KR102015153B1 - 쌍극 쌍투 근접 스위치 - Google Patents

Abstract

근접 스위치들은 수중과 핵 전력 설비들과 같은, 가혹한 환경들과 상당한 압력들 하에서 교체나 주기적인 유지를 필요로 하는 어떠한 부품들도 갖지 않고 사용될 수 있는 기밀하게 밀봉된 유닛을 포함한다. 근접 스위치들은 변화하는 자기력들에 응답하는 접촉의 물리적 움직임에 의해 작동되는 스위치인 것이 바람직하다. 스위치들은 몸체 튜브의 개방 단부를 밀봉하기 위한 기밀 밀봉 어셈블리 및/또는 몸체 튜브 내부의 스위치에 부착된 전기 배선들이 스위치로부터 떨어져 나가는 것을 방지하는 페룰을 선택적으로 포함하는 몸체 튜브에 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 스위치들은 접촉 중단 없이 10g의 가속도 내진 테스트를 견디기 위해 충분한 전기 접촉들 사이의 접촉 압력을 유지하는 것이 바람직하다.

Description

쌍극 쌍투 근접 스위치 {DOUBLE POLE - DOUBLE THROW PROXIMITY SWITCH}

본 발명은 일반적으로 전기 스위치들에 관한 것이며, 특히 핵 환경들에서 사용하기 위한 쌍극 쌍투 근접 스위치들에 관한 것이다.

원자로들은 원자로가 어떠한 긴급 상황에서도 정지할 수 있도록 보장하기 위하여 튼튼한 제어 시스템들을 필요로 한다. 격납 용기 파괴들과 같은 극한의 긴급 상황들에서, 원자로들은 냉각 유체의 손실을 경험할 수 있고, 이는 잠재적으로 제어불가능한 원자로(즉, 핵 용융)를 야기할 수 있다. 이러한 상황들에서, 원자로의 제어 시스템들은 손상 또는 다른 비정상적 동작 조건들에 상관 없이 원자로를 정지할 수 있어야 한다. 제어 시스템들이 어떠한 상황에서도 원자로를 정지할 수 있도록 보장하기 위하여, 제어 시스템 컴포넌트들은 엄격한 테스트 조건들을 겪는다.

제어 시스템들 중 하나의 컴포넌트는 근접 또는 제한 스위치이다. 근접 또는 제한 스위치는 타겟의 근접도에 기초하여 다양한 전기 회로들을 완성하기 위해 자기 인력을 사용할 수 있다. 예를 들어, 냉각수의 손실동안, 냉각수 레벨 센서(플로트 센서와 같은)가 점진적으로 근접 스위치에 도달할 수 있다. 센서가 센서의 최대 검출 범위에 도달할 때, 센서는 냉각수의 손실을 나타내는 및/또는 원자로에 대한 정지 시퀀스를 시작하는 다양한 전기 회로들을 완성할 수 있다. 이러한 근접 스위치들은 극한의 조건들동안 타겟을 검출할 수 있어야 한다. 결과적으로, 많은 규제 기관들이 엄격한 테스트들을 통과하기 위해 핵 동작들에서 사용된 근접 스위치들을 필요로 한다. 이러한 테스트들 중 하나는 근접 스위치가 지진의 상황들을 모의하기 위하여 10g까지의 격렬한 가속도들을 겪는 내진 테스트이다. 근접 스위치는 접촉 단절없이 내진 테스트에서 생존하여야 한다.

핵 동작을 위해 필요한 엄격한 테스트들을 통과하기 위해 보여졌던 스위치 중 하나의 타입은 NAMCO®에 의해 제조되는 것 중 하나인, 고증폭 비율 기계식 스위치이다. 그러나, 이러한 고증폭 비율 기계식 스위치들은 저전력에서의 저성능(저항 문제들로 인한), 타겟으로 연결하는 레벨 암의 필요, 복잡한 내부 이동 부분들(예를 들면, 스프링들, 캠들, 등), 잠재적 오염 진입의 다중점들, 내부 이동 컴포넌트들의 보충적 수리 및 정기적 유지, 일반적으로 9년보다 낮은 짧은 서비스 수명과 같은 다양한 단점들을 가지고 있다.

근접 스위치는 블라인드 보어, 폐쇄 단부, 및 개방 단부를 갖는 몸체 튜브와; 블라인드 보어 내부에 배치된 자기 근접 스위치 어셈블리와; 자기 근접 스위치 어셈블리와 개방 단부 사이의 블라인드 보어를 덮는 기밀 밀봉과; 기밀 밀봉과 개방 단부 사이의 블라인드 보어의 표면에서 규정된 환형 숄더에 대치하여 배치된 크러쉬 링과; 블라인드 보어의 개방 단부로 돌려끼워서 크러쉬 링을 밀봉하도록 맞물리는 나사식 플러그 몸체를 갖는 크러쉬 링 압축 디바이스와; 크러쉬 링 압축 디바이스와 기밀 밀봉 사이의 임의의 공간을 채우는 포팅을 포함한다. 기밀 밀봉, 포팅, 및 크러쉬 링 압축 디바이스는 블라인드 보어를 밀봉하고 가압 및 잠수 테스트동안 또는 가혹한 환경 팩터들로의 노출동안 자기 근접 스위치를 보호한다.

크러쉬 링은 선택적으로 원형 세로 축을 갖는 중공 튜브의 형태일 수 있다. 기밀 밀봉은 선택적으로 블라인드 보어와 상보적인 크기와 모양의 디스크와, 디스크를 통해 확장하는 튜브를 포함할 수 있다. 튜브는 자기 근접 스위치에 인접한 제 1 단부를 가져 그 안에 전기 접촉을 수신한다. 디스크의 외부 환형 주변은 블라인드 보어의 내부 표면으로 밀봉될 수 있다. 제 2 튜브가 디스크를 통해 확장할 수 있으며, 제 2 튜브는 그 안에 제 2 전기 접촉을 수신할 수 있다.

