KR20170009348A

KR20170009348A - 영구자석을 포함한 전기자동차용 릴레이 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20170009348A
Application number: KR1020150101217A
Authority: KR
Inventors: 이광식
Original assignee: 엘에스산전 주식회사
Priority date: 2015-07-16
Filing date: 2015-07-16
Publication date: 2017-01-25
Also published as: CN106356225B; US20170018386A1; US9887056B2; CN106356225A

Abstract

본 발명은 전류차단을 신속하게 할 수 있고 부피증가를 방지할 수 있는 릴레이에 관한 것으로, 고정접점; 상기 고정접점과 접촉되고 분리되는 가동접점; 상기 가동접점과 연결되어 상기 가동접점을 이동시키는 샤프트; 상기 고정접점과 가동접점을 수납하는 하우징; 상기 샤프트를 구동하는 엑츄에이터; 상기 하우징과 일체로 형성되어 고정접점과 가동접점 사이에 발생하는 아크를 신장하는 영구자석으로 구성된다.

Description

영구자석을 포함한 전기자동차용 릴레이 및 그 제조방법{RELAY FOR ELECTRONIC VEHICLE INCLUDING PERMANENT MAGNET AND METHOD OF FABRICATING THEREOF}

본 발명은 전기자동차용 릴레이 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 영구자석이 세라믹챔버로 이루어진 하우징과 일체로 형성한 전기자동차용 릴레이 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 전기자동차(Electronic Vehicle)는 배터리의 전원을 이용한 모터를 동력원으로 사용하며, 하이브리드 자동차(Hybrid Electric Vehicle)는내연기관의 엔진과 배터리의 전원을 이용한 모터를 동력원으로 사용한다. 하이브리드자동차나 전기자동차에서는 필요 용량에 따라 복수의 배터리를 직렬 또는 직렬과 병렬의 혼합 구조로 연결하여 하나의 배터리세트(battery set) 형태로 차량에 장착하여 모터에 전원을 공급함으로써 차량을 운행하게 된다.

이러한 전기자동차에서는 필요에 따라 배터리에 저장된 전력을 모터에 공급하고 차단하기 위한 회로개폐장치가 필요하게 되는데, 이러한 회로개폐장치로서 직류릴레이(Direct Current Relay)를 주로 사용한다. 상기 릴레이는 전자석 원리를 이용하여 기계적인 구동과 전류신호를 전달해주는 전기적인 회로개폐장치의 일종이다. 이러한 릴레이는 배터리시스템의 내부에 배치되어, 배터리를 스위칭하여 전기자동차의 모터나 각종 부품에 전력을 공급하거나 차단한다.

그러나. 상기 릴레이를 회로개폐장치로 사용하는 경우, 다음과 같은 문제가 발생한다. 일반적으로 릴레이에는 고정접점과 가동접점이 구비되어, 전기적인 신호에 의해 가동접점이 구동하여 고정접점과 접촉되거나 분리됨으로써 전력을 공급하거나 차단하게 된다.

이러한 릴레이에는 고전압이 인가되는데, 전력을 차단하기 위해 고정접점과 가동접점을 분리할 때 고전압에 의해 접점 근처에서 아크와 열이 발생하게 된다. 그런데, 아크 자체는 전류의 흐름이고 고정접점과 가동접점이 상기 아크에 의해 연결되어 있기 때문에, 고정접점과 가동접점을 분리하여도 상기 아크에 의해 전류가 차단되지 않게 되어 전류차단이 지연된다.

