KR20170008575A - 전자개폐장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외부장치와 연결되는 한 쌍의 고정접점과, 상기 고정접점의 하단에 위치하여 상기 고정접점과 접촉 또는 분리되어 상기 외부장치로의 전원을 공급 또는 차단하는 가동접점과, 상하 운동을 통해 상기 가동접점을 구동시키는 사프트 및, 상기 가동접점이 상기 고정접점과 접촉 시 상기 가동접점에 탄성력을 가하도록 상기 가동접점의 하부에 구비된 복수의 접압 스프링을 포함하는 전자개폐장치를 제공한다.

Description

전자개폐장치{MAGNETIC SWITCH}

본 발명은 전자개폐장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 한 개의 접압 스프링을 사용하는 경우에 발생하는 접압력의 편차를 줄일 수 있는 전자개폐장치에 관한 것이다.

전자개폐기는 전선로의 전원을 개폐하기 위하여 사용되는 장치로서, 산업용, 가정용 및 자동차용 등의 광범위한 활용도를 가지고 있으며, 특히 자동차용 전자 개폐기의 경우 하이브리브 자동차 또는 연료전지 자동차나 골프차트 등의 자동차에서 축전지에서 나오는 직류 전원을 공급하고 차단하기 위해 사용된다.

도 1은 종래기술에 따른 전자개폐장치의 소호부를 도시한 단면도이다.

종래기술에 따른 전자개폐장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 소호부(10)와 구동부(미도시)를 포함한다. 소호부(10)는 외부장치와 연결되어 전원을 공급하며, 구동부(미도시)는 전기적 신호를 이용하여 접점의 개폐를 제어하여 외부장치와 연결된 소호부(10)로의 전원을 공급하거나 또는 차단한다.

그리고, 상기 전자 개폐장치에서의 소호부(10)는 일반적으로 고정접점(18)과 가동접점(17)의 접촉에 의해 통전을 하게 된다.

상기 고정접점(18)은 외부장치와 연결되어 전원을 공급하며, 가동접점(17)은 고정접점(18)의 하단에 위치하여 고정접점(18)과 접촉 또는 분리되어 외부장치로의 전원을 공급하거나 또는 차단한다.

상기 가동접점(17)은 샤프트(16)와 결합되어 스위칭을 통해 상기 고정접점 (18)과의 접촉 및 분리를 수행한다.

도 2는 종래기술에 따른 전자개폐장치의 소호부에 구비된 접압 스프링을 도시한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이,상기 가동접점(17)의 하부에는 가동접점(17)이 고정접점(18)과 접촉 시, 고정접점(18)으로부터 분리시키려는 방향으로 가동접점(17)에 탄성력을 가하는 한 개의 접압 스프링(26)이 구비된다. 이때, 상기 접압 스프링 (26)은 가동접점(17)과 샤프트(16의 상측 사이에 위치한다.

상기 접압 스프링(26)은 가동접점(17)이 고정접점(18)과 일정 이상의 압력으로 접촉 상태를 유지할 수 있도록 하는 역할뿐만 아니라, 가동접점(17)이 고정접점 (18)과 분리될 때 가동코어(미도시) 및 샤프트(16)의 이동 속도를 저감시켜 줌으로써, 가동코어(미도시)와 실린더(미도시) 간의 접촉시 충격력을 완화시켜 소음, 진동 발생을 억제시키는 역할을 한다.

그리고, 접압 스프링(26)은 전자반발력을 견디어 아크(Arc) 발생을 억제하는 역할을 수행함으로써, 아크로 인해 발생하는 접점을 손상 및 전자개폐장치의 폭발을 막는다.

더욱이, 전자개폐장치의 단락 성능 등의 요구 사항이 증가하면서 단락 성능을 만족시키기 위해 스프링 상수(k) 값을 증가시켜 짧은 길이의 압축을 통해 접압력을 키우게 된다.

그러나, 이러한 접압력을 높이기 위해 스프링 상수(k)가 큰 값을 가지는 접압 스프링을 사용함으로써 단위 길이 당의 하중 편차가 발생한다.

