KR100968462B1 - 영구자석을 이용한 조작기 및 그것을 구비하는 구동 장치 - Google Patents

영구자석을 이용한 조작기 및 그것을 구비하는 구동 장치 Download PDF

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성기영
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(주)에마텍
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성기영
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Abstract

본 발명은 영구자석을 이용한 조작기 및 그것을 구비하는 구동 장치에 관한 것이다. 본 발명의 조작기는, 고정자 요소(1100)와, 피동 요소에 연결되어 고정자 요소(1100)에 가까워지는 제1위치와 멀어지는 제2위치로 이동하는 가동자 요소(1200)를 구비하고; 상기 고정자 요소(1100)는, 자성체로 이루어지는 고정 철심 코어(1120)와, 상기 고정 철심 코어(1120)의 외주에 권회 되고, 서로 독립적인 전류의 인가에 의해 서로 독립하는 반대방향의 전자기 회로를 구성하는 투입측 코일(1140) 및 개방측 코일(1150)을 포함하고; 상기 가동자 요소(1200)는, 상기 고정 철심 코어(1120)의 상부에 이격 유지되고, 상기 투입측 코일(1140) 또는 개방측 코일(1150)의 여자에 의해 생성되는 전자력과 조합해서 고정 철심 코어(1120)에 대해 인력 또는 척력이 작용하는 자기회로를 형성하고, 제1위치 또는 제2위치로 이동 완료한 상태에서는 고정 철심 코어(1120)와 작용하는 자력 또는 개방 스프링(2000)의 탄성 복원력에 의해 제1위치 또는 제2위치에 홀딩 되는 영구자석(1220)을 포함하며; 상기 고정자 요소(1100)와 가동자 요소(1200) 사이에 배치되어 상기 가동자 요소(1200)를 지탱하는 개방 스프링(2000)을 포함한다.

Description

영구자석을 이용한 조작기 및 그것을 구비하는 구동 장치{ELECTRO MAGNETIC ACTUATOR USING PERMANENT MAGNETICS AND DRIVING APPARATUS WITH THE SAME}
본 발명은 전자석 조작기 및 그것을 구비하는 구동 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 코일에 여자 된 전류에 의한 전자력과 영구자석의 자력을 이용하여 별도의 전원 공급 없이 이동된 상태를 지속적으로 유지할 수 있어 전력 소모가 적고, 그러면서도 구조가 간단하고 제조가 용이한 영구자석을 이용한 조작기에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 조작기를 동작 기구로서 갖추어 전력소모가 적고 전기적 및 기계적으로 안정된 구동 장치에 관한 것이다.
구동 장치는 기계나 계측기와 같은 동력 기구를 움직이는 장치이다. 이러한 구동 장치로서 흔히 전력 계통에 이용되는 예로서는, 전자 접촉기, 전자 개폐기, 차단기 등을 들 수 있다.
전자 접촉기(電磁接觸器)(MC; Magnetic Contactor 또는 electroMagnetic Contactor)는 모터 등의 구동회로에서 전력 회로를 개폐하는데 사용된다. 이것은 통상적으로는 과부하계전기(過負荷繼電器, Thermal Overload Relay)와 함께 전자개폐기(電磁開閉器)(MS; Magnetic Switch 또는 electroMagnetic Switch)를 구성한다.
또한, 전자 접촉기는, 큰 접점 용량과 내압을 가진 전자 계전기의 일종으로 전자력을 이용하여 접점을 열고 닫음으로써 대전류의 개폐나 전동기의 시동, 정지 등의 제어에 사용되며 주로 250V/10A 이상의 전력을 사용하는 부하에 적용된다.
차단기(遮斷器)(CB; Circuit Breaker)는 송전선로의 송전단이나 수전단에 설치되어 전력계통에 인가되는 고장전류를 차단하여 부하(전기 기계 또는 전기 설비)를 보호하게 된다. 차단기는, 누전용 차단기와 배선용 차단기로 구분할 수 있다. 통상적으로, 누전 차단기는 누전과 과전류를 모두 차단하고, 배선용 차단기는 누전은 보호되지 않고 과전류만 차단한다. 누전 차단기의 예로서는, ELB(Electric Leakage Breaker), ELCB(Earth Leakage Circuit Breaker) 등이 있다. 또한, 배선용 차단기의 예로서는, MCCB(Molded Case Circuit Breaker), NFB(No Fuse Breaker) 등을 포함하여 모터 보호용 배선용 차단기(MMS; Manual Motor Starter)가 있다.
조작기는 상기와 같은 전자 접촉기, 전자 개폐기, 차단기와 같은 전기 기기류, 또는 일정 거리를 주기적 또는 간헐적으로 왕복하는 운동 기구가 필요한 기계 장치에서, 왕복 구간의 어느 한쪽 위치(제1위치)와 그로부터 반대쪽으로 떨어져 있는 위치(제2위치)까지 직선 왕복 운동시키기 위한 구동 기구(구동력 생성 기구)로서 활용된다.
예를 들어, 전자 접촉기, 전자 개폐기 또는 차단기와 같은 구동 장치에 사용되는 조작기에 있어서, 그의 가동자가 제1위치로 이동한 때에는 구동 장치의 회로 접점이 투입(접점 ON 또는 CLOSE 상태)되고, 제1위치의 반대 방향인 제2위치로 이동한 때에는 구동 장치의 회로 접점이 개방(접점 OFF 또는 OPEN 상태)된다.
도 16에는 종래의 조작기를 사용하여 전자 접촉기라고 하는 구동 장치를 구성한 예가 도시되어 있다.
도 16에 도시된 바와 같이, 전자 접촉기 형태의 구동 장치(10)는, 하부 케이스(11), 상부 케이스(12) 및 조작기(20)를 구비하고 있다.
조작기(20)는 솔레노이드와 스프링을 이용한 것으로서, 고정 철심(21), 가동 철심(22), 고정자 코일(30) 및 리턴 스프링(40)을 포함한다. 고정자 코일(30)은 보빈(bobbin)(31)에 감겨 있다. 리턴 스프링(40)은, 이른바 '압축 코일 스프링'으로서, 가동 철심(22)을 고정 철심(21)으로부터 멀어지는 방향으로 탄성 가압한다.
가동 철심(22)에는 가동 접점 조립체(50)가 결합되어 있다. 가동 접점 조립체(50)는, 홀더(51), 가동 접촉자(60) 및 스프링(63)을 포함한다. 가동 접촉자(60)의 양쪽 단부에는 각각 가동 접점(61)(62)이 형성되어 있다.
가동 접점(61)(62)에 대응하여, 상부 케이스(12)의 양쪽에는 전원측 단자(71)와 부하측 단자(72)가 설치된다. 단자(71)(72)에는 각각 고정 접점(81)(82)이 형성되어 있다.
한편, 상기 보빈(31)의 연장부(32)는 하부 케이스(11)의 일측으로 노출되고, 연장부(32)의 단부에는 코일 단자(33)가 설치된다. 이 코일 단자(33)에서는 외부측 급전선(도시하지 않음)과 고정자 코일(30)측 급전선(도시하지 않음)이 접속되어 코일(30)에 제어 전류를 공급할 수 있도록 되어 있다.
