KR20200045883A - 접점부 융착을 방지할 수 있는 릴레이 - Google Patents

Abstract

고정 접촉자; 상기 고정 접촉자와 접촉 또는 분리되도록 이동 가능한 가동 접촉자; 및 상기 고정 접촉자와 상기 가동 접촉자가 서로 접촉하는 접점부를 밀폐하며 밀폐된 내부 공간에 채워진 절연성 액상 냉매를 포함하는 액침 냉각부를 포함하는 릴레이가 개시된다.

Description

접점부 융착을 방지할 수 있는 릴레이{RELAY ENABLING TO PREVENT FUSING OF CONTACT PART THEREOF}

본 발명은 릴레이에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고정 접촉자와 가동 접촉자가 접촉하는 접점부를 액침 냉각함으로써 접점부의 융착을 방지할 수 있는 릴레이에 관한 것이다.

일반적으로, 전기 에너지를 이용하여 구동되는 모터를 갖는 친환경 차량은, 고전압 배터리의 전원을 인버터를 통해 모터에 공급할 때 전원 연결 시 순간적인 서징(surging) 현상을 방지하기 위해 고전압 릴레이를 배터리 측에 적용하고 있다.

통상 고전압 릴레이는 내부 보빈에 전류가 인가되어 발생하는 전자기력으로 가동 접촉자를 이동시켜 고전압 배터리와 인버터에 각각 연결된 두 개의 고정 접촉자와 접촉시킴으로써 고전압 배터리 측과 인버터 측을 서로 전기적으로 연결되게 하여 고전압 배터리의 전원이 인버터로 공급되게 한다. 반대로, 고전압 배터리와 인버터 사이의 전기적 연결을 차단할 경우에는 보빈에 전류를 차단하여 전자기력을 소멸 시킴으로써 스프링에 의해 가동 접촉자를 고정 접촉자와 분리 시킨다.

이러한 릴레이의 고정 접촉자와 가동 접촉자의 접촉/분리 과정에서 두 접촉자 사이에는 고전압/고전류가 작동하기 때문에 아크가 발생할 수 있으며, 이로 인해 두 접촉자 사이에 융착이 발생되어 보빈에 전류 인가를 제거하더라도 고전압 배터리와 인버터가 서로 전기적으로 연결된 통전 상태가 유지되게 된다.

종래에는 아크 발생 및 그에 따른 융착의 문제를 해결하기 위해, 고정 접촉자 끝단에 몰리브덴과 같은 별도의 재질로 보조 접점을 구비하고, 고정 접촉자와 가동 접촉자를 세라믹 재질의 아크 소호부 내부에 위치시키는 방식 등이 제안되었다. 그러나 이러한 종래의 방식은 고정 접촉자와 가동 접촉자 사이의 아크 발생을 감소시킬 수는 있으나 근본적으로 아크 발생을 방지할 수는 없으며, 여전히 두 접촉자간 융착이 발생하는 문제가 발생할 수 있다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-2005-0011921 A KR 10-2010-0126086 A

이에 본 발명은, 릴레이의 고정 접촉자와 가동 접촉자가 서로 접촉하고 분리되는 경우 두 접촉자 사이의 아크 발생을 근본적으로 차단할 수 있는 릴레이를 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,

고정 접촉자;

상기 고정 접촉자와 접촉 또는 분리되도록 이동 가능한 가동 접촉자; 및

상기 고정 접촉자와 상기 가동 접촉자가 서로 접촉하는 접점부를 밀폐하며 밀폐된 내부 공간에 채워진 절연성 액상 냉매를 포함하는 액침 냉각부;

를 포함하는 릴레이를 제공한다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 절연성 액상 냉매는 상기 접점부를 침지 시키는 레벨로 채워질 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 액침 냉각부는 상기 내부 공간에 설치된 내부 냉각핀을 더 포함하며, 상기 내부 냉각핀은 그 일부분이 상기 내부 공간으로부터 릴레이 하우징 외부로 연장될 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 내부 냉각핀은 상기 절연성 액상 냉매의 표면 상부 공간에 설치될 수 있다.

