트(12F)와 후방포트(12B)가 형성된다.

이와 같이 구성된 유압시스템은 도 2에 도시된 바와 같이 실린더 배럴(10)의 전방포트(12F)와 후방포트(12B) 중 어느 한 쪽에 유체를 주입하면, 주입된 유체에 의해 피스톤(11)이 어느 한 쪽방향으로 이동하게 되는데, 전방포트(12F)에 유체를 주입하면 후방포트(12B)에서 유체가 배출되면서 피스톤(11)은 후방으로 이동하면서 스트로크가 수축되고, 반대로 후방포트(12B)에 유체를 주입하면 전방포트(12F)에서 유체가 배출되면서 피스톤(11)은 전방으로 이동하면서 스트로크가 신장된다.

이와 같이 유체의 주입과 배출을 위해 전방포트(12F)와 후방포트(12B)에는 유압라인(17)이 연결되고, 유압라인(17)은 스풀(15)에 연결된다. 스풀(15)은 전자밸브(15S)가 장착되어 전자밸브(15S)로 인가되는 전류의 흐름에 따라 유체의 유동방향을 제어한다.

구체적으로 스풀(15)은 유압시스템의 스트로크를 신장하거나 수축되도록 유체의 흐름을 제어한다. 또한 스풀(15)은 유압시스템의 스트로크가 신축되지 않고 정지해 있는 중립 구간이 구성되어 있다. 스풀(15)의 중립 상태는 유체의 흐름이 없는 상태로서, 실린더 배럴(10)의 내부로 유체의 유입 또는 유출이 정지된 상태를 유지한다.

이와 같은 정지 상태는 피스톤을 기준으로 실린더 배럴 내부의 전실과 후실이 막힌 폐공간이 됨에 따라 실린더의 변위 발생을 억제한다.

하지만, 전실과 후실에 채워진 유체는 유압시스템의 부품 사이의 틈새를 통해 미세하게 누설이 발생하게 되고, 이에 따라서 누설된 유체에 의해 피스톤이 이동 가능하게 됨에 따라 피스톤이 변위하면서 미세하게 이동하게 된다.

변위 이동은 작업장치 및 액츄에이터의 하강이나 운동을 일으켜서 의도하지 않은 안전사고를 발생시키거나, 기기의 고장 및 작업의 효율을 떨어뜨린다.

이런 문제점 보완을 위해 작동유체 누설에 의한 왕복동 실린더의 변위 발생을 차단하기 위해 도 2에 도시된 바와 같이 별도의 홀딩밸브(19)를 장착하기도 하지만, 홀딩밸브 또한 그 내부에서 유체의 누설이 발생하는 경우가 빈번하게 발생한다.

그리고 홀딩밸브의 설치를 위해 작동회로 시스템을 구성하여야 하는 어려움이 있다.

공개특허공보 제10-2015-0098091호(공개일 2015년08월27일) 등록특허공보 제10-1913246호(공고일 2018년10월30일) JP 공개특허공보 특개2010-203614(공개일 2010년09월16일)

본 발명은 앞에서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 유압시스템이 장시간 정지함에 따른 유체의 누설의 문제점을 해결할 수 있도록 변위 이동을 물리적으로 잠금할 수 있게 구성한 잠금 기능을 구비한 유압시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 실린더 배럴의 내부에 위치한 피스톤을 기준으로 전실과 후실로 유입 또는 유출되는 작동유체에 의해 피스톤과 피스톤에 연결된 로드가 실린더 배럴의 길이방향으로 왕복 이동하는 유압시스템으로서, 피스톤과 실린더 배럴 중 어느 한 쪽 또는 양쪽에 장착되어 인가되는 전류에 의해 자기장을 형성하는 전자석을 포함하며, 전자석에 의해 피스톤과 로드를 자력으로 잠금하는 것을 기술적 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 피스톤에는 제1전자석이 장착되고, 제1전자석의 자화에 의해 피스톤은 실린더 배럴에 인력으로 잠금 고정된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 실린더 배럴의 선단에는 제2전자석이 장착되고, 제2전자석의 자화에 의해 로드는 실린더 배럴에 인력으로 잠금 고정된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 전자석은 작동유체의 유동방향을 제어하는 스풀이 중립 상태일 때에 인가되는 전류에 의해 자화된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 전자석은 영구자석을 포함하며, 전자석은 인가되는 전류에 의해 영구자석의 자기장을 상쇄시키고, 전자석에 인가되는 전류가 차단되면 영구자석의 자력에 의해 피스톤과 로드를 잠금한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 전자석은 작동유체의 유동방향을 제어하는 스풀이 중립 상태일 때에 전류가 차단되어 영구자석의 자력에 의해 잠금된다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 잠금 기능을 구비한 유압시스템은 유압시스템의 중립 상태에서 자기장을 형성하여 피스톤과 로드를 실린더 배럴에 부착 고정함으로써, 전실과 후실에 채워진 작동유체가 부품들 사이의 미세한 틈 사이로 누설되더라도 변위하는 것을 방지할 수 있다. 따라서 유압시스템을 사용하는 작업장치 및 액츄에이터가 미작동시에 갑작스럽게 하강하는 등의 문제점을 물리적으로 잠금하여 안전사고의 발생을 미연에 예방할 수 있다는 장점이 있다.

