KR20230027366A

KR20230027366A - 솔레노이드 액추에이터

Info

Publication number: KR20230027366A
Application number: KR1020210108765A
Authority: KR
Inventors: 이창훈; 노의동; 안찬식; 최봉기; 박지훈; 서정현
Original assignee: 주식회사 유니크
Priority date: 2021-08-18
Filing date: 2021-08-18
Publication date: 2023-02-28
Also published as: CN117795236A; WO2023022460A1; EP4390196A1; KR102508244B1

Abstract

본 발명은 외부에서 인가된 힘에 의해 케이스의 내부에 수납된 부품이 변형되는 것을 방지하여 작동 신뢰성을 향상시킬 수 있는 솔레노이드 액추에이터에 관한 것으로, 상면과 하면이 개방된 중공의 케이스와, 상기 케이스의 내부에 구비되고 전원 및 신호 전달을 위한 커넥터가 일체로 형성된 중공의 하우징과, 상기 하우징의 내부에 마련되며 상기 커넥터와 연결된 보빈 어셈블리와, 상기 보빈 어셈블리를 관통하되 상기 케이스와 상기 하우징의 상단을 덮도록 결합되고 작동 공간이 내부에 형성된 코어와, 상기 케이스, 상기 하우징 및 상기 코어의 하단을 덮는 커버와, 상기 작동 공간에 이동 가능하게 설치된 플런저와, 상기 코어를 관통하도록 결합되되 상기 플런저에 의해 이동하는 로드와, 상기 보빈 어셈블리와 상기 코어 사이에 구비되어 상기 케이스의 내부에 수납된 부품의 변형 및 유동을 방지하는 변형방지수단을 포함하여 구성된다.

Description

솔레노이드 액추에이터{SOLENOID VALVE}

본 발명은 솔레노이드 액추에이터에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 자동차의 엔진 및 파워트레인에 설치되어 연료, 오일 등 유체의 흐름을 단속하거나 압력을 제어하는 밸브를 작동시키는 솔레노이드 액추에이터에 관한 것이다.

일반적으로, 솔레노이드 액추에이터는 자동차의 엔진을 포함하는 파워트레인(power train)에 설치되어 연료, 냉각수, 오일 등 유체의 흐름을 제어하거나 유체의 압력을 조절하는 역할을 한다.

예를 들어, 연료계동에서는 연료의 공급 및 분사를 제어하고, 냉각계통에서는 윤활유 및 냉각수의 순환을 제어한다. 또한, 동력전달계통에서는 다양한 변속단을 구현할 수 있도록 유체의 압력을 조절하여 클러치 등의 마찰요소의 작동을 제어한다.

등록특허공보 제10-2040860호(2019.10.30.)에는 솔레노이드 액추에이터가 개시되어 있다.

솔레노이드 액추에이터는, 케이스와, 케이스의 내부에 구비되고 전원 인가 시 자기장을 발생하는 보빈 어셈블리와, 자기장을 유도하는 코어와, 유도된 자기장에 의해 이동하는 플런저와, 플런저에 의해 이동하는 로드를 포함하여 구성된다.

상술한 솔레노이드 액추에이터의 케이스는, 케이스의 내부에 수납된 부품이 변형되거나 유동하는 것을 방지하기 위하여 커버에 밀착되도록 코팅 또는 컬링 처리된다.

그러나 솔레노이드 액추에이터가 악조건 하에서 장기간 작동을 하게 될 경우 외부에서 인가된 힘에 의해 케이스의 내부에 수납된 부품이 변형되어 오작동을 일으키는 문제가 있었다.

또한, 종래의 솔레노이드 액추에이터가 설치되는 시스템마다 서로 다른 조립 기준면을 가지므로, 설치 시 해당 시스템에 적합한 케이스로 변경해야 하는 문제가 있었다.

등록특허공보 제10-2040860호(2019.10.30.)

