KR100473427B1

KR100473427B1 - 전자 계전기용 일체형 아마튜어 유지 스프링

Info

Publication number: KR100473427B1
Application number: KR10-1999-7003852A
Authority: KR
Inventors: 리챠드 알렌 버니어
Original assignee: 지멘스 일렉트로미케니컬 컴포넌츠, 인코포레이티드
Priority date: 1996-10-31
Filing date: 1997-10-17
Publication date: 2005-03-07
Also published as: EP0935808B1; CN1123902C; DE69702537D1; WO1998019321A1; CN1242102A; DE69702537T2; TW352444B; JP4199829B2; KR20000052975A; EP0935808A1; US5982257A; JP2001508229A

Abstract

베이스; 상기 베이스에 장착되고 코일, 코어 및 프레임을 구비한 모터 어셈블리; 상기 프레임상에 축상회전 가능하게 장착된 아마튜어; 상기 베이스에 장착된 제 1 전기적 접점; 상기 아마튜어의 움직임이 제한되고 상기 아마튜어가 코어로부터 이격된 초기 위치를 향하여 배치되도록, 적어도 두개의 지점에서 상기 아마튜어에 대해 바이어싱된 가동 연장 부재; 및 상기 가동 연장 부재에 장착되고, 상기 제 1 전기적 접점과 영향 미치도록 관련된 제 2 전기적 접점을 포함하는 전자 계전기가 제공된다.

Description

전자 계전기용 일체형 아마튜어 유지 스프링 {INTEGRAL ARMATURE RETENTION SPRING FOR ELECTROMAGNETIC RELAYS}

본 발명은 전자 계전기(electromagnetic relay)에 관한 것으로, 보다 구체적으로 릴레이의 단자 단부 쪽으로 개방되는 하우징, 코일과 상부의 하우징의 폐쇄된 부분에 배열된 부동 아마튜어(free-floating armature)를 구비한 자기 시스템 및 상기 아마튜어에 사용가능하게 접속되는 적어도 하나의 가동 접촉 엘리먼트(movable contact element)를 구비하고 하우징의 하부 개방 부분에 배열된 접촉 시스템을 가지는 전자 계전기에 관한 것이다.

자동차 분야에서는, 예를 들어 10 내지 30암페어의 중간 레벨 전류의 스위칭을 요구하는 전자 계전기가 공지되어 있다. 이같은 계전기는 이중 인라인 소켓 장착 장치내에 부동 아마튜어를 종종 사용한다. 상기 계전기는 일반적으로 먼지 및 바람직스럽지 못한 입자로부터 차폐시키기 위하여 보호 하우징내에 엔클로징된다.

이같은 부동 아마튜어 또는 "전화 스타일"의 릴레이와 관련된 문제점은, 특정한 동작 환경에서 어셈블리가 충격 및 진동에 처해진 것과 같이 계전기의 프리 모션(free motion)이 가청 음향을 생성한다는 것이다. 이같은 진동성 동작 조건은 예를 들어 종종 이같은 음향이 용인되지 않는 자동차 분야에서는 일반적이다.

부동 아마튜어 타입의 계전기와 관련된 다른 문제점은 예를 들어 아마튜어가 한 측 또는 다른 측에 배열된 경우에 따라 일관성이 적은 계전기의 동작이 일어난다는 점이다. 특히, 아마튜어 힌지(hinge) 구조에서 마찰 증가가 발생한다. 이같은 조건은 계전기의 최적의 동작을 저해하여 동작 전압의 진동을 야기한다.

부동 아마튜어 계전기의 다른 문제점은 상기 아마튜어가 아마튜어 힌지 구조내의 일관적이지 않은 에어 갭으로부터 야기된 일정치 않은 감도 및 바인딩(binding)에 영향을 받기 쉽다는 것이다.

상술한 문제점을 극복하기 위한 종래의 시도는 추가의 부품을 사용을 통한 아마튜어의 유지력과 관련된다. 예를 들어, 부가적인 스프링, 장착 브래킷 뿐만 아니라 관련 하드웨어가 부동 아마튜어의 움직임을 완충시키기 위하여 사용되고 있다. 그러나, 이같은 구제책은 각각의 유니트를 제조 및 조립하는 데에 요구되는 시간 및 비용을 증가시킨다.

종래의 미리 설정된 계전기의 조립 동안에 겪게 되는 다른 문제점은 보통 접촉력, 갭 및 오버트래블(overtravel)은 계전기가 완전히 조립된 후에 설정되어야 한다는 점이다. 불행히도, 이 시점에서는 관련된 부품을 액세스하기 가장 어렵다.

부동 아마튜어와 관련된 문제점들을 극복하기 위한 상기와 같은 노력에도 불구하고, 계전기의 유니트당 제작 및 조립 비용을 그다지 증가시키지 않은 개선된 아마튜어 유지 장치에 대한 요구가 여전히 남아 있다. 또한 릴레이를 최종적으로 조정하고 세팅하는 것과 관련된 문제점을 극복하는 모듈 형태의 전자 계전기에 대한 요구가 존재한다.

삭제

도 1은 본 발명에 따라 구성된 일체형 아마튜어 유지 스프링을 구비한, 커버가 제거된 전자 계전기의 정면도이다.

도 2는 도 1의 계전기에 대한 측면도이다.

도 3은 도 1의 전자 계전기의 분리된 부품과 관련한 사시도이다.

도 4는 본 발명에 따라 구성된 일체형 아마튜어 유지 스프링의 대안적인 실시예에 대한 사시도이다.

도 5는 본 발명의 일체형 아마튜어 유지 스프링의 다른 대안적인 실시예에 대한 부분 사시도이다.

도 6은 본 발명의 일체형 아마튜어 유지 스프링의 또 다른 대안적인 실시예에 대한 부분 사시도이다.

본 발명은 부동 아마튜어를 유지하려는 종래의 시도들에 있어서의 상술한 단점에 대한 경제적인 해결책을 제공한다. 본 발명에 따른 계전기의 장점은 예를 들어 자동차 환경에서와 같은 어셈블리가 충격 및 진동을 처해지는 경우의 응용에서 일체형 아마튜어 유지 스프링(integral armature retention spring)이 가청 음향을 감소시킨다는 점이다.

