KR101173279B1 - 구동장치 및 전자 개폐장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 전자 개폐장치용 구동 장치는 회전운동을 하는 초음파 모터와, 일단에 가동접점이 연결된 샤프트 및 샤프트의 타단에 연결되고, 상기 회전운동을 직선운동으로 변환하는 운동변환장치를 포함한다.

Description

구동장치 및 전자 개폐장치{DRIVE APPARATUS AND ELECTROMAGNETIC RELAY USING THE SAME}
구동장치 및 전자 개폐 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전기 자동차 등에서의 구동장치 및 이를 이용한 전자 개폐장치에 관한 것이다.
전자 개폐장치는 전기적인 중계작용을 하는 전동식 스위치 장치로서, 일반적으로 작은 입력전류의 변화에 의하여 주회로를 통전하거나 차단하는 접속변환장치를 말한다. 이러한 계전기의 종류에는 접점식 개폐장치, 무접점 개폐장치, 압력 개폐장치, 광 개폐장치 등이 있으며, 이 중에서 접점식 개폐장치는 그 구조가 비교적 단순하여 자동차 지시등 또는 와이퍼 모터 등에서 많이 사용된다.
또한, 직류전력을 개폐하는 전자 개폐장치는 하이브리드(HYBRID) 자동차, 연료전지 자동차, 골프 카드(GOLF CART) 및 전동 지게차와 같은 전기 자동차에 있어서, 축전지와 직류 전력 변환장치 사이에 설치되어 축전지로부터 직류전력을 직류변환장치에 공급 또는 차단하는 기능을 수행한다.
또한, 직류전력을 개폐하는 전자개폐기는, 태양 광 발전 시스템과 풍력 발전 시스템 등 친환경 발전 시스템에 있어서, 직류 발전기와 직류 발전 전력을 상용 주파수와 전압의 교류전력으로 변환하는 인버터의 사이에 설치되어, 직류 발전 전력을 인버터에 공급 또는 차단하는 기능을 수행하기도 한다.
전기 자동차에 사용되는 직류전력을 개폐하는 전자 개폐장치는, 안정적인 전류를 공급하기 위해 아크 발생이 최소화되어야 하고, 실내 정숙성을 유지하기 위해서 소음발생이 최소화되어야 한다.
가동접점와 고정접점의 접촉 또는 분리를 정밀하게 제어할 수 있는 구동장치 및 전자 개폐장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자 개폐장치용 구동장치는 회전운동을 하는 초음파 모터와, 일단에 가동접점이 연결된 샤프트 및 상기 샤프트의 타단에 연결되고, 상기 회전운동을 직선운동으로 변환하는 운동변환장치를 포함할 수 있다.
상기 초음파 모터는 홀을 포함하는 원환형구조일 수 있다.
상기 운동변환장치는 상기 홀을 통과하는 축 상에 존재할 수 있다.
상기 운동변환장치는 기어일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자 개폐장치용 구동장치는 고정접점과, 회전운동을 하는 초음파 모터와, 샤프트와, 상기 샤프트의 일단에 연결되는 가동접점 및 상기 샤프트의 타단에 연결되고 상기 회전운동을 직선운동으로 변환하는 운동변환장치를 포함하는 구동장치 및 제어 신호에 따라, 상기 고정접점 및 상기 가동접점가 접촉 또는 분리되도록 상기 구동장치를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전자 개폐장치는 가동접점와 고정접점의 접촉 또는 분리를 정밀하게 제어할 수 있다.
또한, 전자 개폐장치는 초음파 모터를 사용하여 샤프트를 이동시킴으로써, 가동접점과 고정접점이 분리될 때 샤프트 등이 다른 부분과 부딪치면서 생성되는 소음을 줄일 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 전자 개폐장치의 구성도이다.
도 2a는 일 실시예에 따른 고정접점과 가동접점이 접촉한 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 2b는 일 실시예에 따른 고정접점과 가동접점이 분리된 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동장치를 설명하기 위한 사시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 사용되는 용어들은 실시예에서의 기능을 고려하여 선택된 용어들로서, 그 용어의 의미는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 후술하는 실시예들에서 사용된 용어의 의미는, 본 명세서에 구체적으로 정의된 경우에는 그 정의에 따르며, 구체적인 정의가 없는 경우는 당업자들이 일반적으로 인식하는 의미로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 전자 개폐장치의 전체 구성도이다. 도 1을 참조하면, 전자개폐장치(100)는 소호부(110), 구동장치(130) 및 제어부(133)를 포함하여 구성된다.