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 외부에서 인가된 힘에 의해 케이스의 내부에 수납된 부품이 변형되는 것을 방지하여 작동 신뢰성을 향상시킬 수 있는 솔레노이드 액추에이터를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 목적은 케이스를 교체하지 않고도 시스템의 다양한 조립 기준면에 적용할 수 있는 솔레노이드 액추에이터의 제공을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 솔레노이드 액추에이터는, 상면과 하면이 개방된 중공의 케이스와, 상기 케이스의 내부에 구비되고 전원 및 신호 전달을 위한 커넥터가 일체로 형성된 중공의 하우징과, 상기 하우징의 내부에 마련되며 상기 커넥터와 연결된 보빈 어셈블리와, 상기 보빈 어셈블리를 관통하되 상기 케이스와 상기 하우징의 상단을 덮도록 결합되고 작동 공간이 내부에 형성된 코어와, 상기 케이스, 상기 하우징 및 상기 코어의 하단을 덮는 커버와, 상기 작동 공간에 이동 가능하게 설치된 플런저와, 상기 코어를 관통하도록 결합되되 상기 플런저에 의해 이동하는 로드와, 상기 보빈 어셈블리와 상기 코어 사이에 구비되어 상기 케이스의 내부에 수납된 부품의 변형 및 유동을 방지하는 변형방지수단을 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명에 의한 솔레노이드 액추에이터는 상기 케이스의 상면에 결합되는 스페이서를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 보빈 어셈블리와 코어 사이에 변형방지수단이 구비되어 케이스의 내부에 수납된 부품을 가압하므로, 케이스의 내부에 수납된 부품이 외력에 의해 변형되거나 유동하는 것을 방지할 수 있다.

따라서 부품의 변형에 따른 오작동을 방지할 수 있어 솔레노이드 액추에이터의 작동 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 케이스의 상면에 스페이서를 추가함으로써 조립 기준면을 조절할 수 있으므로 시스템의 다양한 조립 기준면에 범용적으로 적용할 수 있다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 액추에이터의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 액추에이터에서 스페이서가 분리된 상태를 도시한 도면.
도 3은 도 1의 A-A 단면도.
도 4는 도 3의 "B"부분 확대도.
도 5와 도 6은 도 3의 "C"부분 확대도.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 여기서, 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 또한, 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 솔레노이드 액추에이터(100)는, 케이스(110), 하우징(120), 커버(130), 보빈 어셈블리(140), 코어(150), 플런저(160) 및 로드(170)를 포함하여 구성된다.

케이스(110)는 상면과 하면이 모두 개방된 중공으로 형성되고, 케이스(110)의 내부에는 하우징(120), 보빈 어셈블리(140), 코어(150), 플런저(160) 및 로드(170)가 수납된다.

하우징(120)은 케이스(110)의 내부에 구비되고, 보빈 어셈블리(140)의 둘레를 감싸도록 형성된다. 이때, 하우징(120)의 일측에는 전원 및 신호 전달을 위한 커넥터(121)가 형성된다.

커넥터(121)는, 하우징(120)과 일체로 형성된 커넥터 몸체(122)와, 커넥터 몸체(122)의 내부에 구비되며 전원 및 신호 전달을 위한 커넥터 단자(미도시)와, 커넥터 단자(미도시)와 연결된 와이어(123)를 보호하기 위한 와이어 가이드(124)로 이루어진다.

와이어 가이드(124)는 커넥터 몸체(122)의 내부에 인서트 사출되며, 대략 직육면체 형상을 갖는다. 이때, 와이어 가이드(124)의 중단 및 하단 둘레에는 다수의 그루브(125)가 형성되는데, 그루브(125)는 와이어 가이드(124)의 인서트 사출 시 커넥터 몸체(122)와의 밀착성을 향상시키기 위한 것이다.

한편, 와이어 가이드(124)의 상단 양 측면에는 밀림 방지 홈(126)이 형성된다. 밀림 방지 홈(126)은 보빈 어셈블리(140)의 사출 시 사출압으로 인해 커넥터 단자(미도시)와 와이어(123)가 밀리는 현상을 방지하기 위한 것이다. 또한, 와이어 가이드(124)의 인서트 사출 시 밀림 방지 홈(126)에는 커넥터 몸체(122)의 일부가 삽입되므로 커넥터 몸체(122)와의 밀착성을 향상시킬 수 있다.

상술한 케이스(110)와 하우징(120)의 개방된 상부는 코어(150)에 의해 밀봉되고, 개방된 하부는 커버(130)에 의해 밀봉된다. 이때, 케이스(110)의 상단은 코어(150)에 밀착되도록 고정 처리되고, 하단은 커버(130)에 밀착되도록 컬링 처리된다.

이와 같이, 케이스(110)의 상단과 하단을 고정 및 컬링 처리할 경우 이물질의 유입을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 케이스(100)에 수납되는 부품(120~170)이 유동하는 것을 방지할 수 있다.

한편, 케이스(110)의 상면에는 솔레노이드 액추에이터(100)의 조립 기준면을 설정하기 위한 스페이서(112)가 구비된다.

