KR100941994B1 - 공기압 마이크로 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기압 마이크로 밸브에 관한 것으로, 이를 위해 축선방향을 따라 코일이 권선된 보빈이 내장되는 제 1바디;와, 상기 보빈에 내부에 축설되는 고정자 및 플랜져;와, 상기 제 1바디의 단부에 연설되되, 폭방향을 따라 다수의 공기포트가 형성되는 제 2바디;와, 상기 제 2바디의 중앙부위에 고정되어 다수의 공기포트와 상통하는 유로커넥터;와, 상기 제 2바디의 공기포트를 단속할 수 있도록 상기 유로커넥터의 축선방향을 따라 가로질러 설치되되, 단부는 상기 플랜져와 밀착되어 연동되는 포핏;을 포함하여 이루어지되, 상기 고정자와 플랜져는 흡입력을 최대화하기 위해 비율이 4:6이고, 전력 공급 순간의 써지 전류를 억제하기 위한 보호회로수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

공기압, 마이크로밸브, 공기포트, 유로커넥터, 바디, 플랜져

Description

공기압 마이크로 밸브{A Micro Valve Of AirPressure}

본 발명은 흡인력을 극대화할 수 있도록 고정자와 플랜져의 길이비율을 4:6으로 배분하고, 더불어 0.1watt의 최소 소비전력으로 작동을 위한 최소의 자력이 형성되도록 하여 고정자에 대한 플랜져의 작동 응답속도를 향상시킨 보호회로수단을 구비한 공기압 마이크로 밸브에 관한 것이다.

일반적으로 공기압 마이크로 밸브의 핵심 기술은 고응답화, 고속화, 저소비전력화, 고유출능력화, 고정밀 제어화 및 고성능, 고신뢰성화에 있다.

이러한 공기압 마이크로 밸브의 기술은 청결성, 비폭발성, 저가격성, 고속 고정밀 제어기술향상 등의 이유로 산업계 전반에 걸쳐서 그 응용 범위가 무궁무진하며, 전기, 전자, 기계의 복합기술이며, IT, NT, BT, ET 기술의 근간이 되는 기술이다.

특히 공기압 마이크로 밸브 기술은 대상전원에 따라 DC형과 AC형으로 나누워지는데, 이들은 모두 코일을 중심으로 자기력이 발생시 이동하는 플랜져(PLUNGER)로 구성된다.

이 때 공기압 마이크로 밸브으 핵심기술에는 안전율과 온도상승을 고려한 플랜져의 최대 흡인력 결정기술, 자속밀도 해석기술, 플랜져 사이즈 및 형상 결정기술, 최적의 보빈설계기술, 자성재료 해석 및 결정기술 등이 있다.

특히 보빈 내부에 있는 고정자(코어)와 플랜져의 길이에 따라 자속밀도가 큰 차이가 나고, 이것은 흡인력, 소비전력, 코일의 발명량에 큰 영향을 미치게 된다.

따라서 고정자와 플랜져의 길이 대비를 최적화하여, 흡인력을 극대화하고, 최소의 소비전력으로 최소 소비전력으로 작동을 위한 최소의 자력이 형성되도록 하여 고정자에 대한 플랜져의 작동 응답속도를 빠르게 향상시킬 수 있는 공기압 마이크로 밸브가 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명은 축선방향을 따라 코일이 권선된 보빈이 내장되는 제 1바디;와, 상기 보빈에 내부에 축설되는 고정자 및 플랜져;와, 상기 제 1바디의 단부에 연설되되, 폭방향을 따라 다수의 공기포트가 형성되는 제 2바디;와, 상기 제 2바디의 중앙부위에 고정되어 다수의 공기포트와 상통하는 유로커넥터;와, 상기 제 2바디의 공기포트를 단속할 수 있도록 상기 유로커넥터의 축선방향을 따라 가로질러 설치되되, 단부는 상기 플랜져와 밀착되어 연동되는 포핏(Poppet);을 포함하여 이루어지되, 상기 고정자와 플랜져는 흡입력을 최대화하기 위해 비율이 4:6이고, 전력 공급 순간의 써지 전류를 억제하기 위한 보호회로수단을 구비한 것을 특징으로 하는 공기압 마이크로 밸브를 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 공기압 마이크로 밸브에 따르면, 흡인력을 극대화할 수 있도록 고정자와 플랜져의 길이비율을 4:6으로 배분하고, 더불어 0.1watt의 최소 소비전력으로 작동을 위한 최소의 자력이 형성되도록 하여 고정자에 대한 플랜져의 작동 응답속도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 공기압 마이크로 밸브에 관하여 첨부되어진 도면과 함께 더불어 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 공기압 마이크로 밸브의 단면구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 흡인력을 극대화할 수 있도록 고정자(21)와 플랜져(20)의 길이비율을 4:6으로 배분하고, 더불어 0.1watt의 최소 소비전력으로 작동을 위한 최소의 자력이 형성되도록 하여 고정자에 대한 플랜져(20)의 작동 응답속도를 향상시킨 보호회로수단(60)을 구비한 공기압 마이크로 밸브(100)에 관한 것이다.

