KR200458019Y1

KR200458019Y1 - 자속 손실을 최소화한 조작기 및 그것을 구비하는 구동 장치

Info

Publication number: KR200458019Y1
Application number: KR2020100002441U
Authority: KR
Inventors: 박수범; 엄연식; 성기영
Original assignee: 성기영; (주)에마텍
Priority date: 2010-03-10
Filing date: 2010-03-10
Publication date: 2012-01-16
Also published as: KR20110008811U

Abstract

본 고안은 자속 손실을 최소화한 조작기 및 그것을 구비하는 구동 장치에 관한 것이다. 본 고안에 따른 조작기는, 고정 철심 코어(1120)와, 상기 고정 철심 코어(1120)의 외주에 권회 되는 고정자 코일을 포함하는 고정자 요소(1101); 상기 고정 철심 코어(1120)의 상부에 이격 유지되고, 상기 고정자 코일의 여자에 의해 생성되는 전자력과 조합해서 고정 철심 코어(1120)에 대해 인력 또는 척력이 작용하는 자기회로를 형성하여 상기 고정자 요소(1101)에 가까워지는 제1위치와 멀어지는 제2위치로 이동하는 영구자석(1210)을 포함하는 가동자 요소(1201); 상기 가동자 요소(1201)를 상기 고정자 요소(1101)로부터 멀어지는 방향으로 탄성 지지하는 개방 스프링; 및 상기 고정자 요소(1101)의 저면과 측면을 감싸고 상기 고정 철심 코어(1120)의 하단면이 접하는 형태로 설치되어 상기 영구자석(1210)과 고정 철심 코어(1120)와 함께 자속 흐름 경로로서 제공되는 자로 형성 부재(3000)를 포함하여 이루어진다. 본 고안의 구동장치는, 상기한 조작기의 동작을 받아 전기 회로를 개폐하는 등의 동작을 하도록 구성된다.

Description

자속 손실을 최소화한 조작기 및 그것을 구비하는 구동 장치{ELECTRO MAGNETIC ACTUATOR REDUCIBLE THE LOSS OF MAGNETIC FLUX AND DRIVING APPARATUS HAVING THE SAME}

본 고안은 코일에 여자된 전류에 의한 전자력과 영구자석의 자력을 이용하여 가동자를 제1위치 또는 제2위치로 이동시키고, 이동 완료된 시점에서는 별도의 전원 공급 없이 영구자석의 자력과 스프링의 힘에 의해 이동된 상태를 지속적으로 유지할 수 있는 조작기 및 이의 조작기를 사용한 구동 장치에 관한 것으로서, 특히 고정자 요소와 가동자 요소 사이의 자속 손실을 최소화하여 효율을 향상시킨 조작기 및 그것을 구비하는 구동 장치에 관한 것이다.

조작기는, 전자 접촉기, 전자 개폐기, 차단기와 같은 전기 기기류, 또는 일정 거리를 주기적 또는 간헐적으로 왕복하는 운동 기구가 필요한 기계 장치에서, 왕복 구간의 어느 한쪽 위치(제1위치)와 그로부터 반대쪽으로 떨어져 있는 위치(제2위치)까지 직선 왕복 운동시키기 위한 구동력 생성 기구이다.

구동 장치는, 상기한 조작기를 구동력 생성 기구로서 활용하여 기계나 계측기와 같은 동력 기구를 움직이는 장치이다. 이러한 구동 장치로서 흔히 전력 계통에 이용되는 예로서는, 전자 접촉기(電磁接觸器)(MC; Magnetic Contactor 또는 electroMagnetic Contactor)와 차단기(遮斷器)(CB; Circuit Breaker)를 들 수 있다.

또한, 차단기는 좀 더 구체적으로, ELB(Electric Leakage Breaker), ELCB(Earth Leakage Circuit Breaker) 등의 누전 차단기와, MCCB(Molded Case Circuit Breaker), NFB(No Fuse Breaker), 모터 보호용 배선용 차단기(MMS; Manual Motor Starter) 등의 배선용 차단기가 있다.

본 고안자 등은 구조가 간단하고 조작력을 증대시킬 수 있는 구조의 조작기와 구동장치에 대한 연구뿐만 아니라, 특히 동작 완료 후에 전력 공급을 필요로 하지 않음으로써 전력 소모를 줄일 수 있는 조작기와 구동장치에 대한 연구를 진행해 오고 있다.

그 연구의 결과 중 하나로서, 본 고안자 등에 의해 발명된 대한민국 특허출원 제2010-1306호(출원일 2010. 01. 07)에는, 코일에 여자된 전류에 의한 전자력과 영구자석의 자력을 이용하여 가동자를 이동시키고, 이동 완료된 시점에서는 별도의 전원 공급 없이도 영구자석의 자력과 개방 스프링의 힘에 의해 이동된 상태를 지속적으로 유지하도록 한 조작기와 구동 장치가 개시되어 있다.

상기한 특허출원에 개시된 조작기 및 이를 구비하는 구동장치의 일례가 도 1 및 도 2에 도시되어 있다. 도 1에는 구동장치의 단면도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 구동장치의 세로 중심축선을 기준으로 절단한 측단면도가 도시되어 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 조작기(1000a)는 고정자 요소(1100)와 가동자 요소(1200), 그리고 상기 가동자 요소(1200)를 상기 고정자 요소(1100)로부터 멀어지는 방향으로 탄성 지지하는 개방 스프링(2000)을 포함한다.

