KR101888275B1 - 릴레이 장치 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따른, 코일을 통해 선택적으로 전자기력을 발생하는 전자 블록; 각각 고정 접점이 설치되는 두 개의 고정 접점 단자; 상기 전자기력에 의해 요동하여 상기 고정 접점과 접촉하거나 개리되는 가동 접점이 선단부에 설치되어 있는 가동 접점 어셈블리; 및 상기 전자 블록, 상기 고정 접점 단자 및 상기 가동 접점 어셈블리를 유지하는 베이스 블록;을 커버 내에 수납한 릴레이 장치는, 고정 접점과 고정 접점 단자 간의 접합면을 기준으로 상기 커버 내의 전체 공간을 두 부분으로 나누어지고, 상기 접합면을 기준으로 상기 전자 블록을 포함하는 부분은 제 1 공간으로 정의하고, 나머지 부분은 제 2 공간으로 정의하며, 상기 커버의 내측 전체 부피(Vt) 중에서 상기 제 2 공간이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)은, 19% 내지 27%이다.

Description

릴레이 장치{RELAY DEVICE}
본 발명은 릴레이 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고정 접점 및 가동 접점이 요동에 의해 접촉 및 개리되는 구조를 가진 릴레이 장치에 관한 것이다.
릴레이 장치는 입력 신호가 어떤 값에 도달하였을 때 작동하여 다른 전기회로를 개폐하는 스위칭 기구로서, 자동차, 산업자동화 제어기기 등 각종 산업분야에 널리 사용되고 있다. 릴레이 장치는 크게 래터(Ladder) 타입 릴레이 장치와 외팔보(Cantilever) 타입 릴레이 장치로 구분될 수 있다.
래더 타입 릴레이 장치는 고정 접점에 대하여 가동 접점이 동시에 직선 운동하여 접점의 개폐가 이루어진다. 큰 전자기력에 의해 접점이 구동되므로 대전류의 부하 제어용으로 널리 사용된다. 래더 타입 릴레이 장치와 관련된 기술은 예컨대, 한국공개특허공보 제2010-0125806호에 개시되어 있다. 한국공개특허공보 제2010-0125806호는 고정 접점과, 이 고정 접점과 접촉 및 분리 가능하게 배치되는 가동 접점과, 이 가동 접점을 구동시키는 전자 블록를 포함하여 구성된다.
외팔보 타입 릴레이 장치는 고정 접점에 대하여 가동 접점이 호형으로 회동 운동하여 접점의 개폐가 이루어진다. 외팔보 타입 릴레이 장치는 가동 접점을 탄성력이 있는 판 스프링에 부착한 형태이다. 외팔보 타입 릴레이 장치는 래더 타입 릴레이 장치에 비해 간소한 형태로 제작될 수 있는 장점이 있다. 외팔보 타입 릴레이 장치의 대표적인 예는 일본등록특허 제3898021호를 들 수 있다.
이와 같이 릴레이 장치는 고정 접점에 대하여 가동 접점이 전자 블록의 전자기력에 의해 직선 또는 회동 운동을 하여 고정 접점과 접촉하거나 개리된다. 따라서 릴레이 장치는 고정 접점과 가동 접점이 개리될 때 아크(arc)가 발생한다. 이러한 아크는 적절히 소거되지 못하고 릴레이 장치의 내부 공간에 온도를 상승시킨다. 또한 가동 접점을 요동하는 전자 블록은 보빈에 코일이 감겨있는 형태로서 코일에서 발생하는 열로 인하여 릴레이 장치의 내부 공간에 온도를 상승시킨다. 특히, 최근 릴레이 장치의 소형화 추세에 따라 제품 사이즈가 작아지고 있고, 이로 인해 접점 간의 아크 발생에 의한 발열과 전자 블록에서 발생하는 발열로 인한 릴레이 장치의 내부 공간의 온도 상승이 릴레이 장치의 구동에 민감하게 작용하는 경향성을 보인다. 즉 릴레이 장치의 내부 공간에 온도가 증가할 경우, 접점 표면이 탄화되거나 융착되어 본래의 기능인 전류 통전이 이루어지지 않게 된다. 또한 릴레이 장치의 내부 온도가 증가하면, 자기 회로의 저항 값이 상승하게 되고, 이는 전자 블록의 전자기력의 약화로 이어져 가동 접점을 당기는 힘이 약해지고, 결국 접점의 압력이 낮아진다. 접점의 압력이 낮아지면 접촉 저항이 증가하게 되고 아크 발생이 심해진다. 따라서 릴레이 장치의 내부 공간에서 발생하는 발열을 효과적으로 방열(放熱 : radiation of heat)시키기 위한 기술적 내지 설계적 요청이 증가하고 있다.