또한 본 발명에 따른 잠금 기능을 구비한 유압시스템은 전자석들을 실린더 배럴의 내부에 장착함에 따라 종래와 같이 홀딩밸브 및 홀딩밸브 설치를 위한 유압라인의 재구성 등의 어려움을 쉽게 극복할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 일반적인 유압시스템의 실린더, 피스톤 및 로드를 나타낸 개념도이고,
도 2는 유압시스템의 스트로크 신축을 위한 유압 개통도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 유압시스템의 실린더 배럴을 나타낸 개념도이고,
도 4는 도 3에 도시된 유압시스템의 스트로크 신축 상태를 나타낸 개념도이며,
도 5는 도 3에 도시된 유압시스템의 잠금 상태를 나타낸 개념도이고,
도 6은 잠금 제어를 나타낸 회로도이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 유압시스템의 잠금 상태를 나타낸 개념도이다.

아래에서는 본 발명에 따른 잠금 기능을 구비한 유압시스템의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

도면에서, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 유압시스템의 실린더 배럴을 나타낸 개념도이고, 도 4는 도 3에 도시된 유압시스템의 스트로크 신축 상태를 나타낸 개념도이며, 도 5는 도 3에 도시된 유압시스템의 잠금 상태를 나타낸 개념도이고, 도 6은 잠금 제어를 나타낸 회로도이다. 그리고 도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 유압시스템의 잠금 상태를 나타낸 개념도이다.

도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 유압시스템의 피스톤(111)에는 제1전자석(121)이 장착되고, 실린더 배럴(110)의 선단에는 제2전자석(122)이 장착된다.

그리고 제1전자석(121)과 제2전자석(122)은 스풀(115)의 전자밸브(115S)에 인가되는 전기적신호에 따라 자화되거나 자화 해제된다.

이와 같이 구성된 유압시스템에 있어서, 스풀(115)이 작동함에 따라 유압라인(117)을 통해 공급된 유체는 실린더 배럴(110)의 전실(110F) 또는 후실(110B)로 유입되거나 배출되면서 피스톤(111)은 실린더 배럴(110)의 길이방향으로 왕복 이동하게 된다.

피스톤(111)이 이동할 때에는 제1전자석(121)과 제2전자석(122)으로 공급될 수 있는 전원이 차단된다. 제1전자석(121)과 제2전자석(122)으로 전원이 공급되지 않음에 따라 피스톤(111)은 실린더 배럴(110)로 주입 및 배출되는 유체에 의해 이동 가능하게 된다.

이 상태에서 유압시스템 즉 스풀(115)이 중립 상태로 전환되면, 제1전자석(121)과 제2전자석(122)으로 전원이 공급되면서 제1전자석(121)과 제2전자석(122)이 자화된다.

피스톤(111)에 장착된 제1전자석(121)이 자화됨에 따라 강자성체인 실린더 배럴(110)에 자기장이 형성되어 피스톤(111)은 정지한 위치에서 실린더 배럴(110)의 부착 고정된다. 이와 동시에 실린더 배럴(110)의 선단에 장착된 제2전자석(122) 또한 자화됨에 따라 강자성체인 로드(113)에 자기장이 형성되어 로드(113)는 정지한 위치에서 실린더 배럴(110)에 장착된 제2전자석(122)에 부착 고정된다.

이와 같이 제1전자석(121)과 제2전자석(122)은 스풀(115)의 중립 상태에서 자화되어 자기장을 형성하고, 자기장 범위 내에 위치한 강자성체인 실린더 배럴(110)과 로드(113)에 인력이 작용하여 부착 고정됨에 따라 설령, 피스톤(111)을 기준으로 전실(110F) 또는 후실(110B)에 유체가 누설되더라도 피스톤(111)과 로드(113)가 자력에 의해 실린더 배럴(110)의 내부에 부착 고정됨에 따라 피스톤(111)이 이동하지 않고 정지된 상태를 유지하게 된다.