소호부(110)는 하우징(111)과 고정접점(112)과 가동접점(115) 및 샤프트(117)로 구성된다. 소호부(110)는 전자 개폐장치(100)와 연결된 외부 장치에 대한 스위칭이 이루어지도록 고정접점(112)과 가동접점(115)을 개폐한다.
하우징(111)은 세라믹(ceramic) 등과 같은 내열성 재료로 상자 모양으로 형성된다. 하우징(111)은 구동장치(130)위에 접합되어 소호부(110)의 주요 구성을 내부에 수용하여 이를 외부로부터 보호할 수 있다. 하우징(111)의 하부에는 개구가 형성되어 구동장치(130)의 상판과 접합될 수 있다. 또한 하우징(111)의 상부에는 2개의 단자 구멍이 형성될 수 있다. 이는 고정접점(112)이 하우징을 통과하여 결합되도록 하기 위함이다.
하부가 개구되어 있는 상자 모양으로 형성되는 하우징(111)이 구동장치(130)의 상방에 얹어진 형태로 설치되고, 하우징(111)의 상부에는 단자 구멍이 구비되고, 단자 구멍을 통하여 고정접점(112)이 삽입된다. 하우징(111) 내부에는 고정접점(112)의 하단에 샤프트(117)와 결합되고 스위칭을 위한 고정접점(112)과의 접촉 및 분리를 수행하는 가동점점(115)이 이격되어 배치된다.
또한, 하우징(111)은 연결체를 이용하여 구동장치(130)의 상판과 접합되어 고정접점(112)과 가동접점(115)을 수용하는 아크 소호공간(119)을 형성할 수 있다. 하우징(111)의 하부는 금속재료 등으로 형성된 연결체를 이용하여 구동장치(130)와 연결되고, 이를 용접 등의 접합방법을 통하여 기밀 접합 될 수 있다. 아크 소호공간(119)에는 수소를 주성분으로 하는 절연성 가스가 밀봉되어 있다. 이에 따라, 고정접점(112)과 가동접점(115)이 접촉 또는 분리됨에 따라 발생하는 아크가 제거될 수 있다.
고정접점(112)은 동계(銅系) 재료 등의 도전체로 원통형으로 형성되고, 상단에는 외부장치가 연결될 수 있도록 차양부를 구비한다. 고정접점(112)은 하우징(111)의 상부 구멍을 통해 하우징(111)을 관통하여 고정된다. 고정접점(112)의 하단은 하우징(111)의 상부 구멍을 관통할 수 있으나, 고정접점(112)의 상단은 하우징(111)의 상부 구멍보다 크게 형성되어 이를 통과할 수 없다. 이에 따라, 고정접점(112)의 상단은 하우징(111)의 외부에 위치하고, 고정접점(112)의 하단은 하우징(111)의 내부의 아크 소호공간(119)에 위치할 수 있다.
한편, 고정접점(112)이 가동접점(115)과 접촉되면, 고정접점(112)의 상단에 연결된 외부장치에 전류를 공급하게 된다. 고정접점(112)이 가동접점(115)과 분리되면, 고정접점(112)의 상단에 연결된 외부장치에 전류공급을 차단하게 된다. 이에 따라, 전자 개폐장치(100)는 전기적인 중계작용을 하는 전동식 스위치 장치로 작동할 수 있다.
가동접점(115)은 동계 재료 등의 도전체로 평판의 형태로 형성된다. 가동접점(115)의 상부면에는 가동접점이 형성된다. 가동접점은 가동접점(115)와 일체로 형성된다. 가동접점(115)은 아크 소호공간(119)내에 수용되며, 아크 소호공간(119)내를 이동하여 고정접점(112)과 접촉 또는 분리될 수 있다. 이 경우, 가동접점(115)이 고정접점(112)과 접촉 또는 분리될 때 아크가 발생하면, 아크를 소호할 수 있다.
