KR20090057272A - 전자기 구동 유닛과 전기기계 스위칭 장치 - Google Patents

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Abstract

전자기계 스위칭 장치(250), 특별히 접촉자 또는 접촉자를 포함하는 다기능 장치는, 적어도 하나의 고정 접촉 피스(6), 전류 경로(5a,5b)를 개방하거나 폐쇄하기 위해 상기 적어도 하나의 고정 접촉 피스(6)로 그리고 상기 적어도 하나의 고정 접촉 피스(6)로부터 이동 가능한 적어도 하나의 이동 가능한 접촉 피스(21), 그리고 전자기 구동 유닛(201)을 포함하고, 상기 전자기 구동 유닛(201)은 요크(210)와 코일(11) 그리고 이동 가능한 전기자(215)를 포함하는데, 상기 전자기 구동 유닛(201)은 코일(11)에 인가된 전압에 응답하여 상기 이동 가능한 접촉 피스(21)를 변위시키기 위해 적응된다. 상기 적어도 하나의 이동 가능한 접촉 피스(21)와 상기 적어도 하나의 고정 접촉 피스(6)는 전자기 구동 유닛(201)의 활성화 이후에 전기자(215)의 이동을 제한하도록 적응된다.

Description

전자기 구동 유닛과 전기기계 스위칭 장치{AN ELECTROMAGNETIC DRIVE UNIT AND AN ELECTROMECHANICAL SWITCHING DEVICE}
본 발명은 전자기 구동 유닛 설계 기술과, 추가로 전자기계 스위칭 장치들에 관한 것이다.
도 1은 종래의 전자기 구동 유닛(1)의 섹션을 나타내며, 상기 종래의 전자기 구동 유닛(1)은 중간 다리(middle leg)(12) 주변에 놓인 코일(11)을 갖는 요크(10), 그리고 전기자(15)를 포함한다. 바람직하게는 제어 유닛(99)에 의해 제어되는 전류가 상기 코일(11)을 통해 리드될 때, 요크(10)는 자기화되고, 따라서 전기자(15)의 외부 극 다리들(16,17)이 요크(10)의 외부 극 다리들(13,14) 상으로 균열(crack onto)되기 전까지 전기자(15)를 상기 요크(10)를 향하여 당긴다.
이러한 종류의 전자기 구동 유닛들은 특별히 전자기계 스위칭 장치들에서, 특히 접촉기들에서 사용될 때 상기 전자기 구동 유닛이 활성화되고 그런 다음에 비활성화되는 수백 번의 동작 주기들이 지속될 필요가 일반적으로 요구된다. 단순화된 전자기계 스위칭 장치(50)를 또한 나타내는 도 1을 다시 참조하면, 상기 전자기계 스위칭 장치(50)에서는 전자기 구동 유닛들이 단자들(5a와 5b) 사이와 같은 전류 경로를 폐쇄하거나 개방하기 위해 고정 접촉 피스들(6)로 그리고 상기 고정 접 촉 피스들(6)로부터, 바람직하게는 이동 가능한 접촉 브릿지(20) 상에 놓인 이동 가능한 접촉 피스들(21)을 구동하기 위해 사용된다. 전기자(15)는 바람직하게도 접촉 브릿지(20)를 바(7)를 거쳐 이동시킨다.
이동 가능 접촉 피스들과 고정 접촉 피스들 사이의 아킹(arcing)을 방지하기 위하여, 전자기계 스위칭 장치의 접촉들은 상대적으로 신속히 이동될 필요가 있다. 전기자(15)의 당기는 힘은 접촉 스프링들과 같은, 탄성 댐핑 부재들(27)의 고력들을 극복해야 한다. 결과적으로, 요크(10)로의 전기자(15)의 결과 균열(resulting cracking)이 특별히 도 1에서 참조부호 18로 지시된 접촉 지점들 주변에서 재료의 피로를 유발한다. 균열(cracking)을 보상하기 위해, 바람직하게는 탄성 댐핑 부재(27)를 갖는 댐핑 시스템이 공통으로 사용된다.
DE 10 331 339 A1에서 제안된 방식에서와 같은, 전기자 라이터를 생성하는 것은 일부 장점을 제공하는데, 왜냐하면 균열에 의해 유발되는 충격이 그래서 감소될 수 있기 때문이다. 이러한 종류의 구현에서, 특별히 EP 1 101 233에서 제안된 솔루션과 결합될 때, 전기자는 적어도 부분적으로 분말의 자성 재료로 이루어질 수 있고, 추가로 에폭시 수지와 같은 적절한 고분자들에 의해 단단해질 수 있다. 종래 솔루션들에서 전기자와 요크가 단순한 형상들만을 허용하는 스테이플드(stapled) 금속 시트들로 이루어졌던 것과 대조적으로, 이러한 종류의 솔루션의 추가의 장점은 전기자와 요크의 형상에 대한 우수한 다목적성이다.