한편, 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이, 피스톤(111)에 장착된 제1전자석(121)과, 실린더 배럴(110)의 선단에 장착된 제2전자석(122)에 있어서, 전자석을 형성하는 코일의 권취방향에 따라 도 5에 도시된 바와 같이 전자석(121, 122)마다 하나씩의 자기장 영역이 형성될 수도 있고, 도 7에 도시된 바와 같이 각 전자석(121, 122)에 2개 또는 그 이상의 자기장 영역이 형성될 수 있다.

또한 앞서 설명한 제1전자석(121)과 제2전자석(122)의 경우에는 유압시스템이 정지할 경우 전원이 공급되어야 하는 구조를 갖고 있으나, 영구자석을 전자석으로 이용할 경우 영구자석의 자기장을 이용하여 잠금하고, 유압시스템이 작동하여야 하는 경우에는 전자석에 전원을 공급하여 영구자석의 자기장을 전자석의 자기장으로 상쇄시키도록 구성할 수 있다. 이는 유압시스템의 사용에 따라 달리 구성할 수 있다.

구체적으로 유압시스템의 중립 즉 스풀의 중립 상태가 늘 자주 발생하는 경우에는 영구자석에 전자석을 장착하여 유압시스템의 작동 시에 영구자석의 자기장을 상쇄시키는 구성이 적합하다. 이는 전자석에 전원공급의 문제점을 해결하기 위한 것으로 늘 자주 발생하는 중립 상태에서는 영구자석의 자기장을 이용하여 잠금이 이루어지도록 하기 위함이다.

반대로 유압시스템의 중립 즉 스풀의 중립 상태가 늘 자주 발생하지 않은 경우에는 도 3 내지 도 7에 도시된 바와 같이 제1, 제2전자석(121, 122)의 자력으로 피스톤(111)과 로드(113)를 실린더 배럴(110)에 부착 고정하는 것이 바람직하다.

또한 유압시스템의 용량이 작고 전자석의 자력이 클 경우에는 제1전자석(121)과 제2전자석(122) 중 어느 한 전자석만을 장착하더라도 피스톤(111) 및 로드(113)의 잠금이 충분히 가능하다.

한편, 앞서 설명한 유압시스템은 작동유체에 의해 스트로크가 신축되는 유압시스템을 설명하고 있다. 여기에서 작동유체란, 액체 또는 기체를 모두 포함한 것으로서, 공압에 의해 스트로크가 신축하는 공압시스템에 본 발명의 적용 가능하다는 것은 당연한 사실이며, 전자밸브가 장착된 스풀을 대신하여 수동밸브가 장착된 스풀이 장착되더라도 수동밸브의 작동에 의해 전자석에 전원을 인가 또는 차단하도록 구성할 수도 있다.

110 : 실린더 배럴
110F : 전실
110B : 후실
111 : 피스톤
113 : 로드
115 : 스풀
115S : 전자밸브
117 : 유압라인
121 : 제1전자석
122 : 제2전자석

Claims (6)

1. 실린더 배럴의 내부에 위치한 피스톤을 기준으로 전실과 후실로 유입 또는 유출되는 작동유체에 의해 피스톤과 피스톤에 연결된 로드가 실린더 배럴의 길이방향으로 왕복 이동하는 유압시스템으로서,
   피스톤과 실린더 배럴 중 어느 한 쪽 또는 양쪽에 장착되어 인가되는 전류에 의해 자기장을 형성하는 전자석을 포함하며,
   전자석에 의해 피스톤과 로드를 자력으로 잠금하는 것을 특징으로 하는 잠금 기능을 구비한 유압시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   피스톤에는 제1전자석이 장착되고, 제1전자석의 자화에 의해 피스톤은 실린더 배럴에 인력으로 잠금 고정되는 것을 특징으로 하는 잠금 기능을 구비한 유압시스템.
   
3. 제1항에 있어서,
   실린더 배럴의 선단에는 제2전자석이 장착되고, 제2전자석의 자화에 의해 로드는 실린더 배럴에 인력으로 잠금 고정되는 것을 특징으로 하는 잠금 기능을 구비한 유압시스템.
   
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   전자석은 작동유체의 유동방향을 제어하는 스풀이 중립 상태일 때에 인가되는 전류에 의해 자화되는 것을 특징으로 하는 잠금 기능을 구비한 유압시스템.
   
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   전자석은 영구자석을 포함하며, 전자석은 인가되는 전류에 의해 영구자석의 자기장을 상쇄시키고, 전자석에 인가되는 전류가 차단되면 영구자석의 자력에 의해 피스톤과 로드를 잠금하는 것을 특징으로 하는 잠금 기능을 구비한 유압시스템.
   
6. 제5항에 있어서,
   전자석은 작동유체의 유동방향을 제어하는 스풀이 중립 상태일 때에 전류가 차단되어 영구자석의 자력에 의해 잠금되는 것을 특징으로 하는 잠금 기능을 구비한 유압시스템.

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