KR101753902B1 - 전자접촉기의 알루미늄 코일 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보빈의 크기가 증가하지 않도록 하고, 코일(권선)의 접속단자에 대하여 납조에서의 디핑(deeping) 용접이 가능하도록 개선된 구조를 가지는 전자접촉기의 알루미늄 코일 조립체(100)에 관한 것이다.
상기 알루미늄 와이어 코일 조립체(100)는 한 쌍의 접속단자(110); 및 보빈부(121)와, 상기 보빈부(121)에 권선되는 알루미늄 와이어 코일(c)과, 상기 보빈부(121)에서 연장 형성되어 상기 한 쌍의 접속단자(110)가 상기 알루미늄 와이어 코일(c)을 형성하는 알루미늄 와이어(w)의 양단과 접속되도록 고정되는 접속단자장착프레임(123)을 구비한 보빈(120);을 포함하여 구성된다.

Description

전자접촉기의 알루미늄 코일 조립체{ALUMINIUM COIL ASSEMBLY FOR MAGNETIC CONTACTOR}

본 발명은 전자접촉기의 알루미늄 코일 조립체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 보빈의 크기가 증가하지 않도록 하고, 코일(권선)의 접속단자에 대하여 납조에서의 디핑(deeping) 용접이 가능하도록 개선된 구조를 가지는 전자접촉기의 알루미늄 코일 조립체에 관한 것이다.

일반적으로, 전원제어장치 함은 전자접촉기(Magnet Contactor) 또는 릴레이(Relay)라 하며, 기본적으로 접점을 개폐하여 연결된 장비를 원격에서 제어하기 위해 사용되는 전기부품으로 모터나 히터뿐만 아니라 생활가전에도 광범위하게 적용되는 핵심소자이다.

상기 전자접촉기의 구성 중 코일(Magnet Wire 혹은 권선)은 구리(Cu) 와이어에 절연물질을 코팅한 것으로 전자기기의 내부에 코일(Coil) 형태로 감겨져 전기에너지를 변환시키는 전선으로, 변압기, 발전기, 자동차부품, 각종 가전제품 및 모터 등 전기가 소요되는 모든 기기에 필수적으로 사용 된다.

이러한 코일에 사용되는 도체로는 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등이 사용되는데 그 중 우수한 전도율 특성을 지닌 구리(Cu)에 대한 의존도가 매우 높은 실정이다. 기존 전자접촉기(Magnet Contactor)는 전량 구리(Cu) 소재를 사용하여 코일을 권선하고 있다.

그러나 금속광물의 고갈과 권선(Magnet Wire) 제조업체의 인건비 상승으로 인한 가격 변동으로 구리의 수급이 불안정한 상태로, 이미 산업계에선 알루미늄 코일을 적용한 제품들이 출시되고 있는 상황이다. BLDC 모터, 변압기 등이 그 예이다.

하지만, 전자접촉기의 코일을 구리에서 알루미늄으로 대체 시 발생 되는 문제점이 해결 되지 않아, 아직 알루미늄 코일을 전자접촉기에 적용한 사례는 없는 것이 현 실정이다.

전자접촉기의 코일을 구리에서 알루미늄으로 대체 시 발생 되는 문제점은 첫째로, 전자접촉기 코일 조립체 설계 시에 전통적으로 해당 기술 분야의 숙련된 당업자들은 코일의 권수와 저항값 만을 고려하여 코일 조립체를 설계를 해 왔으므로, 고유저항과 도전율 차이로 인해, 알루미늄 코일을 적용 했을 때 구리 코일과 동등한 기자력(U(AT)=N(권수)* I(전류))을 얻기 위해서는, 구리보다 약 26% 굵은 알루미늄 코일을 동일한 권수만큼 감아야 하는데, 이 경우 보빈의 크기가 약 58%정도 증가하는 문제로 제품 크기가 커지는 치명적인 단점이 있다.

<구리와 알루미늄의 물성 비교>

<동등 기자력(AT)을 얻기 위한 구리와 알루미늄 Wire의 비교>

둘째로, 구리 코일을 적용 할 때는 와이어의 시작 부분과 끝부분을 접속단자부에 결속 시 작업성 향상을 위해 납조에 담가 용접하는 디핑(Deeping) 공정이 가능하나, 알루미늄 코일을 권선할 경우는 납조에 담가 용접하는 디핑 공정이 불가능하여, 표면에 코팅되어 있는 절연재를 기계적으로 탈피하고 플럭스를 사용해야만 용접이 가능하였다. 이때, 기계적 탈피도 세선(굵기가 가는 선)일 경우 탈피 공정 중에 끊어지는 현상이 발생하여 불가능 하였다.