전술한 바와 같이 릴레이 장치에서 발열 부위는 전자 블록의 코일 그리고 고정 접점 및 가동 접점의 접촉 부분이다. 그리고 소형화 추세에 따라 릴레이 장치의 사이즈는 작아지고 있다. 따라서 릴레이 장치의 내부 부품에서 발생하는 열을 효과적으로 복사와 대류에 의해 소거할 수 있어야 한다. 내부 부품에서 발생하는 열을 효과적으로 소거할 수 있는 방안은 릴레이 장치의 내부에 빈 공간을 많이 만들면 되지만 이는 소형화 추세에 반하고 또한 경제성이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 내부 부품의 발열을 효과적으로 소거하여 소형화와 경제성을 동시에 만족할 수 있도록 하는 릴레이 장치를 제공하는데 목적이 있다.
일 실시예에 따른, 코일을 통해 선택적으로 전자기력을 발생하는 전자 블록; 각각 고정 접점이 설치되는 두 개의 고정 접점 단자; 상기 전자기력에 의해 요동하여 상기 고정 접점과 접촉하거나 개리되는 가동 접점이 선단부에 설치되어 있는 가동 접점 어셈블리; 및 상기 전자 블록, 상기 고정 접점 단자 및 상기 가동 접점 어셈블리를 유지하는 베이스 블록;을 커버 내에 수납한 릴레이 장치는, 고정 접점과 고정 접점 단자 간의 접합면을 기준으로 상기 커버 내의 전체 공간을 두 부분으로 나누어지고, 상기 접합면을 기준으로 상기 전자 블록을 포함하는 부분은 제 1 공간으로 정의하고, 나머지 부분은 제 2 공간으로 정의하며, 상기 커버의 내측 전체 부피(Vt) 중에서 상기 제 2 공간이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)은, 19% 내지 27%이다.
일 실시예에서, 상기 제 2 공간의 부피(Ve)에 대한 상기 제 2 공간을 차지하는 부품들의 부피 합(Vr)의 비율(Vr/Ve)은, 21% 내지 42%이다.
일 실시예에서, 상기 커버 내의 전체 공간을 두 부분으로 나누는 기준인 고정 접점은, 상기 전자기력에 의해 상기 가동 접점 어셈블리의 일부가 흡인될 때 가동 접점과 접촉하는 고정 접점이다.
다른 실시예에 따른, 코일을 통해 선택적으로 전자기력을 발생하는 전자 블록; 각각 고정 접점이 설치되는 두 개의 고정 접점 단자; 상기 전자기력에 의해 요동하여 상기 고정 접점과 접촉하거나 개리되는 가동 접점이 선단부에 설치되어 있는 가동 접점 스프링; 및 상기 전자 블록 및 상기 고정 접점 단자를 유지하는 베이스 블록을 커버 내에 수납한 릴레이 장치는, 고정 접점과 고정 접점 단자 간의 접합면을 기준으로 상기 커버 내의 전체 공간을 두 부분으로 나누어지고, 상기 접합면을 기준으로 상기 전자 블록을 포함하는 부분은 제 1 공간으로 정의하고, 나머지 부분은 제 2 공간으로 정의하며, 상기 제 2 공간의 부피(Ve)에 대한 상기 제 2 공간을 차지하는 부품들의 부피 합(Vr)의 비율(Vr/Ve)은, 21% 내지 42%이다.
다른 실시예에서, 상기 커버 내의 전체 공간을 두 부분으로 나누는 기준인 고정 접점은, 상기 전자기력에 의해 상기 가동 접점 어셈블리의 일부가 흡인될 때 가동 접점과 접촉하는 고정 접점이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 릴레이 장치의 내부 공간의 최적화된 부피 비율을 정의함으로써, 릴레이 장치의 전자 블록의 코일에서 발생하는 열을 효과적으로 소거하면서 동시에 소형화 및 경제성을 달성할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 릴레이 장치의 접점들이 위치하는 내부 공간의 빈 공간 및 부품 간의 최적화된 부피 비율을 정의함으로써, 릴레이 장치의 코일 또는 접점에서 발생하는 열을 효과적으로 소거하면서 동시에 소형화 및 경제성을 달성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 장치의 커버와 본체를 분리했을 때의 사시도이다.