접압력을 높이기 위해 중요한 인자로 사용되는 스프링 상수(k)에 대해 설명하면 다음과 같다.

스프링의 강성(특성)은 스프링 상수(spring constant) 또는 스프링 율 (spring rate)로 정확하게 표시할 수 있다. 특히, 스프링 상수는 스프링에 작용하는 힘과 스프링의 변형량의 비로 표시한다.

탄성영역 내에서 후크의 법칙에 만족하는 보통의 코일 스프링의 경우는 힘과 변형량의 관계가 직선으로 나타난다. 즉, 변형량이 증가하여도 스프링 상수는 일정하다.

따라서, 스프링 상수는 코일의 직경, 길이, 재료 및 코일이 감긴 횟수 등에 따라 달라지는데, 이와 같은 요소들을 적절하게 변화시켜 비선형적인 스프링 특성이 나타나게 한다.

이와 같은 특성을 갖는 스프링 상수(k)는 아래의 식 1에 의해 구해진다.

k = P / δ = Gd⁴ / 8ND³ ---------- (식 1)

여기서, k 는 스프링 상수이고, δ는 스프링 압축량(즉, 처짐량)이며, P는 하중이고, N는 유효 감김 수이며, D는 코일 평균지름(즉, 코일 외경)이고, G는 횡탄성 계수(경강선 = 8000)이며, d는 재료의 선경(즉, 코일 직경)을 나타낸다. 이때, 상기 코일 외경이라 함은 바깥 경을 의미하는 것이 아니라 코일의 중심 경을 의미한다. 그리고, 처짐량은 길이 변화량을 의미한다.

이와 같이, 스프링 상수(k; kgf/mm) 값을 키우기 위해서는 접압 스프링의 선경을 증가시켜야 하며, 좁은 공간에서 회전(Turn) 수의 감소로 인해 접압 스프링 안착부의 불안정한 형상을 만들게 됨으로써 안착이 불안정하게 되고, 접압 하중 편차가 발생하게 된다.

본 발명의 목적은 기존에 비해 스프링 상수 값이 작은 복수의 접압 스프링을 사용하여 접압 스프링의 선경을 작고 회전 수를 증가시켜 접압 스프링의 형상을 안정화함으로써 접압 하중에 대한 편차를 줄일 수 있는 전자개폐장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 전자개폐장치는 외부장치와 연결되는 한 쌍의 고정접점과, 상기 고정접점의 하단에 위치하여 상기 고정접점과 접촉 또는 분리되어 상기 외부장치로의 전원을 공급 또는 차단하는 가동접점과, 상하 운동을 통해 상기 가동접점을 구동시키는 사프트 및, 상기 가동접점이 상기 고정접점과 접촉 시 상기 가동접점에 탄성력을 가하도록 상기 가동접점의 하부에 구비된 복수의 접압 스프링;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 전자개폐장치는 복수(n)의 상기 접압 스프링 각각은 k/n의 스프링 상수 값을 가진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 전자개폐장치는, 복수의 상기 접압 스프링은 상기 샤프트의 외면에 대응하여 배치된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 전자개폐장치는 복수의 상기 접압 스프링은 상기 샤프트의 외면에 배치되어 고정되어 이탈되지 않고 상하로 수축 또는 팽창되도록 고정부재에 의해 상기 가동접점 하부에 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 전자개폐장치는 스프링 상수 값이 큰 기존의 접압 스프링 대신에 기존에 비해 스프링 상수(k) 값이 k/n인 복수(n)의 접압 스프링을 사용하여 선경을 작고, 회전 수는 증가시켜 접압 스프링의 형상을 안정화시킴으로써 접압 스프링의 조립시에 안정적으로 안착화하여 접압 하중에 대한 편차를 줄일 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 전자개폐장치의 소호부를 확대 도시한 도면이다.
도 2는 종래기술에 따른 전자개폐장치의 소호부에 구비된 접압 스프링을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 전자개폐장치를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전자개폐장치의 소호부를 확대 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 전자개폐장치의 소호부에 구비된 접압 스프링을 도시한 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 전자개폐장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 전자개폐장치를 도시한 단면도이다.

