KR101077278B1

KR101077278B1 - 전자 개폐장치

Info

Publication number: KR101077278B1
Application number: KR1020100100886A
Authority: KR
Inventors: 최연순
Original assignee: 엘에스산전 주식회사
Priority date: 2010-10-15
Filing date: 2010-10-15
Publication date: 2011-10-27

Abstract

전자 개폐장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 개폐장치는, 고정접점, 고정접점과 접촉 및 분리 가능하게 배치되는 가동접점 및 가동접점의 하부에 위치하여 상하운동을 수행하는 구동부를 포함하며, 구동부는 이완운동하는 압전소자로 형성된 압전부와, 가동접점 및 압전부와 결합되어 압전부의 이완운동을 상하운동으로 변환하는 연결부를 포함한다.

Description

전자 개폐장치 {Electromagnetic switching device}

본 발명의 일 양상은 전자 개폐장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소형화된 전자 개폐장치에 관한 것이다.

전자 개폐장치는 전류를 공급하거나 중지하는 전기적인 접점 개폐 장치의 일종으로서, 각종 산업용 설비, 기계 및 차량 등에 이용될 수 있다. 전자 개폐장치는, 고정접점 및 가동접점을 구비하며, 전기적인 신호에 의해 고정접점의 개폐 제어가 가능하게 가동접점을 구동시키는 전기 액츄에이터(electric actuator)가 구비된다.

도 1은 일반적인 전자 개폐장치(100)를 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 전자 개폐장치(100)는 소호부(110) 및 구동부(120)를 포함한다.

소호부(110)는 고정접점(111) 및 가동접점(112)을 포함한다. 고정접점(111) 및 가동접점(112)의 접합 또는 분리에 따라 전자 개폐장치(100)와 연결된 외부 장치가 개폐된다.

구동부(120)는 여자용 코일(121), 고정코어(122) 및 가동코어(123)를 포함한다. 여자용 코일(121)은 전기적 신호에 의한 자기력을 발생시킨다. 고정코어(122)는 여자용 코일(121)의 내부에 고정 배치되고, 가동코어(123)는 고정코어(122)에 맞대어 배치된다.

고정코어(122) 및 가동코어(123)는 여자용 코일(121)에 의하여 발생하는 자속(磁束, magnetic flux density)을 통과시키는 자로(磁路, magnetic path)를 형성한다. 가동코어(123)는 여자용 코일(121)에 의해 발생하는 자속에 의해 상하방향으로 운동하는 구동력을 갖는다.

가동코어(123)가 고정코어(122)와 접합하는 접합력은 여자용 코일(121)에 의한 코일 스프링에 의해 제공되며, 가동코어(123)가 초기 위치에 복귀하는 방향의 용수철력은 복귀 스프링(126)에 의해 제공된다.

고정코어(122) 및 가동코어(123)의 중앙부에는 축 방향으로 소호부(110) 및 구동부(120)를 관통하여 관통구(124)가 위치한다. 축 방향으로 관통구(124)를 관통하여 형성되는 샤프트(125)는 상단에는 가동접점(112)이, 하단에는 가동코어(123)가 결합되어 가동코어(123)의 상하운동을 가동접점(112)에 전달한다.

하우징(114) 내부의 가동접점(112)은 고정접점(111) 하단의 샤프트(125)와 결합되고 개폐를 위한 고정접점(111)과의 접촉 및 분리를 수행한다. 접압 스프링(113)은 가동접점(112)이 고정접점(111)과 접촉될 때 탄성력을 갖도록 가동접점(112)의 하부에 위치한다. 가동접점(112)은 접압 스프링(113)을 통해 고정접점(111)과 일정 이상의 압력으로 접촉 상태를 유지할 수 있다.

전술한 전자 개폐장치가 자동차 등 이동체에서 사용되기 위해서는 소형화가 요구된다.

일 양상에 따라, 소형화된 전자 개폐장치를 제안한다.

본 발명에 따른 고정접점, 고정접점과 접촉 및 분리 가능하게 배치되는 가동접점 및 가동접점의 하부에 위치하여 가동접점이 상하운동하도록 구동시키는 구동부를 포함하는 전자 개폐장치는, 구동부가 이완운동하는 압전소자로 형성된 압전부와, 가동접점 및 압전부와 결합되어 압전부의 이완운동을 가동접점의 상하운동으로 변환하는 연결부를 포함한다.

본 발명에 따르면, 솔레노이드 타입의 액츄에이터를 사용하는 대신에, 압전 액츄에이터를 사용함에 따라 전자 개폐장치의 소형화를 달성할 수 있다.

나아가, 압전 액츄에이터는 미소 변위의 고정밀 제어가 가능하고, 발생력이 크고, 응답성이 빠르다. 또한, 에너지 변환 효율이 높고, 전자적인 간섭이 없으며 형태의 영향을 적게 받는다.

나아가, 압전 액츄에이터는 DC 전류 인가 방식을 사용함에 따라 AC 전류 인가 방식에 비하여 액츄에이터의 구동 변위를 크게 할 수 있다.

도 1은 일반적인 전자 개폐장치를 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 개폐장치를 도시한 도면이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 개폐장치(100)를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 전자 개폐장치(100)는 고정접점(111)과, 가동접점(112)과, 압전부(210) 및 연결부(200)를 포함하는 구동부(120)를 포함한다.

가동접점(112)은 고정접점(111)과 접촉 및 분리 가능하게 배치된다. 가동접점(112) 및 고정접점(111)의 결합 또는 분리에 따라 외부장치의 개폐가 수행된다.

