KR101080679B1 - 전자식 평형 경음기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무접점의 경음기를 제공하기 위한 것으로서, 철심에 감긴 코일에 전류가 흐름으로써 철심이 자화되어 아마추어를 당기는 것을 반복함으로써 소리를 내는 경음기에 있어서, 상기 코일에 전류를 선택적으로 공급하게 하는 스위치 회로(switch 回路)와, 상기 스위치 회로에 주기적으로 펄스를 공급하는 펄스 발생용 타이머 회로(pulse 發生用 timer 回路)와, 상기 펄스에 있어서 ON/OFF의 주기를 조정하는 펄스 비율 조정회로(pulse比率 調整回路)를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자식 평형 경음기이다.
또한 상기 펄스 비율 조정회로는 가변저항을 구비하여 상기 가변저항의 저항치가 변경됨으로써 펄스의 ON/OFF 비율이 변경되며, 상기 펄스 발생용 타이머 회로에 일정한 전압이 걸리도록 하는 정전압 회로를 더 구비하거나, 상기 스위치 회로에 역전압이 걸리지 않도록 하는 역극성 차단회로를 더 구비하는 것이 바람직하다.
또한 상기 스위치 회로는 경음기에 몸체에 고정되는 것이 바람직하다.

Description

전자식 평형 경음기{DISK TYPE ELECTRONICS HORN}
본 발명은 자동차의 경음기에 관한 것으로서, 특히 접점이 없는 전자식 평형 경음기에 관한 것이다.
경음기는 자동차의 운행 중에 경고를 발하는 경보장치로서, 자동차의 중요한 안전부품이다. 그 공명방식(共鳴方式)에 따라 디스크 타입(Disk Type)(평형 경음기)과 쉘타입(Shell Type)(나팔형 경음기)으로 분류할 수 있으며 작동방식에 따라 전기식(電氣式)(접점식)과 전자식(電子式)으로 분류된다.
전기식 평형 경음기는 도1에 나타내는 바와 같이, 경음기 스위치가 닫히면 전류는 스위치 양단을 통하여 스텐드 접점과 스프링 접점을 통하여 코일을 거쳐 다시 축전지 단자로 흘러 들어오게 되며, 이때 전류가 흐르면 코일이 감겨진 철심(鐵心)이 자화(磁化)되어 전자석이 되어 아마추어(armature)를 당기게 된다. 아마추어는 철심 쪽으로 당겨지면서 스프링을 밀게 된다. 스탠드와 접촉하여 도통(導通)하고 있던 스프링이 아마추어에 의하여 밑으로 밀리면서 전류는 더 이상 흐르지 않게 된다. 전류가 흐르지 않게 되면 철심은 전자력을 상실하게 되어, 아마추어에 결합된 진동판의 탄성력에 의하여 아마추어는 원위치로 되돌아간다. 아마추어가 원위치로 복원되면, 이에 의하여 밀려 있던 스프링도 자체의 탄성력에 의하여 스탠드와 다시 접촉하게 되어 전류가 흐르게 되고, 전류가 흐르면 철심이 전자석이 되고 다시 아마추어가 당겨진다. 상기의 동작을 반복하여 경음기가 경적음을 발생시키게 된다.
이때 경음기의 진동 주파수는 아마추어에 결합된 진동판의 탄성력에 의한 왕복운동의 시간에 의하여 결정된다.
이상에서 설명한 접점방식의 평형 경음기는 아마추어에 진동판과 공명판이 동일한 축(軸)에 고정되어, 진동판에 의해서 발생되는 소리를 공명판에서 공진(共振)을 이용하여 소리를 증폭하는 방식의 혼(horn)으로서 그 내부 구조상 자기력이 발생하도록 코일에 흐르는 전류를 단속(斷續)시키는 구조가 필요하며, 스탠드와 스프링에 부착된 접점을 통하여 코일을 자화시키는 큰 전류가 단속되는 구조여서 스탠드와 스프링이 붙었다 떨어질 때에 접점에서 큰 스파크(spark)가 생긴다. 이와 같이 접점을 이용하는 스위칭 방식(switching 方式)은 스파크에 의하여 접점 손상(接點損傷)이 발생하고 사용횟수에 비례하여 접점손상 정도가 심화됨에 따라 경음기의 수명이 짧아지고, 스위칭 시에 발생하는 스파크는 라디오 잡음 및 기타 전자 시스템의 오작동을 발생시킬 수 있는 EMI 노이즈의 원인(原因)으로도 작용한 다.