그 결과, 전류의 차단이 신속하게 이루어지지 않아 정확한 릴레이의 구동제어를 할 수 없게 될 뿐만 아니라 반복적인 접점의 접촉 또는 분리동작으로 인해 접점의 마모가 누적되어 릴레이의 수명이 단축되는 문제도 있었다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 아크를 신장하는 영구자석을 구비하여 전류를 신속하게 차단할 수 있는 릴레이 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 영구자석이 하우징에 일체로 형성된 릴레이 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 릴레이는 고정접점; 상기 고정접점과 접촉되고 분리되는 가동접점; 상기 가동접점과 연결되어 상기 가동접점을 이동시키는 샤프트; 상기 고정접점과 가동접점을 수납하는 하우징; 상기 샤프트를 구동하는 엑츄에이터; 상기 하우징과 일체로 형성되어 고정접점과 가동접점 사이에 발생하는 아크를 신장하는 영구자석으로 구성된다.

상기 엑츄에이터는 전자기력을 발생시키는 여자용 코일; 상기 여자용 코일 내부에 상하로 배치된 고정자 및 가동자; 및 상기 고정자 및 가동자 사이에 배치되어 가동자를 원위치로 복귀시키는 복귀스프링을 포함한다. 상기 하우징은 세라믹으로 이루어지며, 상기 영구자석은 알니코계 물질 또는 네오듐계 물질을 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 릴레이 제조방법은 영구자석용 분말과 세라믹용 분말을 예비성형하는 단계; 상기 예비성형된 분말을 소결하여 영구자석이 일체화된 하우징을 형성하는 단계; 및 하우징 내부에 가동접점 및 고정접점을 구비하고, 상기 하우징을 전기엑튜에이터와 조립하는 단계로 구성된다.

상기 영구자석용 분말은 자기페라이트 분말; 및 상기 자기페라이트 분말에 첨가된 알니코계 물질 또는 네오듐계 물질을 포함하며, 이때 상기 자기페라이트 분말의 크기는 8-12㎛이다. 상기 세라믹용 분말을 알루미나 분말을 포함하며, 이때 알루미나분말의 크기는 8-12㎛이다.

상기 분말의 소결은 1350-1450℃의 온도에서 12시간 동안 가열함으로써 이루어진다.

본 발명에서는 릴레이에 영구자석을 구비하여 고정접점과 가동접점에서 발생하는 아크를 유도함으로써 아크의 길이를 신장하며, 아크의 신장에 따라 아크를 신속하게 제거할 수 있게 되어, 아크에 의한 전류 흐름을 차단할 수 있게 된다. 그 결과, 전기 자동차의 모터나 부품 등에 인가되는 전류를 신속하게 공급 및 차단할 수 있게 되어, 모터나 부품의 정확한 제어가 가능하게 된다.

또한, 본 발명에서는 상기 영구자석을 하우징과 일체로 형성함으로써 영구자석에 의해 릴레이의 크기가 증가하는 것을 방지할 수 있으며, 종래와 동일한 크기의 릴레이에서도 아크의 소호효과를 극대화할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 전기자동차의 개략적인 구조를 개념적으로 나타내는 블록도.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 릴레이의 사시도.
도 3은 도 2의 A-A선 단면도.
도 4는 도 3의 평면도.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 릴레이의 다른 구조를 나타내는 평면도.
도 6은 본 발명에 따른 릴리이에서 아크가 신장되는 것을 나타내는 도면.
도 7은 본 발명에 따른 릴레이의 제조방법을 나타내는 블록도.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 전기자동차의 내부 구조를 개략적으로 나타내는 블록도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전기자동차는 고전압의 전기에너지를 저정하는 배터리부(101)와, 상기 배터리부(101)와 연결되어 배터리부(101)로부터 출력되는 전류를 모터에 공급하고 차단하는 릴레이(Relay;103)와, 상기 릴레이(103)를 통해 배터리부(101)와 연결되어 릴레이(103)가 동작함에 따라 배터리부(101)로부터 전류가 공급되어 공급된 전류를 변환하여 모터로 출력하는 컨버터(105)와, 배터리부(101)의 전기충전을 제어하고 배터리부(101)의 잔여용량 및 충전의 필요성을 판단하며 배터리부(101)에 저장된 전류를 모터로 공급하는 배터리관리부(190)와, 릴레이(103)의 온/오프를 제어하고 컨버터(105)의 동작을 제어하는 차량제어부(104)와, 상기 차량제어부(104)에 시동신호를 인가하는 시동부(106)로 구성된다.