이와 같은 전자 접촉기 형태의 구동장치(10)는, 개방 상태에서는 리턴 스프링(40)의 탄성 가압력에 의해 가동 철심(22)과 홀더(51)가 위로 이동된다. 그에 따라서 가동 접촉자(60)의 접점(61)(62)은 단자(71)(72)의 접점(81)(82)으로부터 떨어진다. 따라서 주회로가 열려 전류의 공급은 차단된다.
이 상태에서 컨트롤러에 의해 코일 단자(33)에 전류를 공급하면, 고정자 코일(30)이 여자 되어 자기장을 형성한다. 자기장에 의해 가동 철심(22)은 고정 철심(21)을 향해 끌어 당겨지면서 리턴 스프링(40)을 압축하고 고정 철심(21)에 붙는다. 가동 철심(22)의 하향 이동에 따라서 홀더(51)가 하향 이동함으로써 가동 접촉자(50)의 가동접점(61)(62)은 각각 전원측 단자(71)의 고정 접점(81)과 부하측 단자(72)의 고정 접점(82)에 붙어 통전이 이루어진다. 따라서 주회로가 닫혀 부하에 전류가 공급된다.
다음으로, 투입 상태에 있는 전자 접촉기의 고정자 코일(30)에 대한 전류 공급을 차단하면, 가동 철심(22)을 끌어당기는 힘이 제거된다. 그에 따라 가동 철심(22) 및 홀더(51)는 리턴 스프링(40)의 복원력에 의해 위로 이동함으로써 가동접점(61)(62)이 고정 접점(81)(82)으로부터 떨어져서 회로가 개방된다.
이와 같은 종래의 구동 장치에 사용되는 조작기(20)는, 솔레노이드 방식의 자기 액추에이터 형태로 이루어져서, 투입 상태를 유지하기 위해서는 리턴 스프링(40)의 탄성 가압력을 극복하여야 하고, 그러기 위해서는 고정자 코일(30)에 지속적으로 전류를 공급하여야 한다는 문제가 있다.
투입 상태를 유지하기 위해 고정자 코일에 공급하는 전류의 양이 비록 작은 양이라고 할지라도, 이를 수 내지 수십 시간 동안 또는 며칠 동안 지속적으로 공급하려면 소모되는 전력량은 매우 많아진다. 또한, 지속적으로 공급되는 전류로 인해 고정자 코일에서 열이 발생하여 고정 철심에 전도된다. 그러면, 가동 철심을 당기는 전자기력이 감소하게 되므로 접점의 접촉 상태가 불완전해질 염려도 있다.
또한, 투입 상태에서, 고정자 코일에 전류를 흘려주기 위한 회로 또는 전류공급원의 문제로 인해 고정자 코일에 전류를 공급하지 못하는 사고가 발생할 수 있다. 그렇게 되면 그 즉시 부하(전동기 등과 같은 사용처)에 공급되던 전력이 끊어지기 때문에 부하장치에 충격이나 무리가 가해져 예기치 않은 기계적, 전기적 사고와 산업상 손실이 발생하게 된다.
한편, 본 출원인 등에게 허여된 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0899432호 공보에는 이른바 'EMFA(Electro-Magnetic Force driving Actuator)'를 구동 기구로서 이용한 전자 접촉기가 개시되어 있다. EMFA는, 고정 철심에 영구자석을 대향 시키고, 영구자석의 자계 내에 코일을 권회한 가동자 코일을 배치하여, 가동자 코일에 정방향 또는 역방향의 전류를 인가하면 영구자석에 의한 자계와 코일의 전류밀도에 의한 전자 반발력에 의해 가동자 코일이 상방(제1위치) 또는 하방(제2위치)으로 직선운동하도록 한 것이다. 이러한 EMFA는 플레밍의 왼손법칙을 따르는 전, 자기 반발력을 이용한 것으로서, 영구자석과 코일의 반발력을 이용하므로 이동길이의 제약이 적고 큰 힘을 낼 수 있는 장점이 있어, 큰 힘을 필요로 하는 구동 장치(예; 고압 차단기)에 매우 유용하게 활용할 수 있다. 그러나 EMFA는 코일이 가동자가 되어 움직이므로, 움직이는 가동자 코일에 전류를 공급하기가 어렵고, 가동자 코일의 전기적 절연 설계와 기계적 내충격성을 위한 구조 설계가 까다로워지는 단점이 있다. 예를 들어, EMFA의 가동자는, 코일과 철심을 구비하고, 실제 적용시에는 가동자의 네 모서리에 형체 유지 및 가이드용 기둥을 세운 다음, 절연을 행하고 내충격성을 부여하기 위해 상기한 코일, 철심 및 기둥을 감싸는 몰딩 처리를 행하여야 하기 때문에 제조 과정이 복잡하고 제조 원가가 상승한다는 단점도 있다.
따라서, 본 발명은 투입(ON) 또는 개방(OFF) 동작 시에만 전류를 흘려주고, 가동자가 투입, 또는 개방 위치에 이르면, 코일에 전류를 공급하지 않더라도 그 상태를 영구자석과 스프링이 유지시켜 주는 개선된 조작기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 가동자에 전기를 공급할 필요가 없으므로, 전기적 기계적으로 안정되고, 구조가 간단하며, 제조가 용이하고 제조 원가가 낮은 조작기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
더 나아가서, 본 발명은 적용 용량에 따라서 조작력의 크기를 쉽게 변경할 수 있는 한편, 투입시와 개방시에 요구되는 힘의 세기에 대응하여 조작력을 쉽게 변경할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 이러한 조작기를 구동 기구로서 이용하여 전력 소모가 적고 전기적 및 기계적으로도 안정된 구동 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전자석 조작기는, 고정자 요소와, 상기 고정자 요소에 가까워지는 제1위치와 멀어지는 제2위치로 이동하는 가동자 요소를 구비하고; 상기 가동자 요소를 상기 고정자 요소로부터 멀어지는 방향으로 탄성 지지하는 개방 스프링을 포함하며; 상기 고정자 요소는, 자성체로 이루어지는 고정 철심 코어와, 상기 고정 철심 코어의 외주에 권회 되고, 서로 독립적인 전류의 인가에 의해 서로 독립하는 반대방향의 전자기 회로를 구성하는 투입측 코일 및 개방측 코일을 포함하고; 상기 가동자 요소는, 상기 고정 철심 코어의 상부에 이격 유지되고, 상기 투입측 코일 또는 개방측 코일의 여자에 의해 생성되는 전자력과 조합해서 고정 철심 코어에 대해 인력 또는 척력이 작용하는 자기회로를 형성하고, 제1위치 또는 제2위치로 이동 완료한 상태에서는 고정 철심 코어와 작용하는 자력 또는 개방 스프링의 탄성 복원력에 의해 제1위치 또는 제2위치에 홀딩 되는 영구자석을 포함하여 이루어진다.
이러한 조작기는, 상기 가동자 요소가 제1위치로 이동 완료한 시점에서 상기 투입측 코일에 공급되는 전류를 차단한 때에는, 상기 가동자 요소는 영구자석과 고정 철심 코어 사이에 작용하는 자력에 의해 제1위치에 구속되어 홀딩 되고, 가동자 요소가 제2위치로 이동 완료한 시점에서 상기 개방측 코일에 공급되는 전류를 차단한 때에는, 상기 가동자 요소는 개방 스프링의 탄성 복원력에 의해 제2위치에 지탱되어 홀딩 된다.