이러한 공기압 마이크로 밸브(100)는 크게 2부분으로 이루어지는데, 이는 제 1바디(10)와, 제 2바디(30)로 구성된다.

여기서 제 1바디(10)에는 내부로 코일(12)이 권선된 보빈(11)이 축설되는 구조이다.

이 때 상기 보빈(11)은 내부가 관통된 원통형상으로 고정자(21)와 플랜져(20)가 공극을 두고 배치되어 있는 구조이다.

따라서 코일(12)로 전원이 연결되면 자력에 의해 공극이 없어지면서 플랜져(20)가 고정자(21)에 밀착되는 구조이다.

이와 반대로 전원이 차단되면 자력이 상실되어 플랜져(20)는 고정자(21)와 멀어지면서 공극이 형성된다. 이는 상기 플랜져(20)의 단부 외주면에 탄설된 탄성수단(201)의 탄성복귀에 의해 가능하다.

때문에 상기 플랜져(20)는 전원공급에 따라 승강하는 구조이다.

한편 상기 고정자(21)와 플랜져(20)의 길이 비율은 흡입력을 최대화하기 위한 최적에 비율로 4 : 6 인 것이 바람직하다. 이외에는 플랜져(20)의 응답성이 좋지 않기 때문에 바람직하지 않다.

그리고 상기 제 2바디(30)는 제 1바디(10)의 단부에 연설되되, 폭방향을 따라 다수의 공기포트(31,32,33)가 형성되어 있는 구조이다.

이 때 상기 제 2바디(30)의 중앙부위 내측에는 다수의 공기포트(31,32,33)와 상통하는 유로커넥터(40)가 결합되는 구조이다.

그리고 상기 유로커넥터(40)는 축선방향을 따라 가로지르는 포핏(50)이 설치되어 있는 구조이다.

이러한 상기 포핏(50)의 단부는 상기 플랜져(20)의 상단부와 밀착되어 연동되며, 포핏(50)의 승강에 따라 상기 제 2바디(30)의 공기포트(31,32,33)를 단속할 수 있도록 구성된다.

여기서 상기 유로커넥터(40)는 포핏(50)의 승강에 따라 잔여 공기를 잔압공기배출포트(33)로 배출할 수 있는 통기공(41)이 더 형성되는 구조이다.

이러한 상기 공기포트(31,32,33)는 상기 포핏(50)의 상승에 의해 폐쇄되는 공기흡입포트(31)와, 상기 포핏(50)의 하강에 의해 개방되는 공기흡입포트(31)와 연설되는 공기배출포트(32)와, 상기 포핏(50)의 승강시 내부 잔압을 배출하기 위한 잔압공기배출포트(33)로 구성되는 구조이다.

한편 본 발명은 전력 공급 순간의 써지 전류를 억제하기 위한 보호회로수단(60)을 구비한 것이 바람직하다. 이러한 보호회로수단(60)은 도면을 참조하여 후 에 설명하기로 한다.

이하에서는 본 발명에 따른 공기압 마이크로 밸브에 작동에 관하여 첨부되어진 도면과 함께 더불어 간단히 설명하기로 한다.

도 2a는 도 1에 따른 공기압 마이크로 밸브의 에어공급을 차단한 제 1작동도이고, 도 2b는은 도 1에 따른 공기압 마이크로 밸브의 에어공급을 개방한 제 2작동도이다.