도 2는 도 1의 릴레이 장치 본체의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 릴레이 장치의 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명에서 릴레이 장치에 대해 정의하는 공간 및 부피 비율을 설명하는 개략적인 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 릴레이 장치의 커버의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)에 따른 성능 결과를 나타낸 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 릴레이 장치의 제 2 공간의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)에 따른 성능 결과를 나타낸 도면이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 릴레이 장치의 제 2 공간의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)에 따른 성능 결과를 나타낸 도면이다.
도 8은 접점 손상이 A 상태인 릴레이 장치의 열 해석 결과를 나타낸 도면이다.
도 9는 접점 손상이 B 상태인 릴레이 장치의 열 해석 결과를 나타낸 도면이다.
도 10은 접점 손상이 C 상태인 릴레이 장치의 열 해석 결과를 나타낸 도면이다.
도 11은 접점 손상이 D 상태인 릴레이 장치의 열 해석 결과를 나타낸 도면이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 장치의 커버와 본체를 분리했을 때의 사시도이고, 도 2는 도 1의 릴레이 장치 본체의 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 있어서 릴레이 장치는 릴레이 본체(100)와, 이 릴레이 본체(100)를 수납하는 커버(200)로 구성되어 있다. 릴레이 본체(100)는, 가동 접점(14a, 14b)을 갖는 가동 접점 어셈블리(1)와, 고정 접점(22a, 23a)을 각각 갖는 2개의 고정 접점 단자(22, 23)와, 코일을 갖고 그 코일에 흐르는 전류에 의해 전자기력을 발생하는 전자 블록(3)과, 이들을 유지하는 베이스 블록(2)으로 구성되어 있다.
가동 접점 어셈블리(1)는, 상기 전자 블록(3)에 의해 요동하는 가동 접점 스프링(14)과, 그 가동 접점 스프링(14)의 일단에 설치된 가동 접점(14a, 14b)과, 상기 가동 접점 스프링(14)의 타단에 설치된 가동 접점 단자(14c, 14d)와, 상기 가동 접점 스프링(14)의 내측에 설치된 판 형상의 아마추어(14e)를 포함한다.
가동 접점 스프링(14)은 탄성 변형 가능하게 대략 L자 형상으로 절곡 형성된 전도성을 갖는 띠판 부재이다. 가동 접점 스프링(14)은 상기 가동 접점 단자(14c, 14d)로부터 연장된 선단 부분이 두 갈래로 갈라진 형상을 갖고 그 두 갈래로 갈라진 형상의 2개의 선단부에 각각 가동 접점(14a, 14b)이 설치된다.
가동 접점 스프링(14)은 그 한 변의 중간 영역의 내측에 자력에 의해 흡인되는 판 형상의 아마추어(14e)가 고정되어 있다. 아마추어(14e)가 전자 블록(3)의 코일 어셈블리(31)의 바로 위에 위치하도록 가동 접점 스프링(14)은 요크(32)의 상승면의 배면에 고정되어 있다. 아마추어(14e)는 상술한 바와 같이 판 형상인데 고정 접점 단자(22, 23) 방향의 일변에 걸림부(14f)가 돌출되어 있다. 이 걸림부(14f)는 상기 가동 접점 스프링(14)의 상기 두 갈래의 선단부의 틈 방향으로 돌출되어 있다. 걸림부(14f)는 전자 블럭(3)의 상부 플랜지부(34)에 형성된 스토퍼(34a)에 인입되고 가동 접점(14a, 14b)의 개리시 상기 스토퍼(34a)에 걸려 가동 접점 스프링(14)의 진동 및 소음 발생을 억제한다.
고정 접점 단자(22, 23)는 상기 2개의 가동 접점(14a, 14b)의 요동 방향에 설치된다. 고정 접점 단자(22, 23)는 판 형상의 부재로 구성되고 그 선단부가 대략 L자 형상으로 절곡된 형상을 가지며 그 절곡된 선단부에 고정 접점(22a, 23a)이 각각 설치된다. 고정 접점 단자(22, 23)의 일단은 베이스 블록(2)에 삽입되고 타단인 상기 선단부에는 고정 접점(22a, 23a)이 가동 접점(14a, 14b)과 맞닿도록 배치되어 설치되어 있다. 고정 접점 단자(22, 23)는 2개로 구성되어 있고, 각 고정 접점 단자(22, 23)의 각 타단에 고정 접점(22a, 23a)이 배치되어 있다.
