KR20230144722A - 미세입자 발생장치의 개폐구조 - Google Patents

미세입자 발생장치의 개폐구조 Download PDF

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Abstract

실시예는 미세입자 발생장치의 개폐구조에 관한 것이다.
실시예는, 궐련이 수용되는 궐련 수용되는 궐련 삽입부; 궐련 삽입부와 결합되며, 궐련을 가열할 수 있는 가열장치가 설치되는 본체; 궐련 삽입부를 개폐하며, 궐련 수용부의 폐쇄 시에 서로 인력이 작용하도록 극성이 배치되는 자석을 구비하는 한 쌍의 플랩 도어; 및 본체에 설치되며, 각 플랩 도어에 배치된 자석과의 인력이 작용하도록 배치되며, 철심과 코일로 이루어지는 한 쌍의 전자석;을 포함하며, 각 플랩 도어는 회전축이 되는 돌기를 구비하고, 궐련 삽입부는 돌기가 삽입되는 도어 가이드를 포함하며, 도어 가이드는 하측으로 갈수록 더 바깥으로 기울어지도록 경사진 것을 특징으로 하는 미세입자 발생장치의 개폐구조를 제공한다.

Description

미세입자 발생장치의 개폐구조{OPENING AND CLOSING STURCTURE OF MICROPARTICLE GENERATOR}
실시예는 미세입자 발생장치의 개폐구조에 관한 것이다.
최근 궐련 담배의 흡연 시 발생할 수 있는 부작용을 개선할 수 있는 다양한 형태의 에어로졸 발생장치들이 개발되고 있다. 이러한 에어로졸 발생장치들은 담뱃잎을 압축하여 필터와 함께 종이에 감싼 지궐련을 가열하여 에어로졸을 발생시키는 타입과, 액상형 카트리지 내에 충진된 액상을 기화시켜 에어로졸을 발생시키는 액상 타입으로 크게 구분된다.
도 1은 종래 기술에 따른 에어로졸 생성 장치의 외관을 도시한 도면이다. 케이스(1001)에 결합된 커버(1002)의 상면에는 궐련(3)이 삽입될 수 있는 외부구멍(1002p)이 형성된다. 또한 커버(1002)의 상면에서 외부구멍(1002p)에 인접한 위치에 레일(1003r)이 형성된다. 레일(1003r)에는 커버(1002)의 상면을 따라 슬라이딩 이동 가능한 도어(1003)가 설치된다. 도어(1003)는 레일(1003r)을 따라 직선적으로 슬라이딩 이동할 수 있다.
도어(1003)가 레일(1003r)을 따라 이동함으로써 궐련(3)이 커버(1002)를 통과하여 케이스(1001)에 삽입될 수 있게 하는 외부구멍(1002p)과 삽입구멍(1004p)을 외부로 노출시키는 기능을 한다. 커버(1002)의 외부구멍(1002p)은 궐련(3)을 수용할 수 있는 수용통로(1004h)의 삽입구멍(1004p)을 외부로 노출시키는 기능을 한다.
도어(1003)에 의해 외부구멍(1002p)이 외부로 노출되면, 사용자가 궐련(3)의 단부(3b)를 외부구멍(1002p)과 삽입구멍(1004p)에 삽입시켜 궐련(3)을 커버(1002)의 내부에 형성된 수용통로(1004h)에 장착할 수 있다. 도어(1003)는 커버(1002)에 대해 직선적으로 이동할 수 있도록 설치된다.
이때, 삽입구멍(1004p)으로 이물질이 유입되지 않도록 삽입구멍(1004p)을 개폐하는 도어(1003)는 사용자가 손으로 힘을 주어 슬라이드시켜 개방한 다음, 삽입구멍(1004p) 내로 궐련(3)을 삽입하여야 하므로 사용이 번거롭다는 불편함이 있었다.