상기 배터리부(101)는 고전압의 전기에너지가 저장되는 복수의 배터리셀로 구성되며, 충전소, 차량 충전설비 또는 가정에서 외부의 전원을 공급받아 충전된다. 상기 배터리부(101)는 전기자동차의 운행에 필요한 에너지를 공급하거나 전자식 파워스티어링, 워터펌프, 에어컨, 방향지시등, 테일램프, 헤드램프, 브러시 등과 같은 부품을 가동시키는데 필요한 에너지를 공급한다.

릴레이(103)는 차량제어부(104)로부터 인가되는 제어신호에 따라 작동하여 개폐되어 배터리부(101)에 충전된 전류를 컨버터(105)로 공급한다. 즉, 상기 릴레이(103)는 차량의 시동시 차량제어부(104)의 제어명령에 따라 동작하여 컨버터(105)로 전류를 공급하며, 상기 컨버터(105)에서는 공급되는 전류를 변환시킨 후 전기자동차의 모터 및 각 부품으로 전류를 인가한다.

배너리관리부(108)는 배터리부(101)의 배터리셀을 충전하며, 전기자동차의 작동시 배터리부(101) 내의 배터리셀 사이의 전압차를 일정하게 유지하여 배터리부(101)가 과충전되거나 과방전되지 않도록 제어함으로써 배터리부(101)의 수명을 연장시킬 수 있게 된다. 또한, 상기 배터리관리부(108)는 전류사용에 대한 관리를 통해 차량이 장시간 주행할 수 있도록 하며, 배터리부(101)의 잔량 및 전압을 측정하여 차량제어부(104)에 출력하다. 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 배터리관리부(108)에는 배터리부(101)에 공급되는 전류에 대한 보호회로를 포함할 수 있다.

차량제어부(104)는 릴레이(103)를 구동시키는 릴레이 구동신호를 릴레이(103)로 전송하며, 릴레이(103)가 구동함에 따라 배터리부(101)가 컨버터(105)와 전기적으로 접속되어 배터리부(101)의 에너지가 컨버터(105)로 공급된다.

릴레이(103)는 차량의 시동시 고전압의 동작전원이 갑자기 공급되지 않도록 제어하여 차량에 안정적으로 전원이 공급되도록 할 수 있게 된다. 또한, 차량제어부(104)는 릴레이(103)의 온(on)/오프(off)를 제어하고 컨버터(105)와 제어신호를 송신 및 수신하여 컨버터(105)를 제어한다.

도면에는 도시하지 않았지만, 시동부(106)는 차량의 키박스와 차량 액세서리 사이의 연결, 배터리와 차량의 전선간의 연결, 배터리와 차량의 전선 사이의 연결을 온(on)/오프(off)하는 시동스위칭부와 시동스위칭부를 구동하는 시동스위치 구동부를 포함할 수 있다. 이때, 상기 시동부(106)는 자동차 키로 시동거는 차량의 시동뿐만 아니라 일반적으로 스타트 버튼의 시동부를 포함할 수 있다.

시동부(106)에 의해 차량의 시동이 걸리면, 신호가 시동부(106)로부터 차량제어부(104)에 인가되며, 차량제어부(104)에서는 차량 운전과 관련된 전반적인 제어를 실행한다. 이때, 상기 차량제어부(104)는 배터리관리부(108)를 통해 배터리부(101)를 제어한다.