이러한 스페이서(112)는 케이스(110)의 상부로 돌출된 코어(150)의 상단을 감싸는 환형으로 형성되고, 솔레노이드 액추에이터(100)의 설치 시 접촉되는 상면은 평면으로 형성된다. 또한, 스페이서(112)의 내주면에는 코어(150)의 외주면에 접촉되는 돌기(114)가 돌출된다.

상술한 돌기(114)는 스페이서(112)의 내주면을 따라 방사상으로 배치된 4개로 구성되며, 각 돌기(114)의 상부에는 변형 수용 홈(116)이 형성된다. 변형 수용 홈(116)은 스페이서(112)를 강제 압입할 경우 코어(150)와 접촉된 돌기(114)의 변형을 수용하기 위한 것이다.

전술한 스페이서(112)는 솔레노이드 액추에이터(100)의 조립 기준면의 위치를 조절할 수 있도록 다양한 두께로 제작된다. 즉, 두께가 다른 스페이서(112)를 선택적으로 사용할 경우 여러 종류의 시스템에서 요구되는 다양한 조립 기준면에 범용적으로 사용할 수 있다.

커버(130)는 케이스(110), 하우징(120) 및 코어(150)의 하단을 덮을 수 있도록 다단의 컵 형상으로 형성된다. 이때, 커버(130)와 코어(150) 사이, 그리고 커버(130)와 하우징(120) 사이에는 후술할 작동 공간(180)과 외부를 연결하는 유로(132~136)가 형성된다(도 4 참조).

유로(132~136)는, 커버(130)의 내측 바닥에 형성된 제1유로홈(132)과, 커버(120)의 내주면 일측에 형성된 제2유로홈(134)과, 하우징(120)의 하면에 형성된 제3유로(136)로 이루어진다. 이때, 제1유로홈(132)은 작동 공간(180)에 연결되고, 제3유로홈(136)은 외부와 연결되며, 제2유로홈(134)은 제1유로홈(132)과 제3유로홈(136)을 연결한다.

이와 같이, 유로(132~136)를 형성하여 작동 공간(180)을 외부와 연결할 경우 플런저(160)의 이동 시 작동 공간(180)에 충전된 오일이 유로(132~136)를 통해 외부로 배출되거나 외부에서 유입될 수 있다. 따라서, 작동 공간(180)에 충전된 오일에 의한 플런저(160)의 작동저항을 최소화하여 작동성을 향상시킬 수 있다.

보빈 어셈블리(140)는, 스풀(spool) 형상의 보빈(142)과, 보빈(142)의 외주면에 감긴 코일(144)로 이루어진다.

보빈(142)은 코어(150)가 관통하여 결합될 수 있도록 중공의 스풀 형상으로 형성되고, 코일(144)과 코어(150) 사이를 전기적으로 차단할 수 있도록 절연물질로 제작된다.

코일(144)은 전원 인가 시 자기장을 발생시키는 것으로, 코일(144)에서 발생하는 자기장의 세기는 코일(144)을 따라 흐르는 전류 및 보빈(142)에 감긴 코일(142)의 수에 비례한다.

코어(150)는 보빈 어셈블리(140)에서 발생한 자기장을 유도하는 고정철심이다. 코어(150)는 일 방향으로 길게 연장되며, 보빈 어셈블리(140)를 상부에서 하부로 관통하도록 결합된다.

상술한 코어(150)는, 로드(170)가 관통되는 상부 몸체(150u)와, 플런저(160)가 설치되는 하부 몸체(150d)로 이루어진다.

상부 몸체(150u)는 다단의 원기둥 형상으로 형성된다. 상부 몸체(150u)의 중단 둘레에는 상부 몸체(150u)보다 큰 직경의 플랜지(152)가 형성된다. 또한, 상부 몸체(150u)의 내부에는 중심축을 따라 로드(170)의 설치를 위한 장착공(154)이 형성된다.

하부 몸체(150d)는 상부 몸체(150u)의 하면에서 하향으로 연장된 원통 형상이다. 하부 몸체(150d)의 상부 외주면에는 자기력의 확보를 위한 테이퍼 형상의 자력강화홈(156)이 형성되고, 하부 몸체(150d)의 내부에는 플런저(160)의 설치를 위한 작동 공간(180)이 형성된다.

