KR101116380B1 - 계전기 - Google Patents

Abstract

전기 자동차 등에 채용되어 전력을 개폐하는 계전기에 관한 것이다. 계전기는 고정 접점과, 가동 접점과, 액추에이터, 및 샤프트 가이드부를 포함한다. 가동 접점은 고정 접점에 대해 접촉 또는 분리된다. 액추에이터는 가동 접점을 지지하는 샤프트와, 샤프트를 나선 운동시킴에 따라 가동 접점을 고정 접점에 대해 접촉 또는 분리시키는 나선 구동부를 구비한다. 샤프트 가이드부는 샤프트의 나선 운동을 안내한다. 이에 따라, 샤프트가 직선 운동하면서 가동 접점을 고정 접점과 접촉시키는 것에 비해, 가동 접점과 고정 접점 간의 충돌시 소음 저감 효과가 있게 된다.

Description

계전기{Relay}

본 발명은 전기 자동차 등에 채용되어 전력을 개폐하는 계전기에 관한 것이다.

일반적으로, 계전기는 하이브리드(hybrid) 자동차, 연료전지 자동차, 골프 카트(golf cart) 및 전동 지게차와 같은 전기 자동차 등에 있어서, 축전지와 전력변환장치 사이에 설치되어 축전지로부터의 전력을 전력변환장치에 공급 또는 차단하는 기능을 수행한다.

일 예로, 계전기는 고정 접점과, 고정 접점에 대해 접촉 또는 분리되는 가동 접점, 및 가동 접점을 구동시키는 전자 액추에이터를 포함하여 구성된다. 종래의 전자 액추에이터는 코일과, 고정 코어와, 가동 코어와, 샤프트, 및 복귀 스프링을 구비한다. 코일은 전류 공급시 자기력을 발생시킨다. 고정 코어는 코일 중앙에 고정 배치된다. 가동 코어는 고정 코어에 대해 근접 또는 이격 가능하도록 배치된다.

샤프트는 고정 코어를 관통하여 고정 코어에 대해 슬라이드 이동 가능하게 설치된다. 그리고, 샤프트는 일단부가 가동 코어에 결합되어 가동 코어와 함께 이동하게 되며, 타단부가 가동 접점에 연결된다. 복귀 스프링은 가동 코어를 고정 코어로부터 이격시키는 방향으로 가동 코어에 탄성력을 가한다.

이러한 전자 액추에이터에서 코일에 전류가 공급되면, 가동 코어가 고정 코어로 근접 이동하면서 샤프트가 가동 코어와 함께 동일 방향으로 이동하게 되며, 이에 따라 가동 접점이 고정 접점에 접촉되어 통전된다. 코일로 공급되던 전류가 차단되면, 가동 코어는 복귀 스프링의 탄성력에 의해 원위치로 복귀하면서 샤프트가 가동 코어와 함께 복귀하게 되며, 이에 따라 가동 접점이 고정 접점으로부터 분리되어 비통전된다.

그런데, 전술한 전자 액추에이터는, 가동 코어와 함께 샤프트를 직선 운동시켜 가동 접점을 고정 접점과 접촉시킬 때, 가동 접점과 고정 접점 간에 충돌로 인해 소음이 발생하는 문제가 있다. 따라서, 가동 접점과 고정 접점 간의 접촉시 소음을 저감하기 위한 방안이 필요하다.

본 발명의 과제는 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 가동 접점과 고정 접점 간의 접촉시 소음을 저감할 수 있는 계전기를 제공함에 있다.

상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 계전기는, 고정 접점; 상기 고정 접점에 대해 접촉 또는 분리되는 가동 접점; 상기 가동 접점을 지지하는 샤프트와, 상기 샤프트를 나선 운동시킴에 따라 상기 가동 접점을 상기 고정 접점에 대해 접촉 또는 분리시키는 나선 구동부를 구비하는 액추에이터; 및 상기 샤프트의 나선 운동을 안내하는 샤프트 가이드부를 포함한다.

본 발명에 따르면, 샤프트가 나선 운동하면서 가동 접점을 고정 접점에 접촉시키게 되므로, 샤프트가 직선 운동하면서 가동 접점을 고정 접점과 접촉시키는 것에 비해, 가동 접점과 고정 접점 간의 충돌시 충격량이 감소될 수 있다. 따라서, 소음 저감 효과가 있을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 계전기에 대한 정단면도.
도 2는 도 1에 있어서, 가동부가 가동 접점을 고정 접점과 접촉시키도록 이동한 상태를 도시한 단면도.
도 3은 도 1에 있어서, 액추에이터를 발췌하여 도시한 사시도.
도 4는 도 3에 있어서, 직선 운동을 위한 작동 원리를 설명하기 위한 도면.
도 5 및 도 6은 도 3에 있어서, 회전을 위한 작동 원리를 설명하기 위한 도면.

