The most important characteristics of the d.c. solenoid in a hydraulic proportional compound-valve which controls oil pressure, flow rate as well as direction is that the pulling force on the plunger should be constant within the specified range of the stroke at a given input current.
The design conditions of a relatively small d.c. solenoid valve which could satisfy the required characteristics are investigated theoretically and experimentally. Simplified analytical method of predicting magnetic forces in a complicated magnetic circuit is presented adopting the concept of magnetic permeance. Numerical methods of computing the magnetic force vs. stroke taking the magnetization properties of materials into account are discussed in detail.
It is shown that the stisfactory characteristics of the solenoid valve depends primarily on the geometrical configuration of the non-magnetic metal-strip inserted in the yoke of the solenoid.
It is also shown that both magnetic hysteresis and magnetic locking between the plunger and yoke adversely effect the desired solenoid characteristics and could be minimized by selecting appropriate materials.
Experimental data show satisfactory agreement with the analytical results.
This work is partly sponsored by Hyundai Machine Industry.
이 논문은 비례복합 밸브의 감압 밸브를 작동시키는 solenoid 밸브의 흡인력 특성을 이론과 실험으로 해석하여, 이 밸브의 설계시에 필요로 하는 기본 자료를 얻기 위한 것이다.
일반적으로 철심 yoke 와 풀런저로 이루어진 보통의 solenoid valve 는 흡인력이 stroke 의 제곱에 반비례하여 떨어지는데 비해, 감압 밸브를 작동시키는 solenoid 밸브는 비례 복합 밸브에 사용할 수 없다.
그런데 비례복합 밸브의 특성상 이 밸브 내부에 있는 감압 밸브는 stroke 가 2mm 정도이므로, 본 논문에서는 solenoid 밸브의 yoke 에 비자성체인 brass 를 넣음으로써 자속에 변화를 주어서 좁은 stroke 범위 (stroke 가 2.5 mm 정도) 에서 거의 일정한 흡인력을 주고 밸브의 크기가 비교적 소형인 solenoid 밸브의 특성을 해석하였다.
이 솔레노이드 밸브를 이론적으로 해석하기 위해서 자기회로의 기본 공식을 설명하였으며, permeance 의 개념을 도입하였고, 또 이론적인 전개를 가능하게 하기 위해서 이 밸브의 모양을 간단하게 가정하였다. (그림 11a)
실험적으로 이 밸브의 특성을 구하기 위해서는, 솔레노이드 밸브 실험 장치를 제작하였으며, 이 실험 장치는 스트로크, 전류 및 힘의 크기를 측정할 수 있도록 되어 있다.
이론 및 실험으로 해석한 이 솔레노이드 밸브의 특성은 요오크 내부에 있는 황동의 모양, 요오크 턱에서부터 황동까지의 거리, 풀런저의 직경, 풀런저와 요오크의 clearance, 밸브의 재질 등에 의해서 크게 영향을 받는 것이 규명되었다.
이론으로 구한 결과는 스트로크의 어느 부분을 지나면 실험으로 구한 결과와 오차가 많이 나는데, 이것은 magnetic saturation, 재질의 성질, air gap permeance 등을 좀 더 정확히 계산하여야, 하는 것으로 추정되고, 이 문제를 정확히 해결하려면, 재질의 종류 및 기계적인 가공, 열 처리 문제등도 함께 고려하여야 하며, 앞으로 이러한 연구가 추천된다.