상기한 본 발명의 조작기에 있어서, 상기 가동자 요소는, 상기 영구자석에 일체로 결합되는 가동자 철심을 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 가동자 요소의 가동자 철심에는, 가동자 요소의 동작에 의해 움직이는 피동 요소와의 결합을 위한 연결수단을 더 구비할 수 있다.
상기한 본 발명의 조작기에 있어서, 상기 투입측 코일과 개방측 코일은, 상기 고정 철심 코어의 축방향으로 이웃하여 배치할 수 있고, 이 경우, 상기 투입측 코일은 상기 가동자 요소에 가까운 방향에 배치하고, 상기 개방측 코일은 상기 가동자 요소로부터 먼 방향에 배치하는 것이 바람직하다.
상기한 본 발명의 조작기에 있어서, 상기 투입측 코일과 개방측 코일 중 어느 하나는 상기 고정 철심 코어의 반경방향 내측에 권회하고, 나머지 하나의 코일은 반경방향 내측에 권회된 코일의 외주에 권회 할 수도 있다. 이 경우, 상기 투입측 코일은 상기 고정 철심 코어의 반경방향 내측에 권회하고, 상기 개방측 코일은 상기 투입측 코일의 외주에 권회 하는 것이 바람직하다.
상기한 본 발명의 조작기에 있어서, 상기 개방 스프링은, 상기 고정자 요소의 상면과 상기 가동자 요소의 하면 사이에 배치하거나, 또는 상기 고정자 요소를 외부에서 감싸는 형태를 유지하여 지면과 상기 가동자 요소의 하면 사이에 배치할 수 있다.
상기한 본 발명의 조작기에 있어서, 상기 가동자 요소는, 상기 영구자석에 일체로 결합되는 가동자 철심을 포함하고, 상기 가동자 철심은 상기 영구자석의 측면을 감싸 상기 영구자석이 상기 가동자 철심에 매립되는 형태로 설치하여도 좋다.
본 발명에 따른 구동 장치는, 상기한 조작기를 포함하고, 상기 조작기의 가동자 요소에는 연결수단이 형성되며, 상기 연결수단을 통해 상기 가동자 요소에 일체로 결합되어 가동자 요소의 이동에 의해 제1위치와 제2위치로 왕복 이동하는 피동 요소를 포함한다.
구체적으로, 구동 장치는, 케이스; 상기 케이스의 내부에 조작기가 설치되고; 상기 케이스 내부에서 조작기의 가동자 요소에 일체로 결합되어 가동자 요소의 이동에 의해 제1위치와 제2위치로 이동하는 홀더; 상기 홀더에 설치되고 양측 단부에 각각 가동 접점이 형성되는 복수의 가동 접촉자; 및 상기 가동 접촉자의 양측 가동 접점에 대응하는 고정 접점이 형성되어서 상기 케이스의 양측에 각각 설치되는 전원측 단자 및 부하측 단자를 포함하며, 상기 조작기의 투입측 코일 또는 개방측 코일에 전류를 인가하여 가동자 요소가 제1위치 또는 제2위치로 이동하는 것에 의해, 상기 홀더 및 가동 접촉자가 제1위치 또는 제2위치로 이동하여 전원측 단자 및 부하측 단자와 접점 투입 상태 또는 접점 개방 상태를 유지하고, 가동자 요소가 제1위치로 이동 완료한 때에 상기 투입측 코일에 공급되는 전류를 차단한 때에는, 상기 가동자 요소는 영구자석과 고정 철심 코어 사이에 작용하는 자력에 의해 제1위치에 구속되어 홀딩 됨으로써 상기 가동 접촉자가 전원측 단자에 접점 투입된 상태를 유지하고, 가동자 요소가 제2위치로 이동 완료한 때에 상기 개방측 코일에 공급되는 전류를 차단한 때에는, 상기 가동자 요소는 개방 스프링의 탄성 복원력에 의해 제2위치에 지탱됨으로써 상기 가동 접촉자가 전원측 단자에 대해 접점 개방된 상태를 유지한다.
본 발명의 조작기 및 구동 장치는, 투입시와 개방시에는 코일에 여자 된 전류에 의한 전자력과 영구자석의 인력 및 척력에 의해 동작하고, 동작 완료 후에는 별도의 전류 공급 없이 영구자석의 자력과 개방 스프링의 힘으로 동작 완료된 상태를 지속적으로 유지할 수 있으므로, 전력의 낭비를 방지할 수 있는 우수한 조작기 및 구동 장치를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 동작 완료 후 코일에 전류를 지속적으로 공급할 필요가 없으므로, 코일에서 열이 발생할 염려도 없고, 그 열에 의해 고정 철심의 온도가 상승할 여지도 없다. 따라서 전자기력의 감소가 없고 접점의 접촉 상태(투입 상태)도 안정적으로 유지할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 개방 또는 투입 상태에서 전류의 공급이 필요 없으므로, 코일에 전류 공급이 갑자기 끊기는 등의 문제로 인해 부하 측에 예기치 못한 사고가 생기는 종래의 문제가 생길 수 없다.
또한, 본 발명에 의하면, 가동자가 영구자석과 철심으로 이루어져서 가동자에는 전류를 공급할 필요가 없고 고정자 요소의 코일에만 전류를 공급하면 되므로, 전류 공급 방법에 대해 고민할 필요가 없고 전기적 및 기계적으로 안정적인 조작기 및 구동장치를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명은 투입코일과 개방코일을 별도로 구비하므로, 적용 용량이나, 투입시와 개방시에 요구되는 힘의 세기 등에 대응하여 조작력을 쉽게 변경할 수 있다.
더 나아가서, 본 발명은 가동자가 고정철심 내부에 설치되지 않기 때문에 조작기의 크기를 줄일 수 있고, 종래의 요철구조의 철편을 적층 하여 만든 고정철심이 아니라 단순한 원기둥 형태의 철심 코어를 단일체로 구성할 수 있으므로 제작이 간편하다.
도 1은 본 발명에 따른 조작기의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 조작기의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 조작기에서 영구자석 가동자가 제1위치(투입방향)로 이동한 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3에서의 자속 흐름에 대한 시뮬레이션 결과 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 조작기에서 영구자석 가동자가 제2위치(개방방향)로 이동한 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5에서의 자속 흐름에 대한 시뮬레이션 결과 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 전자 접촉기의 일례를 보여주는 사시도이다.
도 8은 도 7의 전자 접촉기 내부에 설치되는 조작기와 가동 홀더 조립체를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 7의 Ⅰ-Ⅰ방향 단면도로서, 구동 장치가 개방(OFF)된 상태를 나타내는 도면이다.
도 10은 도 7의 Ⅱ-Ⅱ 방향 단면도로서, 구동 장치가 개방된 상태를 나타내는 도면이다.
도 11은 도 10에서 전자 접촉기가 투입(ON)된 상태를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자석 조작기의 단면도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전자석 조작기의 단면도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전자석 조작기의 단면도이다.