위의 종류의 솔루션의 단점은, 요크와 전기자를 위해 제안된 재료가 불안정하여 충격들에 대한 충분히 저항력이 없고, 그에 따라 전자기 구동 유닛의 기대 수 명을 극히 제한하고 따라서 전자기계 스위칭 장치에서의 사용에 매우 부적절한 것이다.
본 발명의 목적은 증가된 기대 수명을 갖는 전자기계 스위칭 장치를 제공하는 것이다. 상기 목적은 청구항 1에 기재된 전자기계 스위칭 장치에 의해 충족될 수 있다.
종속항들은 본 발명의 다양한 유용한 측면들을 기술한다.
전자기계 스위칭 장치, 특별히 접촉자나 또는 접촉자 이외에 회로 차단기와 같은 추가의 유닛들도 포함하는 다기능 장치는, 전류 경로를 폐쇄하거나 개방하기 위해 적어도 하나의 고정 접촉 피스로 그리고 상기 적어도 하나의 고정 접촉 피스로부터 이동 가능한 적어도 하나의 이동 가능한 접촉 피스와, 전자기 구동 유닛을 포함한다. 전자기 구동 유닛은 코일에 인가되는 전압에 응답하여 상기 이동 가능한 접촉 피스를 변위시키기 위해 적응된다.
상기 적어도 하나의 이동 가능한 접촉 피스와 상기 적어도 하나의 고정 접촉 피스가 전자기 구동 유닛의 활성화 이후에 전기자의 이동을 제한하도록 적응되는 경우, 요크와 전기자 사이의 충격이 경감될 수 있다. 이에 부가하여, 전자기계 스위칭 장치는 전자기 구동 유닛의 활성화 이후에 전기자의 이동을 제한하도록 적응된 적어도 하나의 정지부(stop)를 포함할 수 있다.
요크, 코일과 이동 가능한 전기자를 포함하는 전자기 구동 유닛에서의 경우, 요크와 전기자는 매칭된 형상을 가져서, 코일이 활성화될 때, 전기자가 적어도 부분적으로 요크를 크로스하도록 적응되고, 충격으로 인한 압력이 방지되거나 적어도 경감될 수 있다.
요크가 코일을 수용하기 위한 다리 또는 에지를 포함하는 경우, 그리고 전기자가 상기 다리나 에지가 적어도 부분적으로 상기 전기자를 관통할 수 있도록 적응된 적어도 하나의 개구부를 보여주는 경우, 다리와 전기자 사이의 충격은 경감되거나 방지될 수 있고, 그 동안에 여전히 적당한 사이즈의 코일의 사용이 요크를 이용한 충분히 강한 자기장이 신뢰성 있게 전기자를 구동하도록 유발한다. 또한, 전기자는 추가로 요크를 향하여 이동할 수 있다.
요크가 응답하는 극 다리를 지나쳐서 이동하게 하는 하나 또는 두 개의 외부 극 다리들 또는 에지를 포함하는 경우, 충격은 경감되거나 완벽하게 방지될 수 있다.
전기자가 전기자의 상부 부분으로부터 요크를 향하여 연장되는 에지를 포함하고, 전자기 구동 유닛의 활성화에 따라 요크의 베이스의 레벨에 도달하도록 적응된 적어도 한 영역을 포함하는 경우, 전기자의 상대적으로 큰 이동은 충격의 악영향을 여전히 경감시키거나 완벽하게 방지하는 동안에 획득될 수 있다.
특히 유용하게도, 본 발명은, 전기자 또는 요크가 바람직하게는 고분자와 특히 에폭시 수지와 같은 합성재료에 의해 지탱되는 자성의 분말 재료를 포함하는 경우, 수행될 수 있다.
요크, 코일과 이동 가능한 전기자를 포함하는 전자기 구동 유닛에서의 경우, 요크와 전기자는 매칭된 형상을 가져서, 코일이 활성화될 때, 전기자가 적어도 부분적으로 요크를 크로스하도록 적응되고, 충격으로 인한 압력이 방지되거나 적어도 경감될 수 있다.
하기에서는, 본 발명의 바람직한 실시예들이 동반된 도면들에 도시된 예시들을 참조하여 더욱 상세하게 논의된다.
도 1은 전자기계 스위칭 장치에서 종래의 전자기 구동 유닛의 섹션을 나타낸다.
도 2는 전류 경로가 개방된 상태일 때, 본 발명의 제2 측면에 따른 전자기계 스위칭 장치에서, 본 발명의 제1 측면에 따른 전자기 구동 유닛의 섹션을 나타낸다.