먼저 도 2a에 도시된 바와 같이, 코일(12)에 전원이 차단되면, 상기 플랜져(20)는 탄성수단(201)의 탄성복귀력에 의해 상승하게 되고, 상승된 플랜져(Plunger)(20)는 포핏(50)을 밀어올려 공기흡입포트(31)를 차단하게 되어 공기의 흡입을 차단하게 된다.

이 때 상기 잔압공기배출포트(33)와 통기공(41)과 공기배출포트(32)는 상통되는 구조이다.

그리고 도 2b와 같이, 코일(12)에 전원이 인가되면, 상기 플랜져(20)는 자력에 의해 공극이 없어지면서 고정자(21)와 밀착하게 된다.

이 때 상기 탄성수단(201)은 압축되며, 이와 동시에 상기 포핏(50) 역시 플랜져(20)와 연동되어 차단된 공기흡입포트(31)를 개방하게 된다.

그러면 상기 공기흡입포트(31)를 통해 유입되는 공기는 공기배출포트(32)로 배출하게 되고, 잔압공기흡입포트(31)와 통기공(41)은 포핏(50)에 의해 차단되는 구조이다.

이하에서는 보호회로수단에 대해 첨부되어진 도면과 함께 더불어 상세히 설명하기로 한다.

도 3a는 보호회로수단 일실시예를 나타낸 회로 구성도이다.

도 3a를 참조하여, 보호회로수단의 구성을 살펴보면, 각종 저항(R1,R2, R3,R4)과, 스위칭 다이오드(D1,D2)와 콘덴서(C1,C2)와 바이폴라트랜지스터(Q1)와 인덕터(L1)을 포함한다.

전원공급부(70)와 접지 사이에는 저항(R1)과 스위칭 다이오드(D1) 및 스위칭 다이오드(D2)가 직렬 연결된다.

저항(R2)과 콘덴서(C1)는 저항(R1)과 스위칭 다이오드(D1)에 병렬 연결되며, 콘덴서(C1)의 충전 효과와 RC 필터의 로패스(low-pass) 효과를 이용하여 초기 구동(ON)시 급격하게 흐르는 써지 전류를 방지하도록 구성된다.

그리고, 콘덴서(C1)와 접지 사이에는 베이스가 콘덴서(C1)에 연결되고, 콜렉터와 이미터 사이에 저항(R3)이 연결된 바이폴라트랜지스터(Q1)가 구비된다.

또한, 저항(R2) 및 바이폴라트랜지스터(Q1)와 저항(R3)의 접속점에는 콘덴서(C2)가 병렬 연결되고, 콘덴서(C2)에는 저항(R4)과 인턱더(L1)가 병렬 연결되며, 저항(R4)과 콘덴서(C1)의 접속점에 공기압 마이크로 밸브의 일측단 코일이 전기적으로 연결되고, 인덕터(L1)와 접지의 접속점에 공기압 마이크로 밸브의 타측단 코일이 전기적으로 연결된다.

도 3b는 보호회로수단의 다른 실시예를 나타낸 회로 구성도이다.

도 3b를 참조하여 보호회로수단의 구성을 살펴보면, 각종 저항(R1,R2,R3)과, 스위칭 다이오드(D1,D2,D3)와 콘덴서(C1,C2) 및 바이폴라트랜지스터(Q1)를 포함한다.

전원공급부(70)와 접지 사이에는 저항(R1)과 스위칭 다이오드(D1) 및 스위칭 다이오드(D2)가 직렬 연결된다.

그리고, 저항(R2)과 콘덴서(C1)는 저항(R1)과 스위칭 다이오드(D1)에 병렬 연결되며, 콘덴서(C1)의 충전 효과와 RC 필터의 로패스(low-pass) 효과를 이용하여 초기 구동(ON)시 급격하게 흐르는 써지(Surge) 전류를 방지하도록 구성된다.

또한 콘덴서(C1)와 접지 사이에는 베이스가 콘덴서(C1)에 연결되고, 콜렉터와 이미터 사이에 저항(R3)이 연결된 바이폴라트랜지스터(Q1)가 구비된다.