도 15는 도 14의 가동자의 자속 흐름을 보여주는 도면이다.
도 16은 종래의 조작기 및 이를 구비하는 구동 장치의 구조를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 구체적으로 설명한다. 이하의 설명과 청구범위 및 도면에서 정한 방향, 즉, '상방(위쪽)', '하방(아래쪽)', '좌측', '우측', '전방', '후방'은 장치에 대한 설명의 편의를 도모하고 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위해 정한 것이지, 이들 방향이 절대적인 방향은 아니고 설치 조건에 따라 변화할 수 있다. 예를 들어, 조작기나 전자 접촉기를 눕혀 놓았을 때에는 상기한 방향들은 그에 맞추어 바뀌게 된다.
(조작기)
도 1 내지 도 6에는 본 발명에 따른 조작기를 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다. 이하의 설명에서, 투입위치(제1위치)와 개방위치(제2위치)라고 설명하는 것은, 이해의 편의를 위해 가동자 요소가 이동하는 두 가지의 방향 또는 위치를 구분하기 위해 임의로 설정한 위치이지, 제1위치가 반드시 투입위치를 말하는 것은 아닌 한편, 투입위치가 반드시 회로를 연결(Closing)하는 위치를 말하는 것도 아니며, 제2위치가 반드시 개방위치를 말하는 것은 아닌 한편, 개방위치가 반드시 회로를 개방(Open)하는 위치를 말하는 것도 아니다.
우선적으로, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 조작기(1000a)는, 자성체로 이루어지는 고정 철심 코어(1120)와, 상기 고정 철심 코어(1120)의 외주에 권회되는 투입측 코일(1140) 및 개방측 코일(1150)을 포함하는 고정자 요소(1100)와, 상기 고정 철심 코어(1120)의 상부에 이격 유지되는 영구자석(1220)을 포함하는 가동자 요소(1200)와, 상기 고정자 요소(1100)와 상기 가동자 요소(1200) 사이에 배치되어 상기 가동자 요소(1200)를 지지하는 개방 스프링(2000)을 포함한다.
고정 철심 코어(1120)는, 자성체로 이루어지며, 도면에 도시된 실시예와 같이 중실(中實)의 기둥모양으로 이루어질 수 있다. 이러한 고정 철심 코어(1120)는 투입측 코일(1140)과 개방측 코일(1150)에 대한 전류 인가에 의해 자화되며 자로(磁路)의 역할을 한다.
투입측 코일(1140)과 개방측 코일(1150)은, 상기 고정 철심 코어(1100)의 외주에 권회(捲回)되어 서로 독립적인 전류의 인가에 의해 서로 반대 방향의 전자기 회로를 구성한다.
구체적으로, 투입측 코일(1140)에 전류를 인가하면 고정 철심 코어(1120)의 자속 흐름과 영구자석(1220)의 자속 흐름이 투입방향으로 형성되도록 하며, 그것에 의한 인력 작용으로 영구자석(1220)을 아래쪽의 투입위치(이를 '제1위치'라고 칭한다)로 끌어당기도록 한다.
반대로 개방측 코일(1150)에 전류를 인가하면 고정 철심 코어(1120)의 자속 흐름과 영구자석(1220)의 자속 흐름이 서로 상반되도록 형성하며, 그것에 의한 척력 작용과 개방 스프링(2000)으로 탄성 복원력에 의해 영구자석(1220)을 위쪽의 개방위치(이를 '제2위치'라고 칭한다)로 밀어 올리도록 한다.
상기한 투입측 코일(1140)과 개방측 코일(1150)은, 도면에 도시된 바와 같이 보빈(1160)의 외주에 감은 형태로 구성하거나, 보빈(1160)을 사용하지 않고, 코일 자체만으로 형태를 유지할 수 있는 공지의 셀프 본딩(Self Bonding) 타입으로 고정 철심 코어(1120)의 외주에 직접 권회 할 수도 있다.
가동자 요소(1200)는, 영구자석(1220)을 포함하여 상기 고정자 요소(1100)의 상부에 상하방향으로, 즉 아래쪽의 투입위치(제1위치)와 위쪽의 개방위치(제2위치)로 이동가능한 상태로 설치된다. 이러한 가동자 요소(1200)에는 도면에는 도시하지 않은 별도의 피동 요소가 일체로 결합된다. 따라서, 가동자 요소(1200)가 제1위치와 제2위치로 동작하면, 그에 일체로 결합된 피동 요소도 함께 제1위치와 제2위치로 동작한다.
여기서, '피동 요소'라 함은, '피동(被動)'이라는 말이 내포하고 있는 의미처럼, 가동자 요소(1200)의 동작을 받아 움직여서 별도의 기능을 수행하는 구성요소를 말한다. 예를 들어, 후술하는 도 7 내지 도 10에 도시된 것과 같이, 조작기(1000a)가 구동장치(예; 전자 접촉기)(100)에 '구동기구(구동력 생성 기구)'로서 사용된다면, 이때의 피동 요소는 가동자 요소(1200)에 결합되어 가동자 요소(1200)의 힘에 의해 움직이는 홀더(151)가 된다. 피동요소인 홀더(151)는, 가동접점(161, 162)을 제1위치와 제2위치로 움직여서 고정접점(181, 182)과의 접점을 개폐하는 기능을 수행하게 된다.
또한, 가동자 요소(1200)는, 영구자석(1220)을 지지하고 자로의 역할을 하며 피동요소와 원활히 결합하기 위해, 영구자석(1220)의 상면에 가동자 철심(1240)이 일체로 결합한 형태로 구성할 수 있다.
더 나아가서, 가동자 철심(1240)의 상면에는 피동요소와 연결(결합)을 쉽게 할 수 있도록 하기 위한 연결수단(1260)을 형성할 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 실시예에서는, 연결수단(1260)을 연장축(1262)과 결합축(1264)으로 구성하고 있으나, 연결수단(1260)은 어떠한 하나의 형태로 한정되지 않으며, 피동요소의 특성이나 구조에 알맞은 형태로 자유롭게 구성할 수 있다.
이와 같이 이루어진 본 발명의 조작기에 대한 동작 과정을 도 2 내지 도 6을 통해 구체적으로 설명한다.
도 2는 가동자 요소(1200)가 상방, 즉 제2위치(개방위치)로 이동되어 있는 상태이다. 이때에는 투입측 코일(1140) 및 개방측 코일(1150) 어느 쪽에도 전류가 인가되지 않아 고정자 요소(1100)는 자화되지 않는다.
즉, 가동자 요소(1200)는 외부의 어떠한 도움이 필요없이, 단순히 개방 스프링(2000)의 탄성 복원력에 의해 지탱되어 제2위치에서 지속적으로 유지될 수 있다.
도 2와 같이 가동자 요소(1200)가 제2위치(개방위치)에 위치하고 있는 상태에서 제1위치(투입위치)로 이동시키기 위해서, 컨트롤러는 투입측 코일(1140)에 전류를 인가한다. 투입측 코일(1140)에 전류가 인가되면 투입측 코일(1140)에 자기장이 형성되어 고정 철심 코어(1120)가 자화되고, 그에 의해 고정 철심 코어(1120), 영구자석(1220) 및 가동자 철심(1240)을 통해 자기회로가 형성되어 영구자석(1220)을 제1위치(투입위치) 방향으로 당기게 된다.
