KR101943364B1 - 전자개폐기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자개폐기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고정코어와 가동코어의 접촉중심이 일치하도록 하여 자기력을 최대로 활용하여 차단 성능의 저하를 방지하도록 한 전자개폐기에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자개폐기는 관체와 복수개의 플랜지로 구성되며, 상기 관체의 외주면에는 코일이 권선되는 보빈; 상기 관체의 내부에 상기 관체와 소정 간격을 두고 이격하여 고정 설치되는 고정코어; 상기 관체의 내부에 슬라이딩 가능하게 설치되고 상기 고정코어에 접촉 또는 분리될 수 있는 가동코어;를 포함하고, 상기 관체의 하부에는 내주면을 따라 가이드부가 돌출 형성되어 상기 가동코어가 고정코어의 중심축을 따라 일직선 상에서 움직이도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

전자개폐기{Magnetic Switch}

본 발명은 전자개폐기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고정코어와 가동코어의 접촉중심이 일치하도록 하여 자기력을 최대로 활용하여 차단 성능의 저하를 방지하도록 한 전자개폐기에 관한 것이다.

일반적으로 전자개폐기(Magnetic Switch) 또는 직류 릴레이(Direct Current Relay)는 전자석의 원리를 이용하여 기계적인 구동과 전류신호를 전달해주는 전기적인 회로 개폐 장치의 일종으로, 각종 산업용 설비, 기계 및 차량 등에 설치된다.

특히, 전기자동차용 릴레이의 경우 하이브리드(Hybrid) 자동차, 연료전지 자동차, 골프 카트(Golf Cart) 및 전동 지게차와 같은 전기 자동차의 배터리 시스템에 위치하여 주전류의 통전을 개폐하는 역할을 하기도 한다.

도 1에 종래기술에 따른 전자개폐기의 종단면도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 분해사시도이다.

종래기술에 따른 전자개폐기의 구성 및 제조공정은 다음과 같다. 위로부터 고정접점(1)이 설치된 아크 챔버(2), 가동접점(3)이 설치된 가동축 어셈블리(4), 플레이트(5), 고정코어(6), 가동코어(7)가 순차적으로 적층되고, 가동축(8)의 하단부를 레이저 용접으로 가동코어(7)에 완전히 고정시킨다. 또한, 상단의 아크챔버(2)를 플레이트(5)에 레이져 용접하여 고정 접점(1)과 가동 접점(3)이 작동되는 공간을 완전히 밀봉시킨다. 또한, 고정코어(6)와 가동코어(7)를 실린더(9)로 씌우고 실린더(9)를 플레이트(5)의 하부에 기밀 용접한다. 그리고, 하부에는 코일(5b)이 권선된 코일 어셈블리(5a)와 요크(5c)가 결합된다.

전자개폐기는 코일(5b)에서 발생하는 자기장에 의해 플레이트(5), 요크(5c), 가동코어(7), 고정코어(6)를 거치는 자로가 형성되며, 이때 고정코어(6)에 발생하는 자기력에 의해 가동코어(7)가 고정코어(6)에 흡인되고, 가동코어(7)에 고정된 가동축(8)이 함께 움직이면서 가동축(8) 상부에 결합된 가동접점(3)을 밀어올려 고정접점(1)에 접촉되어 통전이 일어나도록 하는 기구이다.

종래기술에 따른 전자개폐기에 있어서, 아크 챔버(2) 내부에는 소호용 가스 가 충전되므로 밀폐 구조로 이루어져야 한다. 또한, 고정코어(6)와 가동코어(7)는 정확히 중심이 일치하여 작동하여 자기력의 손실이 일어나지 않도록 하는 것이 중요하다.

여기서, 실린더(9)는 디프 드로잉(Deep Drawing)이라는 프레스(Press) 가공을 통해 제작된다. 하지만 프레스 가공의 특성상 타발로 원재료 두께를 아래로 찍어 눌러 실린더(9) 구조를 만들어 내기 때문에, 실린더 부품은 정확한 직각을 이룰 수 없고 약간의 구배(경사)각을 가지게 된다. 이 때문에 실린더(9)의 하부는 가동코어(7)와 간섭이 발생할 가능성이 있다. 이를 피하기 위해, 가동코어(7)의 외경을 실린더(9)의 내경보다 약간 작게 만들어 간섭을 방지하였다.