베이스 블록(2)은 절연 부재로서 몰드 성형에 의해 형성되어 있으며 상부가 개방된 대략 육면체 형상을 갖고 릴레이 장치의 부품들이 내측에 안착된다. 즉, 전자 블록(3)이 베이스 블록(2)의 개방면으로 삽입되어 놓이고, 고정 접점 단자(22, 23), 가동 접점 단자(14c, 14d) 그리고 코일 단자(36, 37)가 베이스 블록(2)의 개방면으로 삽입된 후 관통하여 외부로 노출된다.
전자 블록(3)은, 코일 어셈블리(31), 요크(32), 코어(33), 플랜지부(34, 35) 및 코일 단자(36, 37)를 포함하여 이루어진다. 코일 어셈블리(31)는, 중심부에 구멍이 형성된 코일 보빈에 코일이 감겨져 있으며, 그 코일의 양단부는 코일 보빈의 하측의 플랜지부(35)의 측면에 끼워 넣어진 한 쌍의 코일 단자(36, 37)에 연결된다. 요크(32)는, 대략 직각을 형성하는 2면, 즉 L자 형상으로 형성되고, 하면이 베이스 블록(2)에 평행하게 설치된다. 요크(32)의 하면에는 코어(33)와 걸어 맞춰지는 구멍(32a)이 형성되어 있다. 코어(33)는 헤드와 몸통이 있는 축체로서 헤드의 직경은 몸통의 직경보다 크고, 상기 몸통의 하단부에는 직경이 축소된 단부가 설치되어 있다. 코어(33)의 헤드는 상측 플랜지부(34)의 위로 돌출되면서 그 상측 플랜지부(34)에 걸리도록 상측 플랜지부(34)의 홈의 구멍보다 직경이 크다. 요크(32)의 하면에 코일 어셈블리(31)가 올려지고 코일 보빈의 구멍 및 상기 하면에 형성된 구멍(32a)에 코어(33)가 삽입 통과된다. 따라서, 코일 어셈블리(31), 요크(32), 코어(33), 플랜지부(34, 35)는 일체가 되도록 코킹 접합되어 있다.
이와 같이 구성된 전자 블록(3)은, 한 쌍의 코일 단자(36, 37)에 전압을 인가하면 전자 블록(3)에 전자기력이 발생하고 위쪽에 위치한 아마추어(14e)가 흡인되어 가동 접점(14a, 14b)이 아래쪽으로 요동하고, 전압을 끊는 경우 가동 접점 스프링(14)의 스프링 작용에 의해 가동 접점(14a, 14b)이 위쪽으로 개리된다.
커버(200)는, 베이스 블록(2)과 대략 동일 치수의 헐겁게 끼움 가능한 개구부를 가진 밀폐성을 갖는 상자 형상을 나타내고, 열강화성 수지 부재를 통하여 개구부의 내면이 베이스 블록(2)의 둘레 가장 자리부에 시일링되어 덮여져 있다.
이상과 같이 구성된 본 실시예에 있어서의 릴레이 장치는, 한 쌍의 코일 단자(36, 37)에 통전하기 전에는 아마추어(14e)의 걸림부(14f)가 스토퍼(34a)에 걸려있는 상태로 유지되고 따라서 가동 접점(14a, 14b)은 아래쪽의 고정 접점(22a, 23a)과는 개리 상태를 유지한다. 그리고, 한 쌍의 코일 단자(31g)에 통전함으로써, 아마추어(14e)가 전자력에 의해 코어(33)에 흡인되어, 가동 접점(14a, 14b)이 아래쪽의 고정 접점(22a, 23a)에 가압한 상태로 맞닿아 양쪽 접점이 닫힌다.
이상의 실시예의 릴레이 장치에서 첫 번째 발열 부위는 전자 블록(3)의 코일 어셈블리(31)이고, 두 번째 발열 부위는 고정 접점(22a, 23a)과 가동 접점(14a, 14b)의 접촉면이다. 한 쌍의 코일 단자(36, 37)에 통전을 하면, 코일 어셈블리(31)의 코일 보빈에 감긴 코일에서 열이 발생한다. 따라서 코일에서 발생하는 열을 소거하기 위한 공간이 필요하고, 또한 고정 접점(22a, 23a)과 가동 접점(14a, 14b)의 접촉면에서 발생하는 열을 소거하기 위한 공간이 필요하다. 이하에서는 이러한 공간을 도 3 및 도 4를 참조하여 정의한다.
