KR100939801B1 - 솔레노이드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각종 밸브, 잠금장치, 스위치 및 계전기 등에 활용되는 솔레노이드에 관한 것으로, 실린더(150); 상기 실린더(150)의 중공(151)에 길이방향을 따라 배치 고정되는 자화가능한 재질의 코어(160); 상기 코어(160)를 이격되게 감싸면서 극성(N, S)이 각각 내주부와 외주부로 분포되는 마그네트(110, 120); 및 상기 코어(160)를 감싸면서 상기 마그네트(110, 120) 안으로 이동가능하게 끼워지는 보빈(141)과, 보빈(141)의 둘레면을 감싸고 전기가 흐르는 코일(130)을 구비한 플런저(140)로 이루어진 것이다.

Description

솔레노이드{Solenoid}

본 발명은 각종 밸브, 잠금장치, 스위치 및 계전기 등에 활용되는 솔레노이드에 관한 것이다.

솔레노이드란, 도선을 지름보다 길이가 긴 형태의 원통에 균일하게 감은 코일을 뜻하는 것으로, 상기 도선에 직류전류를 흘리면 도선 주변에 자기장이 형성되어서 철심이나 플런저를 코일로 끌어당길 수 있게 된다.

도 1은 종래 솔레노이드의 동작모습을 개략적으로 도시한 단면도인 바, 이를 참조하여 설명한다.

종래 솔레노이드(10)는 도선을 감은 코일(11)과 상기 코일(11) 내에 직선이동하는 플런저(12)로 구성된다. 상기 도선은 중공(14)을 갖는 실린더(13)의 둘레부에 감겨 코일(11) 형태로 고정되고, 플런저(12)는 상기 중공(14)을 따라 이동가능하게 배치된다.

이상 설명한 종래 솔레노이드(10)의 동작모습을 보면, 도 1(a)에 도시한 바와 같이 직류전류가 코일(11)을 따라 흐르면 실린더(13) 주변에 왼쪽에서 오른쪽으로 흐르는 자기장이 유도된다. 즉, 왼쪽은 N극을 띠고 오른쪽은 S극을 띠는 것이 다.

결국, 코일(11)을 감은 실린더(13)는 전자석이 되어서, 자화 가능한 재질로 된 플런저(12)를 실린더(13) 쪽으로 끌어당기고, 결국에는 도 1(b)에 도시한 바와 같이 중공(14)에 삽입된다.

물론, 플런저(12)의 오른쪽에 플런저(12)를 탄발지지하는 탄발체(미 도시함)를 배치함으로서, 코일(11)로의 직류전류 유입이 차단되어 자력을 상실하면 탄발체가 플런저(12)를 중공(14) 밖으로 밀어내어 원위치로 복귀시킬 수도 있을 것이다.

한편, 상기 플런저(12)는 자화 가능한 재질 이외에 자체자력을 갖는 영구자석일 수도 있다.

도 1(a)에 도시한 바와 같이, 영구자석인 플런저(12)를 N극이 오른쪽, S극이 왼쪽으로 하여 실린더(13)의 중공(14)에 삽입하고 코일(11)에 직류전류를 흘리면, 앞서 설명한 바와 같이 실린더(13)의 오른쪽은 S극, 왼쪽은 N극이 되어서, 실린더(13)와 플런저(12) 간의 인력으로 상기 플런저(12)를 도 1(b)와 같이 중공(14)으로 끌어당긴다.

한편, 코일(11)에 역방향으로 직류전류를 흘리면 도 1(a)와 반대로 실린더(13)의 오른쪽은 N극, 왼쪽은 S극이 되므로, 영구자석인 플런저(12)는 척력에 의해 실린더(13)로부터 밀려나가게 된다.

즉, 플런저(12)를 영구자석으로 할 경우, 코일(11)에 흐르는 직류전류의 방향을 바꿔주는 것만으로, 상기 플런저(12)의 이동방향을 제어할 수 있다.

이상 설명한 솔레노이드(10)는 전자기유도현상을 응용해 플런저(12)를 직선 운동시킬 수 있는 것으로서, 전류의 세기와 코일(11)의 길이당 권선수에 비례하여 플런저(12)가 받는 힘이 결정된다. 또한, 플런저(12)가 영구자석일 경우, 플런저(12)가 받는 힘은 영구자석이 갖는 자력에도 비례한다.