구동 장치(100)는, 이러한 조작기(1000a)의 가동자 요소(1200)를 피동요소인 가동 접점 조립체(150)에 연결한 형태이다.

구체적으로, 고정자 요소(1100)는, 자성체인 고정 철심 코어(1120)를 포함하고, 이의 고정 철심 코어(1120) 외주에 권회 되고 서로 독립적인 전류의 인가에 의해 서로 독립하는 반대방향의 전자기 회로를 구성하는 투입측 코일(1140) 및 개방측 코일(1150)을 포함한다.

그리고 가동자 요소(1200)는, 고정자 요소(1100)에 가까워지는 제1위치(또는 투입위치)와 멀어지는 제2위치(또는 개방위치)로 이동하는 것으로서, 고정 철심 코어(1120)의 상부에 배치되어 상기 투입측 코일(1140) 또는 개방측 코일(1150)의 여자에 의해 생성되는 전자력과 조합해서 고정 철심 코어(1120)에 대해 인력 또는 척력이 작용하는 자기회로를 형성하는 영구자석(1220)을 포함한다.

이러한 조작기(1000a)는, 투입측 코일(1140) 또는 개방측 코일(1150)에 전류를 인가하면 전자력에 의해 영구자석(1220)을 포함하는 가동자 요소(1200)가 제1위치 또는 제2위치로 이동하며, 제1위치 또는 제2위치로 이동 완료한 상태에서는 투입측 코일(1140)과 개방측 코일(1150)에 전류를 차단하더라도 고정 철심 코어(1120)와 영구자석(1220) 사이에 작용하는 자력(인력) 또는 개방 스프링(2000)의 탄성 복원력에 의해 제1위치 또는 제2위치에 홀딩 되어 그 상태를 지속적으로 유지하게 된다.

한편, 구동 장치는, 전자 접촉기(MC)에 대한 하나의 예로서, 하부 및 상부 케이스(111, 112) 내에 조작기(1000a)가 설치되고, 조작기(1000a)의 가동자 요소(1200)가 가동 접점 조립체(150)에 연결되어 전력 회로를 투입(closing 또는 ON) 또는 개방(open 또는 OFF)시키는 동작을 수행한다.

상부 케이스(112)의 전, 후 방향에는 복수의 전원측 단자(171)(도 2 참조)와 부하측 단자(172)가 설치되고, 양측의 단자(171)(172) 사이에는 상술한 가동 접점 조립체(150)가 설치된다.

가동 접점 조립체(150)는, 도 2와 같이 상기 조작기(1000a)의 가동자 요소(1200)가 연결되는 홀더(151), 가동 접촉자(160), 가동 접촉자(160)를 하방으로 탄성 가압하는 스프링(163)을 포함한다. 가동 접촉자(160)의 양쪽 단부에는 각각 가동 접점(161)(162)이 형성되어 있다.

상기 가동 접점(161)(162)에 대응하여, 상부 케이스(112)의 양쪽에는 전원측 단자(171)와 부하측 단자(172)가 설치되며, 각각의 단자(171)(172)에는 고정 접점(181)(182)이 형성되어 있다.

한편, 케이스(111)(112)의 일측에는 보조 단자(190)가 설치되며, 보조 단자(190)에는, 투입측 코일(1140)과 개방측 코일(1150)에 전류를 인입하기 위한 외부 급전선이 접속된다.

가동자 요소(1200)는 연장축(1262)과 결합축(1264)으로 가동 접점 조립체(150)의 홀더(151)에 연결된다.

이러한 구동 장치는, 조작기(1000a)의 개방측 코일(1150)에 전류가 인가되면, 가동자 요소(1200)는 고정자 요소(1100)와의 반발력과 개방 스프링(2000)의 탄성 복원력에 의해 상측으로 밀려 올라간다. 가동자 요소(1200)가 상방으로 끝까지 이동한 위치(제2위치: 개방위치)에서, 개방측 코일(1150)에 인가하던 전류를 차단하면, 가동자 요소(1200)는 개방 스프링(2000)의 탄성력만으로 개방위치(제2위치)에서 지탱되어 홀딩 된다.

위와 같이, 조작기(1000a)의 가동자 요소(1200)가 상측의 제2위치로 동작함에 따라, 구동장치(100)의 가동 접점 조립체(150)도 상향 이동되며, 그에 따라 가동 접촉자(160)의 접점(161)(162)이 전원측 및 부하측 단자(171)(172)의 접점(181)(182)으로부터 떨어지게 됨으로써 구동 장치(100)는 개방 상태(OFF 상태)가 된다. 또한 가동자 요소(1200)가 제2위치에서 홀딩 되면 홀더(151)도 상향 이동한 상태를 지속적으로 유지하게 됨으로써, 회로는 개방(OFF) 상태를 지속적으로 유지하게 된다.