작동 공간(180)은, 플런저(160)에 의해 구획되는 상부 공간(182)과 하부 공간(184)으로 이루어진다. 이때, 상부 공간(182)과 하부 공간(184)은 플런저(160)의 이동에 따라 체적이 변한다.

예를 들어, 전원이 인가되어 플런저(160)가 상승할 경우 상부 공간(182)의 체적은 감소하고 하부 공간(184)의 체적은 증가한다. 반면, 전원이 차단되어 플러저(160)가 하강하면 상부 공간(182)의 체적은 상승하며 하부 공간(184)의 체적은 감소한다. 즉, 상부 공간(182)와 하부 공간(184)이 체적은 플런저(160)의 이동에 따라 반비례한다.

한편, 상부 공간(182)은, 상부 몸체(150u) 측에 형성된 제1 상부 공간(182a)과, 하부 몸체(150d) 측에 형성된 제2 상부 공간(182b)로 이루어진다. 이때, 제1 상부 공간(182a)의 체적은 로드(170)의 이동에 따라 변하고, 제2 상부 공간(182b)의 체적은 플런저(160) 및 로드(170)의 이동에 따라 변한다(도 4 및 도 5 참조).

예컨대, 제1 상부 공간(182a)의 체적은 로드(170)가 최하단에 위치될 경우 최대이고, 로드(170)가 최상단에 위치될 경우 최소가 된다. 또한, 제2 상부 공간(182b)의 체적은 플런저(160) 및 로드(170)가 최하단에 위치될 경우 최대이고, 플런저(160) 및 로드(170)가 최상단에 위치될 경우 최소가 된다.

여기서, 제1 상부 공간(182a)과 제2 상부 공간(182b)의 체적비는 플런저(160) 및 로드(170)의 이동에 따라 1 : 0.3 ~ 9 범위 내에서 가변된다.

이와 같이, 제1 상부 공간(182a)과 제2 상부 공간(182b)의 체적비를 가변적으로 형성할 경우, 코어(150)의 장착공(154)을 통해 오일이 작동 공간(180)으로 쉽게 유입될 수 있으므로 오일의 유동성이 증가하여 플런저(160)와 로드(170)의 작동성을 향상시킬 수 있다.

도 5는 본 실시예의 플런저(160) 및 로드(170)가 하강한 상태를 도시하고, 도 6은 본 실시예의 플런저(160) 및 로드(170)가 상승한 상태를 도시한다. 또한, 표 1은 플런저(160) 및 로드(170)의 승강에 따른 제1 상부 공간(182a)과 제2 상부 공간(182b)의 체적 변화를 나타낸다

[표 1]

도 5, 도 6 및 표 1을 참조하면, 플런저(160) 및 로드(170)가 하강한 상태에서 작동 스트로크는 0mm이고, 플런저(160) 및 로드(170)가 상승한 상태에서 작동 스트로크는 4.1mm라 하면,

제1 상부 공간(182a)과 제2 상부 공간(182b)의 체적비는 플런저(160) 및 로드(170)의 작동 스트로크가 증가할수록 1 : 0.3 ~ 9 비율로 증가한다. 특히, 솔레노이드 액추에이터(100)의 주 작동영역인 0.7 ~ 3.0mm 구간에서 제1 상부 공간(182a)과 제2 상부 공간(182b)의 체적비가 급격하게 상승함을 알 수 있다.

이와 같이, 제1 상부 공간(182a)과 제2 상부 공간(182b)의 체적비가 주 작동영역에서 급격히 상승할 경우 작동 공간(180)에 충전된 오일의 유동성이 증가하며 플런저(160)와 로드(170)의 작동성을 향상시키게 된다.

한편, 보빈 어셈블리(140)와 코어(150) 사이에는 변형방지수단(190)이 구비된다(도 3 참조).

변형방지수단(190)는 케이스(110)의 내부에 수납된 보빈 어셈블리(140), 코어(150) 등의 부품이 외력에 의해 변형되거나 유동하는 것을 방지한다.

본 실시예의 변형방지수단(190)은 둘레를 따라 산과 골이 형성된 웨이브 와셔로, 설치 시 케이스(110)의 길이방향으로 예압력을 부여함으로써 부품이 외력에 의해 변형되거나 유동하는 것을 방지할 수 있으며, 나아가 부품의 변형에 따른 오작동을 방지할 수 있다.

플런저(160)는 코어(150)를 통해 유도된 자기장에 의해 이동을 하는 가동철심으로, 작동 공간(180)에 이동 가능하게 설치된다. 이러한 플런저(160)는 소정 길이를 가진 원기둥 형상으로 형성되고, 플런저(160)의 내부에는 통로(162)가 형성된다.

