KR20120039267A - 전자 개폐장치 - Google Patents

Abstract

전자 개폐장치에 있어서, 고정접점과 가동접점의 표면 형상을 변화시켜 두 접점의 접촉 또는 분리시 발생하는 소음의 감소 및 아크를 소호하는 기술이 제공된다. 전자 개폐장치는 고정접점과, 고정접점에 대해 접촉 또는 분리되는 가동접점과, 가동접점을 이동시켜 고정접점과 접촉 또는 분리시키는 이동부를 포함하며, 고정접점 또는 가동접점 중 적어도 하나의 접촉면에는 소정의 요철 패턴이 형성될 수 있다.

Description

전자 개폐장치{RELAY}

전자 개폐 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전기 자동차 등에서의 전자 개폐장치에 관한 것이다.

전자 개폐장치는 전기적인 중계작용을 하는 전동식 스위치 장치로서, 일반적으로 작은 입력전류의 변화에 의하여 주회로를 통전하거나 차단하는 접속변환장치를 말한다. 이러한 계전기의 종류에는 접점식 개폐장치, 무접점 개폐장치, 압력 개폐장치, 광 개폐장치 등이 있으며, 이 중에서 접점식 개폐장치는 그 구조가 비교적 단순하여 자동차 지시등 또는 와이퍼 모터 등에서 많이 사용된다.

또한, 직류전력을 개폐하는 전자 개폐장치는 하이브리드(HYBRID) 자동차, 연료전지 자동차, 골프 카드(GOLF CART) 및 전동 지게차와 같은 전기 자동차에 있어서, 축전지와 직류 전력 변환장치 사이에 설치되어 축전지로부터 직류전력을 직류변환장치에 공급 또는 차단하는 기능을 수행한다.

또한, 직류전력을 개폐하는 전자개폐기는, 태양 광 발전 시스템과 풍력 발전 시스템 등 친환경 발전 시스템에 있어서, 직류 발전기와 직류 발전 전력을 상용 주파수와 전압의 교류전력으로 변환하는 인버터의 사이에 설치되어, 직류 발전 전력을 인버터에 공급 또는 차단하는 기능을 수행하기도 한다.

전기 자동차에 사용되는 직류전력을 개폐하는 전자 개폐장치는, 안정적인 전류를 공급하기 위해 아크 발생이 최소화되어야 하고, 실내 정숙성을 유지하기 위해서 소음발생이 최소화되어야 한다.

고정접점과 가동접점의 표면 형상을 변화시켜 두 접점의 접촉 또는 분리시 발생하는 소음의 감소 및 아크를 소호 성능을 향상시키기 위한 전자 개폐장치가 제공된다.

일 실시예에 따른 전자 개폐장치는 고정접점과, 고정접점에 대해 접촉 또는 분리되는 가동접점과, 가동접점을 이동시켜 고정접점과 접촉 또는 분리시키는 이동부를 포함하며, 고정접점 또는 가동접점 중 적어도 하나의 접촉면에는 소정의 요철 패턴이 형성될 수 있다.

일 실시예에 따른 전자 개폐장치는 접촉면에 형성되는 패턴은 격자이고, 음각 또는 양각 중 적어도 하나의 형태로 형성될 수 있으며, 고정접점과 가동접점은 절연성 가스가 혼합되어 밀폐되는 아크 소호 공간에 수용될 수 있다.

전자 개폐를 위해 고정접점과 가동접점이 접촉 또는 분리되는 경우 발생할 수 있는 소음이 감소되고, 아크가 소호되어 전자 개폐의 성능을 향상시킬 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 전자 개폐장치의 전체 구성도,
도 2는 일 실시예에 따른 전자 개폐장치의 고정접점과 가동접점의 표면 확대도,
도 3은 일 실시예에 따른 전자 개폐장치의 고정접점과 가동접점의 단면도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 사용되는 용어들은 실시예에서의 기능을 고려하여 선택된 용어들로서, 그 용어의 의미는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 후술하는 실시예들에서 사용된 용어의 의미는, 본 명세서에 구체적으로 정의된 경우에는 그 정의에 따르며, 구체적인 정의가 없는 경우는 당업자들이 일반적으로 인식하는 의미로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 일 실시예에 따른 전자 개폐장치의 전체 구성도이다. 도 1을 참조하면, 전자개폐장치(100)는 소호부(110)와 구동부(130)를 포함하여 구성된다.

소호부(110)는 하우징(111)과 고정단자(113)와 가동단자(115) 및 샤프트(117)로 구성된다. 소호부는 전자 개폐장치(100)와 연결된 외부 장치에 대한 스위칭이 이루어지도록 고정단자(113)와 가동단자(115)의 접점을 개폐한다.