본 발명에 따른 계전기의 다른 장점은 일체형 아마튜어 유지 스프링이 어셈블리의 일측 또는 타측 대하여 아마튜어의 변위를 방지하고 또한 아마튜어 힌지 구조내의 일관적이지 못한 에어 갭으로부터 야기된 일정치 않은 감도 및 바인딩을 방지한다는 것이다.

본 발명에 따른 계전기의 유용한 특징은 개별적인 베이스 어셈블리와 모터 어셈블리를 독립적인 모듈로 형성함으로써 조립 과정을 간략화한다는 것이다. 이같은 구조 방법의 장점은 단자가 더욱 양호하게 노출되고 이에 따라 보다 잘 액세스될 수 있다는 것이다. 이러한 액세스 용이성은 분출 장치(blow-offs) 및 진공 청소기(vacuum)를 통해 미립자 제거를 보다 용이하게 할뿐만 아니라 자동화된 조립 및 조정을 용이하게 하는 부가된 장점을 가진다.

본 발명의 특정 일 실시예는, 베이스; 상기 베이스에 장착되고 코일, 코어 및 프레임을 구비한 모터 어셈블리; 상기 프레임에 축상회전 가능하게(pivotably) 장착된 아마튜어; 상기 베이스에 장착된 제 1 전기적 접점(electrical contact); 아마튜어의 움직임이 제한되고 아마튜어가 상기 코어로부터 이격된 초기 위치를 향해 배치되도록 적어도 두개의 지점에서 아마튜어에 대하여 바이어싱된 가동 연장 부재(movable elongated member); 및 상기 가동 연장 부재에 장착되고 제 1 전기적 접점과 영향 미치도록 관련된 제 2 전기적 접점을 포함하는 전자 계전기를 제공한다.

상기 가동 연장 부재는 스프링일 수도 있다. 상기 가동 연장 부재는 상기 아마튜어에 대하여 바이어싱된 제 1 다리부와 상기 아마튜어에 대하여 바이어싱되고 상기 제 1 다리부와 이격되어 미리 설정된 각도로 연장된 제 2 다리부를 더 포함한다. 상기 가동 연장 부재는 또한 가동 연장 부재에 의해 형성된 축으로부터 이동된 연장 부분을 포함하는데, 상기 연장 부분은 적어도 두개의 아마튜어와의 바이어싱 접점 중 하나를 형성한다. 본 발명에 따른 전자 계전기의 일 특성에 있어서, 연장 부분은 연장된 부분에 굴곡을 제공하기 위하여 서로 대해 비스듬히 위치된 다수의 인접 부분을 포함한다. 선택적으로, 연장 부분은 서로에 대해 비스듬히 위치된 일련의 인접부를 포함할 수도 있다.

본 발명은 또한, 베이스; 상기 베이스에 장착되고, 프레임, 상기 프레임에 장착된 코일 및 상기 코일 내부에 위치된 코어를 구비한 모터 어셈블리; 상기 프레임에 축상회전 가능하게 장착되고 상기 코어와 영향 미치도록 관련된 제 1 아암 및 제 2 아암을 형성하는 아마튜어를 포함하는데, 상기 제 1 및 제 2 아암은 그들 사이의 제 1의 미리 설정된 각을 가지며; 상기 베이스에 장착된 제 1 전기적 접점; 아마튜어의 움직임이 제한되도록 상기 아마튜어에 인접하여 배치된 가동 연장 부재를 포함하는데 상기 가동 연장 부재는 아마튜어 인터페이스 아암 및 접촉 아암을 형성하고 상기 아마튜어 인터페이스 아암 및 접촉 아암은 그들 사이에 제 2의 미리 설정된 각을 가지며; 및 상기 가동 연장 부재에 장착되고 제 1 전기적 접점과 영향 미치도록 관련된 제 2 전기적 접점을 포함하는 전자 계전기를 제공한다.

바람직한 실시예에 있어서, 제 2의 미리 설정된 각은 가동 연장 부재가 상기 각을 따라 적어도 두 개의 지점에서 상기 아마튜어와 접촉하도록 상기 제 1의 미리 설정된 각보다 작다. 본 발명에 따른 전자 계전기의 일 특징에 있어서, 제 1 아마튜어 아암이 정상적으로 상기 코어로부터 미리 설정된 거리만큼 이격되어 바이어싱되도록, 아마튜어 인터페이스 아암은 제 1 힘으로 제 1 아마튜어 아암에 대해 바이어싱되고, 접촉 아암은 상기 제 1 힘보다 큰 제 2 힘으로 제 2 아암에 대해 바이어싱된다. 다른 특징에 있어서, 가동 연장 부재는 상기 아마튜어가 코어로부터 이격된 초기 위치에 배치되도록 바이어싱된다.

본 발명은 또한 베이스; 상기 베이스에 장착되고 코일, 코어 및 프레임을 구비한 모터 어셈블리; 상기 프레임에 축상회전 가능하게 장착된 아마튜어; 상기 베이스에 영향 미치도록 장착된 제 1 및 제 2 전기적 접점을 가지는 전자 계전기와 함께 사용되는 유지 스프링을 제공하며, 상기 유지 스프링은, 도전 상태에서 전기적 접점을 수용하도록 형상화 및 치수 설정된 개구부를 한정하는 제 1 평면에 배치된 제 1 연장 도전부; 상기 제 1 연장 도전부로부터 연장되고 상기 제 1 연장 도전부에 대해 미리 설정된 각을 가지는 제 2 평면에 배치되는 제 2 연장 도전부; 및 상기 제 2 연장 도전부로부터 연장되고 상기 제 2 연장 도전부에 대해 미리 설정된 각으로(비스듬히) 배치된 도전 핑거부를 포함한다.