이와 같이, 플런저(160)에 통로(162)를 형성할 경우 작동 공간(180)에 충전된 오일에 의한 작동저항을 해소할 수 있다. 이때, 통로(162)는 플런저(160)의 중심에서 소정 거리 편심될 수 있는데, 이는 로드(170)와의 접촉 에 의해 통로(162)가 폐쇄되는 것을 방지하기 위함이다.

로드(170)는 일 방향으로 연장된 환봉이며, 코어(150)의 상부 몸체(152)에 형성된 장착공(154)에 이동 가능하게 설치된다. 이러한 로드(170)는 플런저(160)에 의해 이동하며 솔레노이드 액추에이터(100)의 외부로 인출되거나 내부로 인입된다.

본 실시예의 로드(170)는 하단으로 갈수록 직경이 작아지는 테이퍼 형상으로 형성되어, 로드(170)의 이동 시 장착공(154)과의 간극이 가변된다. 즉, 로드(170)가 상승할 경우 장착공(154)과의 간극은 최대가 되고, 로드(170)가 하강하면 장착공(154)과의 간극은 최소가 된다.

따라서 전원이 인가되어 로드(170)가 상승하면 넓어진 장착공(154)을 통해 오일이 쉽게 유입되므로 윤활성을 향상시킬 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

100: 솔레노이드 액추에이터 110: 케이스
120: 하우징 130: 커버
140: 보빈 어셈블리 150: 코어
160: 플런저 170: 로드
180: 작동공간 190: 변형방지수단

Claims

상면과 하면이 개방된 중공의 케이스;
상기 케이스의 내부에 구비되고 전원 및 신호 전달을 위한 커넥터가 일체로 형성된 중공의 하우징;
상기 하우징의 내부에 마련되며 상기 커넥터와 연결된 보빈 어셈블리;
상기 보빈 어셈블리를 관통하되 상기 케이스와 상기 하우징의 상단을 덮도록 결합되고 작동 공간이 내부에 형성된 코어;
상기 케이스, 상기 하우징 및 상기 코어의 하단을 덮는 커버;
상기 작동 공간에 이동 가능하게 설치된 플런저;
상기 코어를 관통하도록 결합되되 상기 플런저에 의해 이동하는 로드; 및
상기 보빈 어셈블리와 상기 코어 사이에 구비되어 상기 케이스의 내부에 수납된 부품의 변형 및 유동을 방지하는 변형방지수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 액추에이터.
청구항 1에 있어서,
상기 변형방지수단은 웨이브 와셔인 것을 특징으로 하는 솔레노이드 액추에이터.
청구항 1에 있어서,
상기 케이스의 상면에 결합되는 스페이서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 액추에이터.
청구항 3에 있어서,
상기 스페이스는 상기 코어를 감싸는 환형으로 형성되고, 상기 스페이서의 내주면에는 상기 코어에 접촉되는 돌기가 돌출된 것을 특징으로 하는 솔레노이드 액추에이터.
청구항 4에 있어서,
상기 스페이서의 내주면을 따라 방사상으로 배치되고, 상기 돌기의 상부에는 상기 코어와의 접촉 시 상기 돌기의 변형을 수용하기 위한 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 솔레노이드 액추에이터.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하우징에는 전원 및 신호 전달을 위한 커넥터가 마련되고,
상기 커넥터는, 상기 하우징과 일체로 형성된 커넥터 몸체와, 상기 커넥터 몸체의 내부에 구비되며 전원 및 신호 전달을 위한 커넥터 단자와, 상기 커넥터 단자와 연결된 와이어를 보호하기 위한 와이어 가이드로 이루어진 것을 특징으로 하는 솔레노이드 액추에이터.
청구항 6에 있어서,
상기 와이어 가이드는 상기 커넥터 몸체에 인서트 사출되고, 상기 와이어 가이드의 둘레에는 상기 와이어 가이드의 인서트 사출 시 상기 커넥터 몸체와의 밀착성을 향상시키기 위한 다수의 그루브가 형성된 것을 특징으로 하는 솔레노이드 액추에이터.
청구항 7에 있어서,
상기 와이어 가이드의 일면에는 보빈 어셈블리의 사출 시 사출압으로 인해 상기 커넥터 단자와 상기 와이어가 밀리는 것을 방지하는 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 솔레노이드 액추에이터.