KR20000066561A

KR20000066561A - 유니 솔레노이드를 이용한 스위치

Info

Publication number: KR20000066561A
Application number: KR1019990013779A
Authority: KR
Inventors: 김덕용; 이동휘
Original assignee: 김덕용; 주식회사 케이엠더블유
Priority date: 1999-04-19
Filing date: 1999-04-19
Publication date: 2000-11-15
Also published as: US6337612B1; EP1052666A3; EP1052666A2; JP2000331587A; KR100324894B1

Abstract

본 발명은 유니 솔레노이드를 이용한 스위치에 관한 것으로, 솔레노이드의 구조를 개선시켜, 1개의 솔레노이드가 1개의 압력핀을 직접 가압하되, 지속적으로 전력을 공급할 필요가 없도록 구현하므로써, 부품수가 감소되고, 이로 인해 제작비용이 감소되면서도, 전체적인 부피를 최소화시키기 위하여, 양단부에는 소정의 방향성을 가지는 자계가 형성되고, 그 중앙부는 전력을 공급받아 자계를 형성하는 다수의 솔레노이드; 상기 각 솔레노이드의 중앙부에 상하이동이 가능하도록 장착되며, 상기 솔레노이드에 전력이 공급됨에 따라 그 상하부가 반대되는 극성을 가지는 다수의 아마츄어; 상기 각각의 솔레노이드에 대향되도록 장착되며, 그에 대응되는 상기 아마츄어의 상하이동에 따라 상하이동되는 다수의 가압수단; 상기 솔레노이드의 하부에 소정간격 이격되게 장착되며, 상기 가압수단이 상하이동가능하도록 장착된 베이스부; 상기 베이스부에 장착된 다수의 커넥터; 및 상기 각 가압수단의 하단부에 고정되며, 상기 가압수단의 상하이동에 따라 상하이동되어 상기 다수의 커넥터 중 두 커넥터를 전기적으로 연결 또는 절연시키는 접촉부재를 포함한다.

Description

유니 솔레노이드를 이용한 스위치{SWITCH USING UNI-SOLENOID}

본 발명은 고주파(radio frequency)에 사용되는 유니 솔레노이드를 이용한 스위치에 관한 것으로, 특히 개선된 구조의 솔레노이드를 사용하여 부품수 및 전체적인 크기를 감소시킬 수 있는 유니 솔레노이드를 이용한 스위치에 관한 것이다.

일반적으로, 솔레노이드를 사용하는 고주파(radio frequency)용 동축 스위치는 래칭 방식(latching type)과 페일 세이프 방식(fail safe type)이 있다.

그러면, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 솔레노이드를 이용한 래칭 방식의 스위치와 페일 세이프 방식의 스위치에 대하여 간략히 설명한다.

먼저, 도1에 도시된 종래의 솔레노이드를 이용한 래칭 방식의 스위치는 소정간격을 두고 지지되는 2개의 솔레노이드(1, 2)와, 상기 두 솔레노이드(1, 2) 사이에 장착된 영구자석(3)과, 상기 두 솔레노이드(1, 2)의 하측에 소정간격만큼 이격되게 장착된 로커(4)를 포함한다. 여기서, 상기 로커(4)는 영구자석(3)에 의해 N-S-N극을 가지도록 자화되며, 솔레노이드(1, 2) 중 하나에 전력이 공급되어 자계가 형성될 경우, 그 중앙부를 회동중심으로한 시이소(seesaw) 운동을 하게 된다. 예를 들면, 전력이 우측 솔레노이드(2)에 공급되어 상기 솔레노이드(2)의 하부에 N극이 형성될 경우, 상기 우측 솔레노이드(2)와 그에 인접한 로커(4)의 우측부분 사이에는 척력이 발생하며, 이로 인해 상기 로커(4)의 우측부는 하강하고 좌측부는 상승하여 좌측 솔레노이드(1)의 하면에 접촉하게 된다. 반면에, 전력이 좌측의 솔레노이드(1)에 공급될 경우, 로커(4)의 좌측부가 하강하고 우측부는 상승하여 우측 솔레노이드(2)의 하면에 접촉하게 된다.