상기 유지 스프링은 제 1 단부 및 제 2 단부를 형성하고, 도전 핑거부는 상기 유지 스프링의 제 1 단부 및 제 2 단부 사이의 간격에 배치된 개구를 형성하며, 상기 개구는 그 내부에 전기적 접점을 수용하도록 형상 및 치수가 형성된다. 상기 핑거부는 서로에 대해 비스듬히 배치된 일련의 인접 부분을 포함한다. 비스듬히 배치된 일련의 부분은 제 2 부분에 대해 비스듬히 배치된 제 1 부분을 포함하며, 상기 제 2 부분은 평면의 표면을 한정한다.

전자 계전기의 조립 방법이 또한 제공되며, 상기 방법은, 프레임, 상기 프레임에 장착된 보빈(bobbin), 상기 보빈 둘레에 감긴 코일, 상기 코일 내부에 배치된 코어 및 상기 프레임에 축상회전 가능하게 장착된 아마튜어를 포함하는 모터 어셈블리를 제공하는 단계; 베이스 프레임 부재, 상기 베이스 프레임 부재에 장착된 제 1 전기적 접점, 상기 제 1 전기적 접점에 접속된 제 1 단자 부재, 가동 연장 부재와 상기 가동 연장 부재에 장착된 제 2 전기적 접점, 상기 가동 연장 부재에 접속된 제 2 단자 부재를 포함하는 베이스 어셈블리를, 제 2 전기적 접점과 상기 가동 연장 부재가 상기 제 1 전기적 접점과 영향 미치게 관련되도록, 제공하는 단계; 상기 가동 연장 부재가 적어도 제 1 지점 및 제 2 지점에서 상기 아마튜어에 대해 바이어싱되도록 하여 제 1 및 제 2 바이어스 지점 각각에서 상기 아마튜어에 힘을 가하도록, 상기 모터 어셈블리를 상기 베이스 어셈블리에 중첩시키는 단계를 포함하는데, 상기 제 1 바이어스 지점에 인가된 힘은 아마튜어의 움직임이 제한되어 아마튜어가 상기 코어로부터 이격된 초기 위치를 향해 배치되도록 제 2 바이어스 지점에 인가된 힘과는 상이하며; 상기 베이스 어셈블리에 모터 어셈블리를 고정하는 단계를 포함한다.

본 발명의 상기 기술들은 도면을 참조한 아래와 같은 상세한 설명을 고려하여 쉽게 이해될 수 있다.

도면들을 참조하여, 여러 도면들 및 처음의 도 1 내지 도 3에서 동일한 인용 부호는 동일하거나 유사한 소자를 나타내며, 본 발명에 따라 구성된 일체형 아마튜어 유지 스프링을 구비한 전자 계전기의 실시예는 계전기(10)로 도시되었다. 상기 계전기(10)는 전화 스타일의 계전기로 일반적으로 공지된 타입의 계전기이고 특히 자동차 분야에서 사용되기에 적합하게 개조되었다. 그러나, 일체형 아마튜어 유지 스프링을 구비한 본 발명의 계전기의 특징 및 장점을 이용하기에 적합한 다른 계전기 응용 분야도 역시 본 발명의 범주에 속한다. 상기 계전기(10)는 효율적이고 낮은 비용의 제조 및 조립을 용이하게 하기 위한 모듈 형태이다. 모듈 형태의 계전기는 두개의 주요 서브 어셈블리인 베이스 어셈블리(12) 및 모터 어셈블리(14)에 기초한다.

수동 구조인 상기 베이스 어셈블리(12)는 부품을 장착시키기에 적합한, 플라스틱 또는 다른 비도전성 물질로 이루어진 프레임(16)을 포함한다. 상기 프레임(16)은 예를 들어 사전 형성된 쓰루홀 및 자신의 상부에 장착되어질 계전기 컴포넌트를 수용하기 위한 단(step)들을 정의하기 위해 몰딩함으로써 형성될 수 있다. 일련의 도전 단자(17,18,19,20 및 21)는 프레임(16)내에 형성된 쓰루홀 내에 장착된다. 단자(17,18)는 본 명세서에 추가로 설명되는, 모터 어셈블리(14)에 접속된 코일 단자이다.

정상 폐쇄 접점(normally closed contact)(22)으로서 불리우는 제 1 고정 접점(stationary contact)은 일반적으로 공지된 전기적 접촉 물질로 형성되고 제 3의 정상 폐쇄 단자(19)의 상부 부분(19a)에 장착되며, 상기 폐쇄 단자는 차례로 쓰루홀을 통해 프레임(16)에 장착된다. 정상 개방 접점(24)으로서 불리우는 제 2 고정 접점은 정상 개방 단자(20)의 상부 부분(20a)에 장착된다.

가동 접점(28)은, 가동 연장 부재의 다른 단부에 장착된 가동 스프링과 같은 가동 연장 부재의 일측 단부 근처에 형성된 개구부 내에서 가동 접점 단자(21)의 상부 부분에 이르도록 장착된다. 코일 압축 저항(coil suppression resistor)(32)은 아래에서 설명될 코일이 에너지를 상실할 때, 자기 시스템으로부터 방출된 비축 에너지의 일부를 흡수함으로써 해로운 과도 전류의 생성을 방지하기 위하여 제공된다.

일체형 아마튜어 유지 스프링을 형성하는 가동 스프링(30)은 가요성 접촉 아암(flexible contact arm)(30a), 테일 스프링(tail spring)(30b)과 같은 아마튜어 인터페이스 및 가요성 콘택 아암(30a)과 상기 테일 스프링(30b)을 결합시키는 주 외팔보(cantilever) 부분(30c)을 포함한다. 바람직하게, 상기 테일 스프링(30b)은 주 외팔보 부분(30c)의 단부 근처에 형성된다.