본 발명에 따른 전자개폐장치(100)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 소호부 (110)와 구동부(120)를 포함한다. 소호부(110)는 외부장치와 연결되어 전원을 공급하며, 구동부(120)는 전기적 신호를 이용하여 접점의 개폐를 제어하여 외부장치와 연결된 소호부(110)로의 전원을 공급하거나 또는 차단한다.

상기 구동부(120)의 접점의 개폐 제어 여부에 따라 외부장치로의 전원을 공급하거나 차단하는 소호부(110)는 고정접점(111), 가동접점(112), 한 쌍의 접압 스프링(113, 114) 및 하우징(115)을 포함한다.

상기 고정접점(111)은 외부장치와 연결되어 전원을 공급하며, 가동접점(112)은 고정접점(111)의 하단에 위치하여 고정접점(111)과 접촉 또는 분리되어 외부장치로의 전원을 공급하거나 또는 차단한다.

그리고, 상기 하우징(115)은 세라믹(Ceramic) 등과 같은 내열성 재료로 상자 모양으로 형성되며, 구동부(120)에 접합되어 소호부(110)의 고정접점(111), 가동접점(112) 및 접압 스프링(113, 114), 샤프트(130)를 그 내부에 수용하여 외부로부터 보호할 수 있다.

상기 하우징(115)의 하부는 개구되어 있는 상자 모양으로 형성되어 구동부 (120)의 상방에 얹어진 형태로 설치되며, 하우징(115)의 상부는 단자 구멍이 구비되어 이를 통해 고정접점(111)이 삽입된다.

상기 하우징(115) 내부 상단에는 고정접점(111)이 배치되며, 하단에는 샤프트(130)와 결합되어 스위칭을 통해 고정접점(111)과의 접촉 및 분리를 수행하는 가동접점(112)이 배치된다.

이와 같이, 하우징(115) 내에 포함되는 고정접점(111)과 가동접점(112)은 절연성 가스가 혼합되어 밀폐되는 아크 소호 공간에 수용될 수 있다.

이에 따라, 전자개폐장치(100)의 개폐 동작시 고정접점(111)과 가동접점 (112) 간의 접촉에 의해 발생하는 소음을 절감하고 아크 소호 기능을 향상시킬 수 있다.

한편, 전술한 구동부(120)는 액추에이터를 통해 개폐 제어를 수행한다. 즉, 전자개폐장치(100)는 액추에이터를 통해 구동부(120)의 상하 운동으로 전자개폐장치(100)와 연결된 외부장치를 스위칭한다.

이와 같이, 액추에이터를 통해 접점의 개폐 제어를 수행하는 구동부(120)는 코일(121), 고정코어(122), 가동코어(123)를 포함한다. 코일(121)은 전류 공급시, 공급된 전류에 의해 자기력을 발생시켜 접점의 구동력을 생성하며, 가동코어(123)는 샤프트(130)와 결합하여 샤프트(130)와 함께 상하 운동을 수행한다.

상기 고정코어(122)는 가동코어(123)와 대응하는 상단 위치에 형성되며, 가동코어 (123)와 고정코어(122)는 코일(121)의 중앙을 관통하여 설치된 실린더(125)에 수용된다.

실린더(125)는 고정코일(122)과 가동코일(123)이 수납되는 용기와 같은 형태를 가지며, 고정코일(122)과 가동코일(123) 각각의 외경은 실린더(125) 내의 내경과 동일한 정도의 지름을 갖는 원통형으로 형성된다.

이와 같이, 실린더(125) 내부에 수용되는 고정코어(122) 및 가동코어(123)는 코일(121)에 의해 발생하는 자속을 통과시키는 자로(magnetic path)를 형성한다. 이에 따라, 가동코어(123)는 코일(121)에 의해 발생한 자속에 의해 상하 방향으로 운동하는 구동력을 갖는다.