대한민국 공개특허 10-2018-0129637
실시예는 자석과 전자석을 이용하여 궐련 수용부를 자동으로 개폐할 수 있는 미세입자 발생장치의 개폐구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
실시예는, 궐련이 수용되는 궐련 수용되는 궐련 삽입부; 궐련 삽입부와 결합되며, 궐련을 가열할 수 있는 가열장치가 설치되는 본체; 궐련 삽입부를 개폐하며, 궐련 수용부의 폐쇄 시에 서로 인력이 작용하도록 극성이 배치되는 자석을 구비하는 한 쌍의 플랩 도어; 및 본체에 설치되며, 각 플랩 도어에 배치된 자석과의 인력이 작용하도록 배치되며, 철심과 코일로 이루어지는 한 쌍의 전자석;을 포함하며, 각 플랩 도어는 회전축이 되는 돌기를 구비하고, 궐련 삽입부는 돌기가 삽입되는 도어 가이드를 포함하며, 도어 가이드는 하측으로 갈수록 더 바깥으로 기울어지도록 경사진 것을 특징으로 하는 미세입자 발생장치의 개폐구조를 제공한다.
또한 실시예의 다른 일 태양으로서, 전자석의 철심은 본체의 외주면을 따라 원주방향으로 연장되며, 코일이 권선되는 권선부, 권선 영역의 양단으로부터 축방향으로 연장되는 자속 형성부를 구비하며, 권선부의 두께보다 자속 형성부의 두께가 얇은 것을 특징으로 하는 미세입자 발생장치의 개폐구조를 제공한다.
또한 실시예의 다른 일 태양으로서, 자속 형성부는 관통홀이 형성된 것을 특징으로 하는 미세입자 발생장치의 개폐구조를 제공한다.
또한 실시예의 다른 일 태양으로서, 전자석은 작동 개시 시 소정 시간 코일에 전류가 흐른 다음 차단되며, 작동 종료 시 소정 시간 플랩 도어의 자석과 척력이 발생하도록 코일에 전류가 흐른 다음 차단되는 것을 특징으로 하는 미세입자 발생장치의 개폐구조를 제공한다.
또한 실시예의 다른 일 태양으로서, 전자석을 작동시킬 때, 플립도어에 설치된 자석과 전자석 사이에 작용하는 힘들의 크기는 전자석의 자기장과의 인력과 전자석 철심과 자석 사이의 인력의 합이 플립도어 자석간의 인력보다 큰 것을 특징으로 하는 미세입자 발생장치의 개폐구조를 제공한다.
또한 실시예의 다른 일 태양으로서, 전자석을 작동을 중지시킬 때, 플립도어에 설치된 자석 간의 인력은, 전자석 철심 내부 잔류 자속과 플랩도어에 설치된 자석 사이의 척력과 전자석 철심과 플랩도어에 설치된 자석 사이의 인력의 합보다 큰 것을 특징으로 하는 미세입자 발생장치의 개폐구조를 제공한다.
실시예가 제공하는 제공하는 미세입자 발생장치의 개폐구조는, 자석이 배치된 플랩 도어가 자석간의 인력에 의해 폐쇄상태를 유지하고 있으며 전자석을 작동시켜 쉽게 플랩 도어를 개방할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 실시예가 제공하는 미세입자 발생장치의 개폐구조는 철심과 플랩 도어에 설치된 영구 자석 사이의 인력을 저감하여, 전자석을 이용하여 개방한 뒤 전자석의 작동을 중지한 뒤에도 코깅 토크에 의해 플랩 도어가 폐쇄되지 않고 개방상태를 유지하는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 에어로졸 생성 장치의 외관을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 발생장치 개폐구조의 분해도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 발생장치의 개폐구조의 플랩 도어가 열린 상태를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 발생장치의 개폐구조의 플랩 도어가 닫힌 상태를 도시한 단면도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 발생장치의 개폐구조의 도어의 영구 자석과 전자석 간의 힘의 작용을 개략적으로 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 발생장치의 개폐구조가 구비하는 전자석의 철심을 도시한 도면.
이하, 도면을 참조하여 실시예를 더욱 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 발생장치 개폐구조의 분해도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 발생장치의 개폐구조는, 본체(100) 내에 궐련 삽입부(200)가 결합되며, 궐련 삽입부(200)의 상단에 플랩 도어(300)가 궐련 삽입부(200) 내의 궐련 수용 공간을 개폐한다.
