KR100872749B1 - 전자기 스위치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자기 스위치에 관한 것으로서, 상면에 도체판이 구비되고, 하면에 직사각 코일이 구비되어 힌지축을 중심으로 회전가능하게 배치되는 가동자와, 상기 가동자의 좌/우에 각각 배치되어 상기 가동자의 회전에 따라 상기 도체판과 선택적으로 접촉하는 한 쌍의 접점부와, 상기 직사각 코일의 장방향 양단 직하부에 각각 배치되되, 그 각각은 스테이터 코어의 내부에 삽입된 상태로 배치되는 영구자석을 포함하여 구성되는 전자기 스위치를 제공한다.

전자기, 스위치, 영구자석, 코일

Description

전자기 스위치{ELECTROMAGNETIC SWITCH}

본 발명은 전자기 스위치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 콤팩트(compact)한 구성을 통해 제조비용을 절감하고, 동작과정에서 발생하는 마찰소음을 최소화하며, 스위칭 동작의 지연을 방지하여 신뢰성을 향상시키도록 한 전자기 스위치에 관한 것이다.

일반적으로 전자기 스위치는 크게 래칭(latching) 방식과 페일세이프(fail safe) 방식으로 나뉜다. 래칭 방식은 스위칭 동작을 할 때에만 펄스전원을 공급하여 접점이 유지되도록 한 스위치이며, 페일세이프 방식은 전원을 인가하지 않은 상태에서는 항상 정해진 NC(Normally Contact)를 유지하다가 전원이 인가되면 NO(Normally Open)를 유지시켜 주는 스위치이다.

도 1은 종래 기술에 따른 전자기 스위치의 구성을 간략화한 단면도로서, 래칭 방식을 나타내고 있다. 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 전자기 스위치는 외부장치와의 접속을 위한 회로가 구비되는 인쇄회로기판(101)과, 상기 인쇄회로기판(101)에 납땜으로 고정되어 제1 및 제2전자석(104, 105)에 제어신호를 전달하는 제어신호선(102)과, 상기 인쇄회로기판의 하단에 소정거리를 갖고 부착된 마그넷 플레이트(103)와, 상기 마그넷 플레이트(103)의 하부 중심에 설치된 영구자석(106)과, 상기 영구자석(106)의 양측에 설치되어 전원 공급시 전자기력을 발생하는 제1 및 제2전자석(104, 105)과, 상기 영구자석(106)의 하부에 위치하여 상기 제1 및 제2전자석(104, 105)의 전자기력에 의해 좌우로 회동가능한 시소(107)와, 상기 시소(107)의 하부에 구비되되 탄성력을 갖는 판스프링(107-1)과, 상기 시소(107)의 회동 작용에 따라 상기 판스프링(107-1)에 의해 눌려지는 제1 및 제2푸시로드(push rod)(108, 109)와, 상기 제1 및 제2푸시로드(108, 109)의 하단부에 부착되어 입력포트(112)와 제1출력포트(113) 또는 입력포트(112)와 제2출력포트(114)를 전기적으로 연결해 주는 제1 및 제2접점(110, 111)을 포함하여 구성된다.

상기와 같은 종래의 전자기 스위치는 영구자석(106)에 의해 시소(107)가 자화되며, 제1 및 제2전자석(104, 105) 중 하나에 전력이 공급되어 자계가 형성될 경우 그 중앙부를 중심으로 하여 상기 시소(107)가 회동하게 된다. 이때, 상기 시소(107)의 하측에는 그와 연동되는 판스프링(107-1)이 장착되고, 상기 판스프링(107-1)의 양측 하부에는 상기 판스프링(107-1)의 동작에 의해 상하로 이동되는 제1 및 제2푸시로드(108, 109)가 구비되며, 상기 제1 및 제2푸시로드(108, 109)의 외주면에는 각각 스프링이 장착된다.

상기와 같은 구성에 의해, 제2전자석(105)에 전원이 공급될 경우 상기 시소(107)의 회동에 의해 판스프링(107-1)의 좌측부가 하강하여 제1푸시로드(108)를 가압함으로써 제1접점(110)이 아래로 이동하여 입력포트(112)와 제1출력포트(113) 가 전기적으로 접속하게 된다. 동일한 원리에 의해 제1전자석(104)에 전원이 공급될 경우에는 제2접점(111)이 아래로 이동하여 입력포트(112)와 제2출력포트(114)를 접속하게 된다.