이때, 영구자석(1220), 즉, 가동자 요소(1200)를 아래의 제1위치로 당길 때에는, 가동자 요소(1200)를 끌어당기는 힘이 개방 스프링(2000)의 탄성 복원력보다 커야 하므로, 그에 맞추어 투입측 코일(1140)의 권수, 영구자석(1220)의 자력, 개방 스프링(2000)의 탄성력을 미리 적합한 크기로 설계하여야 한다.
투입측 코일(1140)에 전류를 인가하여 영구자석(1220) 일체형 가동자 요소(1200)를 고정자 요소(1100) 쪽으로 끌어당겨 영구자석(1220) 일체형 가동자 요소(1200)가 투입위치에 이르게 되면, 도 3과 같이 영구자석(1220)이 고정 철심 코어(1120)에 최고로 가깝게 접근한 상태가 된다.
도 3의 상태와 같이 가동자 요소(1200)가 투입위치로 이동하여 투입 동작이 완료되기 직전의 자속 흐름은 도 4와 같은 상태가 된다.
도 4와 같이, 투입시의 자계 분포는, 고정자 요소(1100)의 전자석에 의한 자속 흐름과 가동자 요소(1200)의 영구자석(1220)에 의한 자속 흐름이 투입방향(아래 방향)으로 형성되어 가동자 요소(1200)를 투입방향으로 끌어당기게 된다. 이때의 자속 흐름은 가동자 요소(1200)와 고정자 요소(1100) 사이에 거의 수직한 방향으로 조밀하게 형성되어 자속 밀도가 매우 크다는 것을 알 수 있으며, 그만큼 가동자 요소(1200)를 끌어당기는 힘의 세기가 매우 크다는 것을 알 수 있다. 이에 의하면, 투입측 코일(1140)의 전류 부담을 낮추면서도 원활할 투입 동작이 가능해진다.
이와 같이 하여, 가동자 요소(1200)가 투입 완료 위치에 위치하면, 투입측 코일(1140)에 인가되는 전류를 차단한다. 투입측 코일(1140)에 의해 고정 철심 코어(1120)에 부여되었던 전자석의 기능은 사라지고, 이때부터는 영구자석(1220)에 의한 자력이 고정 철심 코어(1120)에 작용하여 그 힘으로 투입위치에 위치한 상태 그대로 홀딩 된다. 즉, 가동자 요소(1200)가 투입위치까지 이동한 다음에는 투입측 코일(1140)에 전류를 공급하지 않더라도 가동자 요소(1200)는 영구자석(1220)과 고정 철심 코어(1120)에 작용하는 자력에 의해 투입위치에 홀딩 된 상태로 지속적으로 유지된다.
도 3 및 도 4와 같이 가동자 요소(1200)가 투입위치에 위치한 상태에서, 가동자 요소(1200)를 제2위치(개방위치)로 이동시키기 위해서는, 개방측 코일(1150)에 전류를 인가한다.
개방측 코일(1150)에 전류를 인가하면, 고정 철심 코어(1120)에는 도 3 및 도 4의 반대 방향으로 자속 흐름 및 그에 이한 반발력이 생성되어 가동자 요소(1200)를 제2위치(개방방향)으로 밀어낸다. 가동자 요소(1200)는 이러한 반발력과 개방 스프링(2000)의 탄성 복원력에 의해 제2위치로 이동하여 도 5와 같은 상태가 된다.
도 5와 같이 가동자 요소(1200)가 개방위치로 이동하여 개방 동작이 완료되기 직전의 자속 흐름은 도 6과 같은 상태가 된다.
도 6과 같이, 개방시의 자계 분포는, 고정자 요소(1100)의 전자석에 의한 자속 흐름과 이동자 요소(1200)의 영구자석(1220)의 자속 흐름이 서로 상반되도록 형성되며, 이때 발생하는 반발력과 개방 스프링(2000)의 탄성 복원력에 의해 가동자 요소(1200)가 고정자 요소(1100)로부터 밀려 올라가게 된다.
이와 같이 하여, 가동자 요소(1200)가 개방 완료 위치에 위치하면, 개방측 코일(1150)에 인가되는 전류를 차단한다. 그러면 개방측 코일(1140)에 의해 고정 철심 코어(1120)에 부여되었던 전자석의 기능은 사라지고, 이때부터는 개방 스프링(2000)의 탄성 복원력에 의해 가동자 요소(1200)가 지탱되어 그 힘으로 개방위치에 위치한 상태 그대로 홀딩 된다. 즉, 가동자 요소(1200)가 개방위치까지 이동한 다음에는 개방측 코일(1150)에 전류를 공급하지 않더라도 가동자 요소(1200)는 개방 스프링(2000)의 탄성 복원력에 의해 개방위치에 홀딩 된 상태로 지속적으로 유지된다. 다만, 이때에 영구자석(1220)의 자력이 고정 철심 코어(1120)를 당기려고 하나, 영구자석(1220)은 이미 고정 철심 코어(1120)로부터 멀리 떨어져 있어 영구자석(1220)과 고정 철심 코어(1120)가 서로 당기는 힘은 미미하기 때문에 개방 스프링(2000)의 탄성 복원력을 이길 수 없다.
이와 같이, 개방 동작시에는 고정자 요소(1100)의 전자석과 가동자 요소(1200)의 영구자석(1220)이 형성하는 반발력에 더하여 개방 스프링(2000)의 탄성 복원력이 합해지므로 개방 전류의 부담을 줄일 수 있다.
이와 같이 이루어진 본 발명의 조작기는, 투입시와 개방시에는 고정자 요소(1100)의 두 코일(1140)(1150)에 각각 여자 된 전류에 의한 전자력과 영구자석(1220)의 인력 및 척력에 의해 동작하고, 동작 완료 후에는 별도의 코일(1140)(1150)에 전류를 공급하지 않더라도 영구자석(1220)의 자력이나 개방 스프링(2000)의 탄성 복원력에 의해 투입 또는 개방 위치로 동작 완료된 상태를 지속적으로 유지할 수 있어, 별도의 전력을 필요로 하지 않기 때문에 매우 경제적인 조작기가 구현된다.
또한, 본 발명의 조작기에 의하면, 동작 완료 후 코일(1140)(1150)에 전류를 공급할 필요가 없으므로, 코일(1140)(1150)에서 열이 발생할 염려가 없다. 따라서, 고정 철심 코어(1120)의 온도가 상승할 여지도 없고, 그에 의한 전자기력의 감소도 없어, 동작 완료된 상태를 안정적으로 유지할 수 있다.
또한, 본 발명의 조작기에 의하면, 개방 또는 투입 상태에서 전류의 공급이 필요 없으므로, 코일(1140)(1150)에 공급되던 전류가 갑자기 끊기는 등의 문제로 인해 부하 측에 예기치 못한 사고가 발생하는 등의 종래의 문제는 생길 수 없다.