그런데, 이와 같은 경우 가동코어(7)와 실린더(9) 사이에 존재하는 유격으로 인해 장기간의 사용시 마찰에 따른 마모현상이 발생할 수 있다. 즉, 가동코어(7)와 실린더(9) 부품에서 떨어져 나온 철가루가 잔류하게 되는 문제점이 있다. 또한, 가가 일정한 직선상의 운동을 하지 못해 자기력을 최대한 이용하지 못하고, 차단 시간이 증가하거나 전압 손실이 발생하는 등 차단성능이 저하될 수 있다는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 그 목적은 고정코어와 가동코어의 접촉중심이 일치하도록 하여 자기력을 최대로 활용할 수 있도록 하는 전자개폐기를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전자개폐기는 관체와 복수개의 플랜지로 구성되며, 상기 관체의 외주면에는 코일이 권선되는 보빈; 상기 관체의 내부에 상기 관체와 소정 간격을 두고 이격하여 고정 설치되는 고정코어; 상기 관체의 내부에 슬라이딩 가능하게 설치되고 상기 고정코어에 접촉 또는 분리될 수 있는 가동코어;를 포함하고, 상기 관체의 하부에는 내주면을 따라 가이드부가 돌출 형성되어 상기 가동코어가 고정코어의 중심축을 따라 일직선 상에서 움직이도록 하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 가동코어의 외주면은 길이방향을 따라 단차나 경사가 형성되지 않고 일정하게 유지되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가이드부의 내경은 상기 가동코어의 외경과 동일하게 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가이드부의 내경은 상기 고정코어의 외경보다 작게 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가이드부의 길이는 상기 가동코어의 길이보다 작게 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 개방상태에서 상기 가이드부의 상단은 상기 가동코어의 상단과 일치하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 가이드부에는 길이방향을 따라 복수 개의 스플라인홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 각 실시예에 따른 전자개폐기에 의하면 보빈 내주면에 가동코어 가이드부가 형성되어 가동코어가 고정코어의 중심축을 따라 일직선 상에서 움직이게 된다. 이에 따라, 가동코어와 고정코어의 중심축이 일치되어 접촉 또는 분리되므로 전압손실 없이 자기력을 최대로 활용하여 동작시간의 손실 없이 최적화된 차단 성능을 발휘하게 되는 효과가 있다.

또한, 실린더를 제거하고, 고정코어를 공용화함으로써 부품수를 줄이고 생산비용을 절감하며 조립공정을 단순화하는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 전자개폐기의 종단면도이다.
도 2는 도 1의 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자개폐기의 종단면도이다.
도 4는 도 3의 분해사시도이다.
도 5는 도 3에서 A-A 부분의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자개폐기에서 A-A부분의 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이며, 이로 인하여 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는 것이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자개폐기의 종단면도이고, 도 4는 도 3의 분해사시도, 도 5는 도 3에서 A-A 부분의 단면도이다. 도면을 참조하여 본 발명의 각 실시예에 따른 전자개폐기에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전자개폐기는 관체(32)와 복수개의 플랜지(33)로 구성되며, 상기 관체(32)의 외주면에는 코일(35)이 권선되는 보빈(31); 상기 관체(32)의 내부에 고정 설치되는 고정코어(20); 상기 관체(32)의 내부에 슬라이딩 가능하게 설치되고 상기 고정코어(20)에 접촉 또는 분리될 수 있는 가동코어(25);를 포함하고, 상기 관체(32)의 하부에는 내주면을 따라 가이드부(34)가 돌출 형성되어 상기 가동코어(25)의 작동이 고정코어(20)의 중심축을 따라 일직선 상에서 움직이도록 하는 것을 특징으로 한다.

상부 프레임(10)은 대략적으로 하면이 개방된 상자형으로 형성될 수 있다. 상부 프레임(10)은 플라스틱 등 합성수지 재질로 형성될 수 있다. 상부 프레임(10)은 사출성형물로 이루어질 수 있다.

상부 프레임(10)의 상면에는 고정접점(11)이 설치될 수 있는 접점홀(13)이 한 쌍 형성된다.

상부 프레임(10)의 전면에는 고정접점(11)에 연결되는 터미널(15) 또는 버스바(bus bar)가 삽입될 수 있다. 터미널(15)은 전도성이 좋은 은(Ag) 등의 재질로 형성될 수 있다. 또한, 터미널(15)의 일부에는 고정접점(11)이 삽입 설치될 수 있는 관통홀(15a)이 형성된다.

상부 프레임(10)의 전,후면에는 영구자석(16)이 배치될 수 있다. 상부 프레임(10)의 상부에는 상기 영구자석(16)을 고정시킬 수 있는 영구자석 홀더(17)가 마련될 수 있다.

