KR200246959Y1 - 알에프 스위치 - Google Patents

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KR200246959Y1
KR200246959Y1 KR2020010015236U KR20010015236U KR200246959Y1 KR 200246959 Y1 KR200246959 Y1 KR 200246959Y1 KR 2020010015236 U KR2020010015236 U KR 2020010015236U KR 20010015236 U KR20010015236 U KR 20010015236U KR 200246959 Y1 KR200246959 Y1 KR 200246959Y1
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백락준
한창수
황인수
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본 고안은 각종 무선통신 기지국에 사용되는 알에프 스위치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 스위칭 작용을 위한 전자석의 코어와 상기 전자석을 장착하기 위한 고정수단인 베이스를 일체형으로 제작함으로써 제작이 용이해지고, 상기 코어와 베이스간의 접합부를 제거함으로써 재질의 균일도가 높아져 자속 형성에 있어 불연속점이 나타나지 않게 되어 스위칭 동작에 대한 신뢰성이 높아질 뿐만 아니라, 소형 부품으로도 동일한 자력을 얻을 수 있어 스위치의 소형화가 가능한 알에프 스위치에 관한 것이다.
종래 기술에 따른 알에프 스위치는 스위칭 작용을 하는 전자석을 베이스에 장착하기 위해 전자석 내부의 코어 상단부에 돌기를 형성하고 상기 베이스의 소정 위치에 구멍을 구비하여 강한 압착 등의 방법으로 접속한다. 그러나, 이와같은 방법은 상기 두 부품간의 접합부가 균일한 자속 형성을 저해하는 요소로 작용하게 된다고 하는 문제점이 있었다. 또한, 상기 접합부에 의해 자속 형성이 원활하지 않게 되어 자력이 떨어지므로 전자석을 크게 제작할 수밖에 없어 전체적으로 제품이 커진다고 하는 또다른 문제점이 있었다.
본 고안에 따른 알에프 스위치는 상기와 같은 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 전자석의 코어와 스위치의 베이스를 일체형으로 제작하여 제작을 용이하게 하고, 재질의 균일도를 높여 자속의 불연속점이 나타나지 않게 함으로써 스위칭 동작에 대한 신뢰성을 향상시키고 소형화가 가능한 알에프 스위치를 제공한다.

Description

알에프 스위치{A RF switch}
본 고안은 각종 무선통신 기지국에 사용되는 알에프(RF;Radio Frequency) 스위치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 스위칭 작용을 위한 전자석의 코어(core)와 상기 전자석을 장착하기 위한 고정수단인 베이스(base)를 일체형으로 제작함으로써 제작이 용이해지고, 상기 코어와 베이스간의 접합부를 제거함으로써 재질의 균일도가 높아져 자속(magnetic flux) 형성에 있어 불연속점이 나타나지 않게 되어 스위칭 동작에 대한 신뢰성이 높아질 뿐만 아니라, 소형 부품으로도 동일한 자력을 얻을 수 있어 스위치의 소형화가 가능한 알에프 스위치에 관한 것이다.
일반적으로 알에프 스위치는 육면체 또는 원통 형상의 금속 하우징의 저면에 입출력 포트가 형성되고, 상기 포트들 사이에는 스위치 바(bar)가 구비되되 상기 스위치 바들은 외부로부터 직류 신호를 인가하여 전자석을 구동시킴으로써 상기 스위치 바가 포트들을 서로 접속하거나 접속을 해제하는 동작을 하도록 되어 있다.
도 1은 일반적인 알에프 스위치의 구성을 간략화한 단면도로서 스위칭 작용이 이루어지는 하나의 스위치 구조만을 나타내고 있다. 실제로 통신 시스템에서 사용되는 다종다양한 알에프 스위치는 입출력 포트의 수, 접속 또는 차단하고자 하는 신호의 종류 등에 따라 상기 스위치 구조가 다수개 사용될 수 있다. 도 1에서 제 1 전자석(111)과 제 2 전자석(112)은 서로 대칭으로 배치되어 있으며, 상기 제 1 전자석과 제 2 전자석의 하단에 자화가능한 금속재의 힌지(113)가 구비되어 상하로 이동할 수 있도록 구성되어 있고, 상기 힌지의 하단에 밀착된 판스프링(114)이 제 1 접점(116) 또는 제 2 접점(117)에 압력을 가하여 공통단자(118)와 스위칭 단자(119)를 접속하거나 차단하는 작용을 하게 된다.