하우징(111)은 세라믹(ceramic) 등과 같은 내열성 재료로 상자 모양으로 형성된다. 하우징(111)은 구동부(130)위에 접합되어 소호부(110)의 주요 구성을 내부에 수용하여 이를 외부로부터 보호할 수 있다. 하우징(111)의 하부에는 개구가 형성되어 구동부(130)의 상판과 접합될 수 있다. 또한 하우징(111)의 상부에는 2개의 단자 구멍이 형성될 수 있다. 이는 고정단자(113)가 하우징을 통과하여 결합되도록 하기 위함이다.

하부가 개구되어 있는 상자 모양으로 형성되는 하우징(111)이 구동부(130)의 상방에 얹어진 형태로 설치되고, 하우징(111)의 상부에는 단자 구멍이 구비되고, 단자 구멍을 통하여 고정접점 및 고정단자(113)가 삽입된다. 하우징(111) 내부에는 고정단자(113)의 하단에 샤프트(117)와 결합되고 스위칭을 위한 고정단자(113)의 고정접점과의 접촉 및 분리를 수행하는 가동접점(112)이 이격되어 배치된다.

또한, 하우징(111)은 연결체를 이용하여 구동부(130)의 상판과 접합되어 고정단자(113)와 가동단자(115)를 수용하는 아크 소호공간(119)을 형성할 수 있다. 하우징(111)의 하부는 금속재료 등으로 형성된 연결체를 이용하여 구동부(130)와 연결하고, 이를 용접 등의 접합방법을 통하여 기밀 접합될 수 있다. 아크 소호공간(119)에는 수소를 주성분으로 하는 절연성 가스가 밀봉되어 있다. 이에 따라, 고정단자(113)의 접점과 가동단자(115)의 접점이 접촉 또는 분리됨에 따라 발생하는 아크가 제거될 수 있다.

고정단자(113)는 동계(銅系) 재료 등의 도전체로 원통형으로 형성되고, 하단에는 고정접점을 형성하고, 상단에는 외부장치가 연결될 수 있도록 차양부를 구비한다. 고정단자(113)는 하우징(111)의 상부 구멍을 통해 하우징(111)을 관통하여 고정된다. 고정단자(113)의 하단은 하우징(111)의 상부 구멍을 관통할 수 있으나, 고정단자(113)의 상단은 하우징(111)의 상부 구멍보다 크게 형성되어 이를 통과할 수 없다. 이에 따라, 고정단자(113)의 상단은 하우징(111)의 외부에 위치하고, 고정단자(113)의 하단은 하우징(111)의 내부의 아크 소호공간(119)에 위치할 수 있다.

한편, 고정단자(113)의 하단에 형성된 고정접점이 가동단자(115)와 접촉되면, 고정단자(113)의 상단에 연결된 외부장치에 전류를 공급하게 된다. 고정접이 가동단자(115)와 분리되면, 고정단자(113)의 상단에 연결된 외부장치에 전류공급을 차단하게 된다. 이에 따라, 전자 개폐장치(100)는 전기적인 중계작용을 하는 전동식 스위치 장치로 작동할 수 있다.

가동단자(115)는 동계 재료 등의 도전체로 평판의 형태로 형성된다. 가동단자(115)의 상부면에는 가동접점이 형성된다. 가동접점은 가동단자(115)와 일체로 형성된다. 가동단자(115)는 아크 소호공간(119)내에 수용되며, 아크 소호공간(119)내를 이동하여 고정단자(113)의 고정접점과 접촉 또는 분리될 수 있다. 이 경우, 가동단자(115)의 가동접점이 고정단자(113)의 고정접점과 접촉 또는 분리될 때 아크가 발생하면, 아크를 소호할 수 있다.

샤프트(117)는 구동부(130)의 중앙부와 소호부(110)의 중앙부를 축방향으로 관통하여 연결될 수 있다. 이를 위해, 구동부(130)의 중앙에는 샤프트(117)의 이동을 안내하는 관통구가 형성될 수 있다. 샤프트(117)의 상단에는 소호부의 가동단자(115)가 연결될 수 있다. 샤프트(117)의 하단에는 구동부(130)의 가동철심(133)이 결합될 수 있다. 이에 따라, 구동부(130)의 가동철심(133)이 상하운동을 하는 경우, 샤프트(117)는 가동단자(115)에 상하운동을 전달하여, 가동단자(115)가 고정단자(113)에 접촉 또는 분리될 수 있도록한다.

