KR20150101758A - 원통형 코어를 갖는 전자 접촉기 및 그 코어의 제조 방법 - Google Patents

원통형 코어를 갖는 전자 접촉기 및 그 코어의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 내부 공간을 형성하는 케이스; 상기 내부 공간에 배치되는 접점부; 및 상기 내부 공간에 배치되어, 상기 접점부를 개폐시키는 구동부를 포함하고, 상기 구동부는, 상기 접점부를 향해 이동 가능하게 배치되고, 탄소강 선재로 단조 성형된 원통형의 코어; 및 상기 코어의 둘레에 고정적으로 배치되어, 상기 코어를 감싸는 코일을 포함하는, 원통형 코어를 갖는 전자 접촉기 및 그의 코어 제작 방법을 제공한다.

Description

원통형 코어를 갖는 전자 접촉기 및 그 코어의 제조 방법{ELECTROMAGNETIC CONNECTOR HAVING CYLINDER TYPE CORE AND METHOD FOR MANUFACTURING CYLINDER TYPE CORE}
본 발명은 원통형 코어를 갖는 전자 접촉기 및 그 코어의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전자 접촉기란, 전류를 공급하거나 중지하는 전기적인 접점 개폐 장치의 일 종으로서, 각종 산업용 설비, 기계 및 차량 등에 설치된다.
전자 접촉기는, 서로 선택적으로 접촉 또는 이격되는 고정 접점 및 가동 접점, 및 상기 고정 접점과 접촉 또는 이격되도록 전기적인 신호에 의하여 상기 가동 접점을 구동시키는 전기 액츄에이터(electric actuator)를 구비한다.
상기 전기 액츄에이터는, 이동 코어의 이동에 의해, 상기 이동 코어와 연결된 상기 가동 접점이 상기 고정 접점을 향해, 또는 그로부터 멀어지게 이동되게 한다.
이때, 상기 이동 코어는 절삭 가공에 의해 제작되어, 가공에 시간이 많이 걸리고 번거로운 점이 있다.
본 발명의 목적은, 코어가 자성체로서의 만족할 만한 특성을 가지면 서도 보다 간단한 방식으로 제조될 수 있게 하는, 원통형 코어를 갖는 전자 접촉기 및 그 코어의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 측면과 관련된 원통형 코어를 갖는 전자 접촉기는, 내부 공간을 형성하는 케이스; 상기 내부 공간에 배치되는 접점부; 및 상기 내부 공간에 배치되어, 상기 접점부를 개폐시키는 구동부를 포함하고, 상기 구동부는, 상기 접점부를 향해 이동 가능하게 배치되고, 탄소강 선재로 단조 성형된 원통형의 코어; 및 상기 코어의 둘레에 고정적으로 배치되어, 상기 코어를 감싸는 코일을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 코어는, 탄소 0.08 ~ 0.13 wt%, 규소 0.01 ~ 0.10 wt%, 망간 0.30 ~ 0.60 wt%, 인 0.001 ~ 0.030 wt%, 황 0.001 ~ 0.035 wt%, 및 알루미늄 0.02 ~ 0.05 wt%를 함유하는 탄소강 선재를 모재로 하여 제조될 수 있다.