이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 계전기에 대한 단면도이다. 그리고, 도 2는 도 1에 있어서 가동부가 가동 접점을 고정 접점과 접촉시키도록 이동한 상태를 도시한 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 계전기는 전기 자동차 등에 채용되어 전력을 개폐하는 것으로, 고정 접점(110)과, 가동 접점(120)과, 액추에이터(130), 및 샤프트 가이드부(150)를 포함한다.

고정 접점(110)은 커버(101)에 지지될 수 있다. 여기서, 커버(101)는 내부 공간을 갖고 일측이 개구된 구조로 이루어지며, 커버(101)의 개구된 부위를 막도록 플레이트(102)가 고정될 수 있다. 커버(101)와 플레이트(102) 간의 내부 공간에는 소호 가스가 충전되어, 가동 접점(120)이 고정 접점(110)으로부터 분리될 때 발생하는 아크 방전을 소멸시키는 아크 소호 공간으로 기능할 수 있다. 고정 접점(110)은 아크 소호 공간 내에 배치된다.

고정 접점(110)에는 고정 단자(111)가 연결될 수 있다. 고정 단자(111)는 일단에 고정 접점(110)이 연결되고 커버(101)를 관통하여 외부로 돌출된 형태로 커버(101)에 고정될 수 있다. 고정 접점(110)은 복수 개로 구비될 수 있다.

가동 접점(120)은 아크 소호 공간 내에 배치되어, 고정 접점(110)에 대해 접촉 또는 분리된다. 가동 접점(120)은 고정 접점(110)이 복수 개인 경우, 이에 상응하는 개수로 구비되고 고정 접점(110)들에 각각 마주보도록 배치될 수 있다.

액추에이터(130)는 샤프트(131)와, 나선 구동부(132)를 구비한다. 샤프트(131)는 가동 접점을 지지한다. 샤프트(131)는 가동 접점(120)을 지지한 상태에서, 나선 구동부(132)에 의한 나선 운동시 가동 접점(120)이 함께 나선 운동할 수 있게 한다.

나선 구동부(132)는 샤프트(131)를 나선 운동시킴에 따라 가동 접점(120)을 고정 접점에 대해 접촉 또는 분리시킨다. 즉, 나선 구동부(132)는 도 1과 같이 가동 접점(120)을 고정 접점(110)으로부터 분리시킨 상태에서, 샤프트(131)를 나선 운동시켜 도 2와 같이 가동 접점(120)을 고정 접점(110)에 접촉시킬 수 있게 한다. 샤프트 가이드부(150)는 샤프트(131)의 나선 운동을 안내하기 위한 것이다. 샤프트 가이드(150)는 플레이트(102)에 마련될 수 있다.

전술한 바와 같이, 샤프트(131)가 나선 운동하면서 가동 접점(120)을 고정 접점(110)에 접촉시키게 되므로, 샤프트(131)가 직선 운동하면서 가동 접점(120)을 고정 접점(110)과 접촉시키는 것에 비해, 가동 접점(120)과 고정 접점(110) 간의 충돌시 충격량이 감소될 수 있다. 이에 따라, 소음 저감 효과가 있을 수 있다.

한편, 나선 구동부(132)는 영구자석(133)과, 직선 구동부(141), 및 회전 구동부(146)를 포함할 수 있다. 영구자석(133)은 샤프트(131) 둘레에 결합된다. 직선 구동부(141)는 영구자석(133)과의 상호 작용으로 샤프트(131)를 직선 운동시킨다. 회전 구동부(146)는 영구자석(133)과의 상호 작용으로 샤프트(131)를 회전시킨다. 따라서, 샤프트(131)는 직선 구동부(141)에 의해 직선 운동함과 동시에 회전 구동부(146)에 의해 회전 운동함에 따라 나선 운동을 할 수 있게 된다.

나선 구동부(132)는 도 3에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다. 도 3을 참조하면, 영구자석(133)은 축방향을 따라 나란히 배열되어 결합되고, 서로 반대되도록 자화된 제1,2 영구자석(134)(135)을 포함할 수 있다. 제1 영구자석(134)은 안쪽과 바깥쪽이 서로 다른 극을 갖도록 자화되되, 양측이 서로 다른 극을 갖도록 자화될 수 있다. 이와 마찬가지로, 제2 영구자석(135)도 안쪽과 바깥쪽이 서로 다른 극을 갖도록 자화되되, 양측이 서로 다른 극을 갖도록 자화될 수 있다.