셋째로, 디핑 공정을 수행하여 접속단자와 코일의 시작 부분과 끝부분을 용접하는 경우에도 문제점이 발생하다.

도 1은 종래기술(등록실용신안 제20-0247037호)의 '전자접촉기의 코일터미널 유동방지구조'의 터미널스크류(33), 코일터미널(32), 코일와이어(31)를 구비한 코일부(3)를 나타내는 도면이고, 도 2는 디핑 용접과정을 나타내는 도면이며, 도 3은 용접부(34)에 코일와이어(31)를 권선한 것을 나타내는 도면이다.

즉, 종래기술의 경우에는 코일터미널(32)에서 코일의 끝단이 용접되는 용접부(34)가 코일터미널(32)에 대하여 직각으로 돌출 형성되는 구성을 가진다. 이 경우, 도 2와 같이, 납조에 잠길 부분인 "a"와 "b" 부분이 확보 되어 있지 않아 좁은 공간에서 용접을 해야 하므로 납조의 열에 의하여 보빈이 손상 되는 문제점을 가진다.

또한, 종래기술의 경우 용접부(34)에 코일와이어(31)가 서로 접촉하거나 겹쳐진 상태를 가지고 권선되므로 코일와이어(31)와 용접부(34) 사이로 납이 스며들지 못하여 코일와이어(31)의 절연피복이 완전히 용해되기 어렵고 와이어 표면들에 충분리 납이 접촉하지 못하게 되어 용접 품질이 저하되는 문제점 또한 가진다.

등록실용신안 제20-0247037호

따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, AC(교류)용 전자접촉기에서 기존 구리 코일을 적용 할 때와 동등 크기의 보빈에 구리(Cu) 코일과 동등 굵기인 알루미늄 코일을 적용하여, 제품 크기를 증가 시키지 않도록 하고, 저렴하고 취급이 용이하며, 경량화된 전자접촉기의 알루미늄 코일 조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 알루미늄(Al) 와이어 코일의 접속단자용접부에 용접 처리 시 납조에서 디핑(Deeping) 용접을 가능하게 하여 생산성을 높일 수 있도록 하는 전자접촉기의 알루미늄 코일 조립체를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 알루미늄 와이어 코일(c)의 접속단자용접부(115)에 알루미늄 와이어(w)를 감은 후 용접하는 때에, 알루미늄 와이어(w)의 절연피복의 탈피를 용이하게 하여 접속단자용접부(115)에서의 용접 품질을 향상시킬 수 있도록 하는 전자접촉기의 알루미늄 코일 조립체를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전자접촉기의 알루미늄 코일 조립체(100)는,

한 쌍의 접속단자(110); 및

보빈부(121)와, 상기 보빈부(121)에 권선되는 알루미늄 와이어 코일(c)과, 상기 보빈부(121)에서 연장 형성되어 상기 한 쌍의 접속단자(110)가 상기 알루미늄 와이어 코일(c)을 형성하는 알루미늄 와이어(w)의 양단과 접속되도록 고정되는 접속단자장착프레임(123)을 구비한 보빈(120);을 포함하여 구성된다.

상기 접속단자(110)는,

상기 접속단자장착프레임(123)에 고정되는 체결부(111);

상기 체결부(111)로부터 연장 형성되는 접속단자로드부(112); 및

상기 접속단자로드부(112)에서 절곡되어 돌출형성되는 접속단자용접부(115);를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 접속단자로드부(112)는,

상기 접속단자용접부(115)가 상기 보빈(120)의 외부로 돌출되도록 보빈(120)의 외측방향으로 굽어지는 로드돌출부(112a)를 가질 수 있다.

상기 접속단자로드부(112)는,

상기 접속단자용접부(115)가 알루미늄 와이어(w)가 감겨진 상태로 용접된 후에 상기 로드돌출부(112a)를 상기 접속단자장착프레임(123)의 측면 홈으로 삽입시킬 수 있도록 상기 접속단자로드부(112)를 굽히기 위해 형성되는 밴딩홈부(113)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 접속단자용접부(115)는,

알루미늄 와이어(w)의 끝단이 삽입되어 나선형으로 감겨지는 와이어요홈부(116)가 형성될 수 있다.