그리고, 상기 로커(4)의 하측에는 그와 연동되는 판스프링(5)이 장착되고, 상기 판스프링(5)의 양측 하부에는 판스프링(5)의 동작에 의해 상하이동하는 2개의 압력핀(6, 7)이 구비되며, 상기 각 압력핀(6, 7)의 상측 외주면에는 스프링(6a, 7a)이 장착된다. 이에 따라, 전력이 우측 솔레노이드(2)에 공급될 경우, 상기 로커(4)의 시이소 운동에 의해 판스프링(5)의 우측부가 하강하여 압력핀(7)을 가압하고, 상기 압력핀(7)은 하강하게 된다. 이때, 상기 우측 솔레노이드(2)에 공급되는 전력은 차단되고, 상기 전력이 좌측 솔레노이드(1)에 공급될 경우에는 로커(4)의 시이소 운동에 의해 좌측 압력핀(6)이 하향이동되고, 상기 스프링(7a)은 우측 압력핀(7)에 위치 복원력을 제공하여 하향이동되어 있는 압력핀(7)을 상승시키게 된다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 솔레노이드를 이용한 래칭 방식의 스위치에서는, 하나의 로커를 동작시키기 위한 구성요소로서 로커와 2개의 솔레노이드가 필요하므로, 스위치 전체의 크기가 커지고, 이로 인해 스위치의 제작비용이 증가하는 문제점이 있었다.

한편, 도2에 도시된 종래의 솔레노이드를 이용한 페일 세이프 방식의 스위치는 전력을 공급받아 자계를 형성하는 솔레노이드(10)와, 상기 솔레노이드(10)의 중앙부에 상하이동가능하도록 장착된 밀대(20)와, 상기 밀대(20)의 하측에 일단부가 소정간격 이격되게 장착된 로커(30)와, 상기 로커(30)의 타단부 상측에 소정간격 이격되게 지지되는 페일 세이프 스프링(40)과, 상기 로커(30)의 양측 하부에 밀대(20) 및 페일 세이프 스프링(40)에 각각 대향되게 구비되되 상하이동이 가능하도록 장착된 압력핀(51, 52)을 포함한다. 여기서, 상기 솔레노이드(10)에 전력이 공급되어 자계가 형성될 경우, 상기 밀대(20)는 하측으로 이동되어 로커(30)의 좌측을 가압하게 된다. 이에 따라, 상기 로커(30)는 그의 좌측이 아래쪽으로 회동되고, 그 우측은 위쪽으로 회동되는 시이소 운동을 하여 그 타단부 상측의 페일 세이프 스프링(40)을 밀어올리게 된다. 이때, 상기 좌측의 압력핀(51)은 로커(30)에 의해 가압되어 하강이동된다. 이와 같은 상태는 상기 솔레노이드에 전력이 공급되는한 지속적으로 유지된다. 반면에, 상기 솔레노이드(10)에 공급되는 전력이 차단될 경우, 상기 로커(30)는 페일 세이프 스프링(40)의 반발력에 의해 우측이 아래쪽으로 회동되고, 좌측은 위쪽으로 회동되는 시이소 운동을 한다. 이러한 경우, 상기 우측의 압력핀(52)은 하강이동하게 되며, 상기 좌측의 압력핀(51)은 그의 외주면에 배치된 복원스프링(51a)에 의해 상측으로 복귀되는 것이다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 솔레노이드를 이용한 페일 세이프 방식의 스위치에서, 솔레노이드측의 압력핀이 하강된 상태를 유지하기 위해 전력이 솔레노이드에 지속적으로 공급되므로, 상기 솔레노이드에서는 열이 발생하게 되고, 상기 열은 솔레노이드의 저항을 증가시켜 상기 솔레노이드에 흐르는 전류를 감소시키고, 결국에는 솔레노이드의 밀대를 하강시키는 힘이 약해지는 문제점이 있었다. 이에 따라, 상기한 솔레노이드의 힘이 약해지는 것을 보완하기 위해서는, 솔레노이드의 부피를 증가시켜야 하므로, 이러한 경우에는 스위치의 전체적인 크기가 상기한 래칭 방식의 스위치보다도 커지는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 솔레노이드의 구조를 개선시켜, 1개의 솔레노이드가 1개의 압력핀을 직접 가압하되, 지속적으로 전력을 공급할 필요가 없도록 구현하므로써, 부품수가 감소되고, 이로 인해 제작비용이 감소되면서도, 전체적인 부피를 최소화시키기 위한 솔레노이드를 이용한 스위치를 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 종래의 솔레노이드를 이용한 래칭 방식의 스위치를 개략적으로 나타낸 단면도.