다른 선택에서, 전기 케이블이 자기 근접 스위치 어셈블리에 연결되고, 전기 케이블이 크러쉬 링 압축 디바이스를 통해 기밀 밀봉으로부터 확장하며, 전기 케이블이 튜브와 전기적으로 결합된다. 크러쉬 링 압축 디바이스는 선택적으로 중심 보어를 가지며, 전기 케이블은 중심 보어를 통해 확장한다. 중심 보어는 또한 원통형 부분과 원통형 부분으로부터 크러쉬 링에 대치하여 맞물려진 플러그 몸체의 제 1단부로 확장하는 제 1 테이퍼링된 부분을 포함할 수 있다. 크러쉬 링 압축 디바이스는 포팅을 중심 보어로 압축한다.

다른 실시예에서, 근접 스위치는 개방 단부를 갖는 보어를 갖는 몸체 튜브와; 보어 내부에 배치된 근접 스위치 어셈블리와; 개방 단부의 내부에 딱 맞아서 보어의 환형 벽에 대해 고정되는 몸체를 갖는 플러그로서, 플러그 몸체가 그를 통과하는 제 2 보어를 갖고; 근접 스위치 어셈블리와 전기적으로 결합되고 제 2 보어를 통해 연장하는 전기 리드와; 전기 리드를 둘러싸며 제 2 보어의 내부에 배치된 페룰과; 플러그와 결합되어 페룰을 제 2 보어와 밀봉 접촉으로 압박하고 제 2 보어 내의 고정 위치에 전기 리드를 고정시키는 잼 너트를 포함할 수 있다.

페룰은 선택적으로 제 2 보어 내에 끼워지는 테이퍼링된 노즈를 포함할 수 있다. 플러그는 선택적으로 근접 스위치 어셈블리에 대치하는 축을 따라 플러그 몸체의 외부 단부로부터 확장하는 니플을 포함할 수 있다. 제 2 보어는 니플을 통해 확장하는 테이퍼링된 부분을 가질 수 있고, 페룰은 잼 너트에 의해 테이퍼링된 부분으로 끼워질 수 있다.

니플은 선택적으로 외부 쓰레드들을 포함할 수 있으며, 잼 너트는 외부의 쓰레드들 상으로 돌려 끼워질 수 있다. 테이퍼링된 부분은 원뿔 보어를 형성할 수 있다. 한 배열에서, 페룰은 선택적으로 적어도 부분적으로 폴리에테르에테르케톤으로 만들어진다. 다른 선택에서, 페룰은 제 2 보어와 전기 리드를 밀봉되도록 맞물리고 따라서 제 2 보어의 전기 리드 주위에 밀봉을 형성하게 된다. 잼 너트는 선택적으로 페룰과 맞물리는 내향 방사 플랜지를 가질 수 있다.

또 다른 실시예에서, 근접 스위치 어셈블리는 1차 자석과; 1차 자석으로부터 이격된 피스톤 헤드와, 피스톤 헤드와 1차 자석을 연결하는 피스톤 막대를 포함하는 플런저와; 피스톤 헤드에 의해 이송되어 피스톤 헤드의 움직임으로 전기 회로를 개방 및/또는 폐쇄하도록 배열된 전기 접촉과; 1차 스위치와 피스톤 헤드 사이의 피스톤 막대에 인접하게 위치된 바이어싱 자석을 포함한다. 바이어싱 자석은 바이어싱 자석을 향하여 또는 그로부터 멀리 피스톤 막대를 따라 축 방향으로 1차 자석을 바이어스하도록 배열되고, 플런저와 1차 자석은 바이어싱 자석에 대하여 축을 따라 이동하도록 배열되며, 1 차 자석과 바이어싱 자석 사이에는 플럭스 슬리브가 배치되지 않는다. 1차 자석은 피스톤 막대에 부착된 리테이너에 의해 이송되며, 바이어싱 자석은 바이어싱 자석과 리테이너 사이에 배치된 벽을 포함하는 리테이너 몸체 내로 이송된다. 벽과 리테이너 사이에는 스페이서 또는 철을 함유한 물질이 배치되지 않는다.

부가적인 양상들에 따라, 여기서 도시되고 설명된 모든 기능적으로 가능하고 상이한 컴포넌트들 및 특성들의 조합들이 발명의 부가적인 양상들로서 확실히 포함되며, 도면들에는 확실히 도시되지 않은 다양한 배열들로 조합될 수 있는 분리가능하고 개별적인 기술적 개선들로 고려된다. 본 발명의 다른 양상들 및 장점들이 다음 설명을 참조하여 명확해질 것이다.

도 1은 근접 스위치의 세로 축에 따른 단면도이며; 및
도 2는 선 2-2에 따른 도 1의 근접 스위치의 단면도이다.

각 근접 스위치는 바람직하게 제 1 회로를 완성하는 상시 제 1 위치에 스위치를 유지하기 위한 내부 자기 바이어스를 생성하기 위해 스위치의 표면 가까이에 배치된 자석들의 어레이를 갖는 스위치 어셈블리를 포함한다. 제 1 회로는 스위치 어셈블리가 어떻게 배선되는지에 따라 상시 개방 또는 상시 폐쇄 회로일 수 있다. 스위치의 표면의 일정한 거리 내로 이동된 철제 금속으로 또는 바람직하게는 자화된 물질로 만들어진 타겟에 의해서와 같이, 내부 자기 바이어스가 차단되거나 또는 과전력되면, 바이어스의 변화는 전기 접촉들의 설정이 타겟이 일정한 거리 이내에 있는 동안은 제 2 회로를 완성하는 제 2 위치로 옮겨지도록 한다. 타겟이 스위치의 표면으로부터 제거되면, 자석들의 어레이는 스위치가 다시 제 1 위치로 옮겨지도록 하고 따라서 스위치는 다시 제 1 회로로 돌아간다. 결과적으로, 각 근접 스위치는 제 1 및 제 2 위치들 사이에서 분명하게 움직이며, 따라서 플러터를 최소화하거나 제거한다. 본 기술들의 다른 양상들에 따라 스위치 어셈블리들의 다른 타입들이 사용될 수 있다. 근접 스위치들은 바람직하게 수중이나 핵 전력 설비들과 같은 가혹한 환경들과 상당한 압력들 하에서, 교체가 필요한 어떠한 사용가능한 부품들도 없이 사용될 수 있는 기밀하게 밀봉된 유닛에 제공된다. 또한, 근접 스위치들은 바람직하게 접촉 중단 없이도 10g의 가속도 내진 테스트를 견딜 수 있도록 제 1 및 제 2 위치들 모두에서 접촉 압력을 유지한다.