상기 접속단자용접부(115)는,

상기 알루미늄 와이어(w)의 끝단이 삽입되어 나선형으로 감겨진 후, 고온 납조에 침지되어 알루미늄 와이어(w)의 코팅재가 탈피된 후, 초음파 용접에 의해 용접되는 것을 특징으로 한다.

상기 알루미늄 와이어(w)는,

알루미늄 코일 조립체(100)가 장착된 전자접촉기의 상부코어(200)와 하부코어(300)가 접촉된 상태에서, 알루미늄 와이어 코일(c)이 기 설정된 오차 범위 내에서 구리 와이어 코일과 동등한 기자력을 발생시킬 수 있도록,

임피던스 공식

(R: 순저항, L: 인덕턴스, f: 주파수, c: 캐패시턴스, j: 복수수 연산자)을 적용하여 알루미늄 와이어 코일(c)과 구리 와이어 코일의 인덕턴스(L)와 임피던스(Z)가 기 설정된 오차 범위 내에서 일치되는 값의 굵기와 권선수를 가지도고 알루미늄 와이어 코일(c)로 권선될 수 있다.

상술한 구성의 본 발명은 알루미늄(Al) 와이어 코일을 적용한 AC(교류)용 전자접촉기 등의 전자접촉기로 기존 구리 코일을 적용 할 때와 동등 크기의 보빈에 구리(Cu) 코일과 동등 굵기인 알루미늄 코일을 적용하여, 제품 크기를 증가 시키지 않으며, 저렴하고 취급이 용이한 경량화 된 전자접촉기의 알루미늄 코일 조립체를 제공할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명은 알루미늄(Al) 와이어 코일의 접속단자부의 접속단자 용접부와의 용접 처리 시 납조에서 디핑(Deeping) 용접을 가능하게 하여 생산성을 높일 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명은 알루미늄 와이어 코일(c)의 접속단자용접부(115)에 알루미늄 와이어(w)를 감은 후 용접하는 때에, 절연피복의 탈피를 용이하게 하여 접속단자용접부(115)에서의 알루미늄 와이어(w)의 용접 품질을 향상시킬 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

도 1은 종래기술의 전자접촉기의 코일 와이어 조립체의 평면도.
도 2는 도 1의 코일 와이어 조립체의 디핑 용접과정을 나타내는 도면.
도 3은 도 1의 용접부(34)에 코일 와이어(31)가 용접을 위해 감겨진 상태를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 와이어 코일 조립체(100)의 사시도.
도 5는 도 4의 알루미늄 와이어 코일 조립체(100)의 분해 평면도.
도 6은 와이어요홈부(116)를 가지는 도 5의 접속단자용접부(115)의 확대도.
도 7은 와이어요홈부(116)에 알루미늄 와이어(w)가 감겨진 상태의 접속단자용접부(115)의 확대도.
도 8은 도 4의 알루미늄 와이어 코일 조립체(100)가 장착된 전자접촉기의 개폐 상태를 나타내는 도면.
도 9는 알루미늄 와이어 코일(c)과 구리 와이어 코어의 상부코어(200)와 하부코어(300) 사이의 코어 갭 변화에 따른 임피던스(Z) 변화 그래프
도 10은 알루미늄 와이어 코일(c)과 구리 와이어 코어의 상부코어(200)와 하부코어(300) 사이의 코어 갭 변화에 따른 기자력 변화를 나타내는 그래프.
도 11은 와이어요홈부(116)에 알루미늄 와이어(w)가 감겨진 상태로 조립된 알루미늄 와이어 코일 조립체(100)의 평면도.
도 12 및 도 13은 와이어요홈부(116)를 가지는 도 4의 접속단자용접부(115)의 다핑 용접과정을 나타내는 도면.
도 14는 종래기술의 와이어요홈부(116)가 없을 경우 와이어 밀착으로 인한 탈피 및 용접의 불량이 발생한 와이어 용접부(Pa)와, 본 발명의 접속단자용접부(115)에서의 와이어요홈부(116)의 요홈에 알루미늄 와이어(w)가 일정 간격을 가지고 안착된 후 용접된 알루미늄 와이어 용접부(Pb)의 용접 상태를 나타내는 도면.
도 15와 도 16은 하부케이스(160)에 조립 안착을 위해 돌출 되어진 접속단자용접부(115)를 밴딩홈부(113)에 의한 접속단자로드부(112)의 밴딩에 의해 와이어돌출부(112a)가 접속단자장착프레임(123)의 측부로 삽입된 상태의 알루미늄 와이어 코일 조립체(100)의 평면도와 측면도.
도 17은 하부케이스(160)에 조립 안착된 하부코어(300)와 알루미늄 코일 조립체(100)의 평면도.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 명세서에서 단어 "예시적인" 은 "예로서, 일례로서, 또는 예증으로서 역할을 한다."라는 것을 의미하기 위해 이용된다. "예시적"으로서 본 명세서에서 설명된 임의의 양태들은 다른 양태들에 비해 반드시 선호되거나 또는 유리하다는 것으로서 해석되어야 하는 것만은 아니다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 와이어 코일 조립체(100)의 사시도이고, 도 5는 도 4의 알루미늄 와이어 코일 조립체(100)의 분해 평면도이다.