다음으로, 조작기(1000a)의 투입측 코일(1140)에 전류를 인가하면, 가동자 요소(1200)는 고정자 요소(1100)를 향해 하방으로 끌어 당겨진다. 가동자 요소(1200)가 하방으로 끝까지 이동한 위치(제1위치: 투입위치)에서, 투입측 코일(1140)에 인가하던 전류를 차단하면, 고정자 요소(1100)의 여자에 의한 자기장은 사라지고, 가동자 요소(1200)는 영구자석(1220)과 고정 철심 코어(1120) 사이의 인력에 의해 투입위치에서 홀딩 된다.

위와 같이, 가동자 요소(1200)가 하측의 제1위치로 동작하면, 구동장치(100)의 가동 접점 조립체(150)도 하향 이동되며, 그에 따라 가동 접촉자(160)의 접점(161)(162)이 전원측 및 부하측 단자(171)(172)의 접점(181)(182)에 붙게 되어 회로는 투입(ON) 상태가 된다. 또한 가동자 요소(1200)가 제1위치에 홀딩 되면 홀더(151)도 하향 이동한 상태를 지속적으로 유지하게 됨으로써, 회로는 투입(ON) 상태를 지속적으로 유지하게 된다.

이와 같이 종래의 조작기 및 구동장치는, 투입(ON) 또는 개방(OFF) 동작 시에만 코일에 전류를 흘려주고, 가동자가 투입 또는 개방 위치에 이르러서는 코일에 전류를 공급하지 않더라도 그 상태를 영구자석과 개방 스프링이 지속적으로 유지시켜 줌으로써 동작 완료 후에는 전력 소모가 없다는 큰 장점이 있다.

그렇지만 투입 완료 상태에서는 영구자석(1220)과 고정 철심 코어(1120) 사이에 작용하는 인력이 개방 스프링(2000)의 탄성 복원력을 이겨야만 가동자 요소(1200)를 투입위치에 지속적으로 구속할 수 있다.

따라서 영구자석(1220)의 자력을 모두 구속력으로 활용하지 못한다면 자칫 영구자석(1220)이나 고정 철심 코어(1120)의 크기를 증가시켜야 하기 때문에, 상술한 많은 장점들을 충분히 향유하지 못하거나 또는 향유하는데 장애가 될 염려가 있다.

영구 자석의 자력을 가동자 요소의 구속력으로 충분히 활용하고자 하는 관점에서 연구한 결과, 영구자석(1220)과 고정 철심 코어(1120)의 인력은 자속밀도에 의해 좌우되고, 자속밀도는 자속 흐름에 의해 좌우되며, 자속 흐름은 자로(磁路)의 형성에 의해 좌우됨으로써, 결국 자로를 원활하게 확보해 주면 자속 손실이 줄어들고 영구자석이 지닌 자력을 대부분 구속력으로 활용할 수 있다는 생각에 이르렀다.

따라서 본 고안은 고정자 요소(고정 철심 코어)와 가동자 요소(영구자석) 사이에 자로를 효과적으로 확보해 주어 자속 손실을 최소화할 수 있는 구조의 조작기 및 구동 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 고안의 한 측면에 따른 조작기는, 고정 철심 코어와, 상기 고정 철심 코어의 외주에 축방향으로 이웃하여 권회 되는 투입측 코일 및 개방측 코일을 포함하는 고정자 요소; 상기 고정 철심 코어의 상부에 이격 유지되고, 상기 투입측 코일 또는 개방측 코일의 여자에 의해 생성되는 전자력과 조합해서 고정 철심 코어에 대해 인력 또는 척력이 작용하는 자기회로를 형성하여 상기 고정자 요소에 가까워지는 제1위치와 멀어지는 제2위치로 이동하는 영구자석을 포함하는 가동자 요소); 상기 가동자 요소를 상기 고정자 요소로부터 멀어지는 방향으로 탄성 지지하는 개방 스프링; 및 상기 고정자 요소의 저면과 측면을 감싸고 상기 고정 철심 코어의 하단면이 접하는 형태로 설치되어 상기 영구자석과 고정 철심 코어와 함께 자속 흐름 경로로서 제공되는 자로 형성 부재를 포함하여 이루어진다.

본 고안의 다른 측면에 따른 조작기는, 고정 철심 코어와, 상기 고정 철심 코어의 외주에 반경방향으로 중첩하는 형태로 권회 되는 투입측 코일 및 개방측 코일을 포함하는 고정자 요소; 상기 고정 철심 코어의 상부에 이격 유지되고, 상기 투입측 코일 또는 개방측 코일의 여자에 의해 생성되는 전자력과 조합해서 고정 철심 코어에 대해 인력 또는 척력이 작용하는 자기회로를 형성하여 상기 고정자 요소에 가까워지는 제1위치와 멀어지는 제2위치로 이동하는 영구자석을 포함하는 가동자 요소; 상기 가동자 요소를 상기 고정자 요소로부터 멀어지는 방향으로 탄성 지지하는 개방 스프링; 및 상기 고정자 요소의 저면과 측면을 감싸고 상기 고정 철심 코어의 하단면이 접하는 형태로 설치되어 상기 영구자석과 고정 철심 코어와 함께 자속 흐름 경로로서 제공되는 자로 형성 부재를 포함하여 이루어진다.