이제 도면들로 돌아가면, 도들 1 및 2는 근접 스위치(20)의 한 실시예를 도시한다. 근접 스위치(20)는 몸체 튜브(22), 몸체 튜브(22) 내부로 수신되는 스위치 어셈블리(24), 그리고 몸체 튜브(22) 내의 스위치 어셈블리(24)를 기밀하게 밀봉하는 선택적 단부 밀봉 어셈블리(26)를 포함한다.

몸체 튜브(22)는 폐쇄 단부(30)로부터 개방 단부(32)로 확장하는 블라인드 내부 보어(28)를 갖는 연장된 중공의 튜브형 부재이다. 몸체 튜브(22)와 내부 보어(28)는 폐쇄 단부(30)로부터 개방 단부(32)를 향해 확장하는 제 1 섹션(28a), 제 1 섹션(28a)으로부터 개방 단부(32)를 향해 확장하는 제 2 섹션(28b), 그리고 제 2 섹션(28b)으로부터 개방 단부(32)로 확장하는 제 3 섹션(28c)을 포함할 수 있다. 제 1 섹션(28a)은 스위치 어셈블리(24)를 수신할 만한 크기의 제 1 내부 지름(29a)을 갖고, 제 2 섹션(28b)은 제 1 지름(29a)보다 큰 제 2 내부 지름(29b)을 가지며, 제 3 섹션(28c)은 제 2 지름(29b)보다 큰 제 3 지름(29c)을 갖는다. 제 2 및 제 3 지름들(29b, 29c)은 이하에서 상세히 설명될 단부 밀봉 어셈블리(26)의 상이한 부분들을 수신할 만한 크기이다. 일부 실시예들에서, 제 3 섹션(28c)은 일정한 내부 지름을 갖지 않을 수 있으며, 대신 제 3 섹션(28c)은 개방 단부(32) 가까이에서 가장 크고 내부 지름이 제 2 섹션(28b)쪽으로 내부로 테이퍼링되는 내부 지름을 가질 수 있다. 몸체 튜브(22)의 외부 표면은 바람직하게 나사식 샤프트(31a)와 헤드(31c) 사이에 위치되는 중간 부분(31b)을 갖는 스터드의 모양을 갖는다. 바람직하게, 제 1 섹션(28a)의 일부에 따른 몸체 튜브(22)의 외부 표면은, 예를 들면, 벨브 몸체, 원통 헤드, 또는 당업자에게 명백하게 근접 스위치를 사용하도록 적응되는 임의의 다른 아이템의 보어 내에 나사모양으로 수신되도록 꼬아진다. 제 3 섹션(28c)의 일부에 따른 몸체 튜브(22)의 외부 표면은 바람직하게는 표준의 6각 볼트 헤드와 같은, 볼트 헤드의 형태를 가진다. 몸체 튜브(22)는 특별한 사용 환경의 요청들에 따라 상이한 크기들과 치수를 가질 수 있다. 도면들에서 도시된 배열에서, 몸체 튜브(22)는 단부 벽(30)부터 개방 단부(32)까지 약 4인치의 축 길이를 가지며, 가혹한 동작 환경들을 견디는데 충분한, 스테인레스 스틸과 같은 금속으로 만들어질 수 있다. 다른 실시예들에서, 몸체 튜브(22)는 탄소 섬유와 같은 다른 물질들 또는 여기서 설명되는 엄격한 테스트 조건들을 견딜 수 있는 다른 합성 물질들로 만들어질 수 있다.

스위치 어셈블리(24)는 조립될 때 일반적으로 내부 보어(28)의 제 1 섹션(28a)에 딱 맞춰지는 원통형 자켓(35)을 갖는다. 스위치 어셈블리(24)는 원통형 자켓(35)의 제 1 단부(37)에 배치된 1차 자석(34)을 포함한다. 원통형 자켓(35)은 일반적으로 1차 자석(34)의 반대편인 한 단부에, 내부 보어(28) 내에 위치된 대응하는 내부 숄더(47)에 대치하여 자리잡은 환형 플런지(45)를 포함할 수 있다. 1차 자석(34)은 리테이너(36)에 의해 이송되며, 리테이너는 바람직하게 단부 벽(39)과 블라인드 보어(41)를 갖는 중공 원통의 모양이다. 1차 자석(34)은 블라인드 보어(41) 내에 수신되며 접착제와 같은 임의의 편리한 잠금 장치에 의해, 또는 압입이나, 하나의 컴포넌트를 다른 것에 부착하는 다른 방법에 의해 단부 벽(39)에 부착된다. 바이어싱 자석(38)은 리테이너(36)에 인접하고 1차 자석(34)의 자속 구역 내에 있는 원통형 자켓(35)의 제 1 공동(40)에 배치된다. 바이어싱 자석(38)은 제 1 공동(40)의 단부 벽(44)에 의해 리테이너(36)의 단부 벽(39)으로부터 분리된다. 바람직한 배열에서, 1차 자석(34)과 바이어싱 자석(38)의 각각은 영구 자석들이며 서로 대면하는 반대 극들(즉, 북 대 남)을 갖고, 따라서 서로에 대해 자기 인력을 생성하며, 원통형 자켓(35)은 플라스틱과 같은 전기적 절연 물질로 만들어진다.

푸시/풀 플런저 어셈블리(46)는 원통형 자켓(35)의 제 2 공동(48)내에 적어도 부분적으로 배치된다. 분리 벽(50)은 제 2 공동(48)을 제 1 공동(40)으로부터 분리시킨다. 분리 벽(50)과 단부 벽(44)은 바이어싱 자석(38)을 제 1 공동(40) 내에 분명하게 위치시키고 바이어싱 자석이 원통형 자켓(35) 내에서 이동하는 것을 방지한다. 푸시/풀 플런저 어셈블리(46)는 피스톤 헤드 어셈블리(52)와 피스톤 헤드 어셈블리(52)를 리테이너(36)로 연결하는 축 사프트(54)를 포함한다. 샤프트(54)는 중심 축 보어(53)를 통해 분리 벽(50)을 통해, 바이어싱 자석(38)을 통해, 그리고 단부 벽(44)을 통해 확장하며, 리테이너(36)의 단부 벽(39)에 연결되어 1차 자석(34)과 피스톤 헤드 어셈블리(52)가 1차 자석(34), 바이어싱 자석(38), 그리고 몸체 튜브(22)의 외부의 타겟 사이의 상대적인 자기 인력들에 기초하여, 제 1 위치와 제 2 위치 사이의 몸체 튜브(22) 내에서 세로 방향으로 함께 이동하게 한다.