한 쌍의 고정접점(11)은 터미널(15)의 관통홀(15a) 및 상부 프레임(10)의 접점홀(13)에 삽입되어 상부 프레임(10)의 외부에 노출되며, 전원 또는 부하와 연결될 수 있는 단자이다. 한 쌍의 고정접점(11)은 구리(Au) 등 전도성이 좋은 재질로 형성될 수 있다. 한 쌍의 고정접점(11)의 상단부는 전원 또는 부하와 연결되고, 하단부는 가동접점(12)과 접촉될 수 있다.

가동접점(12)은 상부 프레임(10)의 내부에 삽입 설치되며, 한 쌍의 고정접점(11)에 접촉 또는 분리되는 단자이다. 가동접점(12)은 상술한 한 쌍의 고정접점(11)의 하단부와 접촉한다. 가동접점(12)은 평평하게 형성되며 소정의 두께를 갖는 판상체와 한 쌍의 고정접점(11)에 접촉될 수 있는 한 쌍의 접점부를 갖는다. 이러한 가동접점(12)은 코일 어셈블리(30) 내부에 설치되는 샤프트(23)에 고정되어 샤프트(23)가 축방향을 따라 선형구동함에 따라 한 쌍의 고정접점(11)에 접촉되거나 분리될 수 있다. 가동접점(12)이 한 쌍의 고정접점(11)에 접촉되면 회로가 폐로되어 통전이 일어나고, 가동접점(12)이 한 쌍의 고정접점(11)으로부터 분리되면 회로가 개방되어 전류의 흐름이 차단된다.

코일 어셈블리(30)는 제어 전원에 의해 자기장을 형성하도록 마련된다. 코일 어셈블리(30)는 전자석의 원리를 이용하도록 자기력을 제공하게 된다. 코일 어셈블리(30)는 보빈(31)과 코일(35) 및, 코일 터미널(36) 등으로 구성될 수 있다.

보빈(31)은 코일 어셈블리(30)를 지지 및 형성하는 구조물이다. 보빈(31)은 관체(32)와 관체(32) 주변에 형성되는 다수 개의 플랜지(33)로 구성될 수 있다. 보빈(31)은 플라스틱 등 합성수지물로 형성될 수 있다. 이에 따라, 고정코어(20) 및 가동코어(25)와 접촉하더라도 마찰을 적게 일으켜서 마모를 줄일 수 있다. 관체(32)의 내부에는 고정코어(20)와 가동코어(25)가 삽입 설치되고, 관체(32)의 외주면에는 코일(35)이 권선된다.

코일(35)은 코일 터미널(36)을 통해 외부의 제어 전원을 공급받게 된다. 코일(35)에 전원이 공급되면 코일(35) 주변에는 자기장이 형성된다.

고정코어(20)가 관체(32)의 내부에 고정적으로 설치된다. 고정코어(20)는 코일(35) 주변에 형성되는 자기장 내에서 자화되어 자속밀도를 증대시키기 위하여 구비된다. 고정코어(20)는 상부 프레임(10)과 요크(37) 사이의 플레이트와 일체로 구성될 수 있다. 즉, 고정코어(20)의 상부면은 플랜지를 형성할 수 있다. 고정코어(20)는 철재로 형성될 수 있다. 여기서, 고정코어(20)는 관체(32)로부터 소정거리 이격하여 설치된다. 이에 따라, 고정코어(20)는 관체(32)와의 마찰을 갖지 않으므로 개폐 충격에 의한 마모 등이 발생하지 않는다. 또한, 종래의 실린더 부품이 제거되었지만, 고정코어(20)의 크기를 관체(32)에 맞출 필요가 없이 종래와 동일한 부품을 사용할 수 있으므로 설계 및 생산비용을 줄일 수 있다.

가동코어(25)가 고정코어(20)의 하부에 슬라이딩 가능하게 설치된다. 가동코어(25)는 샤프트(23)의 하단부(23a)에 결합되어 샤프트(23)와 함께 움직이게 된다. 가동코어(25)는 고정코어(20)와 마찬가지로 철재로 형성될 수 있다.

샤프트(23)가 고정코어(20) 및 가동코어(25)의 중심을 관통하여 설치된다. 샤프트(23)의 하단부(23a)에는 가동코어(25)가 고정적으로 결합되고, 고정코어(20)에 슬라이딩 가능하게 설치된다.

관체(32)의 하부에는 내주면 상에 가이드부(34)가 돌출 형성된다. 가이드부(34)는 후술하는 가동코어(25)를 지지하고 움직임을 안내하기 위하여 마련된다. 가동코어(25)의 외주면은 길이방향을 따라 단차나 구배각(경사각)이 형성되지 않고 일정하게 유지된다.