여기서, 상기 코어의 양단부에 각각 결합되고, 상기 코어의 연장 방향에 수직하게 배치되며, 자성체 재질의 제1 코어플레이트 및 제2 코어플레이트; 및 상기 제1 코어플레이트 및 상기 제2 코어플레이트를 매개로 상기 코일과 자기력의 상호 작용 관계를 형성하고, 상기 내부 공간에서 상기 코일을 둘러싸도록 배치되는 영구 자석을 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 코어는, 원주상 일 부분에 평탄면이 형성된 돌기를 포함하고, 상기 제1 코어플레이트는, 상기 평탄면에 대응하는 직선 구간을 갖는 돌기홈을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 전자 접촉기용 코어 제조 방법은, 탄소 0.08 ~ 0.13 wt%, 규소 0.01 ~ 0.10 wt%, 망간 0.30 ~ 0.60 wt%, 인 0.001 ~ 0.030 wt%, 황 0.001 ~ 0.035 wt%, 및 알루미늄 0.02 ~ 0.05 wt%를 함유하는 탄소강을 절단하는 단계; 상기 절단된 탄소강의 일 단부에 단턱 및 볼트 내경을 성형하는 단계; 및 상기 절단된 탄소강의 타 단부에 리벳팅 경을 성형하는 단계를 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 원통형 코어를 갖는 전자 접촉기 및 그 코어의 제조 방법에 의하면, 코어가 자성체로서의 만족할 만한 특성을 가지면 서도 보다 간단한 방식으로 제조될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자접촉기(100)의 내부를 설명하기 위한 단도면이다.
도 2는 도 1의 코어(131) 및 코어플레이트(180)의 일부 간의 분리된 상태를 보인 사시도이다.
도 3은 도 2의 분리된 상태를 다른 각도에서 바라본 사시도이다.
도 4는 도 2의 코어(131)의 모재에 대한 투자율 변화를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원통형 코어를 갖는 전자 접촉기 및 그 코어의 제조 방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 코어를 갖는 전자 접촉기(100)의 내부를 설명하기 위한 단도면이다.
본 도면을 참조하면, 원통형 코어를 갖는 전자 접촉기(100)는, 케이스(110)와, 접점부(120)와, 구동부(130)를 가질 수 있다.
케이스(110)는 접점부(120)와 영구자석 플레이트(170) 등의 나머지 구성을 내부에 수용하는 구성이다. 이를 위해, 케이스(110)는, 접점부 케이스(111)와 구동부 케이스(112)가 결합되어 내부 공간을 구성하는 것일 수 있다. 접점부 케이스(111)에는 접점부(120)가 내장되고, 구동부 케이스(112)에는 구동부(130) 등이 내장될 수 있다. 접점부 케이스(111)는 구동부 케이스(112)의 상측에 위치할 수 있다.
접점부(120)는 전기 회로를 개폐하는 접점을 가진 구성이다. 구체적으로, 접점부(120)는 고정 접점(122)과, 가동 접점(124)을 구비할 수 있다. 고정 접점(122)은 접점부 케이스(111) 내에 고정적으로 배치된다. 고정 접점(122)은 서로 이격된 한 쌍의 도체로 형성되고, 그들 중 하나는 주전원에 다른 하나는 부하에 연결될 수 있다. 가동 접점(124)은 고정 접점(122)에 접속된 상태와, 고정 접점(122)으로부터 분리된 상태 간에 위치가 이동될 수 있다.
구동부(130)는 가동 접점(124)이 고정 접점(122)으로부터 분리하거나 고정 접점(122)에 접속되게 하기 위해 가동 접점(124)을 구동하는 구성이다. 구동부(130)는, 예를 들면, 접점부 케이스(111)를 향해 이동 가능하게 배치되는 코어(131)와, 코어(131)의 둘레에 배치되는 코일(135)과, 코일(135)의 둘레에 배치되어 자로를 형성하는 요크(140)와, 코일(135)의 전원 인가시 코일(135)의 자기력과 상호 작용하여 코어(131)를 이동시키는 영구자석(160)을 가질 수 있다.
코어(131)는 대략 원기둥 형상의 자성체일 수 있다. 코일(135)은 원통형의 보빈(134)에 권선될 수 있다. 이때 보빈(134)의 중공부에는 코어(131)가 삽입된 상태이다. 코어(131)는 보빈(134)의 중공부에 고정적으로 결합되지 않고 이동 가능하게 삽입된다.