상기 제 1 전자석과 제 2 전자석의 동작은 제어신호선(120)에 의해 제어신호가 입력되어 행해지는데 상기 제어신호는 구동시키고자 하는 전자석에 직류 전압을 인가함으로써 자화된 전자석이 상기 힌지의 일측을 잡아당기는 힘을 발생시킨다. 이와같은 작용을 도 1에 적용하면 제 1 전자석(111)에 직류 전압을 인가하면 자화되어 힌지(113)를 잡아당기고 판스프링(114)이 제 2 접점(117)에 압력을 가함으로써 공통단자(118)와 스위칭 단자(119)를 접속하게 되며, 상기 힌지가 제 1 전자석에 접속되므로 스프링(115)의 작용에 의해 제 1 접점(116)은 분리된다.
도 2a는 종래 기술에 따른 알에프 스위치의 스위칭부 부품이 조립된 모양을 나타내는 도면이다. 도 2a에서 베이스(223)는 자화가능한 재질로써 일반적으로 순철을 사용하며, 상기 베이스의 중심부에는 영구자석(222)이 본딩(bonding) 등의 방법에 의해서 고정되고, 상기 영구자석을 중심으로 하여 소정 위치에 각각 솔레노이드(solenoid)(211)가 감긴 코어(212)가 전자석을 이루어 서로 대칭적으로 접속된다.
상기 코어는 통상 베이스(223)와 동일한 재질로 제작되는데 베이스에 장착하기 위해 코어 상단부에 돌기를 형성하고 상기 베이스에는 소정 위치에 구멍을 구비하여 강한 압착 등의 방법으로 접속하거나, 상기 코어의 상단부에 나사산을 구비하여 나사로 체결하는 방법을 사용한다. 그러나, 이와같은 방법은 동일 재질이라 하더라도 상기 두 부품간의 접합부가 물성(物性)상 불연속점이 되므로 자속이 균일하게 형성되지 않을 뿐만 아니라, 상기 베이스와 코어가 결합되는 부분에서 기구적으로 미세한 오차가 발생하고 상기 코어가 정확하게 수직을 이루지 못하므로 서로 대향되는 전자석의 힘에 불균형이 발생한다고 하는 문제점이 있었다.
그리고, 상기 코어의 제작 방법에 있어서도 NC(Numerically Control) 머신(machine) 등에 의한 절삭 가공후 니켈 도금을 하게 되는데, 이와같은 방법은 순철의 재질이 연질이므로 가공면이 매끄럽지 못하며 가공시 정밀도도 떨어지게 되어 코어와 상기 힌지가 접촉되는 접촉면에서 다수의 작은 요철(凹凸)에 의해 면접촉이 아닌 접접촉이 발생하여 스위치의 신뢰성이 떨어지게 된다.
또한, 전술한 바와 같이 종래 기술에 따른 알에프 스위치는 상기 접합부의 불연속점에 의해 자속 형성이 원활하지 않게 되므로 자력이 저하되어 불필요하게 전자석을 크게 제작할 수 밖에 없어 전체적으로 제품이 커진다고 하는 또다른 문제점이 있었다.
도 2b는 상기 도 2a의 자기(磁氣) 등가회로도이다. 도 2b에서 영구자석이 N극을 상부로 하여 위치하고 있을 경우, 상기 도 2a를 간략하게 표현하면 자속이 형성되는 폐루프(loop)를 따라 자속을 방해하는 요소들이 존재한다. 이는 자속에 대한 저항성분이므로 기호 Rm으로 표기하면, Rm1은 영구자석(222)과 베이스(223)가 접속되는 부분의 저항성분, Rm2는 베이스(223) 재질 자체가 가지는 저항성분, Rm3은 상기 베이스와 전자석의 코어(212)가 접속되는 접합부(221)의 저항성분, Rm4는 코어(212) 재질 자체가 자지는 저항성분, Rm5는 상기 코어와 힌지(213)가 맞닿는 부분의 저항성분, Rm6은 힌지(213) 재질 자체가 가지는 저항성분, 그리고 Rm7은 상기 힌지와 영구자석이 인접하는 부분의 저항성분을 각각 나타낸다.