샤프트(117)는 구동장치(130)의 중앙부와 소호부(110)의 중앙부를 축방향으로 관통하여 연결될 수 있다. 이를 위해, 구동장치(130)의 중앙에는 샤프트(117)의 이동을 안내하는 관통구가 형성될 수 있다. 샤프트(117)의 일단에는 소호부의 가동접점(115)과 연결될 수 있다. 샤프트(117)의 타단에는 운동변환장치(131)가 연결될 수 있다.
일 실시예에 따른 전자 개폐장치(100)의 소호부(110)는 가동접점(115)의 하부에 접압스프링(118)이 구비될 수 있다. 가동접점(115)의 하부에 연결된 샤프트(117)는 접압스프링(118)의 가운데 공간에 위치할 수 있다. 즉, 접압스프링(118)은 샤프트(117)의 둘레에 위치할 수 있다. 접압스프링(118)은 가동접점(115)과 고정접점(112)이 접촉될 때 고정접점(112) 방향으로 탄성력을 가질 수 있다. 접압스프링(118)은 고정접점(112)과 가동접점(115)이 일정 이상의 압력으로 접촉상태를 유지되도록 할 수 있다.
또한, 접압스프링(118)은 가동접점(115)과 고정접점(112)이 분리될 때 샤프트(130)의 이동 속도를 저감시킬 수 있다.
구동장치(130)는 전기적 신호를 이용하여 접점의 개폐에 대한 제어가 가능하도록 하는 액추에이터를 포함한다. 전자 개폐장치(100)는 통상적으로 액추에이터를 통한 구동장치(130)의 상하운동으로 고정접점과 가동접점을 접촉 또는 분리시킴으로써, 전자 개폐장치(100)와 연결된 외부 장치를 스위칭한다.
구동장치(130)는 운동변환장치(131), 초음파 모터(132), 제어부(133) 및 플런져 캡(134)을 포함할 수 있다.
운동변환장치(131)는 샤프트(117)의 타단에 연결되고, 초음파 모터(132)에 연결되어 초음파모터(132)의 회전운동을 샤프트(117)를 상하로 이동시키는 직선운동으로 변환하는 기어일 수 있다. 예를 들면, 초음파 모터(132)가 제 1 방향으로 회전하면, 운동변환장치(131)는 샤프트(117)가 제 1 방향으로 직선운동하도록 회전운동을 직선운동으로 변환할 수 있다. 반대로, 초음파 모터(132)가 제 2 방향으로 회전하면, 운동변환장치(131)는 샤프트가 제 2 방향으로 직선운동하도록 회전운동을 직선운동으로 변환할 수 있다. 여기서, 제 2 방향은 제 1 방향과 반대 방향이다. 구체적으로 예를 들면, 초음파 모터(132)가 제 1 방향으로 회전하면, 운동변환장치(131)는 샤프트(117)가 위쪽 방향으로 직선운동하도록 회전운동을 직선운동으로 변환할 수 있다. 그러면, 샤프트(117)와 연결된 가동접점(115)이 위쪽으로 이동하여 고정접점(112)과 접촉할 수 있다. 반대로, 초음파 모터(132)가 제 2 방향으로 회전하면, 운동변환장치(131)는 샤프트가 아래쪽 방향으로 직선운동하도록 회전운동을 직선운동으로 변환할 수 있다. 그러면, 샤프트(117)와 연결된 가동접점(115)가 아래쪽으로 이동하여 고정접점(112)과 분리될 수 있다.
초음파 모터(132)는 회전 운동을 할 수 있다. 예를 들면, 초음파 모터(132)는 홀을 포함하는 원환형구조일 수 있다.