궐련 삽입부(200)는, 궐련의 외경에 대응하는 내경을 가지는 홀더부(210)와 플랩 도어(300)의 설치 및 본체(100)와의 결합을 위한 결합부(220)를 구비한다. 본체(100)는 내부에 궐련 삽입부(200)의 결합부(220)와 결합되는 홀(110)이 구비되며, 홀(110) 내에 궐련 삽입부(200)가 삽입된다. 이때, 본체(100)와 궐련 삽입부(200)가 서로 회전하는 것을 방지하고 고정하기 위해, 원통형인 결합부(220)의 상측 외주에 1개소 이상의 결합 돌기(224)가 형성된다. 또한 본체(100)의 홀(110)에는 결합 돌기(224)를 수용할 수 있도록 원통형의 홀(110)로부터 외측으로 연장된 결합홈(112)을 구비한다.
궐련 삽입부(200)의 결합부(220)의 상면은 도어(300)를 설치하기 위해 사각형 홀(222)이 형성된다. 홀(222)은 한 쌍의 플랩 도어(310, 320)에 의해 개폐된다. 플랩 도어(310, 320)는 외측에 회전축(312, 322)을 각각 구비하며, 회전축(312, 322)을 중심으로 플랩 도어(310, 320)가 홀(222) 내로 이동하도록 회전하면서 홀(222)을 개방한다. 궐련 삽입부(200)의 결합부(220)의 상면에는 회전축(312, 322)을 고정하기 위한 도어 가이드(226)이 형성된다.
한편 한 쌍의 플랩 도어(310, 320)에는 각각 극성이 반대로 배치된 영구 자석(330)이 설치된다. 따라서 평상 시에는 영구 자석(330) 간의 인력에 의해 플랩 도어(310, 320)가 폐쇄된 상태를 유지한다.
이때, 영구 자석(330)은 극성이 상, 하로 배치되며, 서로 반대로 배치된다. 예를 들어 한 플랩 도어(310)에 설치된 영구 자석(300)의 극성이 상단이 S극 하단이 N극 이었다면, 다른 플랩 도어(320)에 설치된 영구 자석(300)의 극성은 상단이 N극 하단이 S극이 되도록 배치된다.
또한 본체(100)에는 한 쌍의 전자석(400)이 설치되는데, 전자석(400)은 양단이 플랩 도어(310, 320)의 회전축(312, 322) 부근에 위치하도록 연장되는 철심(410)과 철심(410) 상에 권선된 코일(420)을 구비한다. 본체(100)는 외면에 철심(410)의 양단을 고정하기 위한 수용홈(120)을 구비한다. 코일(420)에 DC 전류를 흘려주어 철심(410)를 자화시키고, 자화된 철심(410)의 양단과 한 쌍의 플랩 도어(310, 320)에 설치된 영구 자석(330) 사이에 인력이 작용하면서 플랩 도어(310, 320)가 개방된다.
이때, 영구 자석(330)은 극성이 상, 하로 배치되며, 서로 반대로 배치된다. 예를 들어 한 플랩 도어(310)에 설치된 영구 자석(300)의 극성이 상단이 S극 하단이 N극 이었다면, 다른 플랩 도어(320)에 설치된 영구 자석(300)의 극성은 상단이 N극 하단이 S극이 되도록 배치된다. 이때 철심(410)의 양단의 극성이 근접한 영구 자석(300)의 하단의 극성과 반대가 되도록 코일(420)의 전류 방향이 결정된다. 즉, 전자석(400)의 코일(420)에 전류가 흐를 경우 철심(410)의 양단과 근접한 플랩 도어(310)에 설치된 영구 자석(300)과 인력이 작용하도록 전류의 방향이 결정된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 발생장치의 개폐구조가 구비하는 전자석의 철심을 도시한 도면이다.