도 4 및 도 5와 같이, 상기 알루미늄 와이어 코일 조립체(100)는 접속단자(110)와 보빈(120)을 포함하여 구성된다.

상기 접속단자(110)는 전자접촉기의 개폐 동작을 위한 기자력을 발생시키는 전류가 공급되는 단자로서, 알루미늄 와이어 코일(c)의 양단부가 각각 디핑 용접에 의해 용접되도록 구성된다.

상술한 바와 같이 장착되는 상기 접속단자(110)는 체결부(111)와 접속단자로드부(112)와 접속단자용접부(115)를 가지는 한 쌍으로 구성된다.

상기 체결부(111)는 보빈(120)에 고정 된 접속단자(110)와 조작전원 전선을 나사 또는 볼트 등으로 고정시키기 위한 관통홀이 형성된다.

상기 접속단자로드부(112)는 체결부(111)를 통해 공급되고 인출되는 기자력 발생을 위한 전류를 접속단자용접부(115)로 공급하고 인출하는 것으로서 바(bar) 형상으로 체결부(111)로부터 보빈부(121) 측으로 연장 형성된다. 상기 접속단자로드부(112)의 접속단자용접부(115) 측의 단부는 보빈(120)의 외측으로 돌출되도록 굽어져 로드돌출부(112a)로 형성된다. 그리고 차후 접속단자(110)들이 보빈(120)에 결합된 후 알루미늄 와이어 코일(c)이 권선되어 양 단부가 접속단자용접부(115)와 용접된 후에는 로드돌출부(112a)를 접속단자로드부(112)로부터 펼쳐서 로드돌출부(112a)를 포함하는 접속단자로드부(112) 전체가 보빈(120)의 접속단자장착프레임(123)의 측면으로 삽입되어지도록 펼쳐지는 것을 용이하게 하는 밴딩홈부(113)가 각각 형성된다.

도 6은 와이어요홈부(116)를 가지는 도 4의 접속단자용접부(115)의 확대도이고, 도 7은 와이어요홈부(116)에 알루미늄 와이어(w)가 감겨진 상태의 접속단자용접부(115)의 확대도이다.

상기 접속단자용접부(115)는 보빈부(121)에 권선된 알루미늄 와이어 코일(c)의 양단부를 형성하는 알루미늄 와이어(w)들이 감겨진 후 용접 고정되는 것에 의해, 알루미늄 와이어 코일(c)과 접속단자(110) 사이의 전기적 접속을 이루도록 구성된다.

이를 위해, 상기 접속단자용접부(115)는 도 6 및 도 7과 같이, 감겨지는 알루미늄 와이어(w)의 절연 피복이 디핑 용접 중 고온의 납 용액에 의해 용이하게 탈피될 수 있도록 하고, 납 용접 품질을 향상시키기 위해, 알루미늄 와이어(w)들이 서로 일정 간격 서로 이격되도록 삽입되어 나사산처럼 감겨질 수 있도록 나선형 요홈으로 형성되는 와이어요홈부(116)가 형성된다.

다시 도 4를 참조하면, 상기 보빈(120)은 보빈부(121)와, 보빈부(121)에 권선되어 형성되는 알루미늄 와이어 코일(c)과, 보빈부(121)에서 연장 형성되어 상기 한 쌍의 접속단자(110)가 상기 알루미늄 와이어 코일(c)을 형성하는 알루미늄 와이어(w)의 양단과 접속되도록 고정되는 접속단자장착프레임(123)을 포함하여 구성된다.