본 고안의 또 다른 측면에 따른 조작기는, 고정 철심 코어와, 상기 고정 철심 코어의 외주에 권회되고 정방향 또는 역방향의 전류인가에 의해 정방향 또는 역방향의 전자기 회로를 형성하는 고정자 코일을 포함하는 고정자 요소; 상기 고정 철심 코어의 상부에 이격 유지되고, 상기 고정자 코일의 정방향 또는 역방향 여자에 의해 생성되는 전자력과 조합해서 고정 철심 코어에 대해 인력 또는 척력이 작용하는 자기회로를 형성하여 상기 고정자 요소에 가까워지는 제1위치와 멀어지는 제2위치로 이동하는 영구자석을 포함하는 가동자 요소; 상기 가동자 요소를 상기 고정자 요소로부터 멀어지는 방향으로 탄성 지지하는 개방 스프링; 및 상기 고정자 요소의 저면과 측면을 감싸고 상기 고정 철심 코어의 하단면이 접하는 형태로 설치되어 상기 영구자석과 고정 철심 코어와 함께 자속 흐름 경로로서 제공되는 자로 형성 부재를 포함하여 이루어진다.

상술한 본 고안의 조작기에 있어서, 상기 자로 형성 부재는 상기 고정자 요소의 측면 전체 둘레 중 일부분을 감싸는 형태로 이루어질 수 있다.

상술한 본 고안의 조작기에 있어서, 상기 자로 형성 부재는 상기 고정자 요소의 측면 전체 둘레를 감싸도록 하여도 좋다.

상술한 본 고안의 조작기에 있어서, 상기 자로 형성 부재는 상기 고정자 요소의 상면보다 위쪽으로 더 연장되어 돌출되도록 하는 것이 바람직하다.

상술한 본 고안의 조작기에 있어서, 상기 가동자 요소는, 상기 영구자석이 삽입되는 가동자 철심을 더 포함할 수 있다.

본 고안의 한 측면에 따른 구동장치는, 케이스; 상기 케이스의 내부에 설치되는 조작기; 상기 케이스 내부에서 조작기의 가동자 요소에 일체로 결합되어 가동자 요소의 이동에 의해 제1위치와 제2위치로 이동하는 홀더; 상기 홀더에 설치되고 양측 단부에 각각 가동 접점이 형성되는 복수의 가동 접촉자; 및 상기 가동 접촉자의 양측 가동 접점에 대응하는 고정 접점이 형성되어서 상기 케이스의 양측에 각각 설치되는 전원측 단자 및 부하측 단자를 포함하며, 상기 가동자 요소의 이동으로 상기 가동 접촉자가 제1위치 또는 제2위치로 이동하는 것에 의해 상기 가동 접점과 고정 접점이 접점 투입 상태 또는 접점 개방 상태로 동작되고, 가동자 요소가 제1위치 또는 제2위치로 이동 완료한 때에 조작기의 코일에 전류를 차단하면, 상기 가동자 요소는 영구자석, 고정 철심 코어 및 자로 형성 부재를 흐르는 자기회로에 의해 제1위치에 구속되거나 또는 개방 스프링의 탄성 복원력에 의해 제2위치에 지탱되어 상기 가동 접점과 고정 접점이 접점 투입 상태 또는 접점 개방 상태를 지속적으로 유지한다.

본 고안에 의한 조작기 및 구동장치에 의하면, 자로 형성 부재에 의해 자로가 확보되어 자속 손실이 거의 없어 영구자석이 지닌 자력을 대부분 가동자 요소를 투입 위치에 홀딩 하는 구속력으로 활용할 수 있다.

도 1은 종래의 구동 장치의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 측단면도이다.
도 3은 본 고안의 제1실시예에 따른 고정자 요소의 구성을 보여주는 사시도이다.
도 4는 본 고안의 제1실시예에 따른 고정자 요소를 구비하는 조작기 및 구동 장치를 보여주는 단면도이다.
도 5는 도 4의 측단면도이다.
도 6은 도 5에서 가동자가 제1위치(투입 위치)로 이동된 상태를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6에서 코일에 전류를 차단한 경우 가동자 요소와 고정자 요소 사이의 자속 흐름에 대한 시뮬레이션 결과 도면이다.
도 8은 종래의 고정자 요소를 사용한 경우의 자속 흐름에 대한 시뮬레이션 결과 도면이다.
도 9는 본 고안의 제2실시예에 따른 고정자 요소 및 그의 구동 장치의 단면도이다.
도 10은 본 고안의 제3실시예에 따른 고정자 요소 및 그의 구동 장치의 단면도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 고안의 바람직한 실시예를 구체적으로 설명한다. 이하의 설명과 청구범위 및 도면에서 정한 방향, 즉, '상방(위쪽)', '하방(아래쪽)', '좌측', '우측', '전방', '후방'은 장치에 대한 설명의 편의를 도모하고 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위해 정한 것이지, 이들 방향이 절대적인 방향은 아니고 설치 조건에 따라 변화할 수 있다. 예를 들어, 조작기나 전자 접촉기를 눕혀 놓았을 때에는 상기한 방향들은 그에 맞추어 바뀌게 된다.