컨버터(105)는 차량제어부(104)로 릴레이(103)의 구동을 요청하는 릴레이 구동명령신호를 송신하며, 차량제어부(104)는 신호를 수신함에 따라 릴레이(103)를 구동시킨다. 컨버터(105)는 차량제어부(104)로부터 인가되는 제어신호에 따라 PMW스위칭을 수행하여 수백볼트의 배터리부(101)의 전압을 대략 12V의 전압으로 변환시켜 모터 및 각종 부품에 공급한다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 전기자동차의 릴레이의 구조를 나타내는 도면으로서, 도 2는 사시도이고 도 3은 A-A선 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 릴레이(103)는 하우징(132)과 상기 하우징(132) 하부의 케이스(130)로 이루어진다.

상기 하우징(132) 내부에는 고정접점(134)와 가동접점(136), 샤프트(138) 및 접압스프링(148)이 구비된다. 이때, 상기 하우징(132)은 하부에 배치되는 케이스(130) 측으로 연장되어 케이스(130)의 상면과 접촉하여 고정접점(134)와 가동접점(136), 샤프트(138) 및 접압스프링(148)을 밀폐한다. 상기 하우징(132)은 세라믹(ceramic) 등과 같이 내열성 및 내마모성을 구비하고 성형이 용이한 재질을 이용하여 제작하는 것이 바람직하다. 또한, 고정접점(134) 및 가동접점(136)은 구리와 같이 전도성이 높은 금속을 사용할 수 있다.

상기 고정접점(134)에는 나사홀(134a)이 형성되어 부하측에 전류를 전달하기 위한 케이블이나 부스바(150)가 나사(152)에 의해 고정접점(134)에 체결된다.

상기 고정접점(134)은 하우징(132) 상부에 배치되어 전기자동차의 모터 및 각종 부품과 연결되며, 가동접점(136)은 상하방향으로 이동하여 고정접점(134)과 접촉 또는 분리됨으로써 전류를 모터 또는 부하로 공급 또는 차단하도록 스위칭한다. 한편, 접압스프링(148)은 탄성에 의해 가동접점(136)이 고정접점(134)과 접촉할 때 일정 이상의 압력으로 접촉상태를 유지하도록 한다.

케이스(130) 내에는 전기엑츄에이터가 배치된다. 상기 전기엑츄에이터는 여자용 코일(142), 고정자(143), 가동자(146), 복귀스프링(144), 상부로부터 축방향을 따라 케이스(130)를 통과하는 샤프트(138)를 포함한다.

여자용 코일(142)은 내부에 빈공간을 형성하는 원통형상으로 이루어져 전기적 신호에 의해 전자기력을 발생시켜 고정자(143)와 가동자(146)의 구동력을 발생시키며, 고정자(143)는 여자용 코일(142)의 빈공간 내부에 배치된다. 가동자(146)는 원통형상으로 여자용 코일(142) 내부 빈공간의 고정자(143) 하부에 배치된다.

상기 가동자(146)는 통상적으로 아마추어라고도 하며, 원통형상이고 중심축을 따라 관통공이 형성되어 샤프트(138)의 타단부가 관통하여 고정된다. 상기 가동자(146)는 여자용 코일(142)에서 발생하는 전기력에 의해 상승운동을 되며, 이 가동자(146)의 상승운동이 샤프트(138)를 통해 가동접점(136)으로 전달되어 사기 가동접점(136)이 상하운동을 하게 된다.

상기 복귀스프링(144)은 고정자(143)와 가동자(146)의 사이에 위치하여 가동자(146)가 상하방향으로 구동될 때, 탄성에 의해 상기 가동자(146)를 원위치로 복귀시킨다.

상기 샤프트(138)는 고정자(143), 복귀스프링(144), 가동자(146)의 중앙을 축방향으로 통과하여 접압스프링(148) 및 가동접점(136)과 결합된다. 따라서, 전자기력에 의해 가동자(145)가 이동함에 따라 상기 샤프트(138)가 상부방향으로 이동하고, 상기 샤프트(138)의 이동에 의해 가동접점(136)이 상부방향으로 이동하여 고정접점(134)과 접촉하게 된다.