상술한 구성에서 상기 알루미늄 와이어 코일(c)은 알루미늄 와이어 코일 조립체(100)가 전자접촉기로 조립된 경우, 기 설정된 오차 범위 내에서 동등한 굵기를 가지고 권취된 구리 와이어 코일(미도시)과 동등한 기자력을 가지도록 하기 위하여, 종래기술과 같이 저항값과 권선수만을 고려하여 설계하는 것에 추가하여, 임피던스(Z)를 고려하여 설계된다.

구체적으로, 상기 알루미늄 와이어(w)는 임피던스 공식

(R: 순저항, L: 인덕턴스, f: 주파수, c: 캐패시턴스, j: 복소수 연산자,

)을 적용하여 알루미늄 와이어 코일(c)로 권선되는 것에 의해, 알루미늄 와이어 코일 조립체(100)가 장착된 전자접촉기의 단락 상태에서 알루미늄 와이어 코일(c)과 구리 와이어 코일의 인덕턴스(L)와 임피던스(Z)가 기 설정된 오차 범위 내에서 동등한 굵기를 가지고 계산된 권수만큼 알루미늄 와이어 코일(c)로 권선된다.

도 8은 도 4의 알루미늄 와이어 코일 조립체(100)가 장착된 전자접촉기의 개폐 상태를 나타내는 도면이고, 도 9는 알루미늄 와이어 코일(c)과 구리 와이어 코어의 상부코어(200)와 하부코어(300) 사이의 코어 갭 변화에 따른 임피던스(Z) 변화 그래프이며, 도 10은 알루미늄 와이어 코일(c)과 구리 와이어 코어의 상부코어(200)와 하부코어(300) 사이의 코어 갭 변화에 따른 기자력 변화를 나타내는 그래프이다.

본 발명의 알루미늄 와이어 코일 조립체(100)의 설계에서 기존 구리(Cu) 와이어 코일의 설계 개념과 다르게 코일 설계에서 무시되었던 인덕턴스(L)가 고려된다.

구체적으로, 도 9에서와 같이, 공심 상태에서의 전자접촉기의 인덕턴스(L)는 코일 설계에 큰 영향을 주지 못할 정도로 미미하다. 그러나 상부 코어(200)와 하부 코어(300)에 와이어 코일 조립체(100)가 조립된 상태에서는 코어들의 사이의 갭(gap)의 변화에 따라 큰 인덕턴스(L) 변화가 발생한다. 임피던스(Z) 또한 인덕턴스(L)가 커질수록 커지게 된다. 이를 이용하여 알루미늄 와이어 코일(c)의 굵기와 권선수를 설계하는 경우에는 보빈부(121)의 크기를 크게 하지 않고도, 일정 오차 범위 내에서 동등한 사양의 구리 와이어 코일(c)이 장착된 전자접촉기에서 발생하는 기자력과 유사한 기자력을 발생시킬 수 있으며, 알루미늄 와이어 코일(c)의 온도 또한 안정적으로 유지할 수 있게 된다.

일 예로 도 8의 알루미늄 와이어 코일(c)과 구리 와이어 코일이 장착된 전자접촉기의 상부 코어(200)와 하부 코어(300)의 사이의 갭(gap)을 변화시키면서 임피던스(Z) 변화를 확인해 보면, 도 9와 같이, 알루미늄 와이어 코일(c)이 장착된 전자접촉기의 상부 코어(200)와 하부 코어(300)가 접촉된 상태에서는 초기 상태보다 약 7 ~ 8 배 정도의 임피던스(Z)가 상승하게 된다.

다음의 실험 예는 도 9의 그래프를 도출하기위한 실험 조건 및 결과를 나타낸다.