전자석의 철심(410)은 본체의 외주면을 따라 원주방향으로 연장되며, 코일이 그 권선되는 권선부(414)와, 권선부(414)의 양단으로부터 축방향으로 연장되는 자속 형성부(412a, 412b)를 구비한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 영구 자석(300)과 전자석(400) 사이의 코깅 토크가 영구 자석(300) 사이의 인력보다 큰 경우 플랩 도어(310)가 개방된 후 다시 폐쇄되지 않고 개방 상태를 유지하는 문제가 발생할 수 있다. 이는 전자석(400)과 영구 자석(300) 사이의 코깅 토크가 영구 자석(300) 사이의 인력보다 크기 때문이다. 따라서 전자석(400)과 영구 자석(300) 사이에 역전류를 흘려주어 척력이 작용하도록 할 수 있는데, 자성체인 철심(410)과 영구 자석(300) 사이의 인력이 클 경우 다시 개방되는 문제가 있었다.
이를 방지하기 위해 철심(410)의 크기를 줄이면 영구 자석(300)과 전자석(400) 사이의 인력이 약해 플랩 도어(310, 320)가 닫힌 상태에서 개방되지 않는다는 문제가 있다.
이를 방지하기 위해, 영구 자석(300)과 전자석(400) 사이에 작용하는 전자기력에 의한 인력은 키우면서, 영구 자석(300)과 철심(410) 사이의 인력은 줄이는 구조가 필요하다.
전자석(400)의 세기는 철심(410)의 크기에 비례하기 때문에 권선부(414)의 크기는 키우고, 영구 자석(300)과 철심(410) 사이의 인력은 자속 형성부(412a, 412b)의 크기에 비례하기 때문에 자속 형성부(412a, 412b)의 크기를 줄여 해결할 수 있다. 그에 따라 실시예가 제공하는 전자석의 철심(410)은 권선부(414)의 두께가 두껍고(예를 들어 0.5mm), 자속 형성부(412a, 412b)의 두께는 권선부(414)보다 얇게(예를 들어 0.3mm) 형성한다. 또한, 자속 형성부(412a, 412b)의 두께를 얇게 함으로써 스프링백 현상이 증가하여, 본체(100)와 전자석(400)의 결합이 용이해진다는 장점이 있다.
한편, 철심(410)의 자속 형성부(412a, 412b)와 영구 자석(300) 간의 코깅 토크를 최소화하기 위해, 자속 형성부(412a, 412b)에 관통홀(416a, 416b)을 형성할 수 있다.
아래의 표는 철심(410)의 권선부(414)의 제원과 코일(420)의 권선 횟수를 300회로 동일하게 했을 때, 자속 형성부(412a, 412b)의 두께에 따른 가우스 값을 비교한 것이다.
표에서 알 수 있는 바와 같이, 권선부(414)의 제원과 코일(420)의 권선 횟수가 동일할 때, 자속 형성부(412a, 412b) 두께를 얇게 하는 것만으로 가우스 값을 줄여 코깅 토크를 줄일 수 있다는 것을 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 발생장치의 개폐구조의 플랩 도어가 열린 상태를 도시한 단면도이다.
전자석을 작동시킬 때, 즉 플랩 도어(310, 320)를 개방할 때는, 전자석(400)의 자기장과 영구 자석(331, 332) 사이의 인력이 플랩 도어의 영구 자석(331, 332) 간의 인력보다 커야한다.
전자석(400)의 자기장과 자석(331, 332)의 인력이 더 클 때, 플랩 도어 자석(331, 332)간의 인력을 이기고 플랩 도어(310, 320)에 설치된 자석(331, 332)이 전자석의 자기장과의 인력에 의해 개방된다.
이때, 플랩 도어(310, 320)에 설치된 자석(331, 332) 간의 인력은 쿨롱의 법칙으로 구할 수 있다.
한편, 전자석의 자기장과 자석(331, 332)의 인력은 맥스웰 방정식에 의해 구할 수 있으며,
이고,
전자석과 자석(331, 332) 사이의 인력은,
이다.