한편, 하우징(132)의 외부에는 가동접점(136)과 고정접점(134)과 접촉할 때 발생하는 아크(arc)를 제거하기 위한 영구자석(160)이 배치된다. 일반적으로 하우징(132) 내부의 가동접점(136)과 고정접점(134)이 분리되어 모터 또는 부하로의 전류 공급을 차단할 때, 가동접점(136)과 고정접점(134)의 접점 근처에서 아크와 열이 발생한다. 상기 아크는 전류의 흐름이므로, 가동접점(136)과 고정접점(134)이 분리된 때에도 아크에 의해 전류가 흐르게 되어 전류의 차단이 지연된다. 그 결과, 전류가 신속하게 차단되지 않음에 따라 모터나 각종 부품의 구동을 정확하게 제어할 수 없게 된다. 따라서, 전류를 신속하게 차단하여 모터와 부품을 제어하기 위해서는 가동접점(136)과 고정접점(134) 사이에 발생하는 아크를 소호(消弧)해야만 한다.

본 발명에서는 영구자석(160)을 구비하여, 가동접점(136)과 고정접점(134)에 발생하는 아크를 소호한다. 즉, 아크신장부재(160)는 아크를 신장시킴으로써 아크를 소호한다. 아크의 신장은 아크의 길이를 길게 늘이는 것을 의미하며, 아크가 공간상의 방전이기 때문에 길이가 길어지면 상대적으로 아크의 두께가 얇아지게 되어 결국 끊어지게 되는데, 이러한 아크의 끊어짐은 아크의 제거를 의미하므로, 아크를 통한 전류의 흐름이 차단된다.

이와 같이, 본 발명에서는 영구자석(160)을 구비함으로써, 아크에 의한 전류흐름을 차단할 수 있게 되므로, 전기자동차의 모터와 각종 부품에 인가되는 전류를 신속하게 차단할 수 있게 되므로, 모터와 부품의 정확한 제어가 가능하게 된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 가동접점(136)과 고정접점(134)이 접촉하는 영역에 대응하는 위치의 영구자석(160)의 외부에 배치되는데, 그 이유는 가동접점(136)과 고정접점(134) 사이에서 발생하는 아크를 유도하여 아크를 원활하게 신장하기 위한 것이다. 이러한 점에서, 상기 영구자석(160)의 폭(h)은 가동접점(136)과 고정접점(134) 및 그 사이의 영역을 모두 커버할 수 있을 정도로 설정하는 것이 바람직할 것이다.

도 4는 도 3의 평면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 하우징(132)에 의해 둘러싸인 영역에는 고정접점(134) 및 가동접점(136)이 배치되며, 하우징(132)의 외곽영역에는 영구자석(160)이 형성된다. 이때, 상기 하우징(132)은 세라믹으로 형성될 수 있으며, 영구자석은 Al, Ni, Co를 주성분으로 하는 알니코(Alnico)계 물질 또는 Nd, Fe, B를 주성분으로 하는 네오듐계 물질을 주로 사용한다.

상기 하우징(132)과 영구자석(160)을 일체로 형성된다. 즉, 상기 하우징(132)과 영구자석(160)은 별개의 하우징(132)과 영구자석(160)을 별개로 완성한 후, 부착하는 것이 아니라 최초의 제조단계에서 동일 공정을 거쳐 하나의 일체화시켜 형성하는데, 이에 대한 구체적인 공정은 추후에 설명한다.

본 발명에서 상기 하우징(132)과 영구자석(160)을 일체로 형성하는 것은 다음과 같은 이유 때문이다.