즉, 플런저(12)의 이동력을 높이기 위해서는 코일(11)의 권선수를 늘리거나, 전류의 세기를 증가시키거나, 플런저(12)의 자력을 높여야 하는 것이다.

그런데, 종래 솔레노이드(10)는 플런저(12)가 코일(11)이 감긴 실린더(13)를 따라 이동하므로 코일(11)에 유도된 자기장의 범위를 벗어날 수 있고, 이로 인해 플런저(12)가 받는 자력이 플런저(12)의 위치에 따라 변하면서 플런저(12)의 이동력이 일정치 못하게 된다. 또한, 플런저(12)의 이동력을 높이기 위해 코일(11)의 권선수를 늘릴 수도 있으나, 공간적인 제한으로 권선수를 무한정 늘릴 수도 없으므로 한계가 있다.

한편, 플런저(12)를 영구자석으로 하여 이동력을 높일 수도 있으나, 이동력의 향상을 목적으로 플런저(12)의 자력을 키우려면 그 밀도를 높여야 하므로, 결국에는 플런저(12)의 하중이 증가되어 이동력을 효율적으로 높이는데 어려움이 있었다.

또한, 종래 솔레노이드(10)는 코일(11)의 권선수를 늘리거나, 전류의 세기를 증가시키거나, 플런저(12)의 자력을 높임으로서, 플런저(12)의 이동력을 높이더라도, 상기 플런저(12)는 그 이동시 코일(11)이 갖는 자기장의 범위를 벗어나므로, 플런저(12)의 동작이 균일하지 못한 문제가 있었다.

결국, 종래 솔레노이드(10)는 큰 이동력과 정밀동작이 요구되는 작업에는 활 용할 수 없었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제를 해소하기 위해 발명된 것으로, 플런저가 비교적 큰 이동력을 가지면서 위치에 상관없이 일정한 속도로 동작할 수 있어, 정밀한 동작이 요구되는 작업에도 활용될 수 있는 솔레노이드의 제공을 기술적 과제로 한다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

실린더(150);

상기 실린더(150)의 중공(151)에 길이방향을 따라 배치 고정되는 자화가능한 재질의 코어(160);

상기 코어(160)를 이격되게 감싸면서 극성(N, S)이 각각 내주부와 외주부로 분포되는 마그네트(110, 120); 및

상기 코어(160)를 감싸면서 상기 마그네트(110, 120) 안으로 이동가능하게 끼워지는 보빈(141)과, 보빈(141)의 둘레면을 감싸고 전기가 흐르는 코일(130)을 구비한 플런저(140)로 이루어진 솔레노이드이다.

이상 상기와 같은 본 발명에 따르면, 이동하는 플런저가 아닌 고정된 실린더에 마그네트를 배치함으로서 자력을 높이기 위해 마그네트의 밀도를 높이더라도 플런저의 하중이 증가하는 문제를 해소할 수 있고, 플런저의 이동범위를 균일한 자기 장 내로 제한함으로 플런저의 위치에 상관없이 동일한 이동력을 발생시켜서 정밀한 동작을 요구하는 작업 또는 기기에 적용될 수 있는 효과가 있다.

이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 솔레노이드를 분해 도시한 사시도인 바, 이를 참조하여 설명한다.

본 발명에 따른 솔레노이드(100)는 중공(151)을 갖는 실린더(150)와, 상기 중공(151)을 따라 고정 배치되는 코어(160)와, 중공(151)의 내면을 따라 배치되어 코어(160)로부터 이격 배치되는 마그네트(110, 120)와, 상기 중공(151)의 길이방향을 따라 이동가능하게 삽입되는 플런저(140)로 구성된다.

이때, 상기 플런저(140)는 보빈(141)을 포함하고, 상기 보빈(141)의 둘레면으로 코일(130)이 감겨 배치되면서, 종래 솔레노이드(100)와는 달리 코일(130)이 플런저(140)가 되어 실린더(150)를 따라 이동한다.

한편, 상기 실린더(150)의 중공(151)에는 마그네트(110, 120)가 중공(151)의 내면을 덮도록 삽입된다. 본 발명에 따른 실시예에서 상기 중공(151)은 원형이고, 제1,2마그네트(110, 120)는 곡면으로 된 중공(151)의 내면에 밀착되도록 곡판으로 되어서, 상기 코어(160)를 중심으로 서로 대향하게 배치된다.