예를 들어, 우측 플랩 도어(310)에 배치된 자석(331)은 상단이 S극, 하단이 N극이 되도록 극성이 배치되며, 좌측 플랩 도어(310)에 근접한 철심의 자속형성부(412a)는 S극으로 착자된다. 따라서 철심의 좌측 자속형성부(412a)와 좌측 플랩 도어(310)에 배치된 자석(331)의 하단 사이에 인력이 작용한다. 또한, 우측 플랩 도어(320)에 배치된 자석(332)은 상단이 N극, 하단이 S극이 되도록 극성이 배치되며, 우측 플랩 도어(320)에 근접한 철심의 자속형성부(412b)는 N극으로 착자된다. 따라서 철심의 우측 자속형성부(412b)와 우측 플랩 도어(320)에 배치된 자석(332)의 하단 사이에 인력이 작용한다. 전자석이 작동할 때, 전자석과 플랩 도어에 배치된 자석(331, 332) 사이의 인력과 히스테리시스 손실에 의한 내부 잔류 자속과 자석(331, 332) 사이의 인력의 합이 자석(331, 332)들 간의 인력보다 크다. 따라서 전자석이 작동할 때 자석(331, 332)들 간의 인력을 이기고 플랩 도어(310, 320)가 개방된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 발생장치의 개폐구조의 플랩 도어가 닫힌 상태를 도시한 단면도이다.
벽면에 부착되는 현상한 쌍의 플랩 도어(310, 320)에 배치된 자석(331, 332)들 사이에서 인력이 작용하며, 전자석의 철심의 양단(412a, 412b)에 내부 잔류 자속이 남아있게 된다. 한편, 전자석의 코일에 의해 전류가 흐르지 않으므로 자기장이 발생하지 않아 전자석의 유도 자기장과 자석(331, 332) 사이의 인력은 0이다. 따라서, 자석(331, 332)들간의 인력에 의해 플랩 도어(310, 320)가 폐쇄된 상태를 유지하기 위해서는, 철심의 자속형성부(412a, 412b)와 자석(331, 332) 사이의 인력보다 자석(331, 332)들 간의 인력이 더 커야한다.
한편, 플랩 도어(310, 320)에 배치된 자석(331, 332)과 전자석의 철심의 내부 잔류 자속 사이의 인력에 의해 플랩 도어(310, 320)가 개방된 상태를 유지하는 것을 방지하기 위해, 전자석의 작동 종료 시 소정 시간 플랩 도어(310, 320)의 자석(331, 332)과 척력이 발생하도록 코일에 전류가 반대 방향으로 흐른 다음 전류가 차단되도록 할 수 있다.
예를 들어, 전자석 On 상태가 되면 1분간 전자석의 코일에 전류가 흐르게 되는데, 추가적으로 작동 종료 시 0.5초간 코일에 전자석 작동 상태에서의 전류의 방향과 반대로 전류가 흐를 수 있도록 회로 및 소자를 구현하여 플랩 도어(310, 320)에 들어있는 자석(332, 334)과 전자석 사이에 척력이 작용하도록 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 발생장치의 개폐구조의 도어의 영구 자석과 전자석 간의 힘의 작용을 개략적으로 도시한 도면이다.
앞서 설명한 바와 같이 영구 자석(300)과 전자석(400) 사이의 코깅 토크가 영구 자석(300) 사이의 인력보다 큰 경우 플랩 도어(310, 320)가 개방된 후 다시 폐쇄되지 않고 개방 상태를 유지하는 문제가 발생할 수 있다.
주로 궐련을 제거하고 난 뒤 플랩 도어(310, 320)가 개방된 상태에서 다시 닫히지 않는 문제가 발생하는데, 이는 전자석(400)과 영구 자석(300) 사이의 코깅 토크가 영구 자석(300) 사이의 인력보다 크기 때문이다. 따라서 전자석(400)의 극성이 전자석(400)에 가장 가까운 영구 자석(300)의 단면의 극성과 같은 극성을 띄도록 전자석(400)의 코일(420)에 역전류를 인가하여 척력이 발생시킨다. 이때의 척력 F은 도 6에 도시한 바와 같이 x축 방향 힘과 y축 방향 성분으로 분해할 수 있다.