또한 저항(R2) 및 바이폴라트랜지스터(Q1)와 저항(R3)의 접속점에는 콘덴서(C2)와 저항(R4)이 병렬 연결되며, 저항(R2)와 콘덴서(C2)의 접속점에 공기압 마이크로 밸브의 일측단 코일이 전기적으로 연결되고, 저항(R3)와 저항(R4)의 접속접에 공기압 마이크로 밸브의 타측단 코일이 전기적으로 연결된다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 보호회로수단들은, 전원 공급부(미도시)로부터의 초기 구동 전원이 들어오면 콘덴서(C1)를 통해 순간적으로 들어오는 전류를 충전하고, R2와 C1으로 구성되는 RC 필터의 로 패스(low pass) 효과를 이용하여 전류 전달을 지연시킴으로써, 써지(surge) 제거 및 필터링을 한다.

그리고, 각 소자의 용량을 적절하게 조절하여 써지 전류 억제뿐만 아니라 고정자와 플랜져의 흡착을 위한 최소의 자력 형성을 위한 전력을 생성한다.

이와같이, 기존의 고정자와 플랜져에 공급하는 전력을 최소 전력으로 함으로써 절전형 구동을 통해 전력 소비를 감소시킬 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 공기압 마이크로 밸브의 단면구성도,

도 2a는 도 1에 따른 공기압 마이크로 밸브의 에어공급을 차단한 제 1작동도,

도 2b는 도 1에 따른 공기압 마이크로 밸브의 에어공급을 개방한 제 2작동도이다.

도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 보호회로수단을 도시한 제 1회도로,

도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 보호회로수단을 도시한 제 2회로도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 제 1바디 11: 보빈

12: 코일

20: 플랜져 201: 탄성수단

21: 고정자

30: 제 2바디 31: 공기흡입포트

32: 공기배출포트 33: 잔압공기배출포트

40: 유로커넥터 41: 통기공

50: 포핏 60: 보호회로수단

70: 전원공급부

100: 공기압 마이크로 밸브

Claims (6)

1. 축선방향을 따라 코일(12)이 권선된 보빈(11)이 내장되는 제 1바디(10);

   상기 보빈(11)에 내부에 축설되는 고정자(21) 및 플랜져(20);

   상기 제 1바디(10)의 단부에 연설되되, 폭방향을 따라 다수의 공기포트(31,32,33)가 형성되는 제 2바디(30);

   상기 제 2바디(30)의 중앙부위에 고정되어 다수의 공기포트(31,32,33)와 상통하는 유로커넥터(40);

   상기 제 2바디(30)의 공기포트(31,32,33)를 단속할 수 있도록 상기 유로커넥터(40)와 연동되는 포핏(50);을 포함하여 이루어지되,

   상기 고정자(21)와 플랜져(20)는 흡입력을 최대화하기 위해 비율이 4:6이고, 전력 공급 순간의 써지 전류를 억제하기 위한 보호회로수단(60)을 구비하며,

   상기 보호회로수단(60)은 상기 고정자(21)에 대한 플랜져(20)의 작동 응답속도를 향상시키고 소비전력을 감소시킬 수 있도록 작동을 위한 최소의 자력이 형성되도록 최소 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 공기압 마이크로 밸브.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 공기포트(31,32,33)는 상기 포핏(50)의 상승에 의해 폐쇄되는 공기흡입포트(31)와, 상기 포핏(50)의 하강에 의해 개방되는 공기흡입포트(31)와 연설되는 공기배출포트(32)와, 상기 포핏(50)의 승강시 내부 잔압을 배출하기 위한 잔압공기배출포트(33)로 구성되는 것을 특징으로 하는 공기압 마이크로 밸브.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 유로커넥터(40)는 포핏(50)의 승강에 따라 잔여 공기를 잔압공기배출포트(33)로 배출할 수 있는 통기공(41)이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 공기압 마이크로 밸브.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 플랜져(20)는 탄성복귀될 수 있도록 탄성수단(201)이 단부 외주면에 탄설되는 것을 특징으로 하는 공기압 마이크로 밸브.
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 최소 전력은 0.1watt인 것을 특징으로 하는 공기압 마이크로 밸브.

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