또한, 투입위치(제1위치)와 개방위치(제2위치)라고 설명하는 것은, 이해의 편의를 위해 가동자 요소가 이동하는 두 가지의 방향 또는 위치를 구분하기 위해 임의로 설정한 위치이지, 제1위치가 반드시 투입위치를 말하는 것은 아닌 한편, 투입위치가 반드시 회로를 연결(Closing)하는 위치를 말하는 것도 아니며, 제2위치가 반드시 개방위치를 말하는 것은 아닌 한편, 개방위치가 반드시 회로를 개방(Open)하는 위치를 말하는 것도 아니다.

이하, 전술한 도 1 및 도 2와 동일한 부분에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하여 설명한다.

(제1실시예)

첨부 도면 도 3에는 본 고안의 제1실시예에 따른 고정자 요소(1101)가 도시되어 있다.

도 3에 보인 바와 같이, 고정자 요소(1101)는 자성체로 이루어지는 고정 철심 코어(1120)와, 상기 고정 철심 코어(1120)의 외주에 권회 되는 투입측 코일(1140) 및 개방측 코일(1150)을 포함한다. 투입측 코일(1140) 및 개방측 코일(1150)은 축방향, 즉 고정 철심 코어(1120)의 축방향을 따라 이웃하여 설치된다.

본 고안은 특히 상기 고정자 요소(1101)의 저면과 측면을 감싸는 자로 형성 부재(3000)가 설치된 구조를 가진다.

구체적으로, 상기 자로 형성 부재(3000)는 자성체로 이루어지며, 상기 고정자 요소(1101)의 저면을 감싸는 하부판(3002)과, 상기 하부판(3002)으로부터 고정자 요소(1101)의 측면을 감싸는 형태로 상향 연장되는 측면 둘레판(3004)을 포함한다.

이러한 자로 형성 부재(3000)는, 그의 하부판(3002)에 고정 철심 코어(1120)가 접하고, 측면둘레판(3004)의 상단부는 영구자석(1210)(도 4 및 도 5 참조)에 근접하도록 고정자 요소(1101)의 상면보다 위쪽으로 더 연장되어 돌출된 형태를 유지하여 영구자석(1210)의 자속이 흐르는 경로를 구성하게 된다.

도 3에 도시된 실시예에서는, 자로 형성 부재(3000)가 고정자 요소(1101)의 측면 전체 둘레 중 일부분을 감싸는 형태의 것을 채용하고 있다. 즉, 서로 마주보는 2개의 측면둘레판(3004)이 고정자 요소(1101)의 측면 둘레의 일부분만을 감싸고 있다. 그러나 자로 형성 부재(3000)는 상기 고정자 요소(1101)의 측면 전체 둘레를 감싸는 구성으로 이루어져도 좋다. 즉, 측면둘레판(3004)이 마치 용기(容器)의 측면 둘레 모양을 가져 고정자 요소(1101)의 측면 둘레 전체를 감싸는 형태로 이루어져도 좋다.

또한, 도 3에 도시된 실시예에서는, 보빈(1160)의 측면 둘레가 사각형으로 이루어져 있기 때문에 측면 둘레판(3004)의 형상이 사각형의 마주보는 2개의 변의 윤곽을 따른 평판 모양으로 도시되어 있다. 만일 측면둘레판(3004)을 고정자 요소(1101)의 측면 둘레 전체를 감싸는 형태로 구성한다면, 이때의 측면둘레판(3004)은 사각용기의 측면 전체 둘레 모양을 취할 것이다.

만일, 보빈(1160) 및 코일(1140)(1150)의 측면 둘레가 전술한 특허출원 제2010-1306호에 개시된 한 형태인 원형으로 이루어진다면, 측면둘레판(3004)은 호형(弧形)으로 이루어지거나, 또는 원형의 용기의 측면 전체 둘레 모양을 취할 것이다.

도 4 및 도 5에는 상술한 자로 형성 부재(3000)를 갖춘 고정자 요소(1101)를 구비하는 조작기(1001) 및 해당 조작기(1001)를 설치한 구동 장치(101)가 도시되어 있다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 조작기(1001)는 자로 형성 부재(3000)가 하부 케이스(111)의 바닥에 위치하는 상태로 고정된다.

조작기(1001)의 가동자 요소(1201)는 가동 접점 조립체(150)의 홀더(151)에 연결되어 홀더(151)와 함께 제1위치(투입위치) 또는 제2위치(개방위치)로 이동한다.

본 실시예에서, 가동자 요소(1201)는 영구자석(1210)이 가동자 철심(1230)에 압입된 채 가동자 철심(1230)이 홀더(151)에 결합된 형태로 이루어져 있다.

또한, 개방 스프링(2001)은 가동 접점 조립체(150)의 홀더(151)와 하부 케이스(111) 사이에 설치된다. 홀더(151)의 양측에는 삽입돌부(152)가 하향 연장되고, 하부 케이스(111)에는 보스부(113) 및 삽입공(114)이 형성되어, 상기 삽입돌부(152)와 삽입공(114)에 개방 스프링(2001)이 설치된다.

도 4 및 도 5는 가동자 요소(1201)가 상방의 제2위치(개방위치)로 이동된 상태이다.