피스톤 헤드 어셈블리(52)는 플라스틱과 같은, 전기적 절연 물질로 만들어진 몸체(58) 내에 캡슐화된 제 2 바이어싱 자석(56)을 포함한다. 몸체(58)는 하나 또는 그 이상의 핀들(59)을 포함한다. 핀들(59)은 세로 방향으로 배향되어 몸체(58)의 주변부에 대하여 방사상으로 배치될 수 있다. 핀들(59)은 세로 방향에서 푸시/풀 플런저 어셈블리(46)의 움직임을 제한하는 세로 중단을 생성하도록 환형 플랜지(45)와 함께 사용될 수 있다. 핀들(59)과 환형 플랜지(45) 사이의 갭은 푸시/풀 플런저 어셈블리(46)에 대한 움직임의 원하는 세로 범위를 생성할 수 있는 크기를 가질 수 있다.

제 2 바이어싱 자석(56)은 바람직하게 바이어싱 자석(38)이 대면하는 동일한 자기 극을 갖도록(즉, 북-대-북 또는 남-대-남) 배열되어 제 2 바이어싱 자석(56)과 바이어싱 자석(38) 사이에 척력을 생성한다. 1차 자석(34)과 바이어싱 자석(38) 사이의 인력과 바이어싱 자석(38)과 제 2 바이어싱 자석(56) 사이의 척력의 조합이 푸시/풀 플런저 어셈블리(46)를 1차 자석(34)과 바이어싱 자석(38)이 서로 가장 가까운 제 1 위치로 바이어스한다.

전기적으로 전도성인 물질의 얇은 조각의 형태인, 예를 들면 구리인 공통 접촉(60)은 나사(62)와 같은 임의의 편리한 수단에 의해 피스톤 헤드 어셈블리(52)에 연결되어, 공통 접촉(60)이 피스톤 헤드 어셈블리(52)와 함께 이동하게 한다. 공통 접촉의 제 1 단부(63)는 제 1 회로 접촉(64)과 제 2 회로 접촉(66) 사이에서 축을 따라 배치된다. 제 1 회로 접촉(64)은 스위치 어셈블리(24)의 세로 축(68)을 따라 제 2 회로 접촉(66)으로부터 이격되어 위치되며 거리는 내부 보어(28) 내의 1차 자석(34) 및 푸시/풀 플런저 어셈블리(46)의 스트로크 길이(S)와 실질적으로 동일하다. 바람직하게, 내부 보어의 제 1 섹션(28a)과 제 2 공동(48)의 각각은 1차 자석(34)과 피스톤 헤드 어셈블리(46)에게 축을 따라 앞뒤로 이동할 수 있는 공간을 허용하는 축(68)을 따르는 길이를 가지며, 그 길이는 공통 접촉(60)이 제 1 회로 접촉(64)과의 연결로부터 제 2 회로 접촉(66)과의 연결까지의 거리를 이동하고, 또한 반대로 이동할 수 있도록 허용하는데 충분한 스트로크 길이(S)와 동일하다. 다른 실시예들에서, 공통 접촉(60), 제 1 회로 접촉(64) 및 제 2 회로 접촉(66)의 하나 또는 그 이상이 전기적 전도성을 개선시키기 위해 톱니면 구조를 갖는 팔라듐 은으로 만들어질 수 있다.

전기적 절연 물질로 형성된 헤더 어셈블리(70)는 플러그(72)와, 플러그(72)를 통해 확장하는 전기적 전도성의 복수의 핀들(74)을 포함한다. 플러그(72)는 중심 보어(28) 내에 수신될 수 있는 크기를 가지며 몸체 튜브(22)의 내부 보어(28)의 제 1 부분(28a) 내에 내부 보어(28)의 제 2 부분(28b) 인근에 위치된다. 스위치 어셈블리(24)는 바람직하게 내부 보어(28)의 제 1 부분(28a) 내에 포함된다. 복수의 핀들(74) 중 적어도 하나의 핀이 제 1 회로 접촉(64)과 전기적으로 연결되고, 복수의 핀들(74) 중 다른 핀은 제 2 회로 접촉(66)과 전기적으로 연결된다. 복수의 핀들(74) 중 핀들의 각각의 반대 단부들이 플러그(72)의 말단 벽을 통해 몸체 튜브(22)의 개방 단부(32)로 확장한다. 복수의 핀들(74) 중 하나의 핀이 피그테일(80)과 같은, 유연한 커넥터에 연결될 수 있으며, 이는 또한 공통 접촉(60)에 연결된다. 바람직하게, 밀봉 플러그(82)가 플러그(72)를 통해 축을 따라 정렬된 보어(84)에 밀봉되도록 배치된다. 일부 응용들에서, 보어(84)를 개방된 채로 놔두도록 밀봉 플러그(82)를 제거하거나 또는 보어(84)를 제거하는 것이 바람직할 수 있다.

피그테일(80)은 공통 접촉(60)이 제 1 및 제 2 회로 접촉들(64, 66) 사이에서 앞뒤로 이동하는 것을 허용하기에 충분한 양의 유연한 임의의 전기적 전도성 물질로 만들어질 수 있다. 바람직한 실시예에서, 피그테일은 유연한 와이어 직물로 만들어진다. 다른 가능한 물질들은, 예를 들면, 탄소 섬유 강화 직물들 또는 플라스틱들을 포함할 수 있다. 바람직하게, 필수적이지는 않지만, 피그테일(80)은 제 1 또는 제 2 회로 접촉들(64, 66) 중 하나를 향한 피스톤 헤드 어셈블리(52)의 임의의 기계적 바이어스를 최소화하기에 충분하게 유연하며, 따라서 푸시/풀 플런저 어셈블리(46)의 움직임은 다양한 자기력들에 의해서만 실질적으로 제어된다.