상기 관체(32)의 내경은 상기 가동코어(25)의 외경과 동일하게 형성될 수 있다. 이에 따라, 가동코어(25)가 움직일 때 상기 가이드부(34)의 안내를 받아 일정한 직선운동을 할 수 있게 된다.

상기 가이드부(34)의 내경은 상기 고정코어의 외경보다 작게 형성될 수 있다. 이에 따라, 가이드부(34)가 충분한 두께를 갖게 되어 안정적인 지지력을 나타낼 수 있게 된다.

가이드부(34)는 합성수지 등으로 형성되므로 가동코어(25)와 접촉하는 경우에는 마찰을 줄이고 부품의 마모를 줄일 수 있게 된다.

가이드부(34)에 의해 가동코어(25)는 중심축을 따라 일직선 상에서 움직이므로 고정코어(20)에 의해 흡입될 때 자기력의 손실을 최소화하여 안정적인 차단 성능을 유지할 수 있게 된다.

가이드부(34)의 길이는 가동코어(25)의 길이보다 작게 형성될 수 있다. 이에 따라, 가이드부(34)와 가동코어(25)가 접촉하는 면적을 줄임으로써 마찰을 최소화할 수 있다. 물론, 이때 가이드부(34)의 길이는 가이드부(34)에 의한 지지력이 소실되지 않는 범위 내에서 이루어지는 것이 바람직하다.

개방상태에서 가이드부(34)의 상단은 가동코어(25)의 상단과 일치하도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 차단 작동시에 가이드부(34)와 가동코어(25)의 접촉면적을 줄임으로써 마찰을 감소시킬 수 있다. 또한, 가이드부(34)의 상단부는 경사면으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 가이드부(34)의 지지력을 높이고, 상단부에서의 접촉저항을 감소시킬 수 있게 된다.

도 6에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자개폐기가 도시되어 있다. 가이드부(44)에는 길이방향을 따라 복수 개의 스플라인홈(45)이 형성된다. 이에 따라, 가이드부(34)가 강성을 오히려 증대시키면서 접촉면적은 감소시켜 마찰력을 줄이도록 하는 효과가 있다.

본 발명의 각 실시예에 따른 전자개폐기에 의하면 보빈 내주면에 가동코어 가이드부가 형성되어 가동코어가 고정코어의 중심축을 따라 일직선 상에서 움직이게 된다. 이에 따라, 가동코어와 고정코어의 중심축이 일치되어 접촉 또는 분리되므로 전압손실 없이 자기력을 최대로 활용하여 동작시간의 손실 없이 최적화된 차단 성능을 발휘하게 되는 효과가 있다.

또한, 실린더를 제거하고, 고정코어를 공용화함으로써 부품수를 줄이고 생산비용을 절감하며 조립공정을 단순화하는 효과가 있다.

또한, 종래기술에서 가동코어와 실린더 사이에서 발생하던 철가루 발생 현상이나 비틀림 결합 등이 발생하지 않게 된다.

이상에서 설명한 실시예들은 본 발명을 구현하는 실시예들로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 상부 프레임 11 고정접점
12 가동접점 13 접점홀
15 터미널 15a 관통홀
16 영구자석 17 영구자석 홀더
20 고정코어 23 샤프트
23a 하단부 25 가동코어
30 코일 어셈블리 31 보빈
32 관체 33 플랜지
34 가이드부 35 코일
36 코일 터미널 37 요크
44 가이드부 45 스플라인홈

Claims (7)

1. 관체와 복수개의 플랜지로 구성되며, 상기 관체의 외주면에는 코일이 권선되는 보빈;
   상기 관체의 내부에 상기 관체와 소정 간격을 두고 이격하여 고정 설치되는 고정코어;
   상기 관체의 내부에 슬라이딩 가능하게 설치되고 상기 고정코어에 접촉 또는 분리될 수 있는 가동코어;를 포함하고,
   상기 관체의 하부에는 내주면을 따라 가이드부가 돌출 형성되어 상기 가동코어가 고정코어의 중심축을 따라 일직선 상에서 움직이도록 하고,
   상기 가동코어의 외경은 상기 가이드부의 내경과 동일하게 형성되고,
   상기 고정코어의 외경은 상기 가이드부의 내경보다 크게 형성되고,
   상기 가이드부의 길이는 상기 가동코어의 길이보다 작게 형성되고,
   개방상태에서 상기 가이드부의 상단은 상기 가동코어의 상단과 일치하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 전자개폐기.
2. 제1항에 있어서, 상기 가동코어의 외주면은 길이방향을 따라 단차나 경사가 형성되지 않고 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 전자개폐기.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서, 상기 가이드부에는 길이방향을 따라 복수 개의 스플라인홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 전자개폐기.

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