도 3은 도 1의 릴레이 장치의 부분 단면도로서, 릴레이 장치의 본체(100)의 측면을 나타낸다. 도 3을 참조하면, 고정 접점(22a, 23a)과 고정 접점 단자(22, 23) 간의 접합면(510)을 기준으로 상기 커버(200) 내의 전체 공간을 두 부분으로 나눈다. 먼저, 상기 접합면(510)을 기준으로 하측 공간, 즉 전자 블록(3)을 포함하는 공간을 제 1 공간(410)으로 정의하고, 나머지 부분, 즉 상기 접합면을 기준으로 상측 공간을 제 2 공간(420)으로 정의한다. 이때 커버(200)의 내측 전체 부피를 Vt라 하고 제 2 공간(420)의 부피를 Ve라 하며, 제 2 공간(420)에서 부품들의 부피합을 Vr이라 한다.
릴레이 장치에서 첫 번째 발열 부위는 전자 블록(3)의 코일 어셈블리(31)로서, 구체적으로 코일 어셈블리(31)의 코일 보빈에 감긴 코일에서 주로 열이 발생한다. 따라서, 릴레이 장치의 제 1 공간(410) 내에서 발생한 열을 복사 작용과 대류 작용으로 소거하기 위해 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)은 적절하게 유지되어야 한다. 제 1 공간(410) 내에 위치하는 코일에서 발생하는 열은 상대적으로 빈 공간이 많은 제 2 공간(420)으로 복사 및 대류 작용에 의해 순환하기 때문이다. 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)이 작을 경우 열이 순환할 공간이 줄어들게 되어 성능에 악영향을 준다. 반면 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)을 크게 할 경우, 열을 소거하는 효율은 높아지지만, 제품 크기 및 단가가 증가하여 제품 경쟁력이 약화된다. 바람직하게, 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)은 19% 내지 27%이다. 이때 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)를 산출할 때, 커버(200) 내측에 부착되는 리브(lib)는 제외하여 산출한다. 즉 리브(lib)가 없는 상태를 가정하고 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)를 산출한다. 리브(lib)는 후술하는 바와 같이 제 2 공간(420)에서 부품들의 부피 합(Vr)을 산출할 때 부품으로 고려된다.
또한, 릴레이 장치에서 두 번째 발열 부위는, 고정 접점(22a, 23a)과 가동 접점(14a, 14b)의 사이이다. 따라서 상기 제 2 공간(420)의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)이 커져 빈 공간이 부족하게 되면, 고정 접점(22a, 23a)과 가동 접점(14a, 14b)의 개리시에 발생하는 아크로 인해 발생하는 열이 복사나 대류에 의해 순환할 공간이 줄어들게 된다. 아울러, 상기 첫 번째 발열 부위, 즉 코일 어셈블리(31)의 코일에서 발생하는 열도 제 2 공간(420)의 빈 공간을 순환해야 하는데, 제 2 공간(420)의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)이 커져 빈 공간이 부족하게 되면, 접점 사이의 열에 추가적으로 코일에서 발행하는 열이 더해져 릴레이 장치의 성능에 악영향을 준다. 반면, 커버(200)의 사이즈를 늘려 상기 제 2 공간(420)의 부피(Ve)를 증가시키는 것에 의해 제 2 공간(420)의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)을 작게 하여 빈 공간이 많아지게 할 경우에는, 제품 사이즈 및 단가가 증가하여 제품 경쟁력이 약화된다. 따라서, 바람직하게, 제 2 공간(420)의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)은 21% 내지 42%이다. 이때 제 2 공간(420)을 차지하는 부품에는 대표적으로 가동 접점 어셈블리(1)의 일부와, 고정 접점(22a, 23a)과, 전자 블럭(3)의 상부 플랜지부(34)에 형성된 스토퍼(34a)와, 커버(200) 내측에 형성되는 리브를 포함한다.
한편, 릴레이 장치에서 제 2 공간(420)의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)이 21% 내지 42%일 때는, 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)이 19% 내지 27%를 벗어나더라도, 릴레이 장치로서의 기능을 정상적으로 동작하고, 접점의 손상도 미미하다. 즉, 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)이 19% 내지 27%를 벗어나더라도, 제 2 공간(420)의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)이 21% 내지 42%일 때, 릴레이 장치는 본연의 기능을 정상적으로 동작하고 접점의 손상도 미미하다. 이에 대해서는 실험예로 후술하도록 한다.