도2는 종래의 솔레노이드를 이용한 페일 세이프 방식의 스위치를 개략적으로 나타낸 단면도.

도3은 본 발명에 따른 유니 솔레노이드를 이용한 스위치의 일실시예 구성을 개략적으로 나타낸 사시도.

도4a는 본 발명의 요부인 유니 솔레노이드의 구성을 나타낸 분해 사시도.

도4b는 본 발명에 따른 유니 솔레노이드의 결합상태를 나타낸 단면도.

도5a 및 도5b는 본 발명에 따른 유니 솔레노이드의 동작상태를 나타낸 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 유니 솔레노이드 200 : 베이스부

210 : 홈 220 : 커넥터

230 : 공유 커넥터 240 : 압력핀

250 : 스프링 260 : 접촉리드

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 외부로부터 전력을 인가받기 위한 코일이 권선되고, 상기 코일에 전력이 인가될 경우 그 상하단부에 서로 다른 극성이 형성되며, 그 중앙에는 상하방향의 관통홀이 형성된 보빈 코어; 상기 보빈 코어의 관통홀에 상하이동이 가능하도록 장착되며, 상기 보빈 코어에 극성이 형성됨에 따라 자화되고, 그 상하단부에는 소정크기의 돌기가 형성된 아마츄어; 그 일측면이 상기 보빈 코어의 상하면에 인접하게 장착되며, 항상 일정한 자계를 형성하는 다수의 자화수단; 상기 보빈 코어의 상하면과 상기 자화수단의 일측면 사이에 장착되며, 상기 자화수단에 의해 자화되어 상기 자화된 아마츄어의 돌기와 접촉 또는 분리되도록 형성된 다수의 제1자성체; 및 상기 자화수단의 타측면에 장착되며, 상기 자화수단에 의해 자화되어 상기 자화된 아마츄어의 돌기와 접촉 또는 분리되도록 형성된 다수의 제2자성체를 포함하는 솔레노이드를 제공한다.

또한, 본 발명은 양단부에 항상 일정한 자계가 형성되며, 그 중앙부는 전력을 공급받아 자계를 형성하는 다수의 솔레노이드; 상기 각 솔레노이드의 중앙부에 상하이동이 가능하도록 장착되며, 상기 솔레노이드에 전력이 공급됨에 따라 소정 극성을 가지는 다수의 아마츄어; 상기 각 솔레노이드에 대향되도록 장착되며, 그에 대응되는 상기 아마츄어의 상하이동에 따라 상하이동되는 다수의 가압수단; 상기 솔레노이드의 하부에 소정간격 이격되게 장착되며, 상기 가압수단이 상하이동가능하도록 장착된 베이스부; 상기 베이스부에 장착된 다수의 커넥터; 및 상기 각 가압수단의 하단부에 고정되며, 상기 가압수단과 함께 상하이동되어 상기 다수의 커넥터 중 두 커넥터를 전기적으로 연결 또는 절연시키는 접촉부재를 포함하는 유니 솔레노이드를 이용한 스위치를 더 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 유니 솔레노이드를 이용한 스위치의 바람직한 일실시예에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 스위치의 제작에 필요한 부품수를 감소시켜 제작비용 및 전체크기를 최소화할 수 있도록 구현된 것으로, 도3에 도시된 바와 같이 전력을 공급받아 자계를 형성하는 다수(도시예에서는 3개)의 솔레노이드(100)를 포함한다.

상기 솔레노이드(100)는, 도4a 및 도4b에 도시된 바와 같이 중공의 원통형상으로 이루어진 하우징(110)과, 상기 하우징(110)의 내부에 장착된 보빈 코어(bobbin core)(120)를 가진다. 상기 보빈 코어(120)는 실질적으로 "I"형상으로 이루어지되 그 중앙부에 상하방향의 관통홀이 형성되며, 상기 보빈 코어(120)의 주연부에는 전원을 제공받을 수 있도록 형성된 코일(122)이 권선된다. 그리고, 상기 보빈 코어(120)의 중앙 관통홀에는 실질적으로 "I"형상을 가진 아마츄어(armature)(130)가 상하방향으로 이동가능하도록 장착된다. 상기 아마츄어(130)는 솔레노이드(100)에 전력이 공급될 경우 소정의 극성(pole)을 가진다. 상기 보빈 코어(120)의 상하면과 아마츄어(130)의 상하부 사이에는 링형상의(ring-shaped) 제1자성체(142, 144)가 각각 장착되며, 상기 제1자성체(142, 144)의 외주면에는 링형상의 영구자석(150)이 각각 장착되고, 상기 상측 및 하측 영구자석(150)의 외주면에는 링형상의 제2자성체(162, 164)가 각각 장착된다. 여기서, 상기 제1 및 제2자성체는 영구자석(150)에 의해 자화되어 극성을 가지게 된다.