가동자 요소(1201)가 제1위치(투입위치)(도 6 참조)에 위치한 상태에서 개방측 코일(1150)에 전류가 인가되면, 고정 철심 코어(1120)는 자화되고, 그에 의한 자속과 영구자석(1210)의 자속 사이에는 전자 반발력이 생성되어 가동자 요소(1201)를 제2위치(개방방향)로 밀어 올리는 힘이 작용한다. 가동자 요소(1201)는 이러한 반발력과 개방 스프링(2001)의 탄성 복원력에 의해 제2위치로 이동하여 도 4 및 도 5와 같은 상태가 된다.

이와 같이 가동자 요소(1201)가 제2위치로 이동하면, 가동 접점 조립체(150)도 함께 상향 이동되어 개방 상태(OFF 상태)가 된다. 이때 가동 접촉자(160)의 접점(161)(162)은 전원측 및 부하측 단자(171)(172)의 접점(181)(182)으로부터 떨어지므로 부하측에 공급되는 전력이 차단된다.

가동자 요소(1201)가 제2위치로 이동한 상태에서 개방측 코일(1150)에 인가하던 전류를 차단하면, 가동자 요소(1201) 및 가동 접점 조립체(150)는 개방 스프링(2001)의 탄성력만으로 개방위치(제2위치)에서 지탱되어 홀딩 됨으로써 회로 개방(OFF) 상태가 지속적으로 유지된다.

상기한 개방위치에서, 투입측 코일(1140)에 전류가 인가되면, 투입측 코일(1140)에 의해 고정 철심 코어(1120)는 전술한 개방 시와 반대방향으로 자화되고, 그에 의해 고정 철심 코어(1120), 영구자석(1210) 및 자로 형성 부재(3000)를 통해 자기회로가 형성됨으로써 영구자석(1210)은 제1위치(투입위치)로 당겨지게 된다. 즉, 도 6과 같이 가동자 요소(1201)가 아래로 당겨져서 고정자 요소(1101)에 접근한 상태가 된다.

도 6과 같이, 가동자 요소(1201)가 투입 완료 위치에 위치한 상태에서 투입측 코일(1140)에 인가되는 전류를 차단하면, 고정 철심 코어(1120)에 부여되었던 전자석의 기능은 사라지고, 이때부터는 영구자석(1210)에 의한 자력이 고정 철심 코어(1120)에 작용하여 그 힘으로 투입위치에 위치한 상태 그대로 홀딩 된다.

이때, 본 고안에 의하면, 고정자 요소(1101)에 자로 형성 부재(3000)가 설치되어 있으므로, 영구자석(1210)의 자력은, 그 하방의 고정 철심 코어(1120)를 경유하여 자로 형성 부재(3000)를 따라 흐르게 되고, 이윽고 자로 형성 부재(3000)의 상단부에 이르러서는 다시 영구자석(1210)까지 도달하게 된다.

이때의 자로 형성 형태는 도 7에 나타나 있다. 이에 비해 도 8에는 종래의 고정자 요소를 사용한 경우의 자로 형성 형태가 나타나 있다.

본 고안에 의하면, 도 7에 도시된 바와 같이, 영구자석(1210)에 의한 자기력선이 고정 철심 코어(1120) 및 자로 형성 부재(3000)를 따라 조밀하게 흐르는 것을 알 수 있고, 종래 기술에 의하면 도 8에 도시된 바와 같이 자기력선 사이의 간격이 크고 산발적이라는 것을 알 수 있다.

즉, 본 고안은 종래에 비해, 자기력선이 매우 조밀하게 형성되므로 자속밀도가 훨씬 더 크다는 것을 알 수 있는데, 자속밀도 크다는 것은 자기장의 세기가 크다는 것이므로, 영구자석(1210)의 자력이 대부분 고정자 요소(1101)와 영구자석(1210)을 당기는 힘으로 쓰이고 있다는 것을 알 수 있다.

즉, 본 고안에 의하면, 자로 형성 부재(3000)에 의해 자로가 확보됨으로써 자속 손실이 거의 없어 영구자석(1210)이 지닌 자력을 대부분 가동자 요소(1201)를 투입 위치에 홀딩 하는 구속력으로 활용할 수 있으며, 그에 따라 개방 스프링(2001)의 복원력을 쉽게 이기고 투입 상태를 지속적으로 유지할 수 있게 된다.

(제2실시예)

첨부 도면 도 9에는 본 고안의 제2실시예에 따른 고정자 요소(1101a)를 가지는 조작기(1001a) 및 구동 장치(101a)가 도시되어 있다.

본 실시예에 의한 조작기(1001a)는 제1실시예에 따른 조작기(1001)에 비해 고정자 요소(1101a)의 투입측 코일(1140a)과 개방측 코일(1150a)의 배치 관계만이 다르고 나머지의 구성은 동일하다.

제1실시예에 따른 조작기(1001)에서는 투입측 코일(1140)과 개방측 코일(1150)이 축방향(도면에서는 상하방향)으로 이웃하여 배치되었으나, 본 실시예에 따른 조작기(1001a)는, 투입측 코일과 개방측 코일 중 어느 하나는 반경방향 내측에 권회하고, 나머지 하나의 코일은 반경방향 외측에 권회 한 형태 등으로, 필요에 따라 다양하게 배치할 수 있음을 보여준다.