요크(140)는 코일(135)의 외곽에 위치하게 된다. 요크(140)는 코일(135)에서 발생된 자속의 자로(磁路)를 형성하도록 자성체로 만들어질 수 있다. 요크(140)는, 구체적으로 제1 요크(141)와 제2 요크(143)가 서로 마주보는 채로 사각 링을 이루도록 형성될 수 있다. 코어(131)는 제1 요크(141)와 제2 요크(143) 각각의 상부를 관통하여 연장된다.
코어(131)의 일 측에는 코어(131)에 탄성력을 가하는 복귀스프링(150)이 구비될 수 있다. 이에 의해, 코어(131)는 초기 위치로 복귀될 수 있다. 여기서, 초기위치는 고정접점(122)과 가동접점(124)이 상호 분리된 상태일 수 있다.
즉, 코일(135)의 전원 인가시 코어(131)는 가동접점(124)이 고정접점(122)과 접촉되게 이동되고, 코일(135)의 전원 차단시 코어(131)는 복귀스프링(150)의 탄성력에 의해 가동접점(124)이 고정접점(122)으로부터 분리되는 위치로 이동될 수 있다
영구자석(160)은 요크(140)와 코일(135) 사이에 위치하게 된다. 영구자석(160)은 대략 직사각 판상으로 형성될 수 있다. 영구자석(160)은 코일(135)에 의해 발생된 자기력과 상호 작용하여 코어(131)를 이동시키는 힘을 발휘한다.
이를 위해, 영구자석(160)은 그의 두께 방향으로 착자될 수 있다. 예를 들어, 영구자석(160)의 요크(140)를 바라보는 면이 N극이고 코일(135)을 바라보는 면이 S극으로 착자될 수 있다.
영구자석(160)의 일측, 구체적으로 영구자석(160)과 코일(135) 사이에는 영구자석 플레이트(170)가 구비될 수 있다. 영구자석 플레이트(170)는 자성체로 형성될 수 있다.
한편, 코어(131)의 단부에는, 코어플레이트(180)가 구비될 수 있다. 코어플레이트(180)는 자성체로 구성될 수 있다. 이에 의해, 코일(135)의 자기력과 영구자석(160)의 자기력의 상호 작용이 원활하게 될 수 있다.
코어플레이트(180)는 코어(131)의 일 단부에 구비되는 제1코어플레이트(181)를 구비할 수 있다. 제1 코어플레이트(181)는 양단부가 영구자석플레이트(170)의 단부에 접촉될 수 있는 길이를 구비하게 구성될 수 있다.
코어플레이트(180)는 코어(131)의 타 단부에 구비되는 제2코어플레이트(191)를 또한 구비할 수 있다. 제2코어플레이트(191)는 요크(140)의 외측에 배치되어 요크(140)에 접촉 및 분리될 수 있다.
이러한 코어플레이트(180)와 코어(131) 간의 결합 관계는 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.
도 2는 도 1의 코어(131) 및 코어플레이트(180)의 일부 간의 분리된 상태를 보인 사시도이고, 도 3은 도 2의 분리된 상태를 다른 각도에서 바라본 사시도이다.
본 도면들을 참조하면, 제1코어플레이트(181)는 코어(131)의 상단에 결합되며, 제2코어플레이트(191)는 코어(131)의 하단에 결합된다.
코어(131)와 제1코어플레이트(181)의 결합을 위해, 코어(131)의 하단에는 돌기(132)가 형성될 수 있다. 돌기(132)는 대체로 원통형으로 형성되나, 원주 상 일 부분은 평탄면(132a)으로 형성된다. 돌기(132)의 내부에는 볼트공(133)이 형성된다. 돌기(132)에 대응하여, 제1코어플레이트(181)에는 돌기홈(183)이 형성된다. 돌기홈(183)은 돌기(132)에 대응하여, 전체적으로 원형이면서 일 부분은 직선인 구간(183a)을 갖게 된다.