본 발명의 일 실시형태는, 상기 릴레이 하우징 외부에 설치되며, 상기 릴레이 하우징 외부로 연장된 상기 내부 냉각핀의 일부분과 접촉하는 외부 냉각핀을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 외부 냉각핀은 냉각수가 통과하는 냉각수 통로를 구비할 수 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서 본 발명은,

고정 접촉자;

상기 고정 접촉자와 접촉 또는 분리되도록 이동 가능한 가동 접촉자;

상기 고정 접촉자와 상기 가동 접촉자가 서로 접촉하는 접점부를 밀폐하며, 밀폐된 내부 공간에 채워진 절연성 액상 냉매와, 상기 내부 공간으로부터 릴레이 하우징 외부로 연장된 내부 냉각핀을 갖는 액침 냉각부; 및

상기 릴레이 하우징 외부에 설치되며, 상기 릴레이 하우징 외부로 연장된 상기 내부 냉각핀의 일부분과 접촉하는 외부 냉각핀;을 포함하며,

상기 절연성 액상 냉매는 상기 접점부를 침지시키는 레벨로 상기 내부 공간에 채워지고, 상기 내부 공간 내 상기 절연성 액상 냉매의 표면 상부에 상기 내부 냉각핀이 설치된 것을 특징으로 하는 릴레이를 제공한다.

상기 릴레이에 따르면, 고정 접촉자와 가동 접촉자가 접촉하는 접점부를 절연성 액상 냉매에 침지시켜 냉각함으로써 고정 접촉자와 가동 접촉자가 서로 접촉하거나 분리되는 경우 발생할 수 있는 아크를 최소화하고 아크열에 의해 고정 접촉자와 가동 접촉자가 서로 융착되는 것이 예방될 수 있다.

또한, 상기 릴레이에 따르면, 절연성 액상 냉매가 보관되는 공간 내에 절연성 액상 냉매의 표면 상부에 냉각핀을 마련하여 아크열에 의해 기화된 절연성 액상 냉매를 온도를 감소시켜 다시 액체 상태로 상변화 시킴으로써, 절연성 액상 냉매를 보충 없이 거의 영구적으로 사용할 수 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 릴레이의 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시형태에 따른 릴레이의 액침 냉각부를 더욱 상세하게 도시한 부분 단면 사시도이다.
도 3 및 도 4는 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시형태에 따른 릴레이의 액침 냉각부의 후방을 더욱 상세하게 도시한 부분 사시도이다.

이하, 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 배터리 모듈을 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 릴레이의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 릴레이(10)는, 고정 접촉자(11, 12)와 고정 접촉자(11, 12)와 접촉 또는 분리되도록 이동 가능한 가동 접촉자(13)와 고정 접촉자(11, 12)와 가동 접촉자(13)가 서로 접촉하는 접점부를 밀폐하는 액침 냉각부(A)를 포함한다. 액침 냉각부(A)에 의해 밀폐된 공간에는 고정 접촉자(11, 12)와 가동 접촉자(13)가 서로 접촉하는 접점부를 액침시키는 액상 냉매(15)가 채워진다.

고정 접촉자(11, 12)는 외부의 전원이나 부하에 연결되는 도선(41, 42)와 각각 연결될 수 있다. 예를 들어, 친환경 차량의 모터 구동 시스템에 적용되는 릴레이의 경우, 하나의 도선(41)은 고전압 배터리와 연결되고 나머지 하나의 도선(42)은 인버터와 연결될 수 있다. 두 고정 접촉자(11, 12)는 가동 접촉자(13)와 동시에 접촉됨으로써 서로 통전 상태가 될 수 있다.

가동 접촉자(13)는 이동을 통해 고정 접촉자(11, 12)를 서로 통전 시키거나 서로 개방 시킬 수 있다. 가동 접촉자(13)는 샤프트(19)의 상단에 연결되어 샤프트(19)의 이동에 따라 이동하면서 고정 접촉자(11, 12)에 접촉하거나 분리될 수 있다.

가동 접촉자(13)의 이동을 위해 릴레이(10)의 하우징(31) 내부에는 보빈(21), 고정 코어(23), 가동 코어(25) 및 복귀 스프링(27) 등이 포함될 수 있다.

보빈(21)은 외부에서 제공되는 릴레이 구동을 위한 전원이 인가되어 전류가 흐르면 여자되어 자력을 생성하고, 고정 코어(23)는 보빈(21)의 중심부에 배치되어 보빈(21)에 의해 생성된 자력에 의해 자화 된다.

가동 코어(25)는 샤프트(19)의 하단부에 연결되어 고정 코어(23)의 하부에 배치되고 자화된 고정 코어(23)가 당기기는 힘에 의해 고정 코어(23)와 가동 코어(25) 사이에 배치된 스프링(27)을 압축시키면서 상부로 이동한다. 이에 의해 가동 코어(25)에 연결된 샤프트(19)가 상부로 이동하면서 가동 접촉자(13)를 상부로 이동시켜 고정 접촉자(11)와 접촉되게 한다.

보빈(21)에 제공되는 전원이 차단되면 스프링(27)에 의해 가동 코어(25)는 다시 하부로 이동하게 되고 가동 접촉자(13)도 함께 하부로 이동하면서 고정 접촉자(11)와의 접촉이 해제된다.