동작에서, 자석들(34, 38, 및 56)은 푸시/풀 플런저 어셈블리(46)를 헤더 어셈블리(70)를 향한 상시의 제 1 위치로 바이어스하도록 동작하고, 공통 접촉(60)은 제 1 회로 접촉(64)에 대치하는 접촉으로 바이어스되며 제 2 회로 접촉(66)으로는 접촉하지 않는다. 바람직하게, 자석들(34, 38, 56)은 10 Gs까지의 내진 가속도 부하동안 공통 접촉(60)과 제 1 회로 접촉(64) 사이의 차단되지 않은 접촉을 유지하도록 선택되고 배열된다. 타겟 자석(도시되지 않음)이 몸체 튜브(22)의 폐쇄 단부(30)의 선택된 최소 거리(예를 들면, 0.275 in보다 작은) 내로 이동될 때, 타겟 자석과 1차 자석(34) 사이의 끌어당김은 바이어싱 자석들(38, 56)의 바이어싱 힘들을 극복하고 1차 자석(34)을, 그 후 전체 푸시/풀 플런저 어셈블리(46)를 폐쇄 단부(30)를 향한 제 2 위치로 밀어낸다. 제 2 위치에서, 공통 접촉(60)은 제 2 회로 접촉(66)에 대치하는 접촉으로 바이어스되고 제 1 회로 접촉(64)으로는 접촉하지 않는다. 바람직하게, 1차 자석(34)과 바이어싱 자석(38) 사이의 공간은 두개의 자석들 사이에 배치된 단부 벽(44)과 리테이너(36)의 단부 벽만을 갖는 것에 의해 최소화되고, 샤프트(54)의 길이가 따라서 최소화되며, 이는 10 Gs까지의 내진 가속도에서 제 1 접촉(64)과 차단되지 않게 접촉하는 공통 접촉(60)을 유지하도록 도와주기 위해 자석들(34, 38) 사이에 충분히 강한 자기 인력을 제공한다. 타겟 자석이 몸체 튜브(22)의 폐쇄 단부(30)로부터 멀리 이동할 때, 푸시/풀 플런저 어셈블리(46)는 제 1 위치(즉, 헤더 어셈블리(70)를 향하여)로 재설정되고 공통 접촉(60)은 다시 제 1 회로 접촉(64)과 접촉한다. 한 실시예에서, 폐쇄 단부(30)로부터 약 0.033 보다 많이 움직이는 것은 푸시/풀 플런저 어셈블리(46)가 재설정되도록 하는데 충분하다. 타겟 자석이 폐쇄 단부(30)로부터 멀리 움직임에 따라, 타겟 자석과 1차 자석(34) 사이의 자기 인력이 더이상 1차 자석(34)과 바이어싱 자석(38) 사이의 자기 인력 및/또는 바이어싱 자석(38)과 제 2 바이어싱 자석(56) 사이의 척력을 극복할 수 있을 정도로 충분하지 않을 때까지 타겟 자석과 1차 자석(34) 사이의 자기 인력이 감소한다.

바람직한 배열의 단부 밀봉 어셈블리(26)는 습기 및 다른 유해한 물질들이 스위치 어셈블리(24)의 외부에 있도록 몸체 튜브(22)의 개방 단부(32)에 대한 기밀 밀봉을 제공하며, 전기 리드 배선들이 접촉들(60, 64, 66)에 전기적으로 연결되는 것과, 전기 리드 배선들의 배선연결 및 다양한 회로들을 따라 다양한 연결들을 절충하는 방식으로 당겨지거나 또는 이동되는 것으로부터의 보호를 제어하기 위해 연결에 액세스되는 것을 허용한다. 단부 밀봉 어셈블리(26)는 기밀 밀봉(90), 중공 크러쉬 링(92), 크러쉬 링 압축 디바이스(94), 페룰(96), 잼 너트(98), 및 포팅(100)을 포함하며, 모두는 바람직하게 내부 보어의 제 2 및 제 3 부분들(28b, 28c)에 배치된다.

기밀 밀봉(90)은 복수의 구멍들을 갖는 원형 디스크(102)와 각 구멍을 통해 배치된 적어도 하나의 중공 튜브(104)를 포함한다. 각 중공 튜브(104)는 스위치 어셈블리(24)와 대면하는 디스크(102)의 내부측 상에 배치된 제 1 단부와 개방 단부(32)를 향하여 대면하는 디스크의 외부측 상에 배치된 제 2 단부를 갖는다. 각 중공 튜브(104)는 마찰 결합으로 복수의 핀들(74) 중 하나의 핀의 단부를 수신하기 위한 크기의 내부 지름을 갖는다. 선택적으로, 제 4 중공 튜브(106)가 원형 디스크(102)를 통해 배치되고 단부 밀봉 어셈블리(26)를 포팅(100)으로 밀봉하기 전에 압력 테스트를 수행하기 위해 개방된 채로 남아있을 수 있다. 디스크(102)는 지정된 압력과 다른 조건들을 견디는데 충분한 밀봉 링(108)에서 내부 보어(28)의 제 2 부분(28b)을 밀봉한다. 한 실시예에서, 디스크(102)는 유리와 같은 전기적 절연 물질로 형성될 수 있으며, 밀봉 링(108)은 금속 또는 제 2 부분(28b)에 양호한 밀봉을 제공하는 다른 물질로 형성될 수 있다. 밀봉 링(108)은 제 2 부분(28b)의 내부 표면에 납땜될 수 있다. 핀들(74)은 바람직하게 예를 들면, 납땜 또는 용접에 의해 디스크(102)의 내부 측 상의 튜브들(104)의 각각에 부착된다.

케이블(110)은 복수의 전기 배선들(110a, 110b, 및 110c)을 포함할 수 있으며, 각 배선은 예를 들면, 튜브(104) 내에 수신되고 땜납으로 부착되는 단부 핀에 의해 튜브들(104)의 각각으로 연결된다. 한 실시예에서, 케이블(110)은 쌍극 쌍투 연결의 다양한 접촉들로의 연결을 위해 6 또는 그 이상의 전기 배선들을 포함할 수 있다. 케이블(110)은 접촉들(60, 64, 66), 핀들(74), 및 튜브들(104)에 의해 형성된 제 1 및 제 2 회로들을 완성하는 것에 의해 다른 곳의 제어 및/또는 감지 회로들과 연결되도록 배열된다. 본 발명의 목적들을 위해 특히 적절한 것은 케이블(110)이 튜브들(104)로부터 내부 보어(28)의 제 2 및 제 3 부분들(28b, 28c)을 따라 몸체 튜브(22)의 개방 단부(32)로 및 그의 밖으로 확장하는 것이다.