또한, 본 발명의 조작기에 의하면, 가동자 요소(1100)가 영구자석(1220)과 가동자 철심(1240)으로 이루어지므로, 움직이는 가동자 요소(1100)에는 전류를 공급할 필요가 없고 움직이지 않는 고정자 요소(1100) 측의 코일(1140)(1150)에만 전류를 공급하면 되므로, 전류 공급이 쉽고 전기적 및 기계적으로 안정적인 조작기가 구현된다.
또한, 본 발명의 조작기에 의하면, 투입측 코일(1140)과 개방측 코일(1150)이 별도로 구비되므로, 적용 용량이나, 투입시와 개방시에 요구되는 힘의 세기 등에 대응하여 조작력을 쉽게 변경할 수 있다. 예를 들어, 가동자 요소(1200)의 작동 방향에 따라 힘의 비율을 다르게 하거나 개방 스프링(2000)과의 힘의 분배를 조정하고자 할 경우, 투입측 코일(1140)과 개방측 코일(1150)의 선경, 권수 등을 별도로 다르게 구성할 수 있기 때문에, 적용 기기의 특성에 가장 적합한 형태로 구성할 수 있고 다양한 기기에 광범위하게 적용할 수가 있다.
또한, 본 발명의 조작기에 의하면, 가동자 요소(1200)가 고정자 요소(1100)의 내부에 설치되지 않기 때문에 조작기의 크기를 줄일 수 있다.
또한, 고정자 요소(1100)의 철심이, 요철구조의 여러 철편을 적층 하여 만든 종래의 형태가 아니라, 단순한 원기둥 형태의 철심 코어(1120)로 이루어지므로 제작이 용이하며, 고정자 철심이 코일의 외부를 감싸는 형태가 아니라 코일(1140)(1150) 내부에 코어 형태로 삽입되기 때문에 조작기의 무게를 한층 가볍게 할 수 있다.
여기서, 고정 철심 코어(1120)는 단일체, 즉 하나의 몸통으로 이루어지는 기둥으로 제작할 수도 있고, 복수의 원판을 상하방향으로 붙여 구성할 수도 있다. 고정 철심 코어(1120)를 단일체로 구성하면 제조가 한층 쉽다.
(구동 장치)
이하, 본 발명에 따른 조작기(1000a)를 구비하는 구동 장치에 대한 실시예를 설명한다. 본 명세서 및 도면에서는, 구동 장치로서 전자 접촉기를 하나의 예로 들어 설명하지만, 그 밖에도 전자 개폐기, 차단기 등의 구동장치에 동일하게 적용할 수 있다. 이하의 설명에서 '전자 접촉기'라 함은 '구동 장치'를 지칭하는 것이다.
도 7 내지 도 11은 본 발명에 따른 전자 접촉기를 나타낸다.
도 7에 도시된 바와 같이, 전자 접촉기(100)는 하부 케이스(111)와 상부 케이스(112)가 결합되어 외관을 이룬다. 상부 케이스(112)의 전, 후 방향에는 복수(교류 3상인 경우는 3개)의 전원측 단자(171)(도 10 참조)와 부하측 단자(172)가 일부 노출된 상태로 설치된다. 상부 케이스(112)의 상면에는 가동 접점 조립체(150)의 홀더(151)가 노출되어 있다.
도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 케이스(111)(112)(도 7 참조)의 내부에 설치되는 조작기(1000a)의 상부에는 가동 접점 조립체(150)가 결합된다.
가동자 요소(1200)는 그의 연결수단(1260)인 연장축(1262)과 결합축(1264)을 통해 가동 접점 조립체(150)의 홀더(151)에 일체로 결합된다. 따라서 가동 접점 조립체(150)는 가동자 요소(1200)와 함께 상하로 직선 운동한다.
가동 접점 조립체(150)는, 홀더(151), 가동 접촉자(160) 및 스프링(163)을 포함한다. 가동 접촉자(160)는 스프링(163)에 의해 항상 하방으로 탄성 가압되는 상태로 설치된다.
도 10에 보인 바와 같이, 가동 접촉자(160)의 양쪽 단부에는 각각 가동 접점(161)(162)이 형성되어 있다.
이들 가동 접점(161)(162)에 대응하여, 상부 케이스(112)의 양쪽에는 전원측 단자(171)와 부하측 단자(172)가 설치된다. 각각의 단자(171)(172)에는 고정 접점(181)(182)이 형성되어 있다.
한편, 케이스(111)(112)의 일측에는 보조 단자(190)가 설치된다. 상기 보조 단자(190)에는, 투입측 코일(1140)과 개방측 코일(1150)에 전류를 인입하기 위한 외부 급전선이 접속된다.
조작기(1000a)의 고정자 요소(1100)는 하부 케이스(111)의 바닥에 설치된다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 조작기(1000a)의 가동자 요소(1200)가 상측의 제2위치로 동작하면, 전자 접촉기(100)의 가동 접점 조립체(150)가 상향 이동되어 전자 접촉기(100)는 개방 상태(OFF 상태)가 되며, 이때 가동 접촉자(160)의 접점(161)(162)은 단자(171)(172)의 접점(181)(182)으로부터 떨어지므로 부하측에 공급되는 전력이 차단된다.
컨트롤러의 제어 하에 조작기(1000a)의 개방측 코일(1150)에 전류가 인가되면, 가동자 요소(1200)는 고정자 요소(1100)와의 반발력과 개방 스프링(2000)의 탄성 복원력에 의해 상측으로 밀려 올라간다. 가동자 요소(1200)가 상방으로 끝까지 이동한 위치(제2위치: 개방위치)에서, 개방측 코일(1150)에 인가하던 전류를 차단하면, 가동자 요소(1200)는 개방 스프링(2000)의 탄성력만으로 개방위치(제2위치)에서 지탱되어 홀딩 된다.
이와 같이 가동자 요소(1200)가 상향 이동하여 개방 완료 위치에서 홀딩 되면, 그에 일체로 결합된 홀더(151)도 함께 상향 이동한 상태를 유지하게 되어, 가동 접촉자(160)의 접점(161)(162)은 단자(171)(172)의 접점(181)(182)으로부터 떨어지게 되어 회로는 개방(OFF) 상태를 지속적으로 유지하게 된다.
도 11에 도시된 바와 같이, 조작기(1000a)의 가동자 요소(1200)가 하측의 제1위치로 동작하면, 전자 접촉기(100)의 가동 접점 조립체(150)는 하향 이동되어 전자 접촉기(100)는 투입 상태(ON 상태)가 되며, 이때 가동 접촉자(160)의 접점(161)(162)은 단자(171)(172)의 접점(181)(182)에 붙게 되어 부하측으로 전력이 공급된다.
즉, 컨트롤러의 제어 하에 조작기(1000a)의 투입측 코일(1140)에 전류를 인가하면, 가동자 요소(1200)는 고정자 요소(1100)를 향해 하방으로 끌어 당겨진다. 가동자 요소(1200)가 하방으로 끝까지 이동한 위치(제1위치: 투입위치)에서, 투입측 코일(1120)에 인가하던 전류를 차단하면, 고정자 요소(1100)에 의한 자기장은 사라지고, 가동자 요소(1200)는 영구자석(1220)과 고정 철심 코어(1120) 사이의 인력에 의해 투입위치에서 홀딩 된다.