<실험예>

-저항값 비교

o 알루미늄 와이어 코일 조립체(100): Φ 0.15, 4,300Turn 권선시 612Ω

o 구리 와이어 코일 조립체: Φ 0.15, 4,670Turn 권선시 412Ω

-임피던스 비교

o 상부 코어(200)와 하부 코어(300)가 개방된 상태(위상각 무시, 주위온도 23℃)

*알루미늄 와이어 코일 조립체(100)의 순저항: 612Ω, 구리 와이어 코일 조립체의 순저항: 412Ω => 공심 상태와 동일

*알루미늄 와이어 코일 조립체(100)의 인덕턴스(L): 1.716H, 구리 와이어 코일 조립체의 인덕턴스: 1.382H

*알루미늄 와이어 코일 조립체(100)의 임피던스(Z): 1.062kΩ, 구리 와이어 코일 조립체의 임피던스: 0.951kΩ

o 상부 코어(200)와 하부 코어(300)가 접촉된 상태(위상각 무시, 주위온도 23℃)

*알루미늄 와이어 코일 조립체(100)의 순저항: 612Ω, 구리 와이어 코일 조립체의 순저항: 412Ω => 공심 상태와 동일

*알루미늄 와이어 코일 조립체(100)의 인덕턴스(L): 10.793H, 구리 와이어 코일 조립체의 인덕턴스: 10.817H

*알루미늄 와이어 코일 조립체(100)의 임피던스(Z): 7.881kΩ, 구리 와이어 코일 조립체의 임피던스: 7.985kΩ

상술한 바와 같이, 전자접촉기에서의 와이어 코일 조립체의 순저항(R)보다 인덕턴스(L)의 급격한 증가로 전체 임피던스(Z)가 상승하여, 알루미늄 코일 조립체(100)와 구리 와이어 코일 조립체의 임피던스(Z) 값이 유사하게 된다. 따라서 동등 크기의 보빈(120)에 알루미늄 와이어 코일(c)을 권선하여도 구일 와이어 코일 조립체와 동등 수준의 소비전류가 발생하고, 발생되는 기자력도 유사하며, 규격(IEC 60947-4-1)에서 요구하는 정격전압의 85% 수준에서 이상 없이 동작할 수 있게 된다. 그리고 소비전류가 유사하기 때문에 발열량도 동등 수준임을 시험을 통해 알 수 있었다.

이때, 상술한 동등 크기의 보빈이라 함은 구리(Cu) 코일 조립체와 동일한 크기의 보빈에 알루미늄 코일 와이어 권선이 가능한 알루미늄 코일 조립체의 보빈을 말한다 . 그리고 동등 굵기라 동등 기자력 발생을 위한 구리 와이어의 굵기와 일정 오차 범위 내에서의 알루미늄 와이어의 굵기를 말한다. 이때, 일반적인 와이어 생산 단위 굵기가 Φ0.01씩 변화되므로, 알루미늄 와이어(w)는 구리 와이어 호칭 굵기의 ㅁ 0.01 범위 이내로 오차 범위를 가질 수 있다.

상술한 실험예의 경우, 알루미늄 와이어(w)의 굵기를 Φ0.01 단위(또는 Φ0.014 내지 Φ0.16)로 변화시켜 권선수를 다양하게 수정 변경할 수도 있다.

또한, 알루미늄 와이어 코일 조립체(100)의 경우 알루미늄 와이어 코일의 시작선과 끝선을 보빈부(121)의 전단부에 있는 접속단자용접부(115)에 결속하여 회로를 완성해야 한다. 이때, 알루미늄 와이어 코일(c)을 구성하는 알루미늄 와이어(w)의 경우 구리 와이어와 달리 납땜 작업으로 용접이 용이하지 않은 것이 알려져 있다. 구체적으로, 종래기술의 경우에는 로드돌출부(112a)가 형성되지 않는 것에 의해, 도 2의 설명에서와 같이, 용접부(34)를 고온납조(130)에 담가 용접하는 디핑(deeping) 공정이 불가능하여, 표면에 코팅되어 있는 절연재를 기계적으로 탈피하고 사용해야만 용접이 가능하였다, 그러나 기계적 탈피 역시 세선일 경우 탈피 공정 중에 끊어지는 현상이 발생하여 불가능하였다.

접속단자용접부(115)에 대한 디핑 용접의 불가능함을 해결하기 위해, 본 발명의 경우에는 상기 접속단자용접부(115)가 알루미늄 와이어(w)의 끝단이 삽입되어 나선형으로 감겨진 상태에서 고온 납조에 침지되어 알루미늄 와이어(w)의 코팅재가 탈피되고, 이 후, 초음파 용접에 의해 용접된다.