크러쉬 링 압축 디바이스(94)는 예를 들면, 내부 보어(28)의 제 3 부분(28c)으로 돌려끼우는 것에 의해 내부 보어(28)로 고정시키는 플러그이며, 이는 케이블(110)이 그를 통해 확장하는 중심 개구(112)를 갖는다. 바람직하게, 크러쉬 링 압축 디바이스(94)는 내부 보어(28)의 제 3 부분(28c)의 환형 표면 상에 상보적인 쓰레드들(118)과 맞물리는 외부 쓰레드들(116)을 갖는 플러그 몸체(114)를 갖는다. 크러쉬 링 압축 디바이스(94)는 중심 보어(28)의 제 3 부분(28c)의 콘형 내부 표면(29c)에 경사면에서 상보적인 원뿔형 외부 표면을 포함할 수 있다. 바람직하게는 플러그 몸체(114)보다 작은 지름의 짧은 원통형 섹션의 형태인 니플(120)이 플러그 몸체(114)의 외부측 중심 부분으로부터 개방 단부(32)를 향하여 축을 따라 돌출한다. 니플(120)은 외부 쓰레드(121)들을 포함할 수 있다. 중심 개구(112)는 바람직하게, 니플(120)의 내부의 짧은 원통형 보어 섹션(122), 바람직하게 원통형 보어 섹션의 내부 단부로부터 플러그 몸체(114)의 내부 단부로 확장하는 내부 원뿔형 보어 섹션의 형태인 내부의 테이퍼링된 부분(124), 그리고 바람직하게 원통형 보어 섹션의 외부 단부로부터 니플(120)의 외부 단부로 확장하는 외부 원뿔형 보어 섹션의 형태인 외부의 테이퍼링된 부분(126)을 규정한다.

크러쉬 링(92)은 크러쉬 링 압축 디바이스(94)의 내부 단부와 몸체 튜브(22)의 방사상으로 돌출한 내부의 환형 렛지(128) 사이에서 내부 보어(28)의 제 2 부분(28b)과 제 3 부분(28c)을 연결시키는 개스킷 밀봉으로 작용한다. 크러쉬 링(92)은 근접 스위치(20)의 의도된 사용 환경에 적절한 밀봉 물질로 만들어지며, 한 실시예에서는 가혹한, 고온, 및/또는 핵 환경들에서 사용하기 위하여, 원형 세로 축을 갖는 중공 튜브의 형태를 갖는 중공 스테인레스 스틸 링으로 형성된다. 크러쉬 링(92)은 바람직하게 내부 보어(28)의 제 3 부분(28c)의 내부 지름과 실질적으로 동일한 외부 지름을 갖는다.

포팅(100)은 크러쉬 링 압축 디바이스(94)와 기밀 밀봉(90) 사이의 공간을 완전히 채운다. 바람직하게, 포팅(100)은 또한 기밀 밀봉(90)과 헤더 어셈블리(70)의 플러그(72)의 단부 벽 사이의 임의의 공간으로 스며들어가 채운다. 포팅(100)은 바람직하게 적어도 액체들과 유해한 미립자들이 스위치 어셈블리(24)로 들어가는 것을 방지하기 위하여 내부 보어(28)에 방수성의 기밀 밀봉을 형성하도록 모든 공간들과 틈들로 흘러갈 수 있거나 또는 압축될 수 있는 밀봉 물질로 형성된다. 바람직한 배열에서, 포팅(100)은 나중에 굳거나 경화되는 에폭시와 같은 액상 수지 또는 유사한 액상 물질이다.

조립의 바람직한 방법에서, 위에서 설명된 것과 같이 스위치 어셈블리(24)와 기밀 밀봉(90)이 설치된 후 개방 단부(32)를 통해 내부 보어(28)에 유체 상태로 포팅(100)이 삽입된다. 바람직하게, 내부 보어(28)는 크러쉬 링 압축 디바이스(94)와 기밀 밀봉(90) 사이의 모든 공간을 완전히 채우기 위해 충분한 포팅(100)으로 채워진다. 한 방법에서, 크러쉬 링(92)이 내부 보어(28)로 삽입된 후 개방 단부(32)로부터 가장 먼 쓰레드(118)로 포팅이 채워지고, 쓰레드들(116 및 118) 사이 및 케이블(110)과 중앙 개구(112) 사이와 같은 크러쉬 링 압축 디바이스(94) 주위의 임의의 틈들과 개구들을 밀봉상태로 채우기 위하여 크러쉬 링 압축 디바이스(94)가 포팅(100)을 압축한다. 바람직하게 포팅(100)은 이후 몸체 튜브(22)의 개방 단부(32)에 고체 밀봉 어셈블리 또는 플러그를 형성하도록 굳어지거나 또는 경화된다.

페룰(96)은 케이블(110) 주위에 딱 맞추어 외부의 테이퍼링된 보어 섹션(126)으로 끼워 넣는 연장된 튜브형 부재이다. 바람직한 배열에서, 페룰(96)은 폴리에테르에테르케톤(PEEK)으로 만들어지며 원통형 몸체(132)와 한 축 방향 단부에 테이퍼링된 노즈(134), 반대 축 방향 단부에 방사상으로 내부를 향해 테이퍼링된 환형 숄더(136), 및 반대 축 방향 단부들을 통해 확장하는 축 방향 관통 보어(138)를 갖는 총알 모양이다.