그러나 상기한 바와 같은 종래 기술에 따른 전자기 스위치는 시소의 동작을 위해 2개의 전자석이 필요하고, 입력포트와 제1 또는 제2출력포트를 연결시키기 위해 2개의 푸시로드가 필요하기 때문에 전체적으로 구성요소가 많아 전자기 스위치 전체의 크기가 커지고, 제조비용이 증가할 뿐만 아니라, 서로 대칭되는 전자석들과 푸시로드들 간에 균형이 이루어지지 않을 경우 스위치의 동작에 있어 신뢰성이 크게 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 제1전자석 또는 제2전자석에 전원이 공급됨으로써 발생하는 자력에 의해 시소가 상기 제1전자석 또는 제2전자석에 직접적으로 접착되기 때문에, 이에 따라 소음이 발생하게 되는 문제점이 있고, 상기 시소와 제1전자석 또는 제2전자석이 자력에 의해 접착되기 때문에 스위칭 동작을 위한 접착 및 분리과정에서 발생하는 동작의 지연이라는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 콤팩트(compact)한 구성을 통해 제조비용을 절감하고, 동작과정에서 발생하는 마찰소음을 최소화하며, 스위칭 동작의 지연을 방지하여 신뢰성을 향상시키도록 한 전자기 스위치의 제공을 기술적 과제로 삼고 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 전자기 스위치는 상면에 도체판이 구비되고, 하면에 직사각 코일이 구비되어 힌지축을 중심으로 회전가능하게 배치되는 가동자와, 상기 가동자의 좌/우에 각각 배치되어 상기 가동자의 회전에 따라 상기 도체판과 선택적으로 접촉하는 한 쌍의 접점부와, 상기 직사각 코일의 장방향 양단 직하부에 각각 배치되되, 그 각각은 스테이터 코어의 내부에 삽입된 상태로 배치되는 영구자석을 포함하여 구성된다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 직사각 코일에 인가되는 전류의 주파수를 조절하여 스위칭 속도 조절이 가능하도록 하는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 전자기 스위치에 의하면, 콤팩트(compact)한 구성을 통해 제조비용을 절감하고, 동작과정에서 발생하는 마찰소 음을 최소화하며, 스위칭 동작의 지연을 방지하여 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전자기 스위치의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명에 따른 전자기 스위치의 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 전자기 스위치의 결합상태를 나타낸 정면도이며, 도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 전자기 스위치의 작동 상태도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전자기 스위치(100)는 중앙에 힌지축(112)을 중심으로 회전가능하게 배치되는 가동자(110)를 구비한다. 상기 가동자(110)의 상면에는 후술할 접점들(140a, 140b, 150a, 150b)과 선택적으로 접촉하여 전기적 접속을 가능하게 하는 도체판(120)이 마련된다. 상기 가동자(110)의 하면에는 직사각 코일(130)이 마련된다.

상기 가동자(110)의 좌/우측에는 각각 상기 가동자(110)의 회전에 따라 상기 도체판(120)과 선택적으로 접촉하는 한 쌍의 접점부(140, 150)가 배치된다. 좌측 접점부(140) 및 우측 접점부(150)는 각각 소정 간격으로 이격되어 상하로 배치되는 상부 접점(140a, 150a) 및 하부 접점(140b, 150b)들로 구성된다. 여기서 상기 상부 접점(140a, 150a) 및 하부 접점(140b, 150b) 사이의 소정 간격은, 예를 들면 상기 직사각 코일(130)의 장방향 길이가 40mm이고, 상기 도체판(120)의 장방향 길이가 60mm의 길이를 갖는 경우, 10mm 일 수 있다. 다만, 전술한 상기 직사각 코일(130) 및 도체판(120) 각각의 장방향 길이 및 상기 상부 접점(140a, 150a) 및 하부 접점(140b, 150b) 사이의 소정 간격은 일 실시예에 불과하며, 전체적인 본 발명에 따른 전자기 스위치(100)의 사이즈가 변경됨에 따라 그에 대응되도록 변경될 수 있다.

상기 직사각 코일(130)의 장방향 양단 직하부에는 영구자석(160a, 160b)이 각각 배치된다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 영구자석(160a, 160b) 각각은 모두 N극이 오른쪽에 배치되도록 구성되나, 그 배치방향은 선택적으로 변경할 수 있다. 한편, 상기 영구자석(160a, 160b) 각각은 스테이터 코어(170a, 170b) 내부에 삽입된 상태로 배치된다. 상기 스테이터 코어(170a, 170b)는 상기 영구자석(160a, 160b)에 의해 발생하는 자기장의 자기력선 방향을 유도하는 역할을 수행한다.