또한 스파크에 의하여 접점의 온도가 올라가므로 열화(劣化)가 발생되어 접점의 산화(酸化)를 촉진시켜 접점의 도전성을 저하시키고 나아가 통전불량으로 진행된다.
이를 개선하는 방법으로서, 기존의 전기식 평형 경음기에서 전기접점을 제거한 무접점 평형 경음기를 개발하게 되었다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 경음기 사용 중에 작동불량 및 수명 단축의 주요 원인인 전기접점을 제거할 수 있는 경음기를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여, 철심에 감긴 코일에 전류가 흐름으로써 철심이 자화되어 아마추어를 당기는 것을 반복함으로써 소리를 내는 경음기에 있어서, 상기 코일에 전류를 선택적으로 공급하게 하는 스위치 회로(switch 回路)와, 상기 스위치 회로에 주기적으로 펄스를 공급하는 펄스 발생용 타이머 회로(pulse 發生用 timer 回路)와, 상기 펄스에 있어서 ON/OFF의 주기를 조정하는 펄스 비율 조정회로(pulse比率 調整回路)를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자식 평형 경음기를 제공한다.
여기에서 상기 펄스 비율 조정회로는 가변저항을 구비하여 상기 가변저항의 저항치가 변경됨으로써 펄스의 ON/OFF 비율이 변경되는 것이 바람직하다.
또한 상기 펄스 발생용 타이머 회로에 일정한 전압이 걸리도록 하는 정전압 회로를 더 구비하거나, 상기 스위치 회로에 역전압이 걸리지 않도록 하는 역극성 차단회로를 더 구비하는 것이 바람직하다.
또한 상기 스위치 회로는 경음기에 몸체에 고정되는 것이 바람직하다.
이상과 같은 구성의 본 발명은, 평형 경음기에 있어서 진동판의 탄성력에 맞도록 발진펄스의 ON/OFF 비율을 65:35로 설정하여 최고의 경적음을 발생시키도록 구성하였고, 발진펄스의 비율을 용이하게 조정할 수 있도록 가변저항을 구비하였으며, 코일에 흐르는 전류를 반도체 FET로 스위칭 함으로써 접점식 경음기에 비하여 월등하게 향상된 제품수명을 확보할 수 있으며, 접점 스파크에 의한 전자파 방사노이즈도 제거할 수 있다.
본 발명의 구성은 상기의 기술적 문제를 해결하기 위하여 진동판의 스프링 특성에 맞도록 주파수를 발생시킬 수 있는 펄스발생회로와 발생된 펄스에 의해서 코일의 자화전류를 스위칭 하는 FET(Field Effect Transistor)를 사용한 스위치 회로가 구성된다.
본 발명의 구성을 도2에 의하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
다이오드(D2)는 역극성 차단회로로서, 직류전원이 역극성(逆極性)으로 연결될 경우에 본 발명의 경음기가 손상되지 않도록 전원을 차단하는 기 능을 한다.
저항(R1)과 정전압 다이오드(ZD1)(제너다이오드), 콘덴서(C1)로 구성되는 정전압 회로로서, 정전압 다이오드(ZD1)에 규정치 이상의 이상전압이 걸리면 정전압 다이오드(ZD1)는 단락(短絡)된 것과 마찬가지로 기능하여 이상전압에 의한 전류를 모두 그라운드로 흘려보내고, 규정치 이하의 전압이 걸리면 회로를 차단시켜 전원으로부터의 전류가 펄스 발생용 타이머 회로(U1)로 흐르게 한다. 이렇게 하여 펄스 발생용 타이머 회로(U1) 등에 일정한 전압이 걸리도록 한다.