직선 구동부(141)는 직선구동용 코어(142)와, 직선구동용 코일(143)을 포함할 수 있다. 직선구동용 코어(142)는 샤프트(131)의 축 방향을 따라 3개의 직선구동용 바(142a)들이 서로 이격되고 각 일단이 제1,2 영구자석(134)(135)과 마주하며 각 타단이 서로 연결된 형태, 이른바 E-형태로 이루어진다. 직선구동용 코일(143)은 전류 공급시 자기력을 발생시켜 샤프트(131)를 직선 운동시키도록 직선구동용 바(142a)들에 권취된다.

직선구동용 코일(143)은 공급 전류의 방향에 따라 샤프트(131)를 고정 접점(110)으로 근접 이동시키는 자기력을 발생시키거나 샤프트(131)를 고정 접점(110)으로부터 이격 이동시키는 자기력을 발생시킨다. 직선구동용 코일(143)에 의해 발생된 자기력은 제1,2 영구자석(134)(135)과의 상호 작용으로 샤프트(131)를 직선 왕복 이동시키게 된다. 직선 구동부(141)는 한 쌍으로 이루어지며, 샤프트(131)를 가운데 두고 양쪽에 배치된다.

회전 구동부(146)는 회전구동용 코어(147)와, 회전구동용 코일(148)을 포함한다. 회전구동용 코어(147)는 샤프트(131)의 축 방향을 따라 2개의 회전구동용 바(147a)들이 서로 이격되고 각 일단이 제1,2 영구자석(134)(135)과 마주하며 각 타단이 서로 연결된 형태, 이른바 C-형태로 이루어진다. 회전구동용 코일(148)은 전류 공급시 자기력을 발생시켜 샤프트(131)를 회전시키도록 회전구동용 바(147a)들에 권취된다.

회전구동용 코일(148)은 공급 전류의 방향에 따라 샤프트(131)를 시계 방향 또는 시계 반대 방향으로 회전시키는 자기력을 발생시킨다. 회전구동용 코일(148)에 의해 발생된 자기력은 제1,2 영구자석(134)(135)과의 상호 작용으로 샤프트(131)를 회전 왕복시키게 된다. 회전 구동부(146)는 한 쌍으로 이루어지며, 직선 구동부(141)들 사이에 각각 배치된다. 예컨대, 회전 구동부(146)들과 직선 구동부(141)들은 상호 간에 90도 각도로 배열될 수 있다.

직선 운동을 위한 작동 원리에 대해 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 4에 있어서, 점선은 제1,2 영구자석(134)(135)에 의한 자속을 나타낸 것이며, 실선은 전류에 의한 자속을 나타낸 것이다. 그리고, 직선구동용 코일(143)에서, 원 안에 '?'로 표시한 것은 전류가 지면으로부터 나오는 것을 나타낸 것이며, 원 안에 '×'로 표시한 것은 전류가 지면으로 들어가는 것을 나타낸 것이다.

도 4에 도시된 바에 따르면, 여자 전류가 없을 때 자속은 점선을 따라 흐르며, 샤프트(131)에 대한 추진력이 영이다. 직선구동용 코일(143)에 도시된 바와 같은 방향으로 전류가 인가되면, 실선으로 나타낸 자속이 제1,2 영구자석(134)(135)의 자속에 겹쳐진다. 이에 따라서, 상측 및 하측 갭(gap)들에서의 자속이 불균형해진다. 그 결과, 샤프트(131)는 로렌츠 힘에 의해 상방으로 힘을 받게 된다. 직선구동용 코일(143)에 인가되는 전류의 방향이 반대가 되면, 샤프트(131)는 로렌츠 힘에 의해 하방으로 힘을 받게 된다. 따라서, 여자 방향을 변화시킴으로써, 샤프트(131)의 직선 왕복 운동이 가능해지게 된다.

그리고, 회전을 위한 작동 원리에 대해 도 5 및 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서, 도 5는 상측부에 위치한 제1 영구자석(134)과 회전 구동부(146) 간의 작용을 나타낸 것이며, 도 6은 하측부에 위치한 제2 영구자석(135)과 회전 구동부(146) 간의 작용을 나타낸 것이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 여자 전류가 없을 때 자속은 점선을 따라 흐르며, 샤프트(131)에 대한 토크는 영이다. 회전구동용 코일(148)에 도시된 바와 같은 방향으로 전류가 인가되면, 전류에 의한 자속은 실선과 같이 흐른다. 그 결과, 샤프트(131)는 로렌츠 힘에 의해 시계 반대 방향으로 회전하게 된다. 회전구동용 코일(148)에 인가되는 전류의 방향이 반대가 되면, 샤프트(131)는 로렌츠 힘에 의해 시계 방향으로 회전하게 된다. 따라서, 여자 방향을 변화시킴으로써, 샤프트(131)의 회전 왕복 운동이 가능해지게 된다.