본 고안은 종래의 알에프 스위치가 가지는 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 전자석의 코어와 스위치의 베이스를 일체형으로 제작하여 제작을 용이하게 하고, 재질의 균일도를 높여 자속의 불연속점이 나타나지 않게 함으로써 스위칭 동작에 대한 신뢰성을 향상시키고 소형화가 가능한 알에프 스위치를 제공함을 그 기술적 과제로 한다.
도 1은 일반적인 알에프 스위치의 구성을 간략화한 단면도.
도 2a는 종래 기술에 따른 알에프 스위치의 스위칭부 부품이 조립된 모양을 나타내는 도면.
도 2b는 상기 도 2a의 자기(磁氣) 등가회로도.
도 3a는 본 고안에 따른 알에프 스위치의 스위칭부 부품이 조립된 모양을 나타내는 도면.
도 3b는 상기 도 3a의 자기(磁氣) 등가회로도.
도 4는 종래 기술에 따른 알에프 스위치와 본 고안에 따른 알에프 스위치의 자속밀도 투과율을 비교하기 위한 간략도.
도 5는 본 고안에 따른 알에프 스위치의 외관도.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
111. 제 1 전자석 112. 제 2 전자석
113, 213, 313. 힌지 114, 214, 314. 판스프링
115, 215, 315. 스프링 116, 216, 316. 제 1 접점
117, 217, 317. 제 2 접점 118, 218, 318. 공통단자
119, 219, 319. 스위칭 단자 120, 220, 320. 제어신호선
211, 311. 솔레노이드 212, 312. 코어
221. 접합부 222, 322. 영구자석
223, 323. 베이스 224, 324. 이동편
225, 325. 힌지 고정수단 226, 326, 53. 입력포트
227, 327, 54. 제 1 출력포트 228, 328, 55. 제 2 출력포트
51. 제어신호 입력단자 52. 하우징
이를 위해 본 고안에 따른 알에프 스위치는 외부장치와 접속되는 다수개의 콘넥터; 상기 콘넥토들의 일단에 각각 구비되는 단자; 상기 단자들을 접속 또는 차단하기 위한 접점; 상기 접점과 접속되어 이동가능하되 스프링을 구비함으로써 복원력을 갖는 이동편; 스위칭 동작시 상기 이동편에 압력을 가하는 판스프링; 상기판스프링과 접속되어 연동하되 자력에 의해 회동(回動)가능한 힌지; 상기 힌지를 고정하기 위한 힌지 고정수단; 상기 힌지 고정수단과 동일축상에 상기 힌지와 소정의 간극(間隙)을 두고 위치하는 영구자석; 상기 영구자석을 중심으로 서로 대향되되 외부로부터 제어 신호를 인가받아 스위칭 기능을 하기 위해 원통 형상의 코어와 상기 코어의 외주면에 형성된 솔레노이드(solenoid)로 이루어진 전자석; 상기 영구자석을 장착하되 상기 코어와 일체형으로 제작되는 베이스; 상기 전자석에 제어 신호를 인가하기 위한 제어신호 입력단자; 및 상기 구성 요소들을 수납하기 위한 하우징을 포함한다.
이하 첨부된 도면에 따라 본 고안의 각부 특성 및 동작 원리를 상세히 설명한다. 도 3a는 본 고안에 따른 알에프 스위치의 스위칭부 부품이 조립된 모양을 나타내는 도면이다. 도 3a에서 베이스(323)는 자화가능한 재질로써 전술한 바와 같이 균질의 순철을 사용하는데 소정 위치에 서로 대향되도록 코어(312)가 일체형으로 형성되고, 상기 코어의 외주면에는 각각 솔레노이드(solenoid)(311)가 감겨 전자석을 이루며, 이와함께 상기 베이스의 중심부에는 영구자석(322)이 고정된다.