한편 정전압 회로의 콘덴서(C1)는 평소에는 충전을 하다가, 이상전압이 걸리면 방전을 하여 펄스 발생용 타이머 회로(U1)에 걸리는 전압을 좀더 일정하게 한다.
이렇게 하여 정전압 회로는, 펄스 발생용 타이머 회로(U1)가 전원전압의 변동에 영향을 받지 않고 일정한 ON/OFF 비율을 가진 펄스를 발생시킬 수 있도록 정전압을 유지하는 회로이다.
저항(R6, R7, R9) 및 콘덴서(C2)로 구성되는 회로는 펄스 발생용 타이머 회로(U1)에 의하여 경음기의 진동판을 원만하게 진동시킬 수 있도록 구형파 펄스(矩形波 pulse)의 ON/OFF 시간을 일정한 비율로 유지하도록 설정하는 펄스비율 조정회로이다.
경음기에 있어서는, 진동판의 재료의 성질에 따라 그 굴곡(휨) 및 복원에 걸리는 시간에 특성이 있어서, 이 시간이 잘 맞으면 좋은 소리가 나고, 그렇지 않으면 귀에 거슬리는 소리가 날 수 있다. 즉, 이 굴곡시간과 복원시간을 구형파 펄스의 ON/OFF 시간에 의하여 알맞게 조정하면 좋은 소리를 낼 수 있는 것이다. 따라서 본 발명에 있어서는, 상기 가변저항을 조정하여 이 시간을 조정함으로써 진동판의 특성에 맞는 최적의 소리를 낼 수 있다.
즉 이 때의 ON/OFF 비율은,
ON/OFF 비율 = R9 / (R6 + R7 + 2*R9)
로 주어진다. 따라서 상기 R7을 가변저항으로 하고 이 저항을 조정함으로써 최적의 ON/OFF 비율을 채용하여 최적의 소리를 낼 수 있다.
저항(R3, R4) 및 FET(Q2)로 구성된 회로는 펄스 발생용 타이머 회로(U1)에서 발생되는 펄스에 연동해서 펄스가 ON되는 시간 동안만 코일(U2)에 전류를 흘려주도록 구성된 스위치 회로이다.
본 발명의 평형 경음기는 진동판으로 사용하는 탄소 강판의 특성상 ON/OFF 시간의 비율이 각각 ON 시간 65%, OFF 시간 35% 수준의 비율을 가지고 진동할 때 이상적인 소리를 발생시킬 수 있으므로, 진동판의 특성에 맞추어 펄스의 시간을 조절할 수 있도록 저항(R7)을 가변저항으로 적용하는 것은 상기한 바와 같다.
또한 자동차의 사용 특성상 고온 환경에서 전자부품 소자의 특성변화로 발진 펄스가 변화되는 문제를 최소화 하기 위하여 콘덴서(C2)는 온도변화에 비교적 양호한 메탈라이즈 폴리에스테르 필름 콘덴서(metalize polyester film condenser)를 적용하였다.
상기 실시예에서 역극성 차단회로, 정전압 회로는 선택적으로 부가할 수 있는 것으로서 반드시 필요한 것은 아니다. 즉 도3에 나타내는 바와 같이 역극성 차단회로 및 정전압 회로를 생략하고 구성할 수도 있으며, 또한 상기 2회로 중에서 어느 하나 만을 각각 생략하여 구성하는 경우도 있다.
다음에, 진동판의 구동순서에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
우선, 직류전원 +에 연결된 저항(R3, R4)을 통하여 FET(Q2)의 게이트(G) 단자에 플러스 전원이 공급되는 동안에, FET(Q2)의 드레인(D)과 소스(S) 단자가 도통(導通)되어 코일(U2)에 전류가 흐르게 되어 코일이 전자석이 되며, 이 때에 진동판과 공명판이 결합된 아마추어가 전자석이 된 철심에 흡인된다. 아마추어는 펄스 발생용 타이머 회로(U1)의 3번 단자에서 발생되는 펄스의 ON 시간동안 흡인된다. 한편, OFF 시간 동안은 플러스 전원이 저항(R3)을 거쳐서 펄스 발생용 타이머 회로(U1)의 3번을 통해서 어스(GND)에 연결되므로, 이 OFF 시간동안은 FET의 드레인과 소스 간이 차단되어서 코일을 전자석으로 만들었던 전류도 흐르지 못하므로 전자석에 흡인되었던 아마추어는 진동판이 가지고 있는 스프링력에 의하여 다시 본래 위치로 복원된다.