도 3에는 본 발명에 따른 전자기 스위치(100)가 결합된 상태의 정면도가 도시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 초기 상태의 가동자(110)는 힌지축(112)을 중심으로 회전가능하게 배치되되, 그 하면에 마련된 직사각 코일(130)의 장방향 양단이 각각 스테이터 코어(170a, 170b) 내부에 위치하도록 배치된다. 따라서 상기 영구자석(160a, 160b)에 의해 발생하는 자기장의 자기력선이 상기 스테이터 코어(170a, 170b)의 유도로 상기 직사각 코일(130)의 장방향 양단에 수직하게 작용하게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전자기 스위치(100)의 작동에 대해 상세히 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같은 초기 상태에서 상기 직사각 코일(130)에 시계방향의 전류가 인가되면, 도 4a에 도시된 바와 같이 상기 직사각 코일(130) 좌측단의 전류 방향은 지면을 향해 들어가는 방향이 되고, 좌측 영구자석(160a)에 의해 상기 직사각 코일(130)의 좌측단에 미치는 자기장의 자기력선 방향은 우측에서 좌측으로 작용하게 되어 플레밍의 왼손 법칙에 따라 상기 직사각 코일(130) 좌측단은 위쪽으로 힘을 받게 된다. 이와 동시에 상기 직사각 코일(130) 우측단의 전류 방향은 지면을 뚫고 나오는 방향이 되고, 우측 영구자석(160b)에 의해 상기 직사각 코일(130)의 우측단에 미치는 자기장의 자기력선 방향은 동일하게 우측에서 좌측으로 작용하게 되어 플레밍의 왼손 법칙에 따라 상기 직사각 코일(130) 우측단은 아래쪽으로 힘을 받게 된다. 따라서 상기 직사각 코일(130)이 설치된 가동자(110)는 힌지축(112)을 중심으로 시계방향으로 회전하면서 그 상면의 도체판(120) 일단은 좌측 접점부(140)의 상부 접점(140a)에 접촉하게 되고, 상기 도체판(120) 타단은 우측 접점부(150)의 하부 접점(150b)에 접촉하여 필요로 하는 루트(route)의 전기적 접속을 이루게 한다.

반대로, 도 3에 도시된 바와 같은 초기 상태에서 상기 직사각 코일(130)에 반시계방향의 전류가 인가되면, 도 4b에 도시된 바와 같이 상기 직사각 코일(130) 좌측단의 전류 방향은 지면을 뚫고 나오는 방향이 되고, 좌측 영구자석(160a)에 의해 상기 직사각 코일(130)의 좌측단에 미치는 자기장의 자기력선 방향은 우측에서 좌측으로 작용하게 되어 플레밍의 왼손 법칙에 따라 상기 직사각 코일(130) 좌측단은 아래쪽으로 힘을 받게 된다. 이와 동시에 상기 직사각 코일(130) 우측단의 전류 방향은 지면을 향해 들어가는 방향이 되고, 우측 영구자석(160b)에 의해 상기 직사각 코일(130)의 우측단에 미치는 자기장의 자기력선 방향은 동일하게 우측에서 좌측으로 작용하게 되어 플레밍의 왼손 법칙에 따라 상기 직사각 코일(130) 우측단은 위쪽으로 힘을 받게 된다. 따라서 상기 직사각 코일(130)이 설치된 가동자(110)는 힌지축(112)을 중심으로 반시계방향으로 회전하면서 그 상면의 도체판(120) 일단은 좌측 접점부(140)의 하부 접점(140b)에 접촉하게 되고, 상기 도체판(120) 타단은 우측 접점부(150)의 상부 접점(150a)에 접촉하여 필요로 하는 또 다른 루트의 전기적 접속을 이루게 한다.

또한, 본 발명에 따른 전자기 스위치(100)는 상기 직사각 코일(130)에 인가되는 전류의 주파수를 조절함으로써 스위칭 속도 조절이 가능하다. 즉, 상기 직사각 코일(130)에 인가되는 전류의 주파수를 크게 하거나 또는 작게 함으로써 상기 가동자(110)의 회전속도를 빠르게 또는 느리게 할 수 있고, 그에 따라 스위칭 속도를 보다 빠르게 또는 느리게 조절할 수 있다.

지금까지 살펴본 본 발명에 따른 전자기 스위치(100)의 구성 및 작용에 의할 경우, 도 1을 통해 설명한 종래 기술과 달리 콤팩트(compact)한 구성을 통해 제조비용을 절감할 수 있다.

또한, 종래 기술에서와 같이 자력에 의해 시소가 제1전자석 또는 제2전자석에 직접적으로 접착됨으로써 발생하는 소음의 문제점을 방지함으로써 동작과정에서 발생하는 마찰소음을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 시소와 제1전자석 또는 제2전자석이 자력에 의해 접착되기 때문에 스위칭 동작을 위한 접착 및 분리과정에서 발생하는 동작의 지연이라는 문제점을 방지함으로써 스위치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라, 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 전자기 스위치의 구성을 간략화한 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 전자기 스위치의 분해 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 전자기 스위치의 결합상태를 나타낸 정면도,

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 전자기 스위치의 작동 상태도이다.

**도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명**

110 : 가동자 112 : 힌지축

120 : 도체판 130 : 직사각 코일

140 : 좌측 접점부 150 : 우측 접점부

160a, 160b : 영구자석 170a, 170b : 스테이터 코어

Claims (2)

1. 상면에 도체판이 구비되고, 하면에 직사각 코일이 구비되어 힌지축을 중심으로 회전가능하게 배치되는 가동자;

   상기 가동자의 좌/우에 각각 배치되어 상기 가동자의 회전에 따라 상기 도체판과 선택적으로 접촉하는 한 쌍의 접점부; 및

   상기 직사각 코일의 장방향 양단 직하부에 각각 배치되되, 그 각각은 스테이터 코어의 내부에 삽입된 상태로 배치되는 영구자석을 포함하여 구성되는 전자기 스위치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 직사각 코일에 인가되는 전류의 주파수에 따라 스위칭 속도 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 전자기 스위치.

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