KR910006751Y1 - 영구자석을 이용한 오일필터 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

영구자석을 이용한 오일필터

제1도는 종래의 오일필터를 보인 종단면도.

제2도는 본 고안에 사용되는 영구자석의 사시도.

제3도는 원판상 영구자석의 자력선도.

제4도는 한쌍의 평행배열 영구자석의 자력선도.

제5도는 한쌍의 맞보기배열 영구자석의 자력선도.

제6도는 본 고안 장치의 구성을 보인 종단면도.

제7도는 삽입철망의 자화상태를 보인 정면도.

제8도는 본 고안 장치의 자력선도.

제9도는 철망의 갯수와 여과효율간의 관계를 보인 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,1' : 영구자석 2 : 요홈

3 : 하우징 4 : 철망

6 : 지지관

본 고안은 자동차등의 윤활장치내를 유동하는 윤활오일중에 포함된 불순물의 여과를 위한 오일필터에 관한 것으로, 특히 일정간격을 두고 배열된 한쌍의 원판상 영구자석 사이의 공간부에 유도자화철망을 삽입하여 필터의 여과효율을 향상시킨 개선된 형태의 영구자석을 이용한 오일필터에 관한 것이다.

일반적으로 윤활장치의 오일중에는 접촉부에서 발생되는 철계마모입자, 윤활유의 탄화물 및 산화물, 외부로 부터 유입되는 이물질을 비롯한 수분등의 여러형태의 불순물이 존재하는 바, 이들 불순물중에서도 특히 금속재질의 구성부품간 접촉부에서 발생되는 철계마모입자는 엔진의 실린더벽이나 피스톤링을 침식 또는 마모시키는 등의 악영향을 미치게되므로 오일중에 포함된 마모입자의 제거가 요구된다.

이같은 오일중의 마모입자 제거를 위한 종래의 여과장치로서 미국특허 제4,613,435호의 자성오일필터(Magnetic oil filter)가 알려져 있는바, 그 구성을 개략적으로 살펴보면, 제 1 도에 도시된 바와같이, 원통형의 외부용기(11) 안쪽으로 내부용기(12)가 이중으로 형성되고, 내부용기(12)의 중앙에는 다수의 유통구멍(13a)을 갖는 원판상의 영구자석(13)이 형성된 것으로서, 외부용기(11)의 상부중앙에 형성된 오일유입구(14)를 통하여 유입된 오일이 내부용기(12)를 거쳐 반대편의 오일유출구(15)로 유동하는 과정에서 오일이 상기 영구자석(13)을 지날때 영구자석(13)의 자력에 의하여 오일중에 포함된 철계마모입자가 영구자석(13)에 부착되어 불순물의 여과가 수행된다.

그러나, 상기 종래의 여과장치는 영구자석의 일부 자력선이 유실되고, 포집면적 또한 적기때문에 여과능력이 낮아 마모입자의 효과적인 여과를 기대할 수 없다는 문제점을 지니고 있다.

본 고안은 상기 종래 여과장치의 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 외주연부상에 다수의 방사상 유통홈을 갖는 원판상의 영구자석 한쌍을 동일극성이 마주보도록 배열하여 자장의 세기를 증가시킴으로써 오일중에 포함된 마모입자의 여과효율을 향상시킨 영구자석을 이용한 오일필터를 제공하는 그 목적이 있다.

본 고안의 다른 목적은 한쌍의 영구자석 사이의 공간내부에 자화성재질의 망사형철망 다수조를 중첩하여 개재함으로써 망사형철망의 유도자화에 따른 영구자석의 최대자력을 증폭시키는 한편 조밀한 오일통로를 형성하여 마모입자의 여과능력을 향상시킨 영구자석을 이용한 오일필터를 제공하는데 있다.