상기 영구자석(160)은 하우징(132)과 별개로 형성되어 부착될 수 있다. 그러나, 이 경우 하우징(132)과는 별도로 영구자석(160)이 릴레이(103) 내부에 구비되므로, 영구자석(160)의 크기 만큼 릴레이(103)의 크기가 증가하게 된다. 따라서, 릴레이(103)의 크기 증가를 최소화하기 위해서는 하우징(132)의 크기를 감소함과 함께 구비되는 영구자석(160)의 크기를 최소화해야만 하지만, 이 경우 영구자석(160)의 크기가 작음에 따른 아크의 소호기능이 저하되어 아크를 원활하게 소호할 수 없을 뿐만 아니라 릴레이(103)의 크기를 최소화하는 경우에도 종래 릴레이(103)의 크기에 비해서는 크기가 증가하는 문제도 있었다.

본 발명에서는 영구자석(160)을 하우징(132)과 일체로 형성함으로서 원래 크기의 하우징(132)의 일부 영역을 영구자석(160)으로 대체함으로써, 릴레이(103)의 크기를 증가시키지 않고도 아크 소호기능을 릴레이(103)에 부가할 수 있게 된다. 특히, 본 발명에서는 영구자석(160)의 크기를 조절할 수 있으므로, 아크의 소호기능을 최대화할 수 있게 된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 영구자석(160)은 직사각형상의 하우징(132)의 2 단변을 따라 하우징(160)과 일체로 형성될 수도 있지만, 본 발명이 이러한 구성에만 한정되는 것은 아니다.

도 5a에 도시된 바와 같이 본 발명의 영구자석(160)은 직사각형상의 하우징(132)의 2 장변을 따라 하우징(160)과 일체로 형성될 수 있으며, 도 5b에 도시된 바와 같이 영구자석(160)이 직사각형상의 하우징(132)의 4변을 따라 하우징(160)과 일체로 형성될 수도 있다.

이러한 영구자석(160)의 형성 위치는 유도되어 신장되어야 할 야크의 세기에 따라 달라지므로, 상기 영구자석(160)의 위치는 하우징(1320의 크기, 고정접점(134) 및 가동접점(136) 사이의 간격, 고정접점(134)에 인가되는 전압의 세기 등에 따라 결정될 것이다.

또한, 하우징(160)의 변에 일체로 형성되는 영구자석(160)의 면적 역시 하우징(1320의 크기, 고정접점(134) 및 가동접점(136) 사이의 간격, 고정접점(134)에 인가되는 전압의 세기 등에 따라 결정될 것이다.

도 6은 영구자석(160)에 의해 아크(A)의 길이가 신장된 것을 나타내는 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 가동접점(136)과 고정접점(134) 사이에 발생하는 아크(A)는 가동접점(136)과 고정접점(134) 사이에만 존재하는 것이 아니라 자성을 가진 자석(160)에 의해 유도되어 신장된다. 아크(A)가 신장되어 길이가 길어짐에 따라 가동접점(136)과 고정접점(134) 사이의 아크(A)가 감소하게 되며, 아크(A)가 더욱 신장됨에 따라 가동접점(136)과 고정접점(134) 사이에서 아크(A)가 소호되어 가동접점(136)과 고정접점(134) 사이가 차단되어 모터 및 부품으로의 전류 공급이 중단되어 모터 및 부품의 구동이 정지된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 가동접점(136)과 고정접점(134) 사이에 발생하는 아크(A)를 영구자석(160)에 의해 신장하여, 가동접점(136)과 고정접점(134)의 분리시 아크에 의해 가동접점(136)과 고정접점(134) 사이에 전류가 흐르는 것을 신속하게 차단함으로써 전기자동차의 모터 및 부품을 정확하게 제어할 수 있게 된다. 또한, 본 발명에서는 영구자석(160)을 하우징(132)과 일체로 형성함으로써, 릴레이(103)의 크기 증가를 방지할 수 있게 된다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 릴레이 제조방법을 상세히 설명하다.