일 실시예에 따른 전자 개폐장치(100)의 소호부(110)는 가동단자(115)의 하부에 접압스프링(118)이 구비될 수 있다. 가동단자(115)의 하부에 연결된 샤프트(117)는 접압스프링(118)의 가운데 공간에 위치할 수 있다. 즉, 접압스프링(118)은 샤프트(117)의 둘레에 위치할 수 있다. 접압스프링(118)은 가동단자(115)가 고정단자(113)와 접촉될 때 고정단자(113) 방향으로 탄성력을 가질 수 있다. 접압스프링(118)은 고정단자(113)와 가동단자(115)가 일정 이상의 압력으로 접촉상태를 유지되도록 할 수 있다.

또한, 접압스프링(118)은 가동단자(115)가 고정단자(113)와 분리될 때 샤프트(130)의 이동 속도를 저감시켜, 구동부(130)의 가동철심(133)(123)이 플런져 캡(134)과 접촉시 충격력을 완화하여 소음, 진동 발생을 억제할 수 있다.

이하, 구동부(130)에 대해 설명하도록 한다.

구동부(130)는 전기적 신호를 이용하여 접점의 개폐에 대한 제어가 가능하도록 하는 액추에이터를 포함한다. 전자 개폐장치(100)는 통상적으로 액추에이터를 통한 구동부(130)의 상하운동으로 전자 개폐장치(100)와 연결된 외부 장치를 스위칭한다. 구동부(130)는 전기적 신호에 의한 자기력을 발생시켜 접점의 구동력을 생성하는 여자용 코일(131), 여자용 코일(131)의 내부에 고정되어 배치된 고정철심(132), 고정철심(132)에 맞대어지도록 배치된 가동철심(133)을 포함할 수 있다.

여자용 코일(131)과 고정철심(132) 및 가동철심(133) 사이에는 여자용 코일(131)이 권장되는 코일보빈(135)이 구비되며, 코일보빈(135)의 축방향을 따라 상하방향으로 고정철심(132) 및 가동철심(133)이 배치된다. 고정철심(132)과 가동철심(133)은 여자용 코일(131)에 의하여 발생하는 자속(磁束, magnetic flux density)을 통과시키는 자로(磁路, magnetic path)를 형성한다. 여자용 코일(131)에 의하여 발생하는 자속에 의해 가동철심(133)이 상하방향으로 운동하는 구동력을 갖는다.

코일보빈(135)과 고정철심(132) 및 가동철심(133) 사이에는 비자성재료로 이루어지며, 소호부 측의 면이 개구되고 타측면의 바닥이 막혀있는 원통형으로 형성되는 플런져 캡(134)을 구비한다. 플런져 캡(134)은 고정철심(132) 및 가동철심(133)이 수납되는 용기와 같은 형태를 가지며, 고정철심(132) 및 가동철심(133) 각각의 외경은 플런져 캡(134) 내의 내경과 동일한 정도의 지름을 갖는 원통형으로 형성된다. 가동철심(133)은 플런져 캡(134)의 축방향으로 이동 가능하다.

가동철심(133)의 이동범위는 고정철심(132)에 접합하는 접합 위치와 플런져 캡(134)의 타측면의 바닥면과 떨어지는 초기 위치와의 사이로 결정된다. 가동철심(133)이 고정철심(132)과 접합하는 접합력은 여자용 코일(131)에 의한 코일 스프링에 의해 제공되며, 가동철심(133)이 초기 위치에 복귀하는 방향의 용수철력은 복귀스프링(136)에 의해 제공된다. 구동부(130)의 중앙부에는 고정철심(132)이 끼워 관통시켜지는 삽통 구멍이 설치되어 있고, 고정철심(132)은 삽통 구멍에 끼워 관통시켜지는 상태로 구동부(130)에 고정된다. 구동부(30)의 중앙부에는 고정철심(132)에 대하여 접근 및 이격되는 가동철심(133)이 구비된다. 중앙부의 코일보빈(135) 내측에는 가동철심(133)의 이동을 안내하는 가이드가 구비될 수 있다.

여자용 코일(131)의 통전시, 여자용 코일(131) 주변에서 자속이 발생한다. 이러한 자속에 의해 고정철심(132)과 가동철심(133)이 서로 다른 극성이 되고, 가동철심(133)은 고정철심(132)에 흡인되어 가동철심(133)과 고정철심(132)은 서로 접촉한다. 이처럼 가동철심(133)이 고정철심(132)과 접합위치에 있는 때에는 고정단자(113)와 가동단자(115)가 접촉된다. 고정단자(113)와 가동단자(115)가 접촉되면 외부장치에 전력을 공급하게 된다.