이와같은 본 고안의 목적은 근본적으로 영구자석간의 반경방향을 향하는 자력의 세기를 증가시킴으로써 달성되는 바, 자력선모델을 도입하여 자력증폭의 원리를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제 2 도는 본 고안에서 사용되는 원판상 영구자석의 사시도로서 중앙부에 원형구멍을 갖는 원판상 영구자석(1)의 외주연부에는 오일통로로서의 가늘고 긴 다수개의 요홈(2)이 등간격을 유지한채 방사상으로 형성되어 있다. 제 3 도는 제 2 도의 영구자석의 자력선 분포를 나타낸 것으로, 도면중 화살표는 N극으로부터 나와 S극을 향하는 자력선의 방향을 표시하며, 자력의 세기는 단위면적당 통과하는 자력선의 갯수에 비례하는데, 여기서 영구자석의 지름을 D라하고, 그 영구자석주위에 형성되는 폐회로의 자력선의 수를 B라고 가정한 상태에서 영구자석 두개를 서로 반대극성이 바주보도록 배열한 경우의 자력선 분포는 제 4 도와 같다. 즉 L의 간격을 두고 두개의 영구자석을 서로 반대극성이 마주보도록 배열한 경우에는 축방향을 통과하는 자력선 수는 영구자석이 하나뿐일때(제 3 도)의 2배 즉, 2B개의 자력선이 되어 자력의 세기는 2B/D로 된다.

반대로, L만큼의 간격을 두고 한쌍의 영구자석을 배열함에 있어 대향하는 두 영구자석의 내면의 극성을 동일하게 하는 경우로서 마주보는 면의 극성이 N극과 N극 또는 S극과 S극일 때에는 제 5 도에 도시된 바와같이 영구자석의 축방향으로 한면당(D) 단지 B개의 자력선만이 통과하게 되나, 영구자석의 반경방향으로는 2B개의 자력선이 통과하게 되어 자력의 세기는 한 측면당 B/L최대자력이 형성된다.

즉, 단 하나의 영구자석의 최대자력은 B/D이고, 두개의 영구자석을 평행하게 배열함에 있어 마주보는 면의 극성을 달리한 경우의 자력의 세기는 2B/D이며, 반대로 한쌍의 영구자석을 동일극성이 마주보게 배열한 경우에는 B/L배의 최대자력을 나타내는 영역을 얻게된다.

따라서, 두 영구자석의 동일극성이 마주보게 배열하는 경우 영구자석의 직경(D)에 비해 두 영구자석간의 간격(L)을 적게함으로써 반경방향의 자력세기를 증가시킬 수 있으며, 이때 최대자력은 서로 반대극성이 마주보도록 영구자석을 배열한 상태의 자력에 비해 D/2L배 만큼 최대자력의 증폭효과를 얻을 수 있다는 사실을 알수 있다.

이와같은 자력세기의 증폭원리를 이용한 본 고안 오일필터의 구성을 설명하면 다음과 같다.

본 고안은 그 일실시예를 보인 제 6 도에 도시된 바와같이, 상면에 다수의 오일유입공(3a)을 갖는 하우징(3)의 내부에 다수의 요홈(2)이 방사상으로 형성된 한쌍의 원판상 영구자석(1)(1')을 서로 같은 극성이 마주보도록 배열하며 그 영구자석(1)(1')의 사이의 공간부에 자화성재료의 철망(4) 여러겹을 삽입하고, 하단부에 오일유출공(5)이 형성된 원통형 지지관(6)을 상기 영구자석(1)(1') 및 철망(4)의 중앙부에 관통삽입하여 이루어진 구조이다.

이와같은 구조의 본 고안 장치에 있어서 하우징과 지지관은 자력선의 유실을 방지하기 위해서 자력절연체의 역할을 수행할 수 있는 재질이 사용되는 데, 이에따라 본 고안 장치의 자력선분포를 보인 제 7 도에서와 같이 하우징이나 지지관에 의한 자력선의 유실이 발생되지 않음을 알수 있다.

특히, 본 고안에서는 반경방향의 최대자력을 얻기위한 방편으로 두 영구자석사이의 공간부내에 유도자화가 가능한 재질의 삽입망으로 와이어거즈(wire gauze)나 철망을 여러겹 적층하여 삽입시킴에 따라 영구자석사이의 철망은 제 8 도에 표현된 바와같이 반경방향으로 N극과 S극을 띠면서 유도자화된다. 더욱이 이같은 좁은구멍이 밀집배열된 철망을 여러겹 겹쳐서 삽입됨에 따라 영구자석의 요홈을 지나 적층철망을 통과하는 오일은 상당히 좁고 조밀한 유로를 통과하게 되므로 결과적으로 불순물의 포집면적 및 포집공간이 증대되어 여과효율의 향상을 기대할 수 있다.