도 3은 도 2와 동일하지만, 전류 경로가 폐쇄된 상태일 때를 나타낸다.
동일한 참조부호들은 상세한 설명을 통틀어 유사한 구조적 엘리먼트들을 참조한다.
도 2는 요크(210), 코일(11)과 이동 가능한 전기자(215)를 포함하는 전자기 구동 유닛(201)의 섹션을 나타낸다.
적어도 하나의 이동 가능한 접촉 피스(21)와 적어도 하나의 고정 접촉 피스(6)는 코일(11)의 활성화 이후에 전기자(215)의 이동을 제한하도록 적응된다. 부가하여, 전자기계 스위칭 장치(250)는 추가로, 전자기 구동 유닛(201)의 활성화 이후에 전기자(215)의 이동을 제한하도록 적응된 적어도 하나의 정지부를 포함할 수 있다.
요크(210)와 전기자(215)는 매칭된 형상을 가질 수 있어서, 전자기 구동 유닛(201)이 제어 유닛(99)에 의해 활성화될 때 전기자(215)는 바람직하게는 슬라이딩함으로써 적어도 부분적으로 요크(210)를 크로스하도록 적응되고, 요크(210)와 전기자(215) 사이의 충돌이 방지될 수 있다.
전기자(215)의 이동은 도 3에서 도시된 바와 같이 이동 가능한 접촉 피스(21)와 고정 접촉 피스(6)가 상호 접촉될 때 상기 이동 가능한 접촉 피스(21)와 고정 접촉 피스(6)에 의해 제한된다. 이동 가능한 접촉 피스들(21)을 운반하는 접촉 브릿지(20)에 부착된 바(270)가 상기 제한하는 힘을 전기자(215)에 가한다.
바람직하게도, 요크(210)는 코일(11)을 수용하기 위한 다리(212)를 포함한다. 그런 다음에, 전기자(215)는 상기 다리(212)가 적어도 부분적으로 상기 전기자(215)를 관통할 수 있도록 적응된 적어도 하나의 개구부(270)를 보여줄 수 있다. 이러한 방식으로, 전기자(215)가 요크(210)를 향하여 당겨질 때, 상기 전기자(215)는 훨씬 더 적게 또는 적어도(much less or at least) 접촉에서 크로스할 수 있어서, 요크(210)에 대한 전기자(215)의 균열이 방지될 수 있다.
요크(210)는, 전기자(215)가 응답하는 극 다리(213,214)를 지나서 이동할 수 있게 하는 하나 또는 두 개의 외부 극 다리들(213,214)을 포함할 수 있다.
전기자(215)는 전기자(215)의 상부 부분(280)으로부터 요크(210)를 향하여 연장되는 다리들(216,217)을 포함할 수 있고, 상기 전기자는 코일(11)의 활성화에 따라 요크(210)의 베이스(290)의 레벨에 도달하도록 적응된 적어도 하나의 영역(R) 을 포함한다.
그러나, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 전기자(215)는 둥근 단면도를 갖는 포트 코어(a pot core)의 형상을 갖고, 에지들은 따라서 다리들(216,217)을 대체한다.
전기자(215) 또는 요크(210)는 자성 분말 재료와, 그리고 선택적으로 또한 합성 재료, 바람직하게 고분자, 특히 에폭시 수지를 포함할 수 있다. 상기 자성 분말 재료는 소결될 수 있다. 전기자(215) 또는 요크를 제조하기 위해 특히 유용한 재료들 및 방법들은 DE 10 331 339 A1과 EP 1 101 233에서 발견될 수 있다. 자성 분말 재료들은 일반적으로 mr>5000 범위에서 높은 투자율을 나타낸다. 고분자들과 같은 합성 재료들의 경우, 투자율은
Figure 112009017947337-PCT00001
범위에 있을 수 있다. 결과 전기자(215) 또는 요크(210)는 따라서
Figure 112009017947337-PCT00002
의 범위에 있는 투자율을 가질 수 있다. 바람직하게도, 전기자(215)와 요크(210) 모두는 동일한 재료로 이루어질 수 있다.
자기 회로의 치수들은 바람직하게도 전기자(215) 또는 요크(210)가 또한 사출성형을 이용하여 만들어졌을 때 충분히 큰 요크(210)를 향하여 전기자(215)를 당기기 위한 접촉 힘을 제공하도록 바람직하게 적응된다.
도 2와 도 3은 또한 도 2와 도 3의 예시에서 접촉자인 전자기계 스위칭 장치를 나타낸다.
대안적으로, 전자기계 스위칭 장치는 접촉자를 포함하는 다기능 장치일 수 있다. 양쪽 경우들 모두에서, 접촉자는 전류를 100V 내지 1000V 사이의 저-전압 레벨에서 스위칭하도록 바람직하게 적응된다.