초음파 모터(132)는 고정자(미도시), 공진기(미도시), 회전자(미도시)를 포함할 수 있다. 공진기는 고정자와 압착되며, 공진기의 진동이 고정자에 그대로 전달된다. 공진기의 진행파는 고정자에도 진행파를 형성하며, 이러한 파장이 마찰력으로 변환되어 회전자(도시하지 않음)를 회전시키는 것이다. 공진기는 인가되는 전계의 1/4 파장 길이마다 구획된 압전 세라믹을 포함하며, 구획은 두 개씩 교대로 분극된다. 압전 초음파 공진기의 둘레길이는 파장의 정수배이고, 따라서, 압전세라믹의 원주길이는 인가되는 전계의 파장의 정수배이다. 구획들의 외측에는 제1 전극이 구비되어 정현파 교류전계가 인가되고, 인접한 구획에는 내측에 제2 전극이 구비되어 제1 전극에서 인가되는 전계에 대해 90도 느린 위상차를 갖는 정현파의 교류전계가 인가될 수 있다. 예를 들면, 두 개의 구획들은 교대로 분극된다. 두 개의 인접한 구획이 동일한 방향으로 분극되면, 그 다음의 두 개의 인접한 구획은 그들과 반대 방향으로 분극될 수 있다. 예를 들면, 하나의 구획에 정현파 교류전류가 인가되면, 인접한 구획에는 90도 빠르거나 느린 위상차를 갖는 교류전계가 인가될 수 있다.
운동변환장치(131)는 원환형인 초음파 모터(132)의 홀을 통과하는 축 상에 존재할 수 있다. 예를 들면, 운동변환장치(131)는 홀의 내부에 위치하여 초음파 모터와 연결될 수 있다.
플런져 캡(134)은 소호부(110) 측의 면이 개구되고 타측면의 바닥이 막혀있는 원통형으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 플런져 캡(134)은 운동변환장치(131) 및 초음파 모터(132)가 수납되는 용기와 같은 형태일 수 있다.
제어부(133)는 제어 신호에 따라, 고정접점(112) 및 가동접점(115)이 접촉 또는 분리되도록 구동장치(130)를 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어부(133)는 초음파 모터(132)가 제 1 방향으로 회전하도록 제어한다. 그러면, 운동변환장치(131)는 샤프트(117)가 위쪽 방향으로 직선운동하도록 회전운동을 직선운동으로 변환할 수 있다. 그러면, 샤프트(117)와 연결된 가동접점(115)이 위쪽으로 이동하여 고정접점(112)과 접촉할 수 있다. 반대로, 제어부(133)가 초음파 모터(132)가 제 2 방향으로 회전하도록 제어한다. 그러면, 운동변환장치(131)는 샤프트가 아래쪽 방향으로 직선운동하도록 회전운동을 직선운동으로 변환할 수 있다. 그러면, 샤프트(117)와 연결된 가동접점(115)가 아래쪽으로 이동하여 고정접점(112)과 분리될 수 있다.
전자 개폐장치는 가동접점(115)과 고정접점(112)의 접촉 또는 분리를 정밀하게 제어할 수 있다.
또한, 전자 개폐장치는 초음파 모터를 사용하여 샤프트를 이동시킴으로써, 가동접점(115)과 고정접점(112)이 분리될 때 샤프트 등이 다른 부분과 부딪치면서 생성되는 소음을 줄일 수 있다.
도 2a는 일 실시예에 따른 고정접점과 가동접점이 접촉한 경우를 설명하기 위한 도면이고, 도 2b는 일 실시예에 따른 고정접점과 가동접점이 분리된 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a를 참조하면, 고정접점(112)과 가동접점(115)이 분리된 상태에서, 제어부(133)는 초음파 모터(132)가 제 1 방향으로 회전하도록 제어한다. 그러면, 운동변환장치(131)는 샤프트(117)가 위쪽 방향으로 직선운동하도록 회전운동을 직선운동으로 변환할 수 있다. 그러면, 샤프트(117)와 연결된 가동접점(115)이 위쪽으로 이동하여 고정접점(112)과 접촉할 수 있다.
도 2b를 참조하면, 고정접점(112)과 가동접점(115)이 분리된 상태에서, 제어부(133)가 초음파 모터(132)가 제 2 방향으로 회전하도록 제어한다. 여기서, 제 2 방향은 제 1 방향과 반대 방향이다. 그러면, 운동변환장치(131)는 샤프트가 아래쪽 방향으로 직선운동하도록 회전운동을 직선운동으로 변환할 수 있다. 그러면, 샤프트(117)와 연결된 가동접점(115)이 아래쪽으로 이동하여 고정접점(112)과 분리될 수 있다.