한편, 샤프트(131)는 외주면에 나사 선(131a)이 형성될 수 있다. 이와 함께, 샤프트 가이드부(150)는 샤프트(131)의 나사 선(131a)과 나사 결합하도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 샤프트(131)는 샤프트 가이드(150)의 안내를 받아서 안정적으로 나선 운동을 할 수 있게 된다. 그리고, 샤프트(131)에는 접압 스프링(160)이 설치될 수 있다. 접압 스프링(160)은 가동 접점(120)을 고정 접점(110)으로 근접시키려는 방향으로 탄성력을 가한다. 이에 따라, 가동 접점(120)이 고정 접점(110)과 접촉될 때 고정 접점(110)과 일정 이상의 압력으로 접촉 상태를 유지할 수 있다. 아울러, 가동 접점(120)이 고정 접점(110)과 접촉될 때 완충 작용을 할 수도 있다. 접압 스프링(160)은 압축코일 스프링으로 이루어질 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

110..고정 접점 120..가동 접점
130..액추에이터 131..샤프트
132..나선 구동부 133..영구자석
134..제1 영구자석 135..제2 영구자석
141..직선 구동부 142..직선구동용 코어
143..직선구동용 코일 146..회전 구동부
147..회전구동용 코어 148..회전구동용 코일
150..샤프트 가이드부 160..접압 스프링

Claims (6)

1. 고정 접점;
   상기 고정 접점에 대해 접촉 또는 분리되는 가동 접점;
   상기 가동 접점을 지지하는 샤프트와, 상기 샤프트를 나선 운동시킴에 따라 상기 가동 접점을 상기 고정 접점에 대해 접촉 또는 분리시키는 나선 구동부를 구비하는 액추에이터; 및
   상기 샤프트의 나선 운동을 안내하는 샤프트 가이드부;
   를 포함하는 계전기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 나선 구동부는,
   상기 샤프트 둘레에 결합된 영구자석;
   상기 영구자석과의 상호 작용으로 상기 샤프트를 직선 운동시키는 직선 구동부; 및
   상기 영구자석과의 상호 작용으로 상기 샤프트를 회전시키는 회전 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 계전기.
3. 제2항에 있어서,
   상기 영구자석은,
   축방향을 따라 나란히 배열되어 결합되고, 서로 반대되도록 자화된 제1,2 영구자석을 포함하며;
   상기 직선 구동부는,
   상기 샤프트의 축 방향을 따라 3개의 직선구동용 바들이 서로 이격되고 각 일단이 상기 제1,2 영구자석과 마주하며 각 타단이 서로 연결된 형태의 직선구동용 코어와, 전류 공급시 자기력을 발생시켜 상기 샤프트를 직선 운동시키도록 상기 직선구동용 바들에 권취되는 직선구동용 코일을 각각 구비하여 한 쌍으로 이루어지며, 상기 샤프트를 가운데 두고 양쪽에 배치되며;
   상기 회전 구동부는,
   상기 샤프트의 축 방향을 따라 2개의 회전구동용 바들이 서로 이격되고 각 일단이 상기 제1,2 영구자석과 마주하며 각 타단이 서로 연결된 형태의 회전구동용 코어와, 전류 공급시 자기력을 발생시켜 상기 샤프트를 회전시키도록 상기 회전구동용 바들에 권취되는 회전구동용 코일을 각각 구비하여 한 쌍으로 이루어지며, 상기 직선 구동부들 사이에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 계전기.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1,2 영구자석은, 안쪽과 바깥쪽이 서로 다른 극을 갖도록 각각 자화되되, 각각의 양측이 서로 다른 극을 갖도록 자화된 것을 특징으로 하는 계전기.
5. 제1항에 있어서,
   상기 샤프트는 외주면에 나사 선이 형성되며,
   상기 샤프트 가이드부는 상기 샤프트와 나사 결합하여 상기 샤프트의 나선 운동을 안내하도록 형성된 것을 특징으로 하는 계전기.
6. 제1항에 있어서,
   상기 샤프트에는 상기 가동 접점을 상기 고정 접점으로 근접시키려는 방향으로 탄성력을 가하는 접압 스프링이 설치된 것을 특징으로 하는 계전기.

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