도 4는 본 발명에서 릴레이 장치에 대해 정의하는 공간 및 부피 비율을 설명하는 개략적인 도면이다. 도 4에서 Vt는 릴레이 장치의 커버(200)의 내측 전체 부피를 나타낸다. 커버(200)는 일반적으로 플라스틱 수지를 이용하여 사출 성형하여 제조되고, 이때 커버(200)의 내측 표면에는 리브가 함께 성형된다. 이러한 리브는 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 고려되지 않고, 부품으로서 고려된다. 도 4에서 Vr1은 제 2 공간(420)에 존재하는 리브의 부피이다. 전술한 바와 같이, 릴레이 장치의 커버(200)의 내측 전체 공간은 고정 접점(22a, 23a)과 고정 접점 단자(22, 23) 간의 접합면을 기준으로 제 1 공간(410)과 제 2 공간(420)으로 나누어진다. 도 4에서 참조번호 510은 제 1 공간(410)과 제 2 공간(420)을 나누는 기준선을 나타낸다. 즉 고정 접점(22a, 23a)과 고정 접점 단자(22, 23) 간의 접합면을 포함하는 평면이 제 1 공간(410)과 제 2 공간(420)을 나누는 기준이 된다. 제 2 공간(420)의 부피는 도 4에 도시된 바와 같이 Ve이다. 그리고 도 4에 도시된 바와 같이, 제 2 공간(420)에 4개의 부품이 있다면, 제 2 공간(420)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)는, 그 4개의 부품들의 부피 합(Vr1+Vr2+Vr3+Vr4)이다.
이상의 실시예의 릴레이 장치는 기본적인 구성만을 나타낸다. 변형 실시예로서, 릴레이 장치는, 제 2 공간(420)에 아크 소호 부재를 더 포함할 수 있다. 아크 소호 부재는, 영구 자석 및 이들을 수용하는 프레임을 포함한다. 구체적으로, 각 고정 접점(22a, 23a)의 양 측에 서로 마주보게 영구 자석을 설치하면, 고정 접점(22a, 23a)과 가동 접점(14a, 14b) 간의 접촉 및 개리 과정에서 발생하는 아크를 소호할 수 있다. 이와 같이 릴레이 장치는 제품 설계 방식에 따라 제 2 공간(420)에 다양한 부품들을 추가하거나 뺄 수 있고 이러한 부품들의 부피를 고려하여 상술한 바와 같은 제 2 공간(420)의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)을 조절할 수 있다. 제 2 공간(420)의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)은, 커버(200)의 크기를 조절하여 조절할 수 있다. 또한, 상술한 실시예의 릴레이 장치는 외팔보(Cantilever) 타입을 기준으로 설명하고 있으나, 이와 다른 타입의 릴레이 장치인 래터(Ladder) 타입 릴레이 장치 등에도 동일한 원리가 적용됨은 물론이다.
이하에서는 도 1을 참조하여 설명한 릴레이 장치의 부피 비율에 따른 성능 실험 결과를 설명한다.
샘플 제작
먼저, 릴레이 장치의 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)에 따른 성능을 실험하기 위해, 도 1을 참조하여 설명한 구조의 릴레이 장치를 준비한다. 이때 제 2 공간(420)에 있는 부품들에 의한 성능 영향을 최소화하기 위해, 제 2 공간(420)의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)은 21.5%가 되도록 한다. 그리고 릴레이 장치의 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)이 16%부터 34%까지 0.5% 포인트씩 증가된 총 37개의 릴레이 장치를 준비한다. 이러한 37개의 릴레이 장치의 성능 실험 데이터는 도 5에 도시된 바와 같다. 도 5에서 Vt는 커버(200)의 내측 전체 부피이고, Ve는 제 2 공간(420)의 부피이다.
다음으로, 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)이 23%가 되도록 한 상태에서, 제 2 공간(420)의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)이 16%부터 45.5%까지 0.5% 포인트씩 증가된 총 60개의 릴레이 장치를 준비한다. 이러한 60개의 릴레이 장치의 성능 실험 데이터는 도 6에 도시된 바와 같다. 도 6에서 Ve는 제 2 공간(420)의 부피이고 Vr은 제 2 공간(420)의 부품들의 부피 합이다.
마지막으로, 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)이 18%가 되도록 한 상태에서, 제 2 공간(420)의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율이 16%부터 45.5%까지 0.5% 포인트씩 증가된 총 60개의 릴레이 장치를 준비한다. 이러한 60개의 릴레이 장치의 성능 실험 데이터는 도 7에 도시된 바와 같다. 도 7에서 Ve는 제 2 공간(420)의 부피이고 Vr은 제 2 공간(420)의 부품들의 부피 합이다.