도 7은 본 발명에 따른 릴레이 제조방법을 나타내는 플로우챠트이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 약 8-12㎛의 크기를 갖는 알루미나(Al₂O₃) 분말을 준비하고 약 8-12㎛의 크기를 갖는 자기 페라이트(FeO₃)분말을 준비한다(S101). 이때, 상기 자기페라이트 분말에는 Al, Ni, Co를 주성분으로 하는 알니코계 분말 또는 Al, Ni, Co를 주성분으로 하는 네오듐계 분말이 포함될 수 있다.

그 후, 알루미나분말과 자기페라이트 분말을 하우징의 형상으로 예비성형한다(S102). 이때, 상기 하우징은 알루미나로 이루어진 사각형상에 자기페라이트가 알루미나사각형상의 대향하는 2변 또는 4변에 배치되는 형상으로 이루어진다. 상기 알루미나분말과 자기페라이트 분말을 직접 예비성형하여 영구자석형상의 자기페라이트 더미를 포함하는 하우징을 형성할 수도 있지만, 자기페라이트분말을 자기페라이트 더미형상으로 예비성형하고 및 알루미나분말을 하우징형상으로 예비성형한 후, 더미형상의 자기페라이트를 하우징형상의 알루미나에 장입하여 형성할수도 있다.

상기와 같은 예비성형에 의해 자기페라이트와 알루미나 사이에 계면이 형성되며, 자기페라이트분말과 알루미나분말의 크기는 가능하면 작게 형성하여(즉, 약 8-12㎛의 크기로 형성하여), 계면 사이의 계면에너지가 최대로 된다.

이어서, 전기로(electronic furnace)과 같은 고온로에서 약 1350-1450℃의 온도에서 약 12시간 동안 가열하여 예비성형된 하우징을 소결한다. 그러나, 예비성형된 하우징은 전기로 내에서 약 6시간에 걸쳐 상온에서 1350-1450℃으로 가열하고, 소결후 약 6시간에 걸쳐 1350-1450℃에서 상온으로 냉각하므로, 실질적으로 예비성형된 하우징은 24시간에 걸쳐 가열되고 냉각된다.

일반적으로 자기페라이트과 알루미나는 안정되고 낮은 에너지상태를 가지지만, 이들을 분말상태로 만들면 표면적이 증가하게 되어 표면에너지가 증가하게 된다. 그러나, 상기 자기페라이트과 알루미나를 예비성형하여 하우징형상으로 만드는 경우에는 분말이 특정 형태로 형성될 뿐 표면에너지에는 변화가 발생하지 않게 된다.

그러나, 예비성형된 하우징을 고온으로 가열하면 분말 입자들이 서로 붙어 소결을 하게 되므로, 소결된 낮은 에너지 상태로 된다. 즉, 자기페라이트분말과 알루미나분말이 가열에 의해 조립화(粗粒化)되어 기공이 많고 강도가 거의 없는 분말형태가 밀도의 변화없이 입자끼리의 결합에 의해 표면적이 감소하고 강도가 높아진다. 또한, 자기페라이트분말과 알루미나분말이 가열에 의해 치밀화(緻密化)되어, 기공이 많고 강도가 낮은 분말형태가 밀도가 증가하고(즉, 기공이 감소하고) 입자 사이의 결합력이 증가하여 강도가 증가하게 된다.

상기와 같이 소결에 의해 높은 강도를 가진 하우징(103)을 제작한 후에는, 상기 하우징(103) 내에 고정접점(134) 및 가동접점(136)을 설치하고, 전기엑츄에이터를 구비하는 케이스(130)와 조립함으로써 릴레이(103)를 제작할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 릴레이에 영구자석을 구비하여, 고정접점과 가동접점에서 발생하는 아크를 유도함으로써 아크의 길이를 신장하며, 아크의 신장에 따라 아크를 신속하게 제거할 수 있게 되어, 아크에 의한 전류 흐름을 차단할 수 있게 된다. 그 결과, 전기 자동차의 모터나 부품 등에 인가되는 전류를 신속하게 공급 및 차단할 수 있게 되어, 모터나 부품의 정확한 제어가 가능하게 된다.