상기 베이스와 코어를 일체형으로 제작하는 방법에 있어서는, 순철의 물성을 유지하면서 표면을 매끄럽게 할 수 있으면 어떤 방법이든 제한이 없으며, 본 고안에서는 분말야금법을 사용하였다. 이와같이 베이스와 코어를 일체형으로 제작함으로써 상기 두 부품간의 접합부가 존재하지 않게 되므로 자속이 균일하게 형성될 수 있는 장점을 가지며, 따라서 자속을 방해하는 저항성분이 제거되어 동일한 자력을 내기 위한 전자석의 크기가 작아져 제품의 소형화가 가능하다.
이와함께 동일한 재질을 일체화하여 제작함으로써 기구적 오차를 줄일 수 있으며, 서로 대향되는 두 전자석의 힘이 균형을 이룰 수 있다고 하는 이점이 있다. 또한, 분말야금법에 의해 표면이 매끄럽게 제작되므로 상기 코어와 힌지간의 접촉면에서 충분한 면접촉이 이루어져 제품의 신뢰성이 향상된다.
도 3a는 제어신호 입력단자(도시하지 않음)로부터 오른쪽 제어신호선(320)을 통해 솔레노이드(311)에 제어신호가 인가되어 코어(312)가 자화된 상태를 나타낸다. 따라서, 힌지(313)는 오른쪽 전자석에 접속되므로 상기 힌지와 연동하는 판스프링(314)은 반대쪽인 왼쪽의 이동편(324)을 눌러 제 1 접점(316)이 공통단자(318)와 왼쪽의 스위칭 단자(319)를 접속하게 된다. 그러므로 입력포트(326)는 제 1 출력포트(327)에 알에프 신호를 전달하게 된다.
이때, 상기 구성요소들인 영구자석(322), 베이스(323), 코어(312), 힌지(313)가 순차적으로 연결되어 자속이 폐루프를 형성하므로 제어신호가 더이상 인가되지 않아도 힌지가 그 상태를 유지(latching)하게 되며, 이와함께 상기 판스프링도 왼쪽의 이동편을 눌러 제 1 접점이 접속된 상태를 유지하게 된다. 이는 후술하는 도 3b에서 알 수 있다.
도 3b는 상기 도 3a의 자기(磁氣) 등가회로도이다. 상기 도 2b에서와 동일하게 영구자석이 N극을 상부로 하여 위치했을때 자속이 형성되는 폐루프를 따라 자속을 방해하는 저항성분들을 살펴보면, R'm1은 영구자석(322)과 베이스(323)가 접속되는 부분의 저항성분, R'm2는 베이스(323) 재질 자체가 가지는 저항성분, R'm4는코어(312) 재질 자체가 가지는 저항성분, R'm5는 상기 코어와 힌지(213)가 맞닿는 부분의 저항성분, R'm6은 힌지(213) 재질 자체가 가지는 저항성분, 그리고 R'm7은 상기 힌지와 영구자석이 인접하는 부분의 저항성분을 각각 나타낸다.
따라서, 상기 도 3b에서 명백히 알 수 있는 바와 같이 종래 기술에 따른 알에프 스위치에서 베이스(223)와 코어(212)의 접합부(221)에서 발생하는 매질간의 불연속점이 제거되어 상기 자속에 대한 저항성분 Rm3이 존재하지 않게 되므로 자속 형성이 원활하게 이루어져 동일한 크기의 전자석인 경우 본 고안에 따른 전자석의 자력이 보다 더 강하게 형성된다.