이와 같이 가동자 요소(1200)가 하향 이동하여 투입 완료 위치에서 홀딩 되면, 그에 일체로 결합된 홀더(151)도 함께 하향 이동한 상태를 지속적으로 유지하게 된다. 그러면 가동 접촉자(160)의 접점(161)(162)은 단자(171)(172)의 접점(181)(182)에 붙게 되어 회로는 투입(ON) 상태를 지속적으로 유지하게 된다.
(조작기의 다른 실시예)
도 12에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 조작기(1000b)가 도시되어 있다.
본 실시예에 의한 조작기(1000b)는 앞서 설명한 조작기(1000a)에 비해 고정자 요소의 투입측 코일과 개방측 코일의 배치 관계만이 다르고 나머지의 구성은 동일하다.
전술한 실시예에 따른 조작기(1000a)에서는 투입측 코일(1140)과 개방측 코일(1150)이 상하방향으로 배치되었으나, 본 실시예에 따른 조작기(1000b)는, 투입측 코일과 개방측 코일 중 어느 하나는 반경방향 내측에 권회하고, 나머지 하나의 코일은 반경방향 외측에 권회 한 형태 등으로, 필요에 따라 다양하게 배치할 수 있음을 보여준다.
도 12에 도시된 실시예에서는, 투입측 코일(1140b)을 반경방향 내측에 배치하고, 개방측 코일(1150b)은 투입측 코일(1140b)의 외주에 권취 한 형태로 구성하고 있다. 최초에 고정자 요소(1100)로부터 멀리 떨어져 있는 가동자 요소(1200)를 투입측(하방)으로 당기기 위해서는, 또한 개방 스프링(2000)을 압축시키기 위해서는 좀 더 큰 힘이 필요하므로 투입측 코일(1140b)을 고정 철심 코어(1120)와 가까이 배치하여 큰 자력을 생성하도록 한 것이다. 조작기를 적용하여야 할 구동 장치의 특성에 따라서 투입측 코일(1140b)과 개방측 코일(1150b)의 위치를 서로 바꾸어도 좋다.
본 실시예에 따른 조작기(1000b)의 동작 과정, 그리고 본 실시예에 따른 조작기(1000b)를 구비하는 구동 장치의 동작 및 작용은 전술한 실시예의 조작기(1000a)와 구동 장치(100)의 동작 과정과 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
(조작기의 또 다른 실시예)
도 13에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 조작기(1000c)가 도시되어 있다. 본 실시예에 의한 조작기(1000c)는 앞서 설명한 조작기(1000a)(1000b)에 비해 개방 스프링(2000)의 배치 구성 및 가동자 철심의 구성만이 다르고 나머지의 구성은 동일하다.
앞에서 설명한 실시예에서, 개방 스프링(2000)은, 고정자 요소(1100)의 상면과 상기 가동자 요소(1200)의 하면 사이에 배치되어 있으나, 본 실시예에서는, 개방 스프링(2000a)이 상기 고정자 요소(1100)를 외부에서 감싸는 형태를 유지하여 지면과 가동자 요소(1200)의 하면 사이에 배치된다.
개방 스프링(2000a)을 고정자 요소(1100)의 외부에 배치하기 위하여, 가동자 요소(1200)의 가동자 철심(1240a)은 반경방향 외측으로 연장 플랜지(1241)가 형성되며, 이의 연장 플랜지(1241)의 하면에 개방 스프링(2000a)의 상단이 밀착한다.
이러한 본 실시예는, 개방 동작을 보다 적은 에너지로 안정적으로 작동할 수 있도록 한 것이다.
본 실시예에 의한 조작기(1000c)는 앞서 설명한 조작기(1000a)(1000b)에 비해 개방 스프링(2000)의 배치 구성 및 가동자 철심의 구성만이 다르고 나머지의 구성은 동일한 것이다. 요컨대, 전술한 조작기(1000a)(1000b)의 고정자 요소(1100)를 그대로 사용하고, 개방 스프링 및 가동자 철심만을 본 실시예에 의한 개방 스프링(2000a) 및 가동자 철심(1240a)으로 사용한다.
따라서, 본 실시예에 따른 조작기(1000c)의 동작 과정, 그리고 본 실시예에 따른 조작기(1000c)를 구비하는 구동 장치의 동작 및 작용은 전술한 실시예의 조작기(1000a)(1000b) 및 구동 장치(100)의 동작 과정과 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
(조작기의 또 다른 실시예)
도 14 및 도 15에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 조작기(1000d)가 도시되어 있다. 본 실시예에 따른 조작기(1000d)는 앞서 설명한 조작기(1000a)(1000b)(1000c)에 비해 가동자 요소(1200)의 구성만이 다르고 나머지의 구성은 동일하다.
앞에서 설명한 실시예들에서, 가동자 요소(1200)는, 영구자석(1220)의 중앙부에 가동자 철심(1240)이 삽입된 형태를 이루고 있으나, 본 실시예에서는, 영구자석(1220)이 가동자 철심(1240b)에 매립된 구성으로 이루어진다.
가동자 요소(1200)의 자속의 흐름은 도 15와 같다.
이와 같이 이루어진 본 실시예는, 전술한 실시예들에 비해 영구자석(1220)의 가공 공정수를 줄임과 더불어 내구성을 향상시킬 수 있다.
본 실시예에 의한 조작기(1000d)는 앞서 설명한 조작기(1000a)(1000b)(1000c)에 비해 가동자 요소(1200)의 구성만이 다르고 나머지의 구성은 동일한 것이다. 요컨대, 전술한 조작기(1000a)(1000b)(1000c)의 고정자 요소(1100)를 그대로 사용하고, 가동자 철심 및 영구자석만을 본 실시예에 의한 가동자 철심(1240b) 및 영구자석(1220)으로 사용한다.
따라서 본 실시예에 따른 조작기(1000d)의 동작 과정, 그리고 본 실시예에 따른 조작기(1000d)를 구비하는 구동 장치의 동작 및 작용은 전술한 실시예의 조작기(1000a)(1000b)(1000c) 및 구동 장치(100)의 동작 과정과 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
이상 살펴본 바와 같이, 본 발명의 조작기에 의하면, 투입(ON) 및 개방(OFF) 동작시에만 코일에 전류를 흘려주어 코일에 의한 전자력과 영구자석의 인력 및 척력에 의해 동작하고, 동작 완료 후에는 별도의 전류 공급 없이 영구자석의 자력과 개방 스프링의 힘으로 동작 완료된 상태를 지속적으로 유지할 수 있는 조작기 및 구동 장치가 구현된다.
또한, 기존의 조작기에 비하여 구조와 형상이 단순하고 제작이 간편하며, 전기적 및 기계적으로 매우 안정된 조작기 및 구동 장치가 구현된다.
따라서, 본 발명에 의한 전자 접촉기를 산업 전분야에 적용하는 경우, 전력 낭비를 크게 줄일 수 있고, 더욱 신뢰성 있는 구동 장치를 구현할 수 있다.
