KR100521600B1 - 자기력을 이용한 아크 감소 구조 릴레이 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 자동차에 사용되는 릴레이장치는 외부스위치, 외부스위치와 접속되며 도선에 의하여 상호 병렬 연결된 코일과 저항 및 상기 코일의 기전력에 의하여 개폐 작동되는 내부릴레이로 이루어지며, 내부릴레이의 한 접점은 전원공급장치에 릴레이터미널을 개재하여 연결되고, 릴레이터미널을 수용하는 제1홀과 도선을 수용하는 제2홀을 구비한 자기장가이드부재를 설치하고, 이 자기장가이드부재에 의하여 도선과 릴레이터미널이 자기적으로 연관됨으로써 릴레이터미널이 전자기력을 받도록 하여 전류를 감소시켜 내부릴레이의 양 접점간에 아크가 발생하는 것을 방지한다.

Description

자기력을 이용한 아크 감소 구조 릴레이 장치{Relay device capable of reducing arc by the use of magnetic force}

본 발명은 자기력을 이용하여 아크 발생을 감소시킬 수 있는 릴레이 장치에 관한 것이다. 더욱 상세히는 주변 전류의 흐름에 따라 발생하는 자기력을 집속시켜 릴레이로 흐르는 전류의 양을 감소시킴으로써 릴레이의 내부 접점간에 발생할 수 있는 아크를 줄일 수 있도록 개선된 릴레이 구조에 관한 것이다.

자동차의 전기시스템이 42V 시스템으로 전환하게 되면 아크에 의한 문제가 많이 발생하게 된다. 이에 따라, 릴레이, 커넥터, 스위치등 전기적 접점이 사용되는 장치는 모두 아크의 발생을 고려하지 않을 수 없다. 본 발명은 내부릴레이 접점 간에 발생할 수 있는 아크를, 외부스위치의 아크 감소 원리를 채용하도록 개량된 것이다.

먼저 도 1에 도시한 것처럼, 현재 상용화된 저항형 릴레이의 구조를 살펴보면, 이는 외부스위치(Se), 내부릴레이(Si), 병렬 연결된 코일(C) 및 저항(R)으로 이루어져 있다. 내부릴레이(Si)의 양단으로는 도시되지 않은 구동회로가 연결되고, 내부릴레이(Si)의 접점은 코일(C)에 흐르는 유도전류의 기전력을 받아 개폐되어 구동회로의 온 오프 동작을 제어한다. 도 1에서는 외부스위치(Se) 및 내부릴레이(Si)가 폐쇄 상태에 있다. 그런데, 여기서, 외부스위치(Se)가 화살표 방향으로 개방되면 코일(C)에 흐르던 잔류 전류가 외부스위치(Se)의 한 접점으로 모여들어 접점 사이에 아크가 발생할 수 있는데, 도 1에서는 저항(R)이 설치되는 결과, 잔류전류가 순환전류(Ic)가 되어 폐회로를 경유하게 하고 있으며, 따라서 외부 스위치(Se)에 대한 아크 발생의 우려를 없앨 수 있다. 상기 순환전류(Ic)는 주지하다시피 일정한 시정수값에 따라 대략 지수함수의 경로를 따라 시간에 따라 감소한다. 그러므로, 순환전류(Ic)가 소멸하여 내부릴레이(Si)가 개방되기 까지는 어느 정도의 시간을 필요로 하게 된다.

그런데, 이상 기술한 선행기술은 외부 스위치의 아크 발생 우려는 없앨 수 있지만, 다음과 같은 문제를 수반한다. 즉, 앞서와 같이 자동차의 공급 전원의 전압이 고전압으로 이행함에 따라 내부릴레이의 접점에 연결되는 전원공급회로의 유입 전압이 높은 경우 내부릴레이의 접점을 향하는 전류가 증대하여 아크가 발생할 가능성이 상대적으로 커지게 되었다. 또, 자동차의 시동 초기의 과도 전류나 히스테리시스 효과에 의한 아크 발생의 우려도 배제할 수 없다. 따라서, 외부스위치는 물론 내부릴레이의 접점간에도 아크 현상을 방지할 수 있는 구조의 채용이 필요하게 된것이다.