성능 측정
위와 같이 다수 개의 릴레이 장치의 샘플을 준비한 후, 전압은 12V, 전류는 17A로 하여 통전을 하고, 2초 단위로 ON/OFF를 100,000회 실시한다. 부하는 램프 부하를 이용한다. 성능은 릴레이 장치가 통전되는지 여부, 접점의 소손 상태, 그리고 접점의 접촉 저항을 측정한다. 접점의 소손 상태는, A/B/C/D의 총 4가지로 구분한다. A 상태는, 접점 탄화 자국이 미미하고 접점 부분 및 이외의 부품들의 온도 차이가 미미한 상태이다. 도 8은 A 상태의 릴레이 장치의 열 해석 결과를 나타낸 도면이다. B 상태는, 접점 탄화 자국이 미미하지만 접점 부분에만 온도가 증가한 상태이다. 도 9는 B 상태의 릴레이 장치의 열 해석 결과를 나타낸 도면이다. C 상태는 접점 탄화 자국이 현미경으로 식별 가능하고 접점 부분 및 인접 부분까지 온도가 증가한 상태이다. 도 10은 C 상태의 릴레이 장치의 열 해석 결과를 나타낸 도면이다. D 상태는 접점 탄화 자국이 육안상 식별 가능하고 접점 부분, 가동 접점 스프링(14) 및 고정 접점 단자(22, 23)의 대부분이 온도가 증가한 상태이다. 도 11은 D 상태의 릴레이 장치의 열 해석 결과를 나타낸 도면이다. 도 8 내지 도 11에서 범례의 단위는 ℃이다.
도 5는 일 실시예에 따른 릴레이 장치의 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)에 따른 성능 결과를 나타낸 도면으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 릴레이 장치의 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)이 19% 내지 27%(샘플 7 ~ 샘플 23)일 때, 릴레이 장치의 통전이 가능하면서 접점 손상은 최상의 상태인 A 상태가 된다. 그러나 릴레이 장치의 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)이 19% 미만(샘플 1 ~ 샘플 6)이 되면, 코일 어셈블리(31)의 코일에서 발생하는 열이 제 2 공간(420)을 통해 충분히 소거되지 않고, 접점 소손은 B 상태 및 C 상태가 된다. 한편, 릴레이 장치의 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt))이 27%를 초과(샘플 24 ~ 샘플 37)하게 되면, 코일에서 발생하는 열을 충분히 소거할 수 있지만, 그만큼 커버(200)의 크기가 커지게 되어 제품 사이즈 및 단가가 상승하여 제품 경쟁력이 약화된다. 따라서, 릴레이 장치의 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)은 19% 내지 27%인 것이 바람직한 것을 알 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 릴레이 장치의 제 2 공간(420)의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)에 따른 성능 결과를 나타낸 도면으로, 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)이 23%가 되도록 한 상태에서, 제 2 공간(420)의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)을 달리하여 성능을 실험한 결과이다. 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)이 23%인 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 릴레이 장치의 통전이 가능하고 접점 손상은 최상의 상태인 A 상태이다. 그러나, 도 6을 참조하면, 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)이 23%라도, 제 2 공간(420)의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)이 42%를 초과(샘플 54 ~ 샘플 60)하게 되면, 릴레이 장치의 통전은 가능하나 접점 손상은 B 상태가 되고, 아울러 접촉 저항도 26.8mΩ 이상이 된다. 반면, 제 2 공간(420)의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)이 42% 이하(샘플 11~ 샘플 53)가 되면, 릴레이 장치의 통전은 가능하면서 접점 손상은 A 상태가 되고, 아울러 접촉 저항도 최대 13.2mΩ으로 접촉 저항도 대폭 줄어든다. 한편, 제 2 공간(420)의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)이 21% 미만(샘플 1 ~ 샘플 10)이 되면, 접점 손상이 A 상태라 해도 그만큼 커버(200)의 크기가 커지게 되어 제품 사이즈 및 단가가 증가하게 되어 제품 경쟁력이 약화된다. 따라서, 릴레이 장치의 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)이 19% 내지 27%이면서, 제 2 공간(420)의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)이 21% 내지 42%인 것이 가장 바람직하다.