베이스 어셈블리(12)의 여러 컴포넌트가 종합될 때, 소수의 핵심 동작 엘리먼트는 계전기의 파라미터에 따른 최적의 동작을 위해 설정되어야 한다. 특히, 도 1의 g로 도시된, 접촉 갭으로 알려진 가동 접점(28)과 정상 개방 접점(24) 사이의 공간은, 접점 자체에 인접한 지점에서 정상 폐쇄 접점(22)이 장착된 단자(19)의 상부 부분(19a)을 벤딩함으로써 세팅될 수 있다. 부가적으로 서로에 대하여 접점(28,22)을 바이어싱하는, 정상 폐쇄 힘으로 알려진 스프링 복원력은, 가요성 아암(30a)에서의 꼬임을 유도하도록, 단자(21)의 상부 부분(21a)을 붙잡아 굽힘으로써 세팅될 수 있다. 요구된 경우, 베이스 어셈블리(12)는 계전기(10)의 최종 조립 단계 동안의 문제를 감소시키기 위한 이러한 단계에서 힘, 접촉 갭 및 연속성에 대하여 테스트된다.

모터 어셈블리(14)의 기본적인 형태는 전화 스타일의 계전기의 구조로 고려되는 모든 것을 구비하는 것으로 기술 분야의 당업자에는 인지될 것이다. 제조 동안, 모터 어셈블리(14)는 베이스 어셈블리(12)와 유사하게 진정한 모듈 형태가 되도록 계전기(10)의 나머지 부분과는 독립적으로 제조된다. 이것은 특히 동일한 모터 어셈블리(14)가 다양한 계전기의 푸트프린트(footprint) 요구를 수용하기 위하여 상이한 베이스 어셈블리와 함께 사용될 수 있다는 점에서 유리하다.

모터 어셈블리(14)는 도전 와이어가 감겨 있는 코일(38)을 구비한 보빈(36)을 수용하는 프레임(34)을 포함한다. 강자성 물질로 이루어진 코어(39)는 보빈(36)의 중심내에 배치된다. 역시 강자성 물질로 이루어진 아마튜어(40)는 힌지점(41)에 대해 모터 어셈블리 프레임(34)에 축상회전 가능하게 장착된다.

상기 아마튜어는 거의 L 형이고, 실질적으로 수직인 자기적 인력 작용의 아암부(magnetically attractable arm portion)(40a) 및 실질적으로 수평인 추진부(pusher portion)(40b)를 포함한다. 상기 아마튜어(40)의 모양은 상기 아암부(40a)의 실질적으로 수평적인 병진 이동을 용이하게 하며, 상기 병진 이동은 코일을 통해 전류가 흐를때 생성된 자기력에 의해 실질적으로 수직인 추진부(40b)의 이동으로 유도되어, 가동 접점(28) 및 고정 접점(24) 사이의 정상 개방 갭을 폐쇄시킨다.

추진부(40b)의 위치는 모든 조립된 부품에 걸친 공차 증가를 줄이기 위하여, 모터 어셈블리(14)의 나머지 부분에 대하여 바람직하게 조정된다. 이같은 조정은 모터 어셈블리(14)의 높이 전반에 대한 양호한 제어를 촉진시키며, 유니트의 전반적인 크기를 감소시킨다. 요구된 경우, 모터 어셈블리(14)는 또한 이러한 단계에서 다양한 변위에서의 힘에 대하여 테스트될 수도 있다. 이것은 최종 조립 단계에서 증가된 수율을 야기하며, 이 단계에서 부품에의 투자 및 조립 시간은 최대이다. 부가적으로 이같은 테스트는 처리 제어를 위한 추가적인 피드백 스트림을 제공한다. 예를 들어, 물질 및 자기 경로에 있어서의 변화를 보상하기 위한 앰프-권선수에 있어서의 변화를 허용하도록 미리 설정된 범위가 코일 권선 처리에 주어질 수 있다.

가동 스프링(30)으로 나타나는 본 발명에 따른 일체형 아마튜어 유지 스프링의 특징이 상세히 전개될 것이다. 가동 스프링은 리턴 스프링(return spring), 가동 콘택 아암 및 단자(21,19) 사이의 도전체 또는 단자(21 및 20) 사이의 도전체의 기능을 조합한다. 전류 경로를 가능한 한 짧게 하고 단자(19, 20 및 21)에 단단히 접속되도록 유지함으로써, 열적 및 부하 이송 수행력이 향상된다. 이러한 기능 조합은 특히 추가의 리턴 스프링에 대한 요구를 제거함과 동시에 클랩퍼 스타일(clapper-style)의 계전기용 프레임에 아마튜어를 부착하기 위해 일반적으로 요구된 3 또는 4개의 임계 굴곡부(critical bends)를 통과하여 가동 스프링을 형성하는 것에 대한 복잡성을 회피한다는 장점을 가진다.

바람직하게 가동 스프링(30)은 예를 들어 용접에 의해 일측 단부에서 단자(21)의 상측 부분(21a)에 부착된 얇은 가요성 고전도 물질로 이루어진 블레이드(blade)로 구성되며, 그 내부에 형성된 개구부 내의 대향하는 단부에서 가동 접점(28)을 유지한다. 상기 가동 접점(28)은 C 구조(단극 쌍투 구조: single pole double throw structure) 또는 A 구조(단극 단투 구조 : single pole single throw structure)를 형성하기 위하여, 요구에 따라 선택적으로 두 개의 두부(head)를 가지거나 또는 하나의 두부를 가질 수 있다. 바람직하게 상기 가동 스프링(30)은 금속 시트 물질로부터 동일한 다이 상에서 그것을 스탬핑하고 형성함으로써 형성된다. 이것은 가요성 접촉 아암(30a)과 테일 스프링(30b)을 통합함으로써 요구되는 제조, 조종 및 조립의 양을 감소시킨다.

상기 가동 스프링(30)은 또한 종래의 계전기 어셈블리내의 프레임에 아마튜어를 부착시키기 위해 일반적으로 수행되었던 기계적인 스테이크(stake) 동작을 제거한다. 전류 경로내의 이러한 기계적인 스테이크의 존재는 추가적인 열을 발생시킬 뿐만 아니라 안정도에 대한 손실을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 부품들의 움직임 또는 스트레스의 완화는 결합부에서의 압축력을 감소시킨다. 부가적으로, 각각의 기계적 결합부는 부식되기 쉽다. 대신에 가동 스프링은 단자(21)의 상측 부분(21a)에 직접 용접된다.