그런데, 플랩 도어(310, 320)의 회전축(312, 322)이 제자리에서 회전운동만 할 경우, 척력F의 x축 성분 힘 Fx만이 활용되고, y축 성분 힘인 Fy는 플랩 도어(310, 320)를 폐쇄하는데 이용되지 못한다. 따라서 플랩 도어(310)를 폐쇄하기 위해 작용하는 힘을 최대한 활용할 수 있도록, 궐련 삽입부(200)에 형성된 도어 가이드(226)가 대각선 방향으로 경사지게 형성된다. 도어 가이드(226)는 하측으로 갈수록 더 바깥으로 기울어지도록 경사져 있어, 플랩 도어(310)의 개방 시에 영구 자석(300)과 전자석(400)의 자속 형성부(412a, 412b) 사이의 거리가 가까워지면서 인력이 더 커진다. 반대로, 플랩 도어(310)의 폐쇄 시에 척력이 작용하면 y축 성분 힘인 Fy에 의해 회전축(312, 322)이 도어 가이드(226)를 따라 상방으로 이동하면서 영구 자석(300)과 전자석(400) 사이의 거리는 멀어지면서 영구 자석(300)간의 거리는 가까워진다. 또한 플랩 도어(310)가 폐쇄된 후에는, 영구 자석(300)간의 인력에 의해 회전축(312, 322)이 도어 가이드(226)를 따라 하방으로 이동하지 않는다.

Claims (6)

  1. 궐련이 수용되는 궐련 수용되는 궐련 삽입부;
    궐련 삽입부와 결합되며, 궐련을 가열할 수 있는 가열장치가 설치되는 본체;
    궐련 삽입부를 개폐하며, 궐련 수용부의 폐쇄 시에 서로 인력이 작용하도록 극성이 배치되는 자석을 구비하는 한 쌍의 플랩 도어; 및
    본체에 설치되며, 각 플랩 도어에 배치된 자석과의 인력이 작용하도록 배치되며, 철심과 코일로 이루어지는 한 쌍의 전자석;을 포함하며,
    각 플랩 도어는 회전축이 되는 돌기를 구비하고, 궐련 삽입부는 돌기가 삽입되는 도어 가이드를 포함하며,
    도어 가이드는 하측으로 갈수록 더 바깥으로 기울어지도록 경사진 것을 특징으로 하는 미세입자 발생장치의 개폐구조.
  2. 제1항에 있어서
    전자석의 철심은 본체의 외주면을 따라 원주방향으로 연장되며, 코일이 권선되는 권선부, 권선 영역의 양단으로부터 축방향으로 연장되는 자속 형성부를 구비하며,
    권선부의 두께보다 자속 형성부의 두께가 얇은 것을 특징으로 하는 미세입자 발생장치의 개폐구조.
  3. 제2항에 있어서,
    자속 형성부는 관통홀이 형성된 것을 특징으로 하는 미세입자 발생장치의 개폐구조.
  4. 제1항에 있어서,
    전자석은 작동 개시 시 소정 시간 코일에 전류가 흐른 다음 차단되며, 작동 종료 시 소정 시간 플랩 도어의 자석과 척력이 발생하도록 코일에 전류가 흐른 다음 차단되는 것을 특징으로 하는 미세입자 발생장치의 개폐구조.
  5. 제1항에 있어서,
    전자석을 작동시킬 때, 플립도어에 설치된 자석과 전자석 사이에 작용하는 힘들의 크기는 전자석의 자기장과의 인력과 전자석 철심과 자석 사이의 인력의 합이 플립도어 자석간의 인력보다 큰 것을 특징으로 하는 미세입자 발생장치의 개폐구조.
  6. 제1항에 있어서,
    전자석을 작동을 중지시킬 때, 플립도어에 설치된 자석 간의 인력은, 전자석 철심 내부 잔류 자속과 플랩도어에 설치된 자석 사이의 척력과 전자석 철심과 플랩도어에 설치된 자석 사이의 인력의 합보다 큰 것을 특징으로 하는 미세입자 발생장치의 개폐구조.
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