또한, 본 발명에서는 상기 영구자석이 하우징과 일체로 형성되므로, 영구자석의 구비에 따른 릴레이의 크기 증가를 방지할 수 있으며, 크기의 증가없이 릴레이에서의 아크소호기능을 최대화할 수 있게 된다.

한편, 상술한 상세한 설명에서는 특정 구조의 릴레이가 설명되고 있지만, 본 발명이 이러한 특정 구조의 릴레이에만 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 영구자석을 릴레이의 하우징과는 일체로 형성하여 릴레이의 크기 증가를 방지함과 동시에 아크소호성능을 향상시키는 것을 특징으로 한다. 따라서, 영구자석이 하우징과 일체로 형성될 수만 있다면, 현재 알려진 모든 구조의 릴레이가 본 발명에 포함될 수 있을 것이다.

또한, 상술한 상세한 설명에서는 본 발명의 릴레이가 전기자동차에 사용된다고 기술하고 있지만, 이는 설명의 편의를 위해 릴레이가 적용되는 것을 예시한 것이다. 실질적으로 본 발명의 릴레이는 단순히 전기자동차에만 사용되는 것이 아니라 전기와 엔진을 모두 구비한 하이브리드 자동차에도 적용될 수 있을 뿐만 아니라 각종 산업용 설비나 기계에도 적용될 수 있을 것이다.

101 : 배터리부 103 : 릴레이
104: 차량제어부 105 : 컨버터
106 : 시동부 108 : 배터리관리부
130 : 케이스 132 : 하우징
134: 고정접점 136 : 가동접점
138 : 샤프트 160 : 영구자석

Claims

고정접점;
상기 고정접점과 접촉되고 분리되는 가동접점;
상기 가동접점과 연결되어 상기 가동접점을 이동시키는 샤프트;
상기 고정접점과 가동접점을 수납하는 하우징;
상기 샤프트를 구동하는 엑츄에이터;
상기 하우징과 일체로 형성되어 고정접점과 가동접점 사이에 발생하는 아크를 신장하는 영구자석으로 구성된 릴레이.
제1항에 있어서, 상기 엑츄에이터는,
전자기력을 발생시키는 여자용 코일;
상기 여자용 코일 내부에 상하로 배치된 고정자 및 가동자;
상기 고정자 및 가동자 사이에 배치되어 가동자를 원위치로 복귀시키는 복귀스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 릴레이.
제1항에 있어서, 상기 하우징은 세라믹으로 이루어진 것을 특징으로 하는 릴레이.
제3항에 있어서, 상기 세라믹은 알루미나로 이루어진 것을 특징으로 하는 릴레이.
제1항에 있어서, 상기 영구자석은 알니코계 물질 또는 네오듐계 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 릴레이.
제1항에 있어서, 영구자석은 하우징의 마주하는 양변에 형성되는 것을 특징으로 하는 릴레이.
제1항에 있어서, 영구자석은 하우징의 4변에 형성되는 것을 특징으로 하는 릴레이.
영구자석용 분말과 세라믹용 분말을 예비성형하는 단계;
상기 예비성형된 분말을 소결하여 영구자석이 일체화된 하우징을 형성하는 단계; 및
하우징 내부에 가동접점 및 고정접점을 구비하고, 상기 하우징을 전기엑튜에이터와 조립하는 단계로 구성된 릴레이제조방법.
제8항에 있어서, 상기 영구자석용 분말은,
자기페라이트 분말; 및
상기 자기페라이트 분말에 첨가된 알니코계 물질 또는 네오듐계 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 릴레이제조방법.
제9항에 있어서, 상기 자기페라이트 분말의 크기는 8-12㎛인 것을 특징으로 하는 릴레이제조방법.
제8항에 있어서, 상기 분말을 소결하는 단계는 분말을 1350-1450℃의 온도에서 12시간 동안 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 릴레이제조방법.