도 7은 다른 실시예에 따른 릴레이 장치의 제 2 공간(420)의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)에 따른 성능 결과를 나타낸 도면으로, 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)이 18%가 되도록 한 상태에서, 제 2 공간(420)의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)을 달리하여 성능을 실험한 결과이다. 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)이 18%인 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 릴레이 장치의 통전이 가능하고 접점 손상은 B 상태이다. 그러나, 도 7을 참조하면, 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)이 18%라도, 제 2 공간(420)의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)이 42%를 초과(샘플 54 ~ 샘플 60)하게 되면, 릴레이 장치의 통전은 불가능하고 접점 손상은 D 상태가 된다. 즉 접점 탄화 자국이 육안상 식별 가능할 정도로 탄화 가루가 다량 발생하여 통전 자체가 안 되어 동작하지 않는다. 그만큼 제 2 공간(420)에서 부품들이 차지하는 공간이 많아져 열이 순환할 공간이 없어졌기 때문이다. 한편, 제 2 공간(420)의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)이 21% 미만(샘플 1 ~ 샘플 10)이 되면, 통전이 가능하고 접점 손상이 B 상태라 해도 그만큼 커버(200)의 크기가 커지게 되어 제품 사이즈 및 단가가 증가하게 되어 제품 경쟁력이 약화된다. 따라서, 릴레이 장치의 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)에 상관없이, 제 2 공간(420)의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)은 최소한 21% 내지 42%인 것(샘플 11 ~ 샘플 53)이 바람직하다.
본 명세서는 많은 특징을 포함하는 반면, 그러한 특징은 본 발명의 범위 또는 특허청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 개별적인 실시예에서 설명된 특징들은 단일 실시예에서 결합되어 구현될 수 있다. 반대로, 본 명세서에서 단일 실시예에서 설명된 다양한 특징들은 개별적으로 다양한 실시예에서 구현되거나, 적절히 결합되어 구현될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
14 : 가동 접점 스프링
14a, 14b : 가동 접점
14e : 아마추어
14f : 걸림부
2 : 베이스 블록
22, 23 : 고정 접점 단자
22a, 23a : 고정 접점
3 : 전자 블록
31 : 코일 어셈블리
32 : 요크
33 : 코어
34, 35 : 플랜지부
36, 37 : 코일 단자
34 : 스토퍼
200 : 커버

Claims (5)

  1. 코일을 통해 선택적으로 전자기력을 발생하는 전자 블록; 각각 고정 접점이 설치되는 두 개의 고정 접점 단자; 상기 전자기력에 의해 요동하여 상기 고정 접점과 접촉하거나 개리되는 가동 접점이 선단부에 설치되어 있는 가동 접점 어셈블리; 및 상기 전자 블록, 상기 고정 접점 단자 및 상기 가동 접점 어셈블리를 유지하는 베이스 블록;을 커버 내에 수납한 릴레이 장치에 있어서,
    고정 접점과 고정 접점 단자 간의 접합면을 기준으로 상기 커버 내의 전체 공간은 두 부분으로 나누어지고, 상기 접합면을 기준으로 상기 전자 블록을 포함하는 부분은 제 1 공간으로 정의하고, 나머지 부분은 제 2 공간으로 정의하며,
    상기 커버 내의 전체 공간을 두 부분으로 나누는 기준인 고정 접점은,
    상기 전자기력에 의해 상기 가동 접점 어셈블리의 일부가 흡인될 때 가동 접점과 접촉하는 고정 접점이고,
    상기 커버의 내측 전체 부피(Vt) 중에서 상기 제 2 공간이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)은, 19% 내지 27%인 릴레이 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 공간의 부피(Ve)에 대한 상기 제 2 공간을 차지하는 부품들의 부피 합(Vr)의 비율(Vr/Ve)은, 21% 내지 42%인 릴레이 장치.
  3. 삭제
  4. 코일을 통해 선택적으로 전자기력을 발생하는 전자 블록; 각각 고정 접점이 설치되는 두 개의 고정 접점 단자; 상기 전자기력에 의해 요동하여 상기 고정 접점과 접촉하거나 개리되는 가동 접점이 선단부에 설치되어 있는 가동 접점 어셈블리; 및 상기 전자 블록, 상기 고정 접점 단자 및 상기 가동 접점 어셈블리를 유지하는 베이스 블록;을 커버 내에 수납한 릴레이 장치에 있어서,
    고정 접점과 고정 접점 단자 간의 접합면을 기준으로 상기 커버 내의 전체 공간은 두 부분으로 나누어지고, 상기 접합면을 기준으로 상기 전자 블록을 포함하는 부분은 제 1 공간으로 정의하고, 나머지 부분은 제 2 공간으로 정의하며,
    상기 커버 내의 전체 공간을 두 부분으로 나누는 기준인 고정 접점은,
    상기 전자기력에 의해 상기 가동 접점 어셈블리의 일부가 흡인될 때 가동 접점과 접촉하는 고정 접점이고,
    상기 제 2 공간의 부피(Ve)에 대한 상기 제 2 공간을 차지하는 부품들의 부피 합(Vr)의 비율(Vr/Ve)은, 21% 내지 42%인 릴레이 장치.
  5. 삭제
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