도 11은 와이어요홈부(116)에 알루미늄 와이어(w)가 감겨진 상태로 조립된 알루미늄 와이어 코일 조립체(100)의 평면도이고, 도 12 및 도 13은 와이어요홈부(116)를 가지는 도 4의 접속단자용접부(115)의 디핑 용접과정을 나타내는 도면이다.

상술한 바와 같은 디핑 용접의 수행을 위해 먼저, 도 11과 같이, 접속단자용접부(115)에 알루미늄 와이어(w)의 단부들이 와이어요홈부(116)에 삽입되어 나선형으로 감겨진다.

이 후, 도 12와 같이, 고온 납조(130)에 접속단자용접부(115)를 침지하여 감겨진 알루미늄 와이어(w)의 단부의 코팅재를 탈피한다. 다음으로, 도 13과 같이 초음파 용접을 수행하는 것에 의해 접속단자용접부(115)에 대한 디핑 용접의 수행이 완료된다.

이 과정에서, 접속단자로드부(112)의 로드돌출부(112a)가 형성되는 것에 의해 접속단자용접부(115)가 납조(130)의 내부로 삽입될 수 있도록 도 13에서의 'A'와 'B'와 같이 돌출됨으로써 디핑 용접이 용이하게 수행될 수 있게 된다.

도 14는 종래기술의 와이어요홈부(116)가 없을 경우 와이어 밀착으로 인한 탈피 및 용접의 불량이 발생한 와이어 용접부(Pa)와, 본 발명의 접속단자용접부(115)에서의 와이어요홈부(116)의 요홈에 알루미늄 와이어(w)가 일정 간격을 가지고 안착된 후 용접된 알루미늄 와이어 용접부(Pb)의 용접 상태를 나타내는 도면이다.

도 14에서와 같이, 종래기술의 전자접촉기는 상술한 종래기술의 설명 중 도 2의 설명에서와 같이, 로드돌출부(112a)가 형성되지 않는 것에 의해 용접부(34)가 납조(130)에 잠길 수 있도록 하는 'a'와 'b'의 돌출 길이가 확보되지 않게 되어, 좁은 공간에서 용접이 수행되므로 납조의 열에 의해 보빈이 손상되는 경우가 발생하였다. 또한, 종래기술의 용접부(34)는 와이어요홈부(116)가 형성되어 있지 않아, 와이어가 밀착되어 와이어 용접부(Pa)에서 와이어의 코팅이 완전히 제거되지 않아 와이어와 용접부(34) 사이가 완전히 용접되지 않는 등 용접 품질이 좋지 않았다.

그러나 본원 발명의 경우에는 로드돌출부(112a)를 구비하는 것에 의해 도 12 내지 도 13과 같이 접속단자용접부(115)가 충분히 납조로 잠길 수 있도록 하는 'A'와 'B'의 돌출 길이가 확보되어 납조의 열에 의한 보빈의 손상이 방지된다.

또한, 본원 발명의 경우에는 접속단자용접부(115)에 와이어요홈부(116)를 형성하여 감겨지는 알루미늄 와이어(w)들이 일정 간격을 가지도록 배치되는 것에 의해 납 용액과의 접촉 면적이 높아지며, 이에 더하여 고온 납조(130)에서 1차로 탈피를 위한 디핑 용접을 수행한 후, 2차로 초음파 용접을 수행하게 되므로 알루미늄 와이어 용접부(Pb)에서 코팅이 효과적으로 제거되고 알루미늄 와이어(w)와 접속단자용접부(115) 사이에 납용액이 침투가 원활히 이루어지는 것에 의해, 알루미늄 와이어(w)와 접속단자용접부(115)의 표면이 신뢰성 있게 용접된다.

도 15와 도 16은 하부케이스(160)에 조립 안착을 위해 돌출 되어진 접속단자용접부(115)를 밴딩홈부(113)에 의한 접속단자로드부(112)의 밴딩에 의해 와이어돌출부(112a)가 접속단자장착프레임(123)의 측부로 삽입된 상태의 알루미늄 와이어 코일 조립체(100)의 평면도와 측면도이다. 도 17은 하부케이스(160)에 조립 안착된 하부코어(300)와 알루미늄 코일 조립체(100)의 평면도이다.