도 4와 표 1은 각각 종래 기술에 따른 알에프 스위치와 본 고안에 따른 알에프 스위치의 자속밀도 투과율을 비교하기 위한 간략도와 비교표이다. 도 4에서 기호 G는 자속밀도의 단위인 가우스(Gauss)의 약어이며, GP1은 종래 기술에 따른 알에프 스위치의 영구자석(222)의 자속밀도, GE1은 종래 기술에 따른 알에프 스위치의 전자석 코어(212)에 투과되는 자속밀도, GP2는 본 고안에 따른 알에프 스위치의 영구자석(322)의 자속밀도, GE2는 본 고안에 따른 알에프 스위치의 전자석 코어(312)에 투과되는 자속밀도를 각각 나타낸다.
상기 도 4와 표 1에서 알 수 있는 바와 같이 본 고안에 따른 알에프 스위치는 자속밀도의 투과율이 우수하므로 종래 기술에 비해 소형화된 부품으로도 동등 이상의 성능을 가질 수 있다.
도 5는 본 고안에 따른 알에프 스위치의 외관도로서, 전술한 구성요소들을 수납한 하우징(52)의 상부에는 제어선호가 입력되는 제어신호 입력단자(51)가 구비되어 있고, 상기 하우징의 저면에는 입력포트(53), 제 1 출력포트(54) 및 제 2 출력포트(55)가 구비되어 있다.
이상과 같은 본 고안에 따른 알에프 스위치는 본 실시예에서는 하나의 입력포트에 대해 두개의 출력포트중 어느 하나를 선택적으로 접속할 수 있는 단극쌍투(SPDT;Single Pole Double Throw) 방식에 대해서만 기술하였으나, 상기 콘넥터들을 방사형으로 더 배치하고 제어회로부를 확장함으로써 하나의 입력포트에 대해 N개의 출력포트중 어느 하나를 선택적으로 접속할 수 있는 단극N투(SPNT), 또는 예비포트를 중심으로 대향되는 두 포트가 쌍을 이루도록 구성함으로써 N경로에 대한 스위처블 콤바이너(switchable combiner)로 적용가능함은 통상의 지식을 지닌자에게 있어 명백한 것이다.
따라서, 본 고안에 따른 알에프 스위치는 전자석의 코어와 스위치의 베이스를 일체형으로 제작하여 제작을 용이하게 하고, 재질의 균일도를 높여 자속의 불연속점이 나타나지 않게 함으로써 스위칭 동작에 대한 신뢰성을 향상시키고 소형화가 가능하다고 하는 효과를 가진다.

Claims (3)

  1. 각종 무선통신 시스템에 사용되는 알에프 스위치에 있어서,
    외부장치와 접속되는 다수개의 콘넥터;
    상기 콘넥터들의 일단에 각각 구비되는 단자;
    상기 단자들을 접속 또는 차단하기 위한 접점;
    상기 접점과 접속되어 이동가능하되 스프링을 구비함으로써 복원력을 갖는 이동편;
    스위칭 동작시 상기 이동편에 압력을 가하는 판스프링;
    상기 판스프링과 접속되어 연동하되 자력에 의해 회동(回動)가능한 힌지;
    상기 힌지를 고정하기 위한 힌지 고정수단;
    상기 힌지 고정수단과 동일축상에 상기 힌지와 소정의 간극(間隙)을 두고 위치하는 영구자석;
    상기 영구자석을 중심으로 서로 대향되되 외부로부터 제어 신호를 인가받아 스위칭 기능을 하기 위해 원통 형상의 코어와 상기 코어의 외주면에 형성된 솔레노이드(solenoid)로 이루어진 전자석;
    상기 영구자석을 장착하되 상기 코어와 일체형으로 제작되는 베이스;
    상기 전자석에 제어 신호를 인가하기 위한 제어신호 입력단자; 및 상기 구성 요소들을 수납하기 위한 하우징을 갖는 알에프 스위치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 알에프 스위치는,
    중심부에 영구자석이 장착되는 베이스와, 상기 영구자석을 중심으로 서로 대향되도록 형성되는 코어를 일체형으로 제작하는 것을 특징으로 하는 알에프 스위치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 베이스와 코어를 일체형으로 제작하는 방법으로서 분말야금 방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 알에프 스위치.
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KR100816024B1 (ko) 2006-05-12 2008-03-21 주식회사 에이스테크놀로지 알에프 스위치의 인디케이터

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