도 9에 도시된 실시예에서는, 투입측 코일(1140a)은 반경방향 내측에 배치하고, 개방측 코일(1150a)은 투입측 코일(1140a)의 외주에 권취 한 형태로 구성하고 있다. 투입측 코일(1140a)과 개방측 코일(1150a)의 위치는 상황에 따라 서로 바뀌어도 좋다.

본 실시예에 따른 조작기(1001a)의 동작 과정, 그리고 본 실시예에 따른 조작기(1001a)를 구비하는 구동 장치(101a)의 동작 및 작용은 제1실시예의 조작기(1001)와 구동 장치(101)의 동작 과정과 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.

(제3실시예)

첨부 도면 도 10에는 본 고안의 제3실시예에 따른 고정자 요소(1101b)를 가지는 조작기(1001b) 및 구동 장치(101b)가 도시되어 있다.

본 실시예에 의한 조작기(1001b)는 제1, 2실시예에 따른 조작기(1001)(1001a)에 비해 코일의 형태만이 다르고 나머지의 구성은 동일하다.

즉, 제1, 2실시예에 따른 조작기(1001)(1001a)에서는 투입측 코일(1140)과 개방측 코일(1150)이라고 하는 2개의 코일을 나누어 배치한 형태이나, 본 실시예에 따른 조작기(1001b)에서는, 하나의 고정자 코일(1145)만을 구비한 형태로 이루어진다.

이러한 본 실시예는, 가동자 요소(1201)의 동작 방향에 따라 2개의 코일을 구비하는 제1, 2실시예에 비하여, 하나의 고정자 코일(1145)을 구비하고, 하나의 고정자 코일(1145)에 정방향 또는 역방향의 전류를 인가하여 자속의 흐름을 정방향 또는 역방향으로 형성함으로써 가동자 요소(1201)를 제1위치(투입위치) 또는 제2위치(개방위치)로 이동시키도록 한 것이다.

본 실시예에 따른 조작기(1001b) 및 구동 장치(101b)의 동작 및 작용은 제1, 2실시예와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

이상 살펴본 바와 같이, 본 고안에 의하면, 고정자 요소에 자로 형성 부재를 도입하여 고정자 요소와 가동자 요소 사이에 자로를 효과적으로 확보해 줌으로써, 자속 손실을 최소화한다. 따라서 영구 자석의 자력을 대부분 가동자 요소를 구속하는 힘으로 활용할 수 있으며, 그로써 가동자 요소의 크기를 최소화하여 더욱 콤팩트한 조작기 및 구동 장치가 구현된다.

첨부 도면과 이상의 설명에서는 구동 장치의 예로서 전자 접촉기(MC) 한가지만을 예로 들어 설명하였으나, 본 고안의 조작기는, 상술한 전자 접촉기와 마찬가지의 방법으로 전자개폐기(MS), 일반적인 차단기(CB), 누전 차단기(ELB 또는 ELCB), 배선용 차단기(MCCB 또는 NFB), 모터 보호용 배선용 차단기(MMS) 등을 위시하여 많은 기계 장치 및 계측 장치에 활용할 수 있다.

이상에서는 첨부 도면에 도시된 본 고안의 구체적인 실시예를 상세하게 설명하였으나, 이는 본 고안의 바람직한 형태에 대한 예시에 불과한 것이며, 본 고안의 보호 범위가 이들에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이상과 같은 본 고안의 실시예는 본 고안의 기술적 사상 내에서 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 및 균등한 다른 실시가 가능한 것이며, 이러한 변형 및 균등한 다른 실시예들은 당연히 본 고안의 실용신안등록청구범위에 속한다.

101, 101a, 101b : 구동 장치(전자 접촉기)
111 : 하부 케이스 112 : 상부 케이스
113 : 보스부 114 : 삽입공
150 : 가동 접점 조립체 151 : 홀더
152 : 삽입돌부 160 : 가동 접촉자
161, 162 : 가동 접점 163 : 스프링
171 : 전원측 단자 172 : 부하측 단자
181, 182 : 고정 접점
1001, 1001a, 1001b : 조작기
1101, 1101a, 1101b : 고정자 요소
1120 : 고정 철심 코어 1140 : 투입측 코일
1145 : 고정자 코일 1150 : 개방측 코일
1160 : 보빈 1201 : 가동자 요소
1210 : 영구 자석 1230 : 가동자 철심
2001 : 개방 스프링 3000 : 자로 형성 부재