도 4를 참조하여 본 발명에 따른 일체형 유지 스프링의 보다 상세한 특성이 가동 스프링(30)을 특징 지우는 것으로 설명될 것이다. 가동 스프링(30)은 가요성 접촉 아암(30a) 및 주 외팔보 부분(30c)을 구별짓는 둥글게 구부려진 버팀부(radiused portion : 30d)를 포함한다. 상기 버팀부(30d)는 계전기 동작 및 충격과 진동으로부터 유래되는 동적 가변 부하와 마찬가지로 초기 형성 및 초기 바이어스와 관련된 정적인 부하에 처하게 될 때 스트레스의 과도한 집중을 방지한다. 이러한 버팀부의 반경은 재료 및 예상되는 부하에 따라 매우 작거나 또는 존재하지 않을 수도 있다.

가동 스프링(30)에 의해 부가된 대부분의 스프링 동작은 아마튜어 상의 주 외팔보 부분(30c)에 의해 제공된다. 동작 동안에 아마튜어 내에서 예상되는 움직임의 범위뿐만 아니라 필수 부하를 유지하기 위하여 마모의 결과로서 예상되는 미리 설정된 변위 손실이 고려되어야 한다. 이것은 스프링 레이트를 가능한 한 낮게 유지함과 동시에 여전히 바람직한 유지 및 아마튜어 이동의 완충을 달성하는 것을 나타낸다. 스프링 레이트를 충분히 낮게 유지함으로써, 부품과 어셈블리에 있어서의 일반적인 공차에 의해 요구된 이전의 조립 조정이 회피될 수 있다.

스프링 레이트를 결정하기 위하여, 스프링의 길이 및 폭만이 두께와 같은 변수로서 이용가능하고 재료는 가요성 접촉 아암(30a)의 제 1 기능에 의해 이미 설정된다. 스프링 레이트가 스프링의 폭 보다는 스프링의 길이에 의해 보다 더 많은 영향을 받기 때문에, 계전기 엔클로져에 의해 부과된 제한이 주어진다면 스프링의 유효 길이를 실제 유용한 선형 공간보다 더 길게 형성하는 것이 바람직하다. 더욱이, 가요성 접촉 아암(30a)에 인접한 지점에 아마튜어 부하를 제공하는 것이 종종 요구된다.

일반적으로, 계전기(10)의 정상 폐쇄 접촉력에 대한 유지력의 영향을 감소시키기 위하여, 부하를 아마튜어 힌지점(도 2의 41)에 인접하여 제공하는 것이 필요하다. 부하 제공 지점을 상기 힌지점(41)에 근접하게 유지하는 것은 지렛대비(leverage)을 감소시키고 높은 유지력의 사용을 허용한다. 테일 스프링(30b)의 효율적인 길이를 증가시킴과 동시에 가요성 접촉 아암(30a)에 테일 스프링을 근접시켜 유지하기 위하여, 가동 스프링(30)의 단부는 그것이 버팀부(30d)를 향하여 다시 방향 재설정되도록 형성된다. 이것은 부분(30e 및 30f)을 형성하기 위한 시트 물질을 스탬핑함으로써 달성된다. 이러한 부분들은 도시된 바와 같이 곧은 형태이기나 또는 일종의 나선형을 이루는 충분한 반경을 갖는 형태일 수 있다.

부가적으로, 부분(30f)은 바람직하게, 부분(30g 및 30h)으로 이루어지는 복합 굽힘부를 형성하기 위한 스탬핑 처리 동안에 부분(30e)에 대하여 굽혀진다. 부분(30g)은 아마튜어 상에 형성된 융기부(40c)에 인접하게 부분(30h)을 위치시키기 위해 부분(30h)에 대한 과도기적 표면으로서의 역할을 한다. 부분(30h)은 상기 융기부(40c)에 대하여 바이어스되도록 가동 스프링의 단부에 패드를 형성하기 위해 바람직하게 평면이다. 이같은 평평한 패드의 사용은 마찰을 감소시키고 테일 스프링(30b)의 구현을 간략화시킨다.

도 5를 참조하여, 가동 스프링(130)으로 도시된 일체형 아마튜어 유지 스프링의 다른 대안적인 실시예가 도시되었으며, 상기 실시예는 도 4의 가동 스프링에서 특징지워진 것과 유사한 선회부(turn around portion)를 포함한다. 가동 스프링(130)은 가동 스프링(30)과 개략적으로 유사하며, 가동 스프링(30)에 대하여 상술한 바와 동일한 방식으로 베이스 어셈블리에 장착된다. 이에 따라 유사한 부분 및 특징들은 단지 참조번호가 100만큼 증가한 것을 제외하고는 가동 스프링(30)에서와 유사한 방식으로 참조번호가 표시되는데, 예를 들어 가동 스프링(30)은 가동 스프링(130)에 해당한다. 도 4의 실시예에서 테일 스프링(30b) 상에 형성된 복합 굽힘부 대신에 테일 스프링(130b)에는 특정한 응용에서 선호되는 단일 굽힘부가 제공된다.

도 6을 참조하여, 가동 스프링(230)으로 도시된 일체형 아마튜어 유지 스프링의 또 다른 대안적인 실시예가 도시되었으며, 상기 실시예는 가요성 접촉 아암(230a) 및 주 외팔보 부분(230c)의 단부에 형성된 아마튜어 인터페이스 부분(230b)을 포함한다. 아마튜어 인터페이스 부분(230b)은 (도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이) 장착된 아마튜어를 가지는 베이스 어셈블리(12)와 유사한 베이스 어셈블리내에 장착된다. 테일 스프링(30b 및 130b)과 유사한 테일 스프링(230b)은 주 외팔보 부분(230c)에 형성된 내향 굽힘부에 기인하여 아마튜어에 대해 바이어싱된다. 이러한 바이어스는 아마튜어의 부동성 움직임에 대한 부분을 안정화 또는 완화시키는 역할을 한다. 그러나 테일 스프링(230b)은 테일 스프링(30, 130)의 선회부와 비교하여 곧은 부분으로 종결된다.