그리고, 본 실시예에서는 솔레노이드(100)의 하측에 베이스부(200)가 장착되며, 상기 베이스부(200)의 상면에는 다수(도시예에서는 3개)의 홈(210)이 형성된다. 여기서, 상기 베이스부(200)의 중앙부에는 홈(210)의 공유부분이 형성된다. 상기 각 홈(210)의 상부는 밀폐되며, 그 일단부에는 각각 하나의 커넥터(230)가 장착되고, 상기 홈(210)의 공유되는 부분에는 하나의 공유 커넥터(230)가 장착된다. 또한, 상기 각 홈(210)의 상측에는 압력핀(240)이 솔레노이드(100)에 대향되게 장착되며, 상기 압력핀(240)은 하향이동되는 아마츄어(130)에 의해 가압되어 하향이동된다. 더욱이, 상기 압력핀(240)의 상측 주연부에는 스프링(250)이 장착되며, 상기 스프링(250)은 하향이동된 압력핀(240)을 원위치로 복귀시키기 위한 복원력을 제공한다. 상기 각 압력핀(240)의 하단부에는 소정길이의 접촉리드(260)가 고정되며, 상기 접촉리드(260)는 상하이동되는 압력핀(240)과 연동하여 상기 홈(210)의 내측에서 상하이동하게 된다. 상기 접촉리드(260)는 그가 위치된 홈(210)의 단부에 장착된 커넥터(220)와 공유 커넥터(230)를 전기적으로 연결 또는 절연시킨다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 유니 솔레노이드를 이용한 스위치의 동작에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 실시예에서, 상기 영구자석(150)에 의해 자화된 제1자성체(142, 144)는 S극을 가지며 제2자성체(162, 164)는 N극을 가진다. 이러한 경우, 도5a에 도시된 바와 같이, 상기 코일(122)을 통해 솔레노이드(100)에 정방향 전류가 공급되어 아마츄어(130)의 상단부에 N극(하단부에는 S극)이 형성되면, 솔레노이드(100) 상측의 제1자성체(142) 및 솔레노이드(100) 하측의 제2자성체(164) 각각과 아마츄어(130)의 상단부 사이에는 인력이 발생되고, 솔레노이드(100) 하측의 제1자성체(144) 및 솔레노이드(100) 상측의 제2자성체(162) 각각과 상기 아마츄어(130) 사이에는 척력이 발생되어 상기 아마츄어(130)를 하향이동시킨다. 이때, 상기 코일(122)에 공급되는 전력을 차단하더라도, 상기 아마츄어(130)는 하향이동되어 영구자석(150)에 의해 자화된 자성체(142, 164)에 부착되어 있는 상태를 유지하게 된다. 이러한 경우, 상기 하향이동된 아마츄어(130)에 의해 가압되는 압력핀(240)은 하향이동되고, 상기 압력핀(240)의 하단부에 고정된 접촉리드(260) 역시 하향이동되어 그의 하측에 위치된 커넥터(220)와 공유 커넥터(230)를 전기적으로 연결시킨다.

반면에, 도5b에 도시된 바와 같이, 상기한 상태에서 코일(122)에 역방향 전류가 공급되어 아마츄어(130)의 상단부에 S극(하단부에는 N극)이 형성될 경우, 상기 솔레노이드(100)의 상측 제1자성체(142) 및 하측 제2자성체(164)와 아마츄어(130) 사이에는 척력이 발생하고, 상기 솔레노이드(100)의 상측 제2자성체(162) 및 하측 제1자성체(144) 각각과 아마츄어(130) 사이에는 인력이 발생하여 상기 아마츄어(130)가 상향이동된다. 이때에도, 상기 코일(122)을 통해 공급되는 전력이 차단되더라고, 상기 아마츄어(130)는 상향이동된 상태를 유지하게 된다. 이러한 경우, 상기 아마츄어(130)에 의해 가압되고 있던 압력핀(240)은 그 주연부에 배치된 스프링(250)에 의해 상향이동되며, 상기 압력핀(240)의 하단부에 고정된 접촉리드(260) 역시 상향이동되어 커넥터(220)와 공유 커넥터(230)를 전기적으로 절연시킨다.