그러므로, 본 발명은 주변 전류의 흐름에 따라 발생하는 자기력을 집속시켜 릴레이로 흐르는 전류의 양을 감소시킴으로써 릴레이의 내부 접점간에 발생할 수 있는 아크를 줄일 수 있도록 개선된 릴레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 자동차에 사용되는 릴레이장치는 외부스위치, 외부스위치와 접속되며 도선에 의하여 상호 병렬 연결된 코일과 저항 및 상기 코일의 기전력에 의하여 개폐 작동되는 내부릴레이로 이루어지며, 상기 내부릴레이의 한 접점은 전원공급장치에 릴레이터미널을 개재하여 연결되고, 상기 릴레이터미널을 수용하는 제1홀과 상기 도선을 수용하는 제2홀을 구비한 자기장가이드부재를 설치하고, 상기 자기장가이드부재에 의하여 상기 도선과 상기 릴레이터미널이 자기적으로 연관됨으로써 상기 릴레이터미널이 전자기력을 받도록 한 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 바람직한 실시예는 상기 자기장가이드부재는 "C"자형의 자기철심이며, 이 자기철심의 개방 양단이 상기 제1홀을 이루고, 자기철심의 중앙홀이 상기 제2홀을 이루는 구조를 개시하고 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 릴레이 장치의 회로 구성도로서, 도선(10) 및 릴레이터미널(20)은 설명의 편의를 위하여 본 발명의 주요 구성을 설명하는 부분에서 확대 도시하였다. 도면에서, 내부릴레이(Si)의 일단자는 릴레이터미널(20)에 의하여 전원공급장치로서의 배터리(40)에 연결되어 있고, 타단은 도시되지 않은 구동회로에 연결되어 있다. 외부스위치(Se), 도선(10)에 의하여 병렬 연결된 코일(C) 및 저항(R)의 구성과 작용은 도 1에서 설명한 것과 동일하다.

본 발명의 릴레이 장치는 도선(10)과 릴레이터미널(20)이 배열된 적당한 개소에 본 발명의 자기장가이드부재로서의 "C"형의 자기철심(30)을 설치하고 있다. 자기철심(30)의 개방홀(34)은 "C"자형의 개방 단부가 이루는 공간이며, 그 안쪽에는 원형의 중심홀(32)이 형성되어 있다. 개방홀(34)로는 릴레이터미널(20)이 통과하고, 중심홀(32)로는 도선(10)이 지나가고 있다. 본 발명의 자기철심(30)은 예시로 제시된 것이며, 도선(10)과 릴레이터미널(20)을 자기적으로 연관시킬 수 있다는 작용을 달성하는 한 그 형상과 크기는 자유로이 변경될 수 있는 것이다.

이상의 본 발명의 구성을 토대로 본 발명의 아크 감소 작용에 대하여 설명한다.

먼저, 도 2의 상태에서 외부스위치(Se)가 개방되면 순환전류(Ic)가 코일(C)과 저항(R)이 형성하는 폐회로를 순환하게 된다. 내부릴레이(Si)는 아직 개방되지 않은 상태로, 전원(40)에서 릴레이터미널(20)을 통하여 계속 부하전류(I)가 흐르고 있다. 이 경우, 도 3에 도시한 것처럼 자기철심(30)이 설치된 영역에서 각각의 라인을 흐르는 전류(Ic,I)가 +Z축으로 동일한 방향을 가지는 결과, 오른 나사의 법칙에 의하여 화살표 방향으로 자기철심(30)을 따라 자기장(M)의 경로가 형성된다. 그리고 자기철심(30)의 개방 단부 사이에는 표시한 것과 같이 +Y축 방향으로 자기장 경로가 형성된다.