한편, 상기 가동코어(123)와 고정코어(122) 사이에는 복귀 스프링(26)이 위치한다. 복귀 스프링(126)은 코일(121)에 의해 발생한 자속에 의해 가동코어(123)가 상측 방향으로 운동하여 고정코어(122)와 접촉 시, 고정코어(122)와 접촉한 가동코어(123)를 고정코어(122)로부터 분리시키려는 방향으로 가동코어(123)에 탄성력을 가한다. 이에 따라, 고정코어(122)와 접촉한 가동코어(123)는 초기 위치 방향으로 복귀하여 고정코어(122)와 분리된다.

한편, 샤프트(130) 상단은 가동접점(112)을 지지하며, 하단에는 가동코어 (123)가 결합되어 가동코어(123)의 상하 운동을 가동접점(112)에 전달한다. 이에 따라, 가동접점(112)은 접압 스프링(113)을 통해 고정접점(111)과 일정 이상의 압력으로 접촉 상태를 유지할 수 있다.

코일(121)에 접속되는 신호선에 전류를 흘려 주면, 코일(121) 주변에서 자속이 발생한다. 자속이 발생하면, 고정코어(122)와 가동코어(123)는 서로 다른 극성이 되어 가동코어(123)는 고정코어(122)에 흡인되어 가동코어(123)와 고정코어 (122)는 서로 접촉한다. 즉, 가동코어(123)와 결합된 샤프트(130)는 함께 상측 방향으로 이동하여 가동코어(123)와 고정코어(122)가 서로 접촉하게 된다.

이와 같이, 가동코어(123)와 고정코어(122)가 서로 접촉함에 따라, 소호부 (110) 측으로 관통한 샤프트(130)의 상단에 지지된 가동접점(112)은 고정접점(113)과 접촉하게 된다.

상기 고정접점(111)과 가동접점(112)이 서로 접촉함에 따라, 외부장치와 연결된 고정접점(111)은 가동접점(112)으로부터 공급되는 전원을 외부장치 측으로 공급한다.

한편, 코일(121)에 접속되는 신호선에 흐르는 전류를 차단하면, 코일(121)의 자기력 발생이 중지된다. 이에 따라, 가동코어(123)의 구동력이 상실되어 가동코어 (123)와 고정코어(122) 사이에 배치되어 설치된 복귀스프링(126)에 의해 초기 위치로 복귀한다.

이때, 가동코어(123)와 결합된 샤프트(130)도 함께 초기 위치로 복귀한다. 복귀스프링(126)에 의해 샤프트(130)와 결합된 고정코어(122)와 접촉한 가동코어 (123)가 초기 위치로 복귀하는 과정에서 접압 스프링(113)을 복수로 구성함으로 인해 힘이 분산됨으로써, 소호부(110) 측으로 관통한 샤프트(130)의 상단에 지지되어 고정접점(113)과 접촉한 가동접점(112)은 서로 분리된다.

이에 따라, 샤프트(130) 상단에 지지된 가동접점(112)은 초기 위치로 복귀함으로써, 고정접점(111)의 전원 공급이 차단되어 외부장치로의 전원 공급이 차단된다.

이와 같이, 코일(121)에 의해 발생하는 자속 여부에 따라 상하 운동하는 가동코어(123)와 결합된 샤프트(130)의 상하 운동으로 고정접점(111)과 가동접점 (112) 간의 접촉 또는 분리가 이루어져 외부장치로 전원을 공급하거나 차단할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 전자개폐장치의 소호부를 확대 도시한 도면이다.

도 5는 본 발명에 따른 전자개폐장치의 소호부에 구비된 접압 스프링을 도시한 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 소호부(110)는 구동부의 접점의 개폐 여부에 따라 외부장치와 연결되어 전원을 공급하거나 또는 차단한다.