여기서, 상기 마그네트(110, 120)는 제1마그네트(110)와 제2마그네트(120) 두 개의 영구자석인 것으로 도시 및 설명하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 셋 이상의 마그네트가 중공(151)의 내면을 따라 배치될 수도 있을 것이다.

한편, 상기 코어(160)는 제1커버(170)의 중심에 입설되어 실린더(150)의 일측단에 고정된다. 이때, 코어(160)는 상술한 바와 같이 중공(151)의 길이방향을 따라 그 중심에 위치한다.

상기 코어(160)는 자화 가능한 재질이고, 결국 상기 제1,2마그네트(110, 120)에 의해 자화되면서 극성을 갖게 된다.

도 3은 마그네트에 의한 자극의 분포모습을 실시예로 도시한 도면인 바, 이를 참조하여 설명한다.

중공(151)에 내설된 제1,2마그네트(110, 120)는 내주부가 S극이고 외주부가 N극으로 된다. 따라서, 제1,2마그네트(110, 120)의 외주면은 상호 간의 척력(반발력)으로 중공의 내면과 밀착 고정된다.

한편, 코어(160)는 제1,2마그네트(110, 120)의 내주부 극성인 S극으로 인해, N극으로 자화된다. 결국, 제1,2마그네트(110, 120)와 코어(160) 사이에는 자기장이 형성되고, 그 방향은 N극인 코어(160)에서 S극인 제1,2마그네트(110, 120)의 내주부로 향하게 된다.

상기 실린더(150)는 상술한 자기장을 중공(151) 안에 가두는 차폐기능을 하여서, 제1,2마그네트(110, 120)에서 발생하는 자기장이 외부로 분산 및 소실되는 것을 최소화한다.

계속해서, 상기 플런저(140)는 보빈(141)과, 보빈(141)의 둘레면을 감싸 고정되는 코일(130)을 포함하고, 보빈(141)의 일단에는 플랜지(142)가 고정될 수 있다. 상기 플랜지(142)는 코일(130)로의 직류전류 공급을 위한 통전부재(143)가 배 선되고, 이에 상응하여 상기 실린더(150)는 중공(151)으로 플런저(140)가 삽입되더라도 통전부재(143)가 외부로 인출될 수 있도록 중공(151)을 개구하는 홈(152)을 형성하는데, 상기 홈(152)은 도 4(본 발명에 따른 솔레노이드의 실린더에 삽입된 플런저의 이동모습을 도시한 사시도)에 도시한 바와 같이, 플런저(140)의 이동에도 통전부재(143)가 간섭받지 않도록 플런저(140)의 이동범위에 상응하는 길이로 절개 형성된다.

한편, 상기 보빈(141)은 코어(160)와 이동가능하게 맞물릴 수 있어야 하므로, 코어(160)가 삽입될 수 있도록 속이 빈 관 형상이어야 할 것이다.

상기 실린더(150)의 타측단에는 제2커버(180)가 씌워져 고정될 수 있다.

상기 제2커버(180)는 플런저(140)의 이동거리를 제한할 목적으로 더 포함될 수 있고, 제2커버(180)가 구비될 경우 플런저(140)의 이동이 외부로 전달될 수 있도록 상기 플런저(140)는 인출대(144)를 구비할 수 있다. 따라서, 제2커버(180)는 인출대(144)가 이동가능하게 관통하는 인출홈(181)을 구비해야 할 것이다.

미 설명한 인출번호 "153", "171", "182"는 실린더(150), 제1커버(170) 및 제2커버(180)에 각각 형성된 체결홈을 인출한 것으로, 핀, 볼트 등과 같은 별도의 체결부재(미도시함)가 상기 체결홈(153, 171, 182)에 끼워지면서 실린더(150), 제1커버(170) 및 제2커버(180)가 상호 단단히 결속된다.

도 5는 본 발명에 따른 솔레노이드의 동작모습을 도시한 단면도인 바, 이를 참조하여 설명한다.

본 발명에 따른 솔레노이드(100)는 상술한 바와 같이, 실린더(150)의 중 공(151) 내면에 제1,2마그네트(110, 120)가 배치되고, 중공(151)의 중심에는 코어(160)가 위치하며, 상기 제1,2마그네트(110, 120)와 코어(160) 사이에 플런저(140)가 이동가능하게 삽입된다.