상기 아마츄어(130)가 이동되는 동작은 0.01초(10 millisecond)에 완료되므로, 전력공급은 0.03초(30millisecond) 정도로 완료된다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

전술한 바와 같은 본 발명은, 스위치를 구성하는 부품의 수를 감소시킬 수 있으므로, 제작비용이 저렴하고, 스위치의 전체적인 크기가 감소되는 효과가 있다.

또한, 전류의 공급이 지속적으로 이루어지지 않아도 되므로, 스위치의 동작에 소요되는 전력을 절감할 수 있는데 다른 효과가 있다.

Claims

외부로부터 전력을 인가받기 위한 코일이 권선되고, 상기 코일에 전력이 인가될 경우 그 상하단부에 서로 다른 극성이 형성되며, 그 중앙에는 상하방향의 관통홀이 형성된 보빈 코어;

상기 보빈 코어의 관통홀에 상하이동이 가능하도록 장착되며, 상기 보빈 코어에 극성이 형성됨에 따라 자화되고, 그 상하단부에는 소정크기의 돌기가 형성된 아마츄어;

그 일측면이 상기 보빈 코어의 상하면에 인접하게 장착되며, 항상 일정한 자계를 형성하는 다수의 자화수단;

상기 보빈 코어의 상하면과 상기 자화수단의 일측면 사이에 장착되며, 상기 자화수단에 의해 자화되어 상기 자화된 아마츄어의 돌기와 접촉 또는 분리되도록 형성된 다수의 제1자성체; 및

상기 자화수단의 타측면에 장착되며, 상기 자화수단에 의해 자화되어 상기 자화된 아마츄어의 돌기와 접촉 또는 분리되도록 형성된 다수의 제2자성체

를 포함하는 솔레노이드.
제 1 항에 있어서,

상기 자화수단이 영구자석인 솔레노이드.
양단부에 항상 일정한 자계가 형성되며, 그 중앙부는 전력을 공급받아 자계를 형성하는 다수의 솔레노이드;

상기 각 솔레노이드의 중앙부에 상하이동이 가능하도록 장착되며, 상기 솔레노이드에 전력이 공급됨에 따라 소정 극성을 가지는 다수의 아마츄어;

상기 각 솔레노이드에 대향되도록 장착되며, 그에 대응되는 상기 아마츄어의 상하이동에 따라 상하이동되는 다수의 가압수단;

상기 솔레노이드의 하부에 소정간격 이격되게 장착되며, 상기 가압수단이 상하이동가능하도록 장착된 베이스부;

상기 베이스부에 장착된 다수의 커넥터; 및

상기 각 가압수단의 하단부에 고정되며, 상기 가압수단과 함께 상하이동되어 상기 다수의 커넥터 중 두 커넥터를 전기적으로 연결 또는 절연시키는 접촉부재

를 포함하는 유니 솔레노이드를 이용한 스위치.
제 3 항에 있어서,

상기 솔레노이드는,

상기 전력을 공급받기 위한 코일이 외주면에 권선되며, 상기 아마츄어가 상하이동되는 관통홀이 중앙에 형성된 보빈 코어;

상기 보빈 코어의 양단부에 각각 인접하게 장착되며, 링형상으로 이루어진 한 쌍의 자화수단; 및

상기 각 자화수단의 양단면에 장착되어 상기 자화수단에 의해 자화되며, 링형상으로 이루어진 다수의 자성체를 포함하는 유니 솔레노이드를 이용한 스위치.
제 4 항에 있어서,

상기 자성체는,

상기 보빈 코어의 상하면에 밀접되도록 장착된 한 쌍의 제1자성체; 및

상기 보빈 코어로부터 소정간격 이격되게 장착된 한 쌍의 제2자성체를 포함하는 유니 솔레노이드를 이용한 스위치.
제 4 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 가압수단은,

상기 접촉부재가 그 하단부에 장착되며, 상기 아마츄어의 하강시 그로부터 압력을 제공받아 하향이동되는 압력핀; 및

상기 압력핀의 주연부에 배치되되, 그 일단부는 상기 베이스부의 상면에 지지되며, 상기 아마츄어로부터 제공되는 압력이 제거될 경우 상기 압력핀을 상측으로 이동시키는 스프링을 포함하는 유니 솔레노이드를 이용한 스위치.