상기 소호부(110)는 고정접점(111), 가동접점(112) 및 한 쌍의 접압 스프링 (113, 114)을 포함한다. 이때, 상기 접압 스프링(113, 114)은 한 쌍에 한정되는 것이 아니고, 경우에 따라 그 이상의 접압 스프링을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 접압 스프링(113, 114)은 가동접점(112)이 고정접점(111)과 접촉 시, 고정접점(111)으로부터 분리시키려는 방향으로 가동접점(112)에 탄성력을 가하도록 가동접점(112)의 하부에 구비된다.

이때, 상기 접압 스프링(113, 114) 각각은 도 2에 도시된 기존의 접압 스프링(13)의 스프링 상수(k) 값보다 작은 k/2 스프링 상수 값을 갖는다. 그리고, 복수, 즉 n개의 접압 스프링을 사용하는 경우에, n개의 접압 스프링 각각은 k/n 스프링 상수 값을 갖는다. 여기서, n은 1보다 큰 자연수이다.

그리고, 두 개의 접압 스프링(113, 114)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 가동접점(112)과 결합된 샤프트(130)의 외면 양측에 대응하여 배치된다. 즉, 상기 두 개의 접압 스프링(113, 114)은 샤프트(130)의 외면에 감겨져 있는 것이 아니라 샤프트(130)의 외면 양측에 대응하여 배치된다. 이때, 상기 접압 스프링들(113, 114)은 상기 샤프트(130)의 외면에 배치 고정되어 이탈되지 않고 상하로 수축 또는 팽창되도록 별도의 고정부재(미도시)에 의해 상기 가동접점(112) 하부에 설치되어 있다.

이와 같은 접압 스프링(113, 114)을 통해 가동접점(112)은 고정접점(113)과 일정 이상의 압력으로 접촉 상태를 유지할 수 있다. 뿐만 아니라, 접압 스프링 (113, 114)은 가동접점(112)이 고정접점(111)과 분리될 때 가동코어(123) 및 샤프트(130)의 이동 속도를 저감시킴으로써, 가동코어(미도시)와 실린더(125) 간의 접촉시 충격력이 완화되어 소음, 진동 발생을 억제할 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명에 따른 전자개폐장치는 스프링 상수 값이 큰 기존의 접압 스프링 대신에 기존에 비해 스프링 상수 값이 k/n인 복수(n)의 접압 스프링을 사용하여 선경(즉, 스프링 두께의 지름)을 작고, 회전 수는 증가시켜 접압 스프링의 형상을 안정화시킴으로써 접압 스프링의 조립시에 안정적으로 안착화하여 접압 하중에 대한 편차를 줄일 수 있다.

이상 도면을 참조하여 실시 예들을 설명하였으나 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 전자개폐장치 110: 소호부
111: 고정접점 112: 가동접점
113, 114: 접압 스프링 115: 하우징
120: 구동부 121: 코일
122: 고정코어 123: 가동코어
125: 실린더 126: 복귀 스프링
130: 샤프트

Claims (4)

1. 외부장치와 연결되는 한 쌍의 고정접점;
   상기 고정접점의 하단에 위치하여 상기 고정접점과 접촉 또는 분리되어 상기 외부장치로의 전원을 공급 또는 차단하는 가동접점;
   상하 운동을 통해 상기 가동접점을 구동시키는 사프트; 및
   상기 가동접점이 상기 고정접점과 접촉 시 상기 가동접점에 탄성력을 가하도록 상기 가동접점의 하부에 구비된 복수(n)의 접압 스프링;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자개폐장치.
2. 제1항에 있어서, 복수(n)의 상기 접압 스프링 각각은 k/n의 스프링 상수 값을 가진 것을 특징으로 하는 전자개폐장치.
3. 제1항에 있어서, 복수의 상기 접압 스프링은 상기 샤프트의 외면에 대응하여 배치된 것을 특징으로 하는 전자개폐장치.
4. 제1항에 있어서, 복수의 상기 접압 스프링은 상기 샤프트의 외면에 고정되어 이탈되지 않고 상하로 수축 또는 팽창되도록 고정부재에 의해 상기 가동접점 하부에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전자개폐장치.

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