도 1 내지 도 3을 참조하여, 계전기 어셈블리는 베이스 어셈블리(12) 상부에 모터 어셈블리(14)를, 보빈 단자(36a, 36b)가 코일 단자(18,17)의 상측 부분(18a, 17a)에 각각 축상으로 정렬되도록 위치시킴으로써 달성된다. 베이스 어셈블리 및 모터 어셈블리가 독립적으로 조정되는 경우, 상기 두 어셈블리는 조립 단계가 오버트래블 및 정상 개방 접촉력을 설정하는 방식으로 결합될 수 있으며, 상기 접촉력은 아마튜어 접촉 아암(40a)을 코어(39)로부터 이격되어 유지하는 힘이다. 모터 어셈블리(14)가 제자리에 위치함에 따라 아마튜어 접촉 아암(40a)을 코어(39)의 헤드에 대하여 유지함으로써, 상기 아마튜어 추진부(40b)는 정상 동작인 동안에 동작하는 것과 유사한 방식으로 가동 스프링(30)을 편향케 한다. 상기 두 개의 어셈블리가 결합되는 동안 단자(20,21) 사이의 연속성은 모니터링된다.

접속이 이루어지면, 모터 어셈블리(14)는 시스템의 굴곡(flex)을 수용하도록 보상 요소(compensation factor)와 오버트래블의 합에 해당하는 부가적인 양만큼 이동된다. 모터 어셈블리(14)가 원하는 위치에 도달할 때, 베이스 어셈블리와 모터 어셈블리 사이에서의 상대적인 조정을 고정하기 위하여 보빈 단자(36a, 36b)를 코일 단자(18a, 17a)에 고정하도록 트윈 용접점이 점화될 수 있다. 이러한 두 점의 부착은 조립 과정 전반에 걸쳐 조정하기에 충분하다. 추가적인 안정성은 모터 어셈블리(14)의 과도한 움직임을 방지하기 위하여 커버(42) 내부에 몰딩되는 특징에 의해 제공된다.

커버(42)에는 커버(42)를 베이스 어셈블리(12)의 프레임(16)에 대해 적합하게 위치 설정 및 방향 설정하기 위한 정렬 탭(44)이 제공된다. 부가적으로, 커버는 상기 정렬 탭(44)에 인접하여 형성된 장착 홀(46,48)을 포함한다. 상기 장착 홀(46,48)은 쐐기형 잠금 탭(50,52)을 각각 수용한다. 커버(42)가 결합된 베이스 어셈블리 및 모터 어셈블리(12,14)의 상부에 위치됨에 따라, 계전기(10)의 완전한 조립을 위하여 탭(50,52)이 장착 홀(46,48)과 정렬되어 상기 홀에 맞물려질 때까지 잠금 탭(50,52)은 외향 커버의 내부 표면에 캠 운동을 한다. 선택적으로, 잠금 탭(50,52)은, 어셈블리의 상부에서 탭이 장착 홀(46,48)내의 위치로 맞물려질 때까지 상기 탭은 내향으로 굽혀지도록 구부릴 수 있다.

계전기(10)의 동작 동안에, 보빈(36) 상부에 감겨있는 코일은 전류를 이동시킬 때 자기장을 발생한다. 상기 자기장은 보빈(36)과 축상으로 정렬되고, 코어(39), 아마튜어(40) 및 모터 어셈블리 프레임(34)을 포함하는 자기 경로에 대부분 제한된 자속(magnetic flux)을 형성한다.

도 1에 도시된 바와 같이 개방 위치의 아마튜어(40)를 사용하여, 자기 경로에 있어서의 자기 저항을 감소시키는 전위 에너지가 존재한다. 대부분의 자기 저항은 아마튜어 아암(40a) 및 코어(39) 사이의 갭에 존재한다. 자기장내의 에너지는 아마튜어 아암(40a)이 코어(39)를 향하여 이동하도록 한다. 아마튜어(40)는 회전만을 허용하도록 힌지점(41)에 구속되어 있다. 결과적으로 아마튜어 추진부(40b)도 역시 이동하여 이동 방향에 있어서 대략 90도의 변화를 야기한다. 따라서, 아마튜어 아암(40a)의 수평 작용은 가동 스프링(30)에 대하여 반응하도록 하향으로 방향 재설정된다. 추진부(40b)가 가동 스프링(30)에 힘을 가함과 동시에, 스프링은 구부러지기 시작하여 가동 접점(28)이 정상 폐쇄 고정 접점(22)으로부터 이격되도록 움직이게 한다. 이에 따라 단자(21)에서 단자(19)로의 전기 회로는 인터럽트된다.

아마튜어 추진부(40b)의 움직임이 계속됨에 따라, 가동 접점(28)은 정상 개방 고정 접점(24)에 영향을 미치게 되고 가동 접촉 단자(21)에서 정상 개방 접촉 단자(20)로의 새로운 도전 경로를 설정한다. 제조 과정에서 계전기(10)는 상기 지점에서 아마튜어 아암(40a)과 코어(39) 사이에 작은 갭을 여전히 가질 수 있도록 바람직하게 조정된다. 결과적으로, 아마튜어(40)의 연속된 움직임은, 아마튜어 아암(40a)이 실질적으로 코어(39)에 안착될 때까지, 가동 스프링(30)의 휘어짐(bowing)을 야기하고 접점(28,24) 사이에서의 발생하는 힘을 증진시킨다. 이러한 부가적인 움직임은 일반적으로 "오버트래블"로 일컬어진다. 상기 오버트래블은 베이스 어셈블리(12) 상부의 모터 어셈블리(14)의 높이를 제어함으로써 미리 설정된 값으로 설정될 수 있다.