잼 너트(98)는 외부로 테이퍼링된 보어 섹션(126)으로 끼워 넣어진 위치에서 페룰(96)을 품는다. 잼 너트(98)는 바람직하게 원통형 튜브의 반대 축 방향 단부들에 고정 플랜지들(144, 146)을 갖는 원통형 튜브(142)로 형성된다. 각 고정 플랜지(144, 146)는 원통형 튜브(142)의 각각의 축 방향 단부로부터 내부를 향해 방사상으로 돌출한다. 고정 플랜지(144)는 외부의 쓰레드들을 니플(120) 상에 맞물리게 하는 내부의 환형 쓰레드들을 포함하며, 고정 플랜지(146)는 페룰(96)의 환형 숄더(136)를 맞물릴 수 있는 크기이다. 잼 너트(98)는 페룰(96)과 그 주위에 딱 맞으며, 고정 플랜지(144)가 니플(120) 상으로 돌려 끼워짐에 따라 고정 플랜지(146)가 환형 숄더(136)에 압력을 가해서 페룰(96)이 외부의 테이퍼링된 보어 섹션(126)에 대하여 끼워진 맞물림부가 되도록 압박한다. 동시에, 외부의 테이퍼링된 보어 섹션(126)으로부터 페룰(96) 상의 방사상으로 내부를 향해 끼워 넣는 힘이 또한 케이블(110) 주위의 페룰(96)을 조여서 케이블(110) 주위에 밀봉을 또한 형성하게 되고, 이는 근접 스위치(20)가 고압들 및/또는 액체 환경들로 노출될 때 액체가 케이스(22)로 들어가는 것을 방지한다. 페룰(96)과 잼 너트(98)는 또한 근접 스위치(20) 외부의 케이블로 인가된 움직임 또는 힘들이 전기 회로들의 완전성을 손상시킬 수 있는, 예를 들면 튜브들(104)의 스위치 어셈블리(24)와의 다양한 전기적 연결들로 옮겨가는 것을 방지하도록 케이블(100)을 중앙 개구(112) 내의 고정 위치로 고정시키는 어셈블리로서 함께 동작한다.

바람직한 배열에서, 원통형 자켓(35)은 스위치 어셈블리(24)의 조립동안 플런저 어셈블리(46)와 헤더(70)의 시각적 검사를 허용하도록 배열된 케이스의 측벽을 통하여, 윈도우들(150)과 같은 하나 또는 그 이상의 개구들을 가질 수 있으며, 바람직하게는 두개의 반대방향의 윈도우들을 갖는다. 절연 슬리브(152)는 윈도우들(150)을 덮고 접촉들(60, 64, 66)과 몸체 튜브(22) 사이의 전기적 아킹을 감소시키거나 방지하기 위하여 원통형 자켓(35)의 외부 주위를 꼭 맞출 수 있다. 절연 슬리브는 바람직하게는 E.I. du Pont de Nemours and Company에 의한 Kapton® 필름과 같은 전기적 절연 물질 또는 유사한 물질들로 만들어지며, 조립에 도움을 주기 위한 세로 슬릿을 갖는다. 원통형 자켓(35)에 잘 맞춰진 후에, 슬릿의 반대편 에지들은 바람직하게 접착 패치에 의해 함께 연결되는데, 이들은 또한 바람직하게 E.I. du Pont de Nemours and Company에 의한 Kapton® 테이프와 같은 절연 물질 또는 유사한 물질들로 만들어진다.

다른 실시예들에서, 근접 스위치는 1차 자석(34)과 원통형 자켓(35)의 단부 벽(44) 사이에 배치된 중공 금속 원통의 형태인 선택적 플럭스 슬리브를 포함할 수 있다. 플럭스 슬리브는 철제 물질로 만들어질 수 있으며, 자석들 사이의 자기 인력을 감소시키도록 바이어싱 자석(38)으로부터 1차 자석(34)을 분리시키고 자석들의 자속장에 집중한다. 플럭스 슬리브는 단부 벽(44)으로부터 1차 자석(34)을 향해 확장하는 나사식 스터드로 나사식 연결에 의해 원통형 카겟(35)에 부착될 수 있다. 플럭스 슬리브는 나사식 스터드에 돌려 끼워질 수 있다. 1차 자석(34)과 바이어싱 자석(38) 사이의 인력은 플럭스 슬리브의 축의 길이 및/또는 플럭스 슬리브의 물질을 변화시키는 것에 의해 힘들의 범위 내에서 조절될 수 있다. 또한, 근접 스위치(20)의 피스톤 막대(54)는 플럭스 슬리브를 위해 필요한 부가 공간을 수용하기 위해 길어질 수 있다.

또 다른 실시예들에서, 근접 스위치는 선택적으로 단부 밀봉 어셈블리(46)를 포함하지 않을 수도있으며, 대신 플러그(72)와 전기 케이블(110)을 포팅(100) 또는 에폭시 수지나 플라스틱과 같은 다른 밀봉 물질로 몸체 튜브(22)의 개방 단부(32)에 캡슐화한다.

또 다른 실시예들에서, 금속 컴포넌트들은 탄소 섬유 또는 이하로 설명될 테스트 조건들을 통과하는 합성 물질들로 대체될 수 있다. 부가적으로, 다른 실시예들은 디지털 갭 피드백, 힘 피드백, 자기 압력 피드백, 감지 거리 디스플레이, 및/또는 자동 보정을 포함할 수 있다. 마지막으로, 낮은 암페어 시스템들용으로 설계된 실시예들은 금 또는 다른 낮은 암페어 접촉 물질들로 형성된 접촉들을 포함할 수 있다.

여기서 개시된 근접 스위치들은 몸체 튜브(22)가 공통의 테이퍼링된 원통형 보어에 돌려 끼워지는 것을 쉽게 허용하도록 일반적으로 원형의 원통형 외형들을 갖지만, 근접 스위치들(20)은 원형의 원통형으로 제한되지 않는다. 그보다는, 근접 스위치들(20)의 컴포넌트들은 여기서 설명한 바와 같이 1차 자석(34)과 푸시/풀 플런저 어셈블리(46)가 공통 접촉(60)을 제 1 접촉(64)으로부터 제 2 접촉(66)까지 이동시키고 그 반대로도 이동시키도록 철제 또는 자기 타겟으로 및 그로부터 축을 따라 이동할 수 있는 한 대부분 임의의 단면 모양을 가질 수 있다.

여기서 개시된 근접 스위치들은 산업 프로세스 제어 시스템들에서 유용하며, 핵 응용들, 수중, 및 다른 부식성 및/또는 가혹한 동작 환경들에서 사용하기 위한 일부 배열들에서 특히 잘 적응된다. 여기서 개시된 근접 스위치들은 유익하게 용접 현장들 또는 무선 주파수 간섭에 의해 영향을 받지 않는다. 결과적으로, 개시된 근접 스위치들은 제어 시스템 내의 사실상 어떠한 위치에도 위치될 수 있다. 부가적으로, 개시된 근접 스위치들은 전류들의 넓은 범위에 걸쳐, 특히 낮은 전류의 응용들에서 효과적이다.