상술한 바와 같이, 알루미늄 와이어 코일(c)이 보빈에 권선된 후,알루미늄 와이어 코일(c)의 양 단부에 위치하는 알루미늄 와이어(w)들이 접속단자 용접부(115)의 와이어요홈부(116)에 감겨진 후 1차 및 2차 디핑 용접이 수행된 후에는 로드돌출부(112a)를 보빈부(120)의 측면으로 가합한다. 이 과정에서 밴딩홈부(113)에 의해 로드돌출부(112a)가 접속단자로드부(116)일 일직선을 이루며 펼쳐지면서 접속단자장착프레임(123) 측부 홈으로 삽입된 후 접속단자로드부(120)의 측면에 형성되는 제1 고정돌기(117)와 제2 고정돌기(119)에 의해 접속단자장착프레임(123)과 긴밀히 결합 고정되는 것에 의해 알루미늄 와이어 코일 조립체(100)의 제작이 완료된다.

31: 코일와이어 32: 코일터미널
33: 터미널스크류 34: 용접부
100: 알루미늄 와이어 코일 조립체
110: 접속단자 111: 체결부
112: 접속단자로드부 112a: 로드돌출부
113: 밴딩홈부 115: 접속단자용접부
116: 와이어요홈 117: 제1고정돌기
119: 제2 고정돌기 120: 보빈
121: 보빈부 123: 접속단자장착프레임
c: 알루미늄와이어 코일 w: 알루미늄와이어
130: 고온납조 131: 고온납
160: 하부케이스 200: 상부코어
300: 하부코어 s: 복원스프링
Pa: 와이어 용접부 Pb: 알루미늄 와이어 용접부

Claims (7)

1. 삭제
2. 한 쌍의 접속단자(110); 및
   보빈부(121)와, 상기 보빈부(121)에 권선되는 알루미늄 와이어 코일(c)과, 상기 보빈부(121)에서 연장 형성되어 상기 한 쌍의 접속단자(110)가 상기 알루미늄 와이어 코일(c)을 형성하는 알루미늄 와이어(w)의 양단과 접속되도록 고정되는 접속단자장착프레임(123)을 구비한 보빈(120);
   상기 접속단자(110)는,
   상기 접속단자장착프레임(123)에 고정되는 체결부(111);
   상기 체결부(111)로부터 연장 형성되는 접속단자로드부(112); 및
   상기 접속단자로드부(112)에서 절곡되어 돌출형성되는 접속단자용접부(115);를 포함하며.
   상기 알루미늄 와이어(w)는,
   임피던스 공식

   

   
   (R: 순저항, L: 인덕턴스, f: 주파수, c: 캐패시턴스, j: 복수수 연산자)을 적용하여 알루미늄 와이어 코일(c)과 구리 와이어 코일의 인덕턴스(L)와 임피던스(Z)가 기 설정된 오차 범위 내에서 일치되는 값의 굵기와 권선수를 가지고 알루미늄 와이어 코일(c)로 권선되며,
   상기 접속단자용접부(115)는,
   알루미늄 와이어(w)의 끝단이 삽입되어 알루미늄 와이어(w)들이 서로 일정 간격 서로 이격되도록 삽입되어 나사산처럼 감겨질 수 있도록 나선형 요홈으로 형성되는 와이어요홈부(116)가 형성되는 알루미늄 와이어 코일 조립체.
   
3. 청구항 2에 있어서, 상기 접속단자로드부(112)는,
   상기 접속단자용접부(115)가 상기 보빈(120)의 외부로 돌출되도록 보빈(120)의 외측방향으로 굽어지는 로드돌출부(112a)를 가지는 알루미늄 와이어 코일 조립체.
   
4. 청구항 3에 있어서, 상기 접속단자로드부(112)는,
   상기 접속단자용접부(115)가 알루미늄 와이어(w)가 감겨진 상태로 용접된 후에 상기 로드돌출부(112a)를 상기 접속단자장착프레임(123)의 측면 홈으로 삽입시킬 수 있도록 상기 접속단자로드부(112)를 굽히기 위해 형성되는 밴딩홈부(113)를 더 포함하는 알루미늄 와이어 코일 조립체.
   
5. 삭제
6. 청구항 2에 있어서, 상기 접속단자용접부(115)는,
   상기 알루미늄 와이어(w)의 끝단이 삽입되어 나선형으로 감겨진 후, 고온 납조에 침지되어 알루미늄 와이어(w)의 코팅재가 탈피된 후, 초음파 용접에 의해 용접되는 알루미늄 와이어 코일 조립체.
   
7. 삭제

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