그러므로, 플레밍의 왼손 법칙에 의하여, 릴레이터미널(20)은 도 4에 도시한 것과 같은 방향으로 전자기력(F)의 영향을 받게 된다. 그러면 도 5에 개념적으로 도시한 것과 같이, 전류를 이루는 양전하는 -X축 방향으로 힘을 받게 되고, 전류는 도시한 것과 같이 -X축 방향으로 편향되어 흐른다. 즉, 전자기력에 의하여 양전하의 흐름을 한쪽으로 집중시키는 결과, 그렇지 않은 경우에 비하여 전류의 통로가 좁아지게 되고 이와 같이 좁아진 만큼에 해당하는 저항이 설치된 것과 마찬가지의 효과를 가져오게 된다. 이 경우 전원(40)의 공급 전압은 일정하므로 결국 내부릴레이(Si)로 흐르는 전류가 감소하게 되고, 따라서 소정 시간 경과 후 순환전류(Ic)가 소멸하여 내부릴레이가 개방되는 순간 두 접점 사이에 발생하는 아크 발생 우려를 없앨 수 있다.

이상 설명한 본 발명에 있어, 도선(10)과 릴레이터미널(20)에 흐르는 전류에 의해서도 어느 정도의 자기장(M)은 발생하지만, 릴레이터미널(20)에 실제로 전자기력(F)을 부여하기 위해서는 자기장을 강화하고 가이드하는 자기철심(30)과 같은 가이드부재가 필요함을 알 수 있다. 이러한 의미에서 도선(10)과 릴레이터미널(20)은 자기철심(30)에 의하여 자기적으로 연관된다고 할 수 있다.

또, 도선(10)과 릴레이터미널(20)의 전류 방향이 모두 -Z축인 경우는 자기장(M)은 반대 방향으로 형성되지만 전자기력(F)은 역시 우편향 구조를 형성하며, 도선(10)과 릴레이터미널(20)의 전류 방향이 서로 다른 경우에는 상쇄된 만큼 전자기력이 감소하지만 앞서와 같은 편향 구조를 제공하는 것은 마찬가지이므로, 본 발명은 회로소자나 배선의 배열, 방향에 구애됨이 없이 폭 넓게 적용될 수 있다는 장점을 제공한다.

이상 기술한 본 발명은 자동차의 전원으로부터 공급되는 전류를 수신하는 내부릴레이의 접점 사이에 아크가 발생할 우려를 감소시켜 릴레이 장치 및 회로의 안전성을 향상시킨다는 효과를 발휘한다.

도 1은 종래기술의 저항형 릴레이 장치의 예를 보인 회로도;

도 2는 본 발명의 릴레이장치를 도시한 구성도;

도 3은 자기장이 형성된 본 발명의 릴레이 장치에 있어, 전류와 자기장의 흐름을 보인 개념도;

도 4는 도 3에 있어 전자기력의 방향을 함께 도시한 개념도; 그리고

도 5는 도 4에 있어 전자기력에 의한 전류의 편향 현상을 도시한 개념도이다.

Claims (2)

1. 자동차에 사용되는 릴레이장치로서, 상기 릴레이장치는 외부스위치, 외부스위치와 접속되며 도선에 의하여 상호 병렬 연결된 코일과 저항 및 상기 코일의 기전력에 의하여 개폐 작동되는 내부릴레이로 이루어지며,

   상기 내부릴레이의 한 접점은 전원공급장치에 릴레이터미널을 개재하여 연결되고, 상기 릴레이터미널을 수용하는 제1홀과 상기 도선을 수용하는 제2홀을 구비한 자기장가이드부재를 설치하고, 상기 자기장가이드부재에 의하여 상기 도선과 상기 릴레이터미널이 자기적으로 연관됨으로써 상기 릴레이터미널이 전자기력을 받도록 하며, 상기 릴레이장치의 상기 자기장가이드부재는 "C"자형의 자기철심이며, 상기 자기철심의 개방 양단이 상기 제1홀을 이루고, 상기 자기철심의 중앙홀이 상기 제2홀을 이루며, 상기 제1홀내의 릴레이터미널과 상기 제2홀내의 도선은 각각 평행이 되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 릴레이장치.
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