개시된 근접 스위치들은 또한 타겟과 푸시/풀 플런저 어셈블리의 자기 구동의 자기 검출의 특성으로 인해 일반적으로 20 밀리초보다 작은, 바람직하게는 15 밀리초보다 작은, 더욱 바람직하게는 10 밀리초보다 작은 매우 빠른 응답 시간들을 보인다.

개시된 근접 스위치들은 또한 넓은 범위의 온도 환경들로 적응될 수 있다. 개시된 근접 스위치들은 기밀하게 밀봉된 컴포넌트들로 인해 -40°C 와 495°C 사이의 온도들에서 동작할 수 있다.

개시된 근접 스위치들은 유익하게 폐쇄될 때 전압 강하를 갖지 않으며, 개방될 때 전압 누전을 갖지 않는다.

테스트 결과들

위에서 기술된 근접 스위치의 한 예에 접촉 연속성을 유지하는 동안 가속도 테스트, 온도 테스트, 그리고 압력 테스트가 수행되었다. 테스트 조건들이 이하의 그래프들에 요약된다.

가속도 테스트

근접 스위치에 12.51g까지의 가속도들이 64Hz까지의 주파수들에서 앞에서 뒤로, 14.54g까지의 가속도들이 64Hz까지의 주파수들에서 옆에서 옆으로 가해졌으며, 10.44g까지의 수직 가속도들이 64Hz까지의 주파수들에서 가해졌으며, 이 모두에서 접촉 연속성을 잃지 않았다. 근접 스위치는 또한 이하의 그래프들 1-3에 따라 수행된 다중축 가속 테스트 동안 접촉 연속성을 유지하였다.

그래프 1

그래프 2

그래프 3

온도 테스트

근접 스위치는 또한 이하의 그래프 4에 따라 수행된 극한의 온도 테스트 동안 접촉 연속성을 유지하였다.

그래프 4

압력 테스트

마지막으로, 근접 스위치는 이하의 그래프 5에 따라 수행된 압력 테스트 동안 접촉 연속성을 유지하였다.

그래프 5

여기서 개시된 근접 스위치들에 대한 다양한 변경들이 앞의 설명의 관점에서 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 설명은 단지 예시적인 것으로 이해되며 당업자가 근접 스위치들을 만들고 이용할 수 있게 하며 동일한 내용을 수행하는 최적의 모드를 교시할 수 있도록 하는 목적을 위해 제공된다. 임의의 청구항들의 범주 내에 속하는 모든 변경들에 대한 배타적 권리들이 보유된다. 앞에서 확인된 모든 특허들, 특허 출원들, 및 다른 인쇄된 출판물들은 그들의 전체들이 본 문서에 참조로 포함된다.

Claims (22)

1. 근접 스위치에 있어서:
   블라인드 보어, 폐쇄 단부, 및 개방 단부를 갖는 몸체 튜브와;
   상기 블라인드 보어 내부에 배치된 자기 스위치 어셈블리와;
   상기 자기 스위치 어셈블리와 상기 개방 단부 사이의 상기 블라인드 보어를 덮는 기밀 밀봉과;
   상기 기밀 밀봉과 상기 개방 단부 사이의 상기 블라인드 보어의 표면에서 규정된 환형 숄더에 대치하여 배치된 크러쉬 링과;
   상기 블라인드 보어의 상기 개방 단부로 돌려끼워서 상기 크러쉬 링을 밀봉하도록 맞물리는 나사식 플러그 몸체를 갖는 크러쉬 링 압축 디바이스와;
   상기 크러쉬 링 압축 디바이스와 상기 기밀 밀봉 사이의 공간을 채우는 포팅을 포함하며,
   상기 기밀 밀봉, 상기 포팅, 및 상기 크러쉬 링 압축 디바이스는 상기 블라인드 보어를 밀봉하고 가혹한 환경 팩터들에 노출되는 것으로부터 상기 자기 스위치 어셈블리를 보호하는, 근접 스위치.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 크러쉬 링은 원형 세로 축을 갖는 중공 튜브의 형태인, 근접 스위치.
   
3. 청구항 1에 있어서, 상기 기밀 밀봉은 상기 블라인드 보어와 상보적인 크기와 모양의 디스크와, 상기 디스크를 통해 확장하는 튜브를 포함하는, 근접 스위치.
   
4. 청구항 3에 있어서, 상기 튜브는 상기 자기 스위치 어셈블리와 전기 접촉에 인접한 제 1 단부를 포함하는, 근접 스위치.
   
5. 청구항 3에 있어서, 상기 디스크의 외부 환형 주변은 상기 블라인드 보어의 내부 표면으로 밀봉될 수 있는, 근접 스위치.
   
6. 청구항 3에 있어서, 제 2 튜브가 상기 디스크를 통해 확장하고, 상기 제 2 튜브는 제 2 전기 접촉을 수신하는, 근접 스위치.
   
7. 청구항 1에 있어서, 전기 케이블이 상기 자기 스위치 어셈블리에 연결되고, 상기 전기 케이블은 상기 기밀 밀봉으로부터 상기 크러쉬 링 압축 디바이스를 통해 확장하며, 상기 전기 케이블은 상기 몸체 튜브에 전기적으로 결합되는, 근접 스위치.
   
8. 청구항 1에 있어서, 상기 크러쉬 링 압축 디바이스는 중심 보어를 가지며, 전기 케이블은 상기 중심 보어를 통해 확장하는, 근접 스위치.
   
9. 청구항 8에 있어서, 상기 중심 보어는 원통형 부분과 상기 원통형 부분으로부터 상기 플러그 몸체의 제 1 단부로 확장하는 제 1 테이퍼링된 부분을 포함하는, 근접 스위치.
   
10. 청구항 8에 있어서, 상기 크러쉬 링 압축 디바이스는 상기 포팅을 상기 중심 보어로 압축하는, 근접 스위치.
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제
21. 삭제
22. 삭제

Images