아마추어가, 구형파 펄스의 ON 시간 동안은 다시 흡인되고 OFF 시간동안은 복원되는 과정을 반복하게 되며, 이와 같은 과정에 의하여 진동판 이 떨리게 되어 경음기의 소리를 발생시킬 수 있게 된다.
이 때에 진동판이 자체 탄성력에 의해서 복원되는 시간과 펄스의 OFF 시간이 일치될 때 최고의 경적음이 발생되며, OFF 시간이 짧게 설정되면 진동판이 본래위치로 채 돌아가기도 전에 다시 흡인되어 진동판이 충분하게 진동하지 못하므로 경음기는 제대로 된 소리를 발생시키지 못하게 된다.
구형파 펄스는 본 발명에 사용된 범용의 펄스 발생용 타이머 회로 이외에도, OP 앰프 회로 또는 기타 다른 회로를 이용하여도 발생시킬 수 있다.
스위칭용으로 사용된 전계효과 트랜지스터(FET)는 입력전압에 따라서 출력전류를 제어하는 스위칭 소자로서, ON 저항이 0.1Ω대로 극히 작은 FET를 사용하여 코일에 흐르는 전류를 스위칭 하도록 구성하였으며, 일반 파워 트랜지스터를 이용한 회로를 구현할 수도 있으나, ON 저항이 크기 때문에 흐르는 전류의 크기에 비례하여 열이 많이 발생하므로 반드시 충분한 방열설계를 해야 하는 단점이 있다.
따라서 본 발명에서는 FET에서 전류 스위칭시에 발생하는 주울열(Joule's heat)을 경음기 몸체의 금속판을 이용하여 방열할 수 있도록 도4에서와 같이 직접 경음기 몸체에 고정시키도록 구성하였고, FET는 경음기 몸체와 전기적으로 절연이 되도록 FET의 고정부위가 절연체로 몰딩된 절연타입을 적용한다.
도1은 종래의 평형 경음기 회로를 나타내는 도면이다.
도2는 본 발명의 경음기의 회로도를 나타내는 도면이다.
도3은 본 발명의 경음기의 다른 회로도를 나타내는 도면이다.
도4는 본 발명의 실시예를 나타내는 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
접점1 : 고정접점(스텐드) 접점2 : 가동접점(스프링)
R1~R9 : 저항 R7 : 가변저항
Q2 : 반도체 스위칭소자(FET)

Claims (5)

  1. 철심에 감긴 코일에 전류가 흐름으로써 철심이 자화되어 아마추어를 당기는 것을 반복함으로써 소리를 내는 경음기에 있어서,
    스위치 회로(switch 回路)에 ON/OFF 형식의 펄스를 공급하는 펄스 발생용 타이머 회로(pulse 發生用 timer 回路)와,
    상기 펄스 발생용 타이머 회로로부터 공급되는 펄스가 ON 되는 동안 상기 코일에 전류를 공급하게 하는 스위치 회로와,
    상기 펄스에 있어서 ON/OFF의 비율을 조정하는 펄스 비율 조정회로(pulse比率 調整回路)를
    구비하는 것을 특징으로 하는 전자식 평형 경음기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 펄스 비율 조정회로는 가변저항을 구비하여 상기 가변저항의 저항치가 변경됨으로써 펄스의 ON/OFF 비율이 변경되는 것을 특징으로 하는 전자식 평형 경음기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 펄스 발생용 타이머 회로에 일정한 전압이 걸리도록 하는 정전압 회로를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전자식 평형 경음기.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 스위치 회로에 역전압이 걸리지 않도록 하는 역극성 차단회로를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전자식 평형 경음기.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 스위치 회로는 경음기의 몸체에 고정되는 것을 특징으로 하는 전자식 평형 경음기.
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