이때, 상기 코어(160)는 N극으로 자화되고, 이 코어(160)와 마주하는 제1,2마그네트(110, 120)의 내주부는 S극이므로, 자기장이 코어(160)를 중심으로 제1,2마그네트(110, 120)를 향하게 된다.

한편, 도 5(a)에 도시한 바와 같이, 코일(130)에 직류전류가 흐르면 플레밍의 왼손법칙에 따라, 플런저(140)는 왼쪽으로 힘을 받아 이동하게 된다.(도 5(b) 참고) 물론, 도 5(b)의 상태에서 코일(130)에 흐르는 직류전류의 방향을 반대로 하면 플런저(140)는 오른쪽으로 힘을 받아 이동할 것이다.

계속해서, 본 발명에 따른 솔레노이드(100)는 직류전류가 흐르는 코일(130)이 플런저(140)가 이동하더라도 제1,2마그네트(110, 120)와 코어(160)가 위치한 범위를 벗어나지 않도록 한다.

도 5를 기준으로 설명하면, 도 5(a)와 같이 플런저(140)가 중공(151)의 최우측 또는 도 5(b)와 같이 중공(151)의 최좌측에 위치하여도, 플런저(140)의 양단이 각각 제1커버(170)와 제2커버(180)에 저지되므로, 코일(130)의 이동범위는 제1,2마그네트(110, 120)와 코어(160)가 위치한 범위 안으로 제한된다.

결국, 본 발명에 따른 솔레노이드(100)는 플런저(140)의 위치에 상관없이 항시 균일한 자기장 내에서 힘을 받아 이동하므로, 상기 플런저(140)는 위치에 따른 이동력의 변화가 없어 정밀한 동작에 활용될 수 있다.

도 1은 종래 솔레노이드의 동작모습을 개략적으로 도시한 단면도이고,

도 2는 본 발명에 따른 솔레노이드를 분해 도시한 사시도이고,

도 3은 마그네트에 의한 자극의 분포모습을 실시예로 도시한 도면이고,

도 4는 본 발명에 따른 솔레노이드의 실린더에 삽입된 플런저의 이동모습을 도시한 사시도이고,

도 5는 본 발명에 따른 솔레노이드의 동작모습을 도시한 단면도이다.

- 첨부도면의 주요부분에 대한 용어설명 -

100 ; 솔레노이드 110, 120 ; 제1,2마그네트

130 ; 코일 140 ; 플런저

141 ; 보빈 142 ; 플랜지

143 ; 통전부재 144 ; 인출대

150 ; 실린더 151 ; 중공

152 ; 홈 153 ; 체결홈

160 ; 코어 170 ; 제1커버

180 ; 제2커버 181 ; 인출홈

Claims (6)

1. 실린더(150); 실린더(150)의 중공(151)에 길이방향을 따라 배치 고정되는 자화가능한 재질의 코어(160); 코어(160)를 이격되게 감싸면서 극성(N, S)이 각각 내주부와 외주부로 분포되되, 둘 이상이 코어(160)를 중심으로 서로 대향하게 배치되고, 척력에 의해 중공(151)의 내면에 밀착 고정되는 마그네트(110, 120); 및 상기 코어(160)를 감싸면서 상기 마그네트(110, 120) 안으로 이동가능하게 끼워지는 보빈(141)과, 보빈(141)의 둘레면을 감싸고 전기가 흐르는 코일(130)을 구비한 플런저(140)를 포함하는 솔레노이드에 있어서,

   상기 코일(130)의 이동범위가 마그네트(110, 120)의 길이범위 내로 제한되도록 플런저(140)가 실린더(150)에 내설되고;

   플런저(140)는 보빈(141)의 일단에 고정되는 플랜지(142)와, 플랜지(142)에 배치된 일단으로 코일(130)의 양단이 각각 전기적으로 연결되고 타단은 인출된 통전부재(143)를 구비하며;

   실린더(150)는 플런저(140)의 이동시 통전부재(143)의 타단이 간섭되지 않도록 플런저(140)의 이동방향에 나란히 절개 형성되어서, 통전부재(143)가 이동가능하게 관통하는 홈(152)이 형성된 것;

   을 특징으로 하는 솔레노이드.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 실린더(150)의 양단은 제1커버(170)와, 인출홈(181)을 갖는 제2커버(180)로 각각 폐구되고, 플런저(140)의 일단에는 인출홈(181)을 관통하는 인출대(144)가 구성된 것을 특징으로 하는 솔레노이드.

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