한편, 삽입철망의 갯수를 증가시킬수록 그에따른 포집면적이 비례적으로 증대된다는 잇점이 있으나 반대로 자석간의 거리(L)가 반비례적으로 감소하게 되어 결국 삽입철망의 갯수와 여과효율간의 관계는 이들 비례항과 반비례항의 중첩에 의해서 정해지는 바, 그 관계를 그래프로 표시하면 제 9 도와 같다. 즉 최대효율은 철망이 갯수를 아주 적게하여 자력세기를 극대화시키는 영역과 포집면적을 증대시켜 여과효율이 포화점에 도달되는 영역에서 얻을 수 있음을 알수 있다. 그러나 전자의 경우에는 매우 예민하게 낮은 효율의 영역으로 접근할 염려가 있기 때문에 불안정하며, 통과유량이 적게되고 여과능력이 감소되는 단점이 있다. 따라서 포화영역에 도달하는 지점에서 삽입철망의 갯수를 결정하는편이 보다 안정적이고 우수한 여과능력을 나타낸다.

이하, 본 고안의 실시예는 다음과 같다.

먼저, 1500-1800가우스의 자력세기를 갖는 영구자석 2개에 각각 폭 1.5㎜, 길이 20㎜의 유통요홈 8개씩을 방사상으로 형성하여 이들 두 영구자석을 동일극성이 마주보도록 배열한 다음, 1인치당 직경 0.8㎜의 구멍이 22개 나있는 SS41재질의 철망(이때 철망의 두께는 0.35㎜이고, 외경은 영구자석과 동일) 12개를 적층하여 두 영구자석의 사이에 삽입하고 이들 영구자석과의 철망을 아크릴재질의 하우징내에 조립설치하였다. SAE #30등급의 자동차용 윤활유4(L)의 오일이 사용되었으며, 오일배쓰(BATH) 내의 온도는 80℃로 유지하였다. 여기에 10.5㎛의 평균입자크기를 갖는 환원 철(Fe)분말 8.0(g)을 첨가하여 0.5Hp 오일펌프를 사용하여 10분간 가동시킨 다음, 오일 15cc를 채취하여 오일속에 포함된 철성분의 함량을 Paritcle Quantifier라는 기기를 사용하여 조사하였다. Paritcle Quantifier는 철성분의 함량에 따라 자기와전류(magnetic eddy current)를 교란시키는 정도의 차이를 이용하여 그 함량을 상대적으로 나타내주는 계측기로서 그 지시값이 P.Q.Index이다. 여과장치를 통과하기전에 P.Q.Index값이 992이었던 것이 실험후 오일배쓰(BATH)내 시료에 대해서는 166, 휠터를 통과한 시료에 대해서는 9를 나타내었다. 따라서, 여과효율을,

로 계산한 결과 각각 83.3(%) 및 99.1(%)의 양호한 여과효율을 나타내었다.

이때, 여과기를 거친 오일내의 철입자 평균크기는 1.7㎛로 나타났으며, 특히 여과기로부터 직접 나오는 시료의 청정성이 매우 우수하여 전량흐름식 필터방식(Full Flow Filtering Method : 오일배쓰가 없이 모든 공급오일이 오일필터를 직접 통과하는 여과방식)에서 더욱 바람직하다.

한편, 상대적인 비교를 위하여 영구자석 한쌍을 서로 반대극성이 마주보도록 배열하여 P.Q.Index값을 측정한 결과 각각 572 및 11로 나타났으며, 이로서 동일극성의 맞보기배열시의 여과효율 증폭능력을 알수 있다.

또한 두 영구자석에 형성된 요홈의 배치각도를 10°어긋나게 하였을때 휠터 전후간에 0.4(㎏/㎝)의 압력손실이 있는 것으로 측정되었으며, 배치각도를 조정함에 따라 ±0.2(㎏/㎝²)의 범위내에서 변동하였다.

Claims (1)

1. 상면에 다수의 오일유입공(3a)을 갖는 비자화성재질의 하우징(3)의 내부에 다수의 요홈(2)이 방사상으로 형성된 한쌍의 원판상 영구자석(1)(1')을 일정간격을 두고 같은 극성이 서로 마주보도록 배열하고, 그 영구자석(1)(1')의 사이의 공간부에 자화성재료의 철망(4)을 삽입하며, 하단부에 오일유출공(5)이 형성된 비자화성재질의 원통형 지지관(6)을 상기 영구자석(1)(1') 및 철망(4)의 중앙부에 수직으로 관통삽입하여 구성된 것을 특징으로 하는 영구자석을 이용한 오일필터.