전자기계 스위칭 장치(250)는 적어도 하나의 고정 접촉 피스(6)와, 전류 경로(5a,5b)를 개방하거나 폐쇄하기 위해 상기 적어도 하나의 고정 접촉 피스(6)로 그리고 상기 적어도 하나의 고정 접촉 피스(6)로부터 이동 가능한 적어도 하나의 이동 가능한 접촉 피스(21) 그리고 전자기 구동 유닛(201)을 포함한다. 전기자 구동 유닛(201)은 코일(11)에 인가되는 전압에 응답하여 상기 이동 가능한 접촉 피스(21)를 변위시키기 위해 적응된다. 전압은, 예컨대 와인딩의 단부들을 거쳐 전압을 인가함으로써, 코일에 인가될 수 있다.
도 2와 도 3은 전자기계 스위칭 장치(250)만의 단순화된 버전을 나타낸다. 많은 애플리케이션들에서, 두 개 또는 세 개의 전류 위상들의 거의 동시적 스위칭이 요구된다. 그러므로, 전자기계 스위칭 장치(250)는 각각의 위상을 위해 적어도 하나의 이동 가능한 접촉(21)과 적어도 하나의 고정 접촉(6)을 포함할 수 있다. 기계적 스위칭의 안정성을 높이고 접촉 버닝을 방지하기 위하여, 이동 가능한 접촉 피스들(21)과 고정 접촉 피스들(6)은 일반적으로 쌍들로 제공된다; 이동 가능한 접촉 피스들(21)은 바(207)에 의해 가해지는 힘들에 의해 변형되지 않을 견고한 접촉 브릿지(20) 상에서 바람직하게도 운반된다.

Claims (9)

  1. 전자기계 스위칭 장치(250), 특별히 접촉자 또는 접촉자를 포함하는 다기능 장치로서,
    ⅰ) 적어도 하나의 고정 접촉 피스(6);
    ⅱ) 전류 경로(5a,5b)를 개방하거나 폐쇄하기 위해 상기 적어도 하나의 고정 접촉 피스(6)로 그리고 상기 적어도 하나의 고정 접촉 피스(6)로부터 이동 가능한 적어도 하나의 이동 가능한 접촉 피스(21); 및
    ⅲ) 요크(210)와 코일(11) 그리고 이동 가능한 전기자(215)를 포함하는 전자기 구동 유닛(201)을 포함하고,
    상기 전자기 구동 유닛(201)은 코일(11)에 인가되는 전압에 응답하여 상기 이동 가능한 접촉 피스(21)를 변위시키기 위해 적응되고,
    상기 적어도 하나의 이동 가능한 접촉 피스(21)와 상기 적어도 하나의 고정 접촉 피스(6)는 전자기 구동 유닛(201)의 활성화 이후에 전기자(215)의 이동을 제한하도록 적응되는,
    전자기계 스위칭 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자기 구동 유닛(201)의 활성화 이후에 전기자(215)의 이동을 제한하도록 적응된 적어도 하나의 정지부(stop)를 더 포함하는,
    전자기계 스위칭 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 요크(210)와 상기 전기자(215)는 매칭된 형상을 가져서, 코일(11)이 활성화될 때, 상기 전기자(215)는 적어도 부분적으로 요크(210)를 크로스하도록 적응되는,
    전자기계 스위칭 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 요크(210)는 코일(11)을 수용하기 위한 다리(212)나 에지를 포함하고,
    상기 전기자(215)는 상기 다리(212)나 에지가 적어도 부분적으로 전기자(215)를 관통할 수 있도록 적응된 적어도 하나의 개구부(270)를 보여주는,
    전자기계 스위칭 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 요크(210)는 전기자(216,217)가 응답하는 극 다리(213,214)를 지나서 이동하게 하는 에지나 하나 또는 두 개의 외부 극 다리들(213,214)을 포함하는,
    전자기계 스위칭 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기자(216,217)는 상기 전기자(215)의 상부 부분(280)으로부터 요크(210)를 향하여 연장되는 에지(216,217)를 포함하고, 코일(11)의 활성화에 따라 요크(210)의 베이스(290)의 레벨에 도달하도록 적응된 적어도 하나의 영역(R)을 포함하는,
    전자기계 스위칭 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기자(215) 또는 상기 요크(210)는 자성 분말 재료를 포함하는,
    전자기계 스위칭 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전기자(215) 또는 상기 요크(210)는 합성 재료, 바람직하게는 고분자, 특히 에폭시 수지를 더 포함하는,
    전자기계 스위칭 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자기계 스위칭 장치(250)는 접촉자 또는 접촉자를 포함하는 다기능 장치인,
    전자기계 스위칭 장치.
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