구동부(120)는 가동접점(112)의 하부에 위치하여 상하운동한다. 구동부(120)의 압전부(210)는 이완운동하는 압전소자로 형성된다. 압전부(210)는 수평방향으로 이완운동할 수 있다. 연결부(200)는 가동접점(112)과 결합되고, 압전부(210)의 양 측단과 결합되어 압전부(210)의 이완운동을 가동접점(112)의 상하운동으로 변환한다.

이하, 구동부(120)의 압전부(210) 및 연결부(200)의 구성에 대해 상세히 후술한다.

압전부(210)의 압전 소자(piezoelectric element)는 소정의 판에 일정한 방향의 압력을 가하면 판의 양면에 외력에 비례하는 양·음의 전하가 나타나는 소자이다. 압전부(210)는, 전기를 입력 에너지로 변위 또는 발생력을 출력하는 전기식 액츄에이터이다. 이때, 압전부(210)는 압전 액츄에이터를 구성하는 압전 소자에 전계를 인가하면 늘어나거나 수축하는 성질을 이용한다. 압전 소자에 전계를 인가하면 압전 소자가 신축 작용을 하게 된다.

압전 소자는 취성 재료이지만, 온도변화에 의해 열팽창을 일으키며, 또 압력을 가하면 작게 수축함과 더불어, 전계를 인가할 때에도 같은 현상이 일어난다. 압전 소자에는 양이온과 음이온이 탄성적으로 연결되어 결정 격자를 형성하고, 전계가 걸리면 양이온은 전계 방향으로, 음이온은 역방향으로 당겨진다.

압전부(210)는 DC 전류 인가 방식을 사용하는 것이 바람직하다. DC 전류 인가 방식은 AC 전류 인가 방식에 비하여 액츄에이터의 구동 변위를 크게 할 수 있다.

본 발명은 도 1에 도시된 솔레노이드 타입의 액츄에이터를 사용하는 대신에, 도 2에 도시된 압전 액츄에이터를 사용한다. 이에 따라, 전자 개폐장치의 소형화를 구현할 수 있다. 나아가, 압전 액츄에이터는 미소 변위의 고정밀 제어가 가능하고, 발생력이 크고, 응답성이 빠르다. 또한, 에너지 변환 효율이 높고, 전자적인 간섭이 없으며, 형태의 영향을 적게 받는 수 있다.

한편, 연결부(200)는 가동접점(112)과 결합되고, 압전부(210)의 양 측단과 결합되어 압전부(210)의 이완운동을 상하운동으로 변환한다. 연결부(200)는 가변 탄성체일 수 있다. 가변 탄성체의 소재는 고무 또는 우레탄일 수 있다. 가변 탄성체는 압전부(210)의 수평운동시의 입력 변위에 따라 탄성계수가 변화한다.

이하, 압전부(210) 및 연결부(200)를 포함하는 구동부(120)를 이용한 전자 개폐장치(100)의 동작을 후술한다.

우선, 압전부(210)는 일정한 방향으로 압전 소자에 압력이 가해지면 수평 방향으로 이완운동한다. 이어서, 압전부(210)의 양 측단과 결합된 연결부(200)가 압전부(210)의 이완운동을 가동접점(112)의 상하운동으로 변환한다. 즉, 연결부(200)는 압전부(210)가 수평운동할 때 발생하는 입력 변위에 따라 탄성계수가 변화되어 상향운동하게 된다. 이때, 연결부(200)와 결합된 가동접점(112)이 상향 운동하게 되어 고정접점(111)과 접촉된다.

이와 반대로, 압전부(210)에 가해지는 압력이 중지되면, 압전부(210)의 수평 방향으로의 이완 운동이 중지된다. 이어서, 압전부(210)의 양 측단과 결합된 연결부(200)가 하향운동하고, 연결부(200)와 결합된 가동접점(112)이 하향운동하여 고정접점(111)과 분리된다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 전자 개폐장치 110 : 소호부
111 : 고정접점 112 : 가동접점
113 : 접압 스프링 114 : 하우징
120 : 구동부 121 : 여자용 코일
122 : 고정코어 123 : 가동코어
124 : 관통구 125 : 샤프트
126 : 복귀 스프링 130 : 코일
200 : 연결부 210 : 압전부

Claims

개폐하고자 하는 외부 장치와 전기적으로 연결된 고정접점; 상기 고정접점과 접촉 및 분리되는 가동접점; 및 상기 가동접점의 하부에 위치하여 상기 가동접점이 상하운동하도록 구동시키는 구동부; 를 포함하는 전자 개폐장치에 있어서,
상기 구동부는
이완운동하는 압전소자로 형성된 압전부; 및
상기 가동접점 및 상기 압전부와 결합되어 상기 압전부의 이완운동을 상기 가동접점의 상하운동으로 변환하는 연결부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 개폐장치.
제 1 항에 있어서,
상기 연결부는 가변 탄성체인 것을 특징으로 하는 전자 개폐장치.
제 2 항에 있어서,
상기 가변 탄성체의 소재는 고무 또는 우레탄인 것을 특징으로 하는 전자 개폐장치.
제 1 항에 있어서,
상기 연결부는 상기 압전부의 양 측단 및 상기 가동접점의 하단과 결합되는 것을 특징으로 하는 전자 개폐장치.
제 1 항에 있어서,
상기 압전부는 DC 전류 인가 방식으로 동작하는 것을 특징으로 하는 전자 개폐장치.
제 1 항에 있어서,
상기 압전부는 상기 가동접점의 상하운동의 수직방향으로 이완운동하는 것을 특징으로 하는 전자 개폐장치.