또한, 여자용 코일(131)의 단락시, 여자용 코일(131)의 자기력 발생이 중지되고 가동철심(133)의 구동력이 상실되어 가동철심(133)은 복귀스프링(136)의 탄성력에 의해 초기위치로 복귀된다. 가동철심(133)이 초기위치로 복귀됨과 동시에 샤프트(117)가 이동되고, 가동단자(115)는 고정단자(113)로부터 분리된다. 이때, 복귀스프링(136)은 고정철심(132)에 설치된 스프링 수납홈안에 수납되어 설치되고, 가동철심(133)이 접합 위치에 이동한 때에는 복귀스프링(136)이 압축되고 복귀스프링(136) 전체가 스프링 수납홈 안에 수납되기 때문에, 복귀스프링(136)이 가동철심(133)과 고정철심(132)의 결합에 방해가 되지 않는다. 가동철심(133)이 초기위치로 복귀하면 외부장치에 전력공급이 중단된다.

도 2는 일 실시예에 따른 전자 개폐장치의 고정접점과 가동접점의 표면 확대도이다. 도 2를 참조하면, 고정접점(114)은 고정단자(113)와 일체로 형성될 수 있으며, 가동접점(116)은 가동단자(115)에 일체로 형성될 수 있다. 고정단자(113)는 고정단자(113)로부터 소정의 두께로 돌출될 수 있다. 가동접점(116) 또한 가동접점(115)으로부터 소정의 두께로 돌출될 수 있다. 고정접점(114)과 가동접점(116)은 샤프트(117)의 이동에 의해 서로 접촉 또는 분리될 수 있다.

또한, 고정단자(113)와 가동단자(115) 중 적어도 하나의 접촉면에는 소정의 요철 패턴이 형성될 수 있다. 즉, 고정접점(114)과 가동접점(116)의 표면에는 요철 패턴이 형성될 수 있다. 이는, 고정접점(114)과 가동접점(116)이 접촉되거나 분리될 때 아크 발생을 최소로 하기 위함이다. 고정접점(114)과 가동접점(116)의 마찰면을 줄여 아크 발생이 최소화될 수 있다. 이에 따라, 고정단자(113)의 상단에 연결된 외부장치에 보다 안정적인 전류공급이 이뤄질 수 있다.

또한, 고정접점(114)과 가동접점(116)에 형성되는 패턴의 종류는 예를 들어, 격자 형태, 벌집 형태, 원형, 타원형일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 이러한 패턴은 고정접점(114)에만 형성될 수도 있으며, 가동접점(116)에만 형성될 수도 있다. 패턴은 고정접점(114)과 가동접점(116) 모두에 형성될 수 있다.

도 3은 일 실시예에 따른 전자 개폐장치의 고정접점과 가동접점의 단면도이다. 도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 전자 개폐장치는 접촉면에 형성되는 패턴은 격자이고, 음각 또는 양각 중 적어도 하나의 형태로 형성될 수 있다. 이러한 패턴은 접점(114, 116)의 표면으로부터 음각으로 형성될 수 있으며, 접점(114, 116)의 표면으로부터 양각으로도 형성될 수 있다.

고정접점(114)과 가동접점(116)이 접촉되는 부위에는 패턴이 형성되기 때문에 접점(114. 116)의 전체 표면이 접촉되지 않는다. 이에 따라, 접점(114, 116)의 접촉 또는 분리시 아크 발생을 최소로 할 수 있다.

이상에서 본 발명은 도면을 참조하면서 기술되는 바람직한 실시예를 중심으로 설명되었지만 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 본 발명은 기재된 실시예로부터 도출 가능한 자명한 변형예를 포괄하도록 의도된 특허청구범위의 기재에 의해 해석되어져야 한다.

100 : 전자개폐 장치
110 : 소호부
111 : 하우징
113 : 고정단자
114 : 고정접점
115 : 가동단자
116 : 가동접점
117 : 샤프트
118 : 접압스프링
119 : 아크소호 공간
130 : 구동부
131 : 여자용 코일
132 : 고정철심
133 : 가동철심
134 : 플런져 캡
135 : 코일보빈
136 : 복귀스프링

Claims (3)

1. 고정접점;
   상기 고정접점에 대해 접촉 또는 분리되는 가동접점; 및
   상기 가동접점을 이동시켜 상기 고정접점과 접촉 또는 분리시키는 이동부를 포함하며,
   상기 고정접점 또는 가동접점 중 적어도 하나의 접촉면에는 소정의 요철 패턴이 형성되는 전자 개폐장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 패턴은 격자이고, 음각 또는 양각 중 적어도 하나의 형태로 형성되는 전자 개폐장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 고정접점과 가동접점은 절연성 가스가 혼합되어 밀폐되는 아크 소호 공간에 수용되는 전자 개폐장치.

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