아마튜어 아암(40a)을 코어에 밀접하게 유지하는 경우, 모터 어셈블리(14)를 낮추는 것은 추진부(40b)가 가동 스프링에 대하여 증가적으로 바이어싱되도록 하여, 이에 따라 스프링에 대한 추가적인 힘과 스프링의 편향(오버트래블)을 형성한다. 아암 편향을 통한 접촉력을 형성하는 이외에, 오버트래블은 또한, 정상적인 동작의 결과로서 손실되는 접촉 물질로 기인한 변화에 따라 부품 및 어셈블리에 있어서의 변화가 주어진 경우, 최소의 접촉력을 유지하기 위해 요구된다.

에너지를 상실할 때, 코일 전류는 인터럽트되고 자기장은 쇠약해진다. 쇠약해진 자기장은 축적된 에너지가 소모될 때까지 저항을 통해 흐르는 유도 전류를 야기한다. 자기장의 세기가 감소함에 따라, 상기 힘이 상기 접점(28,24)을 폐쇄 상태로 유지하기에 충분하지 않게 되는 미리 설정된 포인트까지 아마튜어 아암(40a)과 코어(39) 사이에서 작용하는 힘이 감소한다. 따라서, 계전기(10)는 초기 상태로 복귀한다.

본 명세서의 실시예에 대한 다양한 변형물이 이루어질 수 있음을 알 수 있을 것이다. 이에 따라 상기 상세한 설명은 본 발명을 한정하는 것이라, 바람직한 실시예에 지나지 않는다. 기술 분야의 당업자는 청구 범위의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 다른 수정 및 변형물을 계획할 수 있을 것이다.

Claims

베이스 어셈블리(12);

코일(38), 코어(39) 및 프레임(34)을 구비하고 상기 베이스 어셈블리(12)에 장착된 모터 어셈블리(14); 및

가동 연장 부재(movable elongated member)(30)에 의해 상기 코어(39)로부터 이격된 초기 위치 쪽으로 바이어싱되는 축상회전 가능한 아마튜어(40)를 구비한 전자 계전기(10)에 있어서,

상기 아마튜어는 상기 프레임(34) 상에 축상회전 가능하게 장착되며,

상기 가동 연장 부재(30)는 상이한 평면에 놓인 적어도 두개의 지점에서 상기 아마튜어(40)를 바이어싱하며,

상기 가동 연장 부재(30)는 상기 베이스 어셈블리(12)에 고정되며, 및

상기 베이스 어셈블리(12)는 상기 베이스 어셈블리(12)에 장착된 제 1 전기적 접점(22) 및 상기 가동 연장 부재(30)에 장착되고 상기 제 1 전기적 접점(22)에 영향 미치도록 관련된 제 2 전기적 접점(28)을 포함하며, 상기 베이스 어셈블리(12) 및 상기 모터 어셈블리(14)는 별개 모듈을 형성하는 것을 특징으로 하는 전자 계전기(electromagnetic relay)(10).
제 1 항에 있어서, 상기 연장 부재는 스프링(30)인 것을 특징으로 하는 전자 계전기(10).
제 1 항에 있어서, 상기 가동 연장 부재(30)는 상기 아마튜어(40)에 대해 바이어싱된 제 1 다리부(30a) 및 상기 아마튜어(40)에 대해 바이어싱되고 상기 제 1 다리부(30a)로부터 이격되어 미리 설정된 각에서 연장된 제 2 다리부(30b)를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 계전기(10).
제 1 항에 있어서, 상기 가동 연장 부재(30)는, 상기 가동 연장 부재(30)에 의해 정해진 축으로부터 이동된 연장 부분(30c)을 포함하고, 그 결과 상기 연장 부분(30c)이 적어도 2 개인 아마튜어와의 바이어싱 접접들 중 하나를 형성하는 것을 특징으로 하는 전자 계전기(10).
제 4 항에 있어서, 상기 연장 부분(30c)은 상기 연장 부분(30c)에 굴곡을 제공하기 위해 서로에 대해 비스듬히 배치된 다수 개의 인접한 부분(30e, 30f, 30g, 30h)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 계전기(10).
제 4 항에 있어서, 상기 연장 부분(30c)은 서로에 대해 비스듬히 배치된 일련의 인접한 부분(30e, 30f, 30g, 30h)을 포함하며, 상기 일련의 인접한 부분(30e, 30f, 30g, 30h)의 끝 부분(30h)은 상기 일련의 인접한 부분(30e, 30f, 30g, 30h)의 시작 부분(30e)으로부터 거리를 두어 배치되고, 그 결과 상기 일련의 인접한 부분(30e, 30f, 30g, 30h)의 시작 부분(30e)과 끝 부분(30h)의 수직 축들이 실질적으로 평행이 되는 것을 특징으로 하는 전자 계전기(10).
제 1 항에 있어서, 상기 아마튜어(40)는 상기 프레임(34)에 축상회전 가능하게 장착되고 상기 코어(39)와 영향 미치도록 관련된 제 1 아암(40a) 및 제 2 아암(40b)을 형성하고, 상기 제 1 아암 및 제 2 아암(40a,40b)은 그들 사이에 제 1의 미리 설정된 각을 이루며;

상기 가동 연장 부재(30)는 상기 아마튜어(40)의 움직임이 제한되도록 상기 아마튜어(40)에 인접하여 배치되고 아마튜어 인터페이스 아암(30b) 및 접촉 아암(30a)을 형성하며, 상기 아마튜어 인터페이스 아암 및 접촉 아암(30b, 30a)은 그들 사이에 제 2의 미리 설정된 각을 이루는 것을 특징으로 하는 전자 계전기(10).
제 7 항에 있어서, 상기 제 2의 미리 설정된 각은 상기 가동 연장 부재(30)가 상기 각을 따라 적어도 두개의 지점에서 상기 아마튜어(40)와 접촉하도록 상기 제 1의 미리 설정된 각보다 작은 것을 특징으로 하는 전자 계전기(10).
제 7 항에 있어서, 상기 아마튜어 인터페이스 아암(30b)은 제 1 힘으로 상기 제 1 아마튜어 아암(40a)에 대해 바이어싱되며, 상기 접촉 아암(30a)은 제 1의 힘보다 큰 제 2의 힘으로 상기 제 2 아마튜어 아암(40b)에 대해 바이어싱되고, 그 결과 상기 제 1 아마튜어 아암(40a)이 상기 코어(39)로부터 미리 설정된 거리만큼 떨어져서 정상적으로 바이어싱되는 것을 특징으로 하는 전자 계전기(10).
제 1 항에 있어서, 전기적 도전성 통신에서 상기 제 2 전기적 접점(28)을 수용하도록 형상화 및 치수 설정된 개구를 한정하는 제 1 평면에 배치된 제 1 연장 도전부(30a);