그에 의해, 코어(131)의 돌기(132)가 제1코어플레이트(181)의 돌기홈(183)에 설정된 방향으로 삽입된 상태에서, 볼트(185)가 볼트공(133)에 체결된다. 그 결과, 간단한 체결에 의해, 제1코어플레이트(181)와 코어(131) 간의 정렬이 정확하게 이루어지게 된다.
제2코어플레이트(191)와 코어(131)의 결합을 위해서, 코어(131)의 상단에는 리벳부(195)가 형성된다. 리벳부(195)에 제1코어플레이트(181)와 서포트(193)를 끼운 상태에서, 리벳부(195)의 단부를 압착하여 이들이 결합되게 한다. 여기서, 서포트(193)는 가동접점(124)과 연결될 수 있다. 이에 의해, 코어(131)의 이동시 가동접점(124)이 고정접점(122)에 대하여 접촉 또는 분리될 수 있다.
이러한 결합 구조에 있어서, 코어(131)의 제작 방식은 절삭 가공이 아닌 단조에 의해 이루어지게 된다. 코어(131)의 단조 제작을 위한 모재, 및 가공 방법에 대해서 이하 설명한다.
코어(131)의 모재로는 탄소강 선재가 사용될 수 있다. 탄소강 선재로는, 코어(131)로서 단조 제작하기에 적합한 것으로서, 본 발명자는 다음과 같은 성분의 탄소강에 대해 그 적합성을 확인하였다.
구체적으로, 코어(131)의 모재로서 적합한 탄소강 선재는, 탄소 0.08 ~ 0.13 wt%, 규소 0.01 ~ 0.10 wt%, 망간 0.30 ~ 0.60 wt%, 인 0.001 ~ 0.030 wt%, 황 0.001 ~ 0.035 wt%, 및 알루미늄 0.02 ~ 0.05 wt%를 함유한다.
발명자는 코어(131)의 모재를 선정함에 있어서, 투자 손실이 낮은지와, 단조 가공에 적합한지를 고려하였다.
구체적으로, 발명자가 선정한 탄소강은, 표 1을 통해 알 수 있듯이, 다른 비교대상 강들과 동일하게, 10MHz를 벗어나 주파수가 증가할수록 투자율이 일정한 값으로 수렴하는 것을 알 수 있다.
예를 들어, 비교대상 1번 강은 100MHz를 벗어나 주파수가 증가할수록 투자율이 급격히 감소하였다. 발명자가 선정한 탄소강 및 비교대상 2번 강 및 3번 강은 투자율이 거의 1에 급전하였다. 이때, 낮은 주파수 대역에서 높은 투자율을 가진 자성체일수록, 주파수가 높아질 때 더욱 급한 경사를 가지고 투자율이 낮아지는 것을 볼 수 있다.
비교대상 2번 및 3번 강은 고 주파수 대역에서도 투자율이 1에 근접하게 유지하는 것을 볼 수 있으며, 투자손실도 점점 낮아지는 것을 확인할 수 있다.
발명자가 선정한 탄소강는 비교대상 2번 및 3번 강과 같이 고 주파수 대역에서도 투자율이 1에 근접하게 유지하고 그 수치도 거의 비슷한 것을 알 수 있으나, 투자 손실은 조금 높게 나타나는 것을 확인할 수 있다(도 4 참조).
Figure pat00001
그럼에도, 발명자가 선정한 탄소강은 단조 가공에 적합성 측면에서 비교대상 강들보다 만족할만한 특성이 있다.
구체적으로, 발명자가 선정한 탄소강은 신율이 안정된 모재로 단조시 조직 구상화율 및 가단성이 우수하다. 여기서, 구상화는 강 속의 탄화물을 공 모양으로 변화시키는 것이다. 어닐링(annealing) 조작으로 구상화 처리하면 강은 인성이 커지며 가공성이 좋아지고 구조체로서의 성능이 개선된다.
이러한 발명자가 선정한 탄소강를 모재로 하여 코어(131)를 제조하는 방법은 다음과 같다.