전자 개폐장치는 초음파 모터를 사용하여 샤프트를 이동시킴으로써, 가동접점와 고정접점가 분리될 때 샤프트 등이 다른 부분과 부딪치면서 생성되는 소음을 줄일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3을 참조하면, 구동장치는 가동접점(115), 샤프트(117), 운동변환장치(미도시) 및 초음파 모터(132)를 포함할 수 있다.
초음파 모터(132)는 홀(300)을 포함하는 원환형 구조이다. 운동 변환 장치(미도시)는 홀(300)의 내부에 위치할 수 있다.
운동변환장치(미도시)는 샤프트(117)의 타단에 연결되고, 초음파 모터(132)에 연결되어 초음파 모터(132)의 회전운동을 샤프트(117)를 상하로 이동시키는 직선운동으로 변환하는 기어일 수 있다. 운동변환장치는 초음파모터(132)의 회전운동을 샤프트(117)의 직선운동으로 변환할 수 있다. 예를 들면, 초음파 모터(132)가 제 1 방향으로 회전하면, 운동변환장치는 샤프트(117)가 위쪽 방향으로 직선운동하도록 회전운동을 직선운동으로 변환할 수 있다. 그러면, 샤프트(117)와 연결된 가동접점(115)이 위쪽으로 이동하여 고정접점(112)과 접촉할 수 있다. 반대로, 초음파 모터(132)가 제 2 방향으로 회전하면, 운동변환장치는 샤프트가 아래쪽 방향으로 직선운동하도록 회전운동을 직선운동으로 변환할 수 있다. 그러면, 샤프트(117)와 연결된 가동접점(115)가 아래쪽으로 이동하여 고정접점(112)과 분리될 수 있다.
설명된 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
또한, 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 전술한 방법은, 프로그램이 기록된 매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 매체의 예로는, ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.
100 : 전자 개폐장치
110 : 소호부
111 : 하우징
112 : 고정접점
115 : 가동접점
117 : 샤프트
118 : 접압스프링
119 : 아크소호 공간
130 : 구동장치
131 : 운동변환장치
132 : 초음파 모터
133 : 제어부
134 : 플런져 캡

Claims (5)

  1. 회전운동을 하는 초음파 모터;
    일단에 가동접점이 연결된 샤프트; 및
    상기 샤프트의 타단에 연결되고, 상기 초음파 모터에 연결되어 상기 초음파 모터의 회전운동을 상기 샤프트를 상하로 이동시키는 직선운동으로 변환하는 운동변환장치;를 포함하는 전자 개폐장치용 구동장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 초음파 모터는
    홀을 포함하는 원환형구조인 전자 개폐장치용 구동장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 운동변환장치는,
    상기 홀의 내부에 위치하여 상기 초음파 모터와 연결되는 전자 개폐장치용 구동장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 운동변환장치는
    기어인 전자 개폐장치용 구동장치.
  5. 고정접점;
    회전운동을 하는 초음파 모터와, 샤프트와, 상기 샤프트의 일단에 연결되는 가동접점 및, 상기 샤프트의 타단에 연결되고, 상기 초음파 모터에 연결되어 상기 초음파 모터의 회전운동을 상기 샤프트를 상하로 이동시키는 직선운동으로 변환하는 운동변환장치를 포함하는 구동장치; 및
    제어 신호에 따라, 상기 고정접점 및 상기 가동접점이 접촉 또는 분리되도록 상기 구동장치를 제어하는 제어부;를 포함하는 전자개폐장치.
KR1020100100891A 2010-10-15 2010-10-15 구동장치 및 전자 개폐장치 KR101173279B1 (ko)

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JPH1145649A (ja) 1997-07-28 1999-02-16 Fujitsu Takamizawa Component Kk 進行波型超音波継電器
JP2003308760A (ja) 2002-04-12 2003-10-31 Nissan Motor Co Ltd 車載機器操作入力装置
JP2009158363A (ja) 2007-12-27 2009-07-16 Taiyo Yuden Co Ltd 超音波モータで駆動されるスイッチ

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