첨부 도면과 이상의 설명에서는 구동 장치의 예로서 전자 접촉기(MC) 한가지만을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명의 조작기는, 상술한 전자 접촉기와 마찬가지의 방법으로 전자개폐기(MS), 일반적인 차단기(CB), 누전 차단기(ELB 또는 ELCB), 배선용 차단기(MCCB 또는 NFB), 모터 보호용 배선용 차단기(MMS) 등을 위시하여 많은 기계 장치 및 계측 장치에 활용할 수 있다.
이상에서는 첨부 도면에 도시된 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명하였으나, 이는 본 발명의 바람직한 형태에 대한 예시에 불과한 것이며, 본 발명의 보호 범위가 이들에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이상과 같은 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 및 균등한 다른 실시가 가능한 것이며, 이러한 변형 및 균등한 다른 실시예들은 당연히 본 발명의 첨부된 특허청구범위에 속한다.
100 : 전자 접촉기 111 : 하부 케이스
112 : 상부 케이스 150 : 가동 접점 조립체
151 : 홀더 160 : 가동 접촉자
161, 162 : 가동 접점 163 : 스프링
171 : 전원측 단자 172 : 부하측 단자
181, 182 : 고정 접점
1000a, 1000b, 1000c, 1000d : 조작기
1100 : 고정자 요소 1120 : 고정 철심 코어
1140 : 투입측 코일 1150 : 개방측 코일
1160 : 보빈 1200 : 가동자 요소
1220 : 영구 자석
1240, 1240a, 1240b : 가동자 철심
1242 : 몸체 1244 : 코어부
1260 : 연결 수단 1262 : 연장축
1264 : 결합축 2000, 2000a : 개방 스프링

Claims (12)

  1. 고정자 요소(1100)와, 상기 고정자 요소(1100)에 가까워지는 제1위치와 멀어지는 제2위치로 이동하는 가동자 요소(1200)를 구비하고;
    상기 가동자 요소(1200)를 상기 고정자 요소(1100)로부터 멀어지는 방향으로 탄성 지지하는 개방 스프링(2000)을 포함하며;
    상기 고정자 요소(1100)는, 자성체로 이루어지는 고정 철심 코어(1120)와, 상기 고정 철심 코어(1120)의 외주에 권회 되고, 서로 독립적인 전류의 인가에 의해 서로 독립하는 반대방향의 전자기 회로를 구성하는 투입측 코일(1140) 및 개방측 코일(1150)을 포함하고;
    상기 가동자 요소(1200)는, 상기 고정 철심 코어(1120)의 상부에 이격 유지되고, 상기 투입측 코일(1140) 또는 개방측 코일(1150)의 여자에 의해 생성되는 전자력과 조합해서 고정 철심 코어(1120)에 대해 인력 또는 척력이 작용하는 자기회로를 형성하고, 제1위치 또는 제2위치로 이동 완료한 상태에서는 고정 철심 코어(1120)와 작용하는 자력 또는 개방 스프링(2000)의 탄성 복원력에 의해 제1위치 또는 제2위치에 홀딩 되는 영구자석(1220)을 포함하는 것을 특징으로 하는 조작기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가동자 요소(1200)는, 상기 영구자석(1220)에 일체로 결합되는 가동자 철심(1240)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조작기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가동자 철심(1240)에는, 가동자 요소(1200)의 동작에 의해 움직이는 피동 요소와의 결합을 위한 연결수단(1260)이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 조작기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 투입측 코일(1140)과 개방측 코일(1150)은, 상기 고정 철심 코어(1120)의 축방향으로 이웃하여 배치되는 것을 특징으로 하는 조작기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 투입측 코일(1140)은 가동자 요소(1200)에 가까운 방향에 배치되고, 상기 개방측 코일(1150)은 가동자 요소(1200)로부터 먼 방향에 배치되는 것을 특징으로 하는 조작기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 투입측 코일(1140)과 개방측 코일(1150) 중 어느 하나는 상기 고정 철심 코어(1120)의 반경방향 내측에 권회 되고, 나머지 하나는 반경방향 내측에 권회된 코일의 외주에 권회되는 것을 특징으로 하는 조작기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 투입측 코일(1140)은 상기 고정 철심 코어(1120)의 반경방향 내측에 권회 되고, 상기 개방측 코일(1150)은 상기 투입측 코일(1140)의 외주에 권회되는 것을 특징으로 하는 조작기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 개방 스프링(2000)은, 상기 고정자 요소(1100)의 상면과 상기 가동자 요소(1200)의 하면 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 조작기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 개방 스프링(2000)은, 상기 고정자 요소(1100)를 외부에서 감싸는 형태를 유지하여, 지면과 상기 가동자 요소(1200)의 하면 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 조작기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 가동자 요소(1200)는, 상기 영구자석(1220)에 일체로 결합되는 가동자 철심(1240)을 포함하고,
    상기 가동자 철심(1240)은 상기 영구자석(1220)의 측면을 감싸 상기 영구자석(1220)이 상기 가동자 철심(1240)에 매립되는 형태로 설치되는 것을 특징으로 하는 조작기.
  11. 제1위치와, 제1위치의 반대 방향인 제2위치로 이동하는 동작을 요하는 구동 장치로서,
    청구항 제1항, 제2항 또는 제4항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 기재된 조작기를 포함하고,
    상기 조작기의 가동자 요소(1200)에는 연결수단(1260)이 형성되며,
    상기 연결수단(1260)을 통해 상기 가동자 요소(1200)에 일체로 결합되어 가동자 요소(1200)의 이동에 의해 제1위치와 제2위치로 왕복 이동하는 피동 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  12. 케이스;
    상기 케이스의 내부에 설치되는 청구항 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 기재된 조작기;
    상기 케이스 내부에서 조작기의 가동자 요소(1200)에 일체로 결합되어 가동자 요소(1200)의 이동에 의해 제1위치와 제2위치로 이동하는 홀더;
    상기 홀더에 설치되고 양측 단부에 각각 가동 접점이 형성되는 복수의 가동 접촉자; 및
    상기 가동 접촉자의 양측 가동 접점에 대응하는 고정 접점이 형성되어서 상기 케이스의 양측에 각각 설치되는 전원측 단자 및 부하측 단자를 포함하며,
    상기 조작기의 투입측 코일(1140) 또는 개방측 코일(1150)에 전류를 인가하여 가동자 요소(1200)가 제1위치 또는 제2위치로 이동하는 것에 의해, 상기 홀더 및 가동 접촉자가 제1위치 또는 제2위치로 이동하여 전원측 단자 및 부하측 단자와 접점 투입 상태 또는 접점 개방 상태를 유지하고,
    가동자 요소(1200)가 제1위치로 이동 완료한 때에 상기 투입측 코일(1140)에 공급되는 전류를 차단한 때에는, 상기 가동자 요소(1200)는 영구자석(1220)과 고정 철심 코어(1120) 사이에 작용하는 자력에 의해 제1위치에 구속되어 홀딩 됨으로써 상기 가동 접촉자가 전원측 단자에 접점 투입된 상태를 유지하고,
    가동자 요소(1200)가 제2위치로 이동 완료한 때에 상기 개방측 코일(1150)에 공급되는 전류를 차단한 때에는, 상기 가동자 요소(1200)는 개방 스프링(2000)의 탄성 복원력에 의해 제2위치에 지탱됨으로써 상기 가동 접촉자가 전원측 단자에 대해 접점 개방된 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
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