Claims

고정 철심 코어(1120)와, 상기 고정 철심 코어(1120)의 외주에 축방향으로 이웃하여 권회 되는 투입측 코일(1140) 및 개방측 코일(1150)을 포함하는 고정자 요소(1101);
상기 고정 철심 코어(1120)의 상부에 이격 유지되고, 상기 투입측 코일(1140) 또는 개방측 코일(1150)의 여자에 의해 생성되는 전자력과 조합해서 고정 철심 코어(1120)에 대해 인력 또는 척력이 작용하는 자기회로를 형성하여 상기 고정자 요소(1101)에 가까워지는 제1위치와 멀어지는 제2위치로 이동하는 영구자석(1210)을 포함하는 가동자 요소(1201);
상기 가동자 요소(1201)를 상기 고정자 요소(1101)로부터 멀어지는 방향으로 탄성 지지하는 개방 스프링; 및
상기 고정자 요소(1101)의 저면과 측면을 감싸고 상기 고정 철심 코어(1120)의 하단면이 접하는 형태로 설치되어 상기 영구자석(1210)과 고정 철심 코어(1120)와 함께 자속 흐름 경로로서 제공되는 자로 형성 부재(3000)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조작기.
고정 철심 코어(1120)와, 상기 고정 철심 코어(1120)의 외주에 반경방향으로 중첩하는 형태로 권회 되는 투입측 코일(1140a) 및 개방측 코일(1150a)을 포함하는 고정자 요소(1101a);
상기 고정 철심 코어(1120)의 상부에 이격 유지되고, 상기 투입측 코일(1140a) 또는 개방측 코일(1150a)의 여자에 의해 생성되는 전자력과 조합해서 고정 철심 코어(1120)에 대해 인력 또는 척력이 작용하는 자기회로를 형성하여 상기 고정자 요소(1101a)에 가까워지는 제1위치와 멀어지는 제2위치로 이동하는 영구자석(1210)을 포함하는 가동자 요소(1201);
상기 가동자 요소(1201)를 상기 고정자 요소(1101a)로부터 멀어지는 방향으로 탄성 지지하는 개방 스프링; 및
상기 고정자 요소(1101a)의 저면과 측면을 감싸고 상기 고정 철심 코어(1120)의 하단면이 접하는 형태로 설치되어 상기 영구자석(1210)과 고정 철심 코어(1120)와 함께 자속 흐름 경로로서 제공되는 자로 형성 부재(3000)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조작기.
고정 철심 코어(1120)와, 상기 고정 철심 코어(1120)의 외주에 권회되고 정방향 또는 역방향의 전류인가에 의해 정방향 또는 역방향의 전자기 회로를 형성하는 고정자 코일(1145)을 포함하는 고정자 요소(1101b);
상기 고정 철심 코어(1120)의 상부에 이격 유지되고, 상기 고정자 코일(1145)의 정방향 또는 역방향 여자에 의해 생성되는 전자력과 조합해서 고정 철심 코어(1120)에 대해 인력 또는 척력이 작용하는 자기회로를 형성하여 상기 고정자 요소(1101b)에 가까워지는 제1위치와 멀어지는 제2위치로 이동하는 영구자석(1210)을 포함하는 가동자 요소(1201);
상기 가동자 요소(1201)를 상기 고정자 요소(1101b)로부터 멀어지는 방향으로 탄성 지지하는 개방 스프링; 및
상기 고정자 요소(1101b)의 저면과 측면을 감싸고 상기 고정 철심 코어(1120)의 하단면이 접하는 형태로 설치되어 상기 영구자석(1210)과 고정 철심 코어(1120)와 함께 자속 흐름 경로로서 제공되는 자로 형성 부재(3000)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조작기.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 자로 형성 부재(3000)는 고정자 요소의 측면 전체 둘레 중 일부분을 감싸는 것을 특징으로 하는 조작기.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 자로 형성 부재(3000)는 고정자 요소의 측면 전체 둘레를 감싸는 것을 특징으로 하는 조작기.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 자로 형성 부재(3000)는 고정자 요소의 상면보다 위쪽으로 더 연장되어 돌출되는 것을 특징으로 하는 조작기.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 가동자 요소(1201)는, 상기 영구자석(1210)이 삽입되는 가동자 철심(1230)을 포함하는 것을 특징으로 하는 조작기.
케이스;
상기 케이스의 내부에 설치되는 청구항 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 기재된 조작기;
상기 케이스 내부에서 조작기의 가동자 요소(1201)에 일체로 결합되어 가동자 요소(1201)의 이동에 의해 제1위치와 제2위치로 이동하는 홀더(151);
상기 홀더(151)에 설치되고 양측 단부에 각각 가동 접점(161, 162)이 형성되는 복수의 가동 접촉자(160); 및
상기 가동 접촉자(160)의 양측 가동 접점(161, 162)에 대응하는 고정 접점(181, 182)이 형성되어서 상기 케이스의 양측에 각각 설치되는 전원측 단자(171) 및 부하측 단자(172)를 포함하며,
상기 가동자 요소(1201)의 이동으로 상기 가동 접촉자(160)가 제1위치 또는 제2위치로 이동하는 것에 의해 상기 가동 접점(161, 162)과 고정 접점(181, 182)이 접점 투입 상태 또는 접점 개방 상태로 동작되고,
가동자 요소(1201)가 제1위치 또는 제2위치로 이동 완료한 때에 조작기의 코일에 전류를 차단하면, 상기 가동자 요소(1201)는 영구자석(1210), 고정 철심 코어(1120) 및 자로 형성 부재(3000)를 흐르는 자기회로에 의해 제1위치에 구속되거나 또는 개방 스프링의 탄성 복원력에 의해 제2위치에 지탱되어 상기 가동 접점(161, 162)과 고정 접점(181, 182)이 접점 투입 상태 또는 접점 개방 상태로 지속적으로 유지되는 것을 특징으로 하는 구동 장치.