먼저, 단조 가공을 위해서는 모재의 구상화 조직을 풀어주는 열처리(풀림)단계를 거친다. 열처리가 완료된 모재를 단조금형에 투입하게 된다.
이후에 모재를 코어(131)의 크기에 대응하는 크기로 절단한다.
절단된 모재에 대해서는 코어(131)의 최종 형상에 대응하는 세부 형상들을 성형하게 된다. 구체적으로, 돌기(132, 도 2 참조)를 성형하고, 그 돌기(132)의 자유단에 볼트공(133, 도 3 참조)을 성형하고, 돌기(132)의 반대 측 단부에 리벳부(195, 도 2 참조)를 성형한다.
이렇게 코어(131)가 적정한 수준의 투자 손실을 가지면서도 단조 가공성이 우수한 재료로 선정되고, 그에 따라 단조 가공될 수 있다. 이에 의해, 코어(131)의 투자율과 관련한 특성을 원하는 수준으로 유지하면서도, 그의 생산성을 높일 수 있게 된다.
상기와 같은 원통형 코어를 갖는 전자 접촉기 및 그 코어의 제조 방법은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.
100: 전자 접촉기 110: 케이스
120: 접점부 130: 구동부
131: 코어 135: 코일
140: 요크 160: 영구자석
180: 코어 플레이트

Claims (5)

  1. 내부 공간을 형성하는 케이스;
    상기 내부 공간에 배치되는 접점부; 및
    상기 내부 공간에 배치되어, 상기 접점부를 개폐시키는 구동부를 포함하고,
    상기 구동부는,
    상기 접점부를 향해 이동 가능하게 배치되고, 탄소강 선재로 단조 성형된 원통형의 코어; 및
    상기 코어의 둘레에 고정적으로 배치되어, 상기 코어를 감싸는 코일을 포함하는, 원통형 코어를 갖는 전자 접촉기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코어는, 탄소 0.08 ~ 0.13 wt%, 규소 0.01 ~ 0.10 wt%, 망간 0.30 ~ 0.60 wt%, 인 0.001 ~ 0.030 wt%, 황 0.001 ~ 0.035 wt%, 및 알루미늄 0.02 ~ 0.05 wt%를 함유하는 탄소강 선재를 모재로 하여 제조되는, 원통형 코어를 갖는 전자 접촉기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 코어의 양단부에 각각 결합되고, 상기 코어의 연장 방향에 수직하게 배치되며, 자성체 재질의 제1 코어플레이트 및 제2 코어플레이트; 및
    상기 제1 코어플레이트 및 상기 제2 코어플레이트를 매개로 상기 코일과 자기력의 상호 작용 관계를 형성하고, 상기 내부 공간에서 상기 코일을 둘러싸도록 배치되는 영구 자석을 더 포함하는, 원통형 코어를 갖는 전자 접촉기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 코어는, 원주상 일 부분에 평탄면이 형성된 돌기를 포함하고,
    상기 제1 코어플레이트는, 상기 평탄면에 대응하는 직선 구간을 갖는 돌기홈을 포함하는, 원통형 코어를 갖는 전자 접촉기.
  5. 탄소 0.08 ~ 0.13 wt%, 규소 0.01 ~ 0.10 wt%, 망간 0.30 ~ 0.60 wt%, 인 0.001 ~ 0.030 wt%, 황 0.001 ~ 0.035 wt%, 및 알루미늄 0.02 ~ 0.05 wt%를 함유하는 탄소강을 절단하는 단계;
    상기 절단된 탄소강의 일 단부에 단턱 및 볼트 내경을 성형하는 단계; 및
    상기 절단된 탄소강의 타 단부에 리벳팅 경을 성형하는 단계를 포함하는, 전자 접촉기용 코어 제조 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018074778A1 (ko) * 2016-10-19 2018-04-26 주식회사 에스지이엠디 전자접촉기의 알루미늄 코일 조립체

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