상기 제 1 연장 도전부(30a)로부터 연장되고 상기 제 1 연장 도전부(30a)에 대해 비스듬히 제 2 평면에 배치되는 제 2 연장 도전부(30b); 및

상기 제 2 연장 도전부(30b)로부터 연장되고 상기 제 2 연장 도전부(30b)에 대해 비스듬히 배치된 도전 핑거부(30e,30f)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 계전기(10).
제 10 항에 있어서, 상기 연장 부재는 제 1 단부 및 제 2 단부를 형성하는 유지 스프링(retention spring)(30)이며,

상기 도전 핑거부(30e, 30f)는 상기 유지 스프링(30)의 제 1 단부 및 제 2 단부 사이에 거리를 두고 배치된 개구를 한정하며, 상기 개구는 그 내부에 전기적 접점을 수용하도록 형상화 및 치수 설정되는 것을 특징으로 하는 전자 계전기(10).
제 10 항에 있어서, 상기 핑거부는 서로에 대해 비스듬히 배치된 일련의 인접한 부분(30e, 30f, 30g, 30h)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 계전기(10).
제 12 항에 있어서, 상기 비스듬히 배치된 일련의 부분(30e, 30f, 30g, 30h)은 제 2 부분(30h)에 대해 비스듬히 배치된 제 1 부분(30e)을 포함하고, 상기 제 2 부분(30h)은 평면을 형성하는 것을 특징으로 하는 전자 계전기(10).
전자 계전기(10) 조립 방법에 있어서,

프레임(34), 상기 프레임(34) 상에 장착된 보빈(36), 상기 보빈(36) 둘레에 감긴 코일(38), 상기 코일(38) 내부에 배치된 코어(39) 및 상기 프레임(34)에 축상회전 가능하게 장착된 아마튜어(40)를 포함하는 모터 어셈블리(14)를 제공하는 단계;

베이스 프레임 부재(16), 상기 베이스 프레임 부재(16)에 장착된 제 1 전기적 접점(22), 상기 제 1 전기적 접점(22)에 접속된 제 1 단자 부재(19,19a), 가동 연장 부재(30)와 상기 가동 연장 부재(30)에 장착된 제 2 전기적 접점(28), 상기 제 2 전기적 접점(28)과 상기 가동 연장 부재(30)가 상기 제 1 전기적 접점(22)과 영향 미치게 관련되도록 상기 가동 연장 부재(30)에 접속된 제 2 단자 부재(21)를 구비한 베이스 어셈블리(12)를 제공하는 단계;

상기 가동 연장 부재(30)가 적어도 제 1 지점과 제 2 지점에서 상기 아마튜어(40)에 대하여 바이어싱되도록 하여 상기 제 1 및 제 2 바이어스 지점 각각에서 상기 아마튜어(40)에 힘을 가하도록, 상기 베이스 어셈블리(12)의 상부에 상기 모터 어셈블리(14)를 중첩시키는 단계로서, 상기 아마튜어(40)의 움직임이 제한되고 상기 아마튜어(40)가 상기 코어(39)로부터 이격된 초기 위치 쪽으로 배치되도록 상기 제 1 지점에 인가된 힘은 제 1 지점에 인가된 힘과 상이한 단계; 및

상기 모터 어셈블리(14)를 상기 베이스 어셈블리(12)에 고정시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 계전기(10) 조립 방법.
제 14 항에 있어서, 상기 베이스 어셈블리(12)를 제공하는 단계는,

상기 모터 어셈블리(14)를 상기 베이스 어셈블리(12)에 중첩시키는 단계에서 테일 스프링(30b)의 일부가 상기 아마튜어(40)에 대한 상기 바이어스 지점 중 하나를 형성하도록 상기 가동 연장 부재(30)의 상에 테일 스프링(30b)을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 계전기(10) 조립 방법.
제 15 항에 있어서, 상기 테일 스프링(30b)을 형성하는 단계는,

일련의 인접한 부분(30e, 30f, 30g, 30h)의 끝 부분(30e)이 상기 일련의 인접한 부분(30e, 30f, 30g, 30h)의 시작 부분(30e)과 일정 거리 떨어져서 배치되고 상기 시작 부분(30e) 및 끝 부분(30h)의 수직 축이 평행이 되도록, 서로에 대해 비스듬히 배치된 일련의 인접한 부분(30e, 30f, 30g, 30h)을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 계전기(10) 조립 방법.
제 15 항에 있어서, 상기 베이스 어셈블리(12)를 제공하는 단계는,

상기 가동 연장 부재(30) 상에 제 1 다리부(30b)를 형성하는 단계 및

상기 아마튜어(40)에 대해 바이어싱되고 상기 제 1 다리부(30b)로부터 이격되어 미리 설정된 각으로 연장된 제 2 다리부(30a)를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 계전기(10) 조립 방법.
제 14 항에 있어서, 상기 베이스 어셈블리(12)를 제공하는 단계는,

서로에 대해 비스듬히 배치된 일련의 인접한 부분(30e, 30f, 30g, 30h)을 상기 가동 연장 부재 상에 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 계전기(10) 조립 방법.
제 18 항에 있어서, 상기 일련의 인접한 부분(30e, 30f, 30g, 30h)을 형성하는 단계는,

상기 모터 어셈블리(14)가 상기 베이스 어셈블리(12)에 중첩될 때 상기 아마튜어(40)의 일부에 실질적으로 평행인 평면을 형성하는 제 2 부분(30h)에 대해 비스듬히 배치된 제 1 부분(30e)을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 계전기(10) 조립 방법.
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