도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시형태에 따른 릴레이의 액침 냉각부를 더욱 상세하게 도시한 부분 단면 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 액침 냉각부(A)는 릴레이(10)의 하우징(31)의 구조에 의해 형성되는 일종의 격실로서 그 내부 공간에 고정 접촉자(11)의 하부와 가동 접촉자(13)가 위치하게 된다.

액침 냉각부(A)의 상부에는 고정 접촉자(11)가 삽입되기 위한 홀이 형성될 수 있으며 액침 냉각부(A)의 하부에는 가동 접촉자(13)가 연결된 샤프트(19)가 삽입되기 위한 홀이 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 액침 냉각부(A)에는 절연성을 갖는 액상 냉매(15)가 채워질 수 있다. 절연성 액상 냉매(15)가 액침 냉각부(A) 내에 채워지므로 고정 접촉자(11)나 샤프트(19)가 삽입되는 홀의 테두리는 냉매(15)의 유출을 방지하기 위한 실링 수단이 구비될 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 릴레이(10)는 고정 접촉자(11, 12)와 가동 접촉자(13)가 접촉하는 접점부를 절연성 액상 냉매에 침지시켜 냉각함으로써 고정 접촉자(11, 12)와 가동 접촉자(13)가 서로 접촉하거나 분리되는 경우 발생할 수 있는 아크를 최소화하고 아크열에 의해 고정 접촉자(11, 12)와 가동 접촉자(13)가 서로 융착되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 절연성 액상 냉매(15)는 액침 냉각부(A)가 형성하는 내부 공간을 모두 채우도록 마련될 수도 있으나 바람직하게는 고정 접촉자(11, 12)와 가동 접촉자(13)가 서로 접촉하는 접점부(여기서, 접점부는 고정 접촉자(11, 12)의 하단이 될 수 있음)를 액침 시키도록 채워질 수 있다. 즉, 도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이, 가동 접촉자(13)가 하부에서 상부의 고정 접촉자(11, 12)와 접촉하는 구조의 릴레이에서 액침 냉각부(A) 내에 채워지는 절연성 액상 냉매(15)는 고정 접촉자(11, 12)와 가동 접촉자(13)가 서로 접촉하는 접점부보다 높은 레벨까지 채워지고 냉매(15)의 표면 상부에 냉매(15)가 채워지지 않은 공간이 마련될 수 있다.

액침 냉각부(A) 내부 공간 중 냉매(15)가 채워지지 않은 공간에는 액침 냉각부(A)를 구성하는 하우징을 관통하여 액침 냉각부(A)의 외부로 연장되는 내부 냉각핀(17)이 설치될 수 있다. 내부 냉각핀(17)은 하우징(31)의 내부에서 외부로 연장되므로 외부로 노출된 영역이 외부의 공기에 의해 냉각될 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에서, 고정 접촉자(11, 12)와 가동 접촉자(13)가 냉매(15)에 침지된 상태에서 접촉/분리를 반복하면서 발생하는 아크열에 의해 냉매(15)의 온도가 상승하여 냉매(15)의 기화가 발생할 수 있다. 냉매(15)의 표면 상부에 냉매(15)가 채워지지 않은 공간에 마련된 내부 냉각핀(17)은 기화된 냉매(15)의 온도를 하강 시켜 응축에 의한 액체 상태로의 상변화가 이루어지게 한다. 이에 따라, 별도로 액침 냉각부(A) 내의 액상 냉매(15)를 보충할 필요없이 거의 영구적으로 액상 냉매(15)를 사용할 수 있게 된다.

물론, 본 발명의 다른 실시형태에서, 내부 냉각핀(17)은 절연성 액상 냉매(15)가 채워진 영역에 배치될 수도 있다. 이 경우, 내부 냉각핀(17)은 기화된 냉매(15)를 다시 액체로 상변화를 시키기 위한 용도로 사용되기 보다는 액상 냉매(15) 자체의 온도를 냉각시키는 용도로 사용될 수 있다.

도 3 및 도 4는 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시형태에 따른 릴레이의 액침 냉각부의 후방을 더욱 상세하게 도시한 부분 사시도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 릴레이는 액침 냉각부(A)의 후방, 릴레이 하우징(31)의 외부에는 내부 냉각핀(17)과 접촉하는 외부 냉각핀(41, 411)을 더 포함할 수 있다.

전술한 것과 같이, 내부 냉각핀(17)의 일부분은 릴레이 하우징(31)의 외부로 연장될 수 있으며, 이 외부로 연장된 내부 냉각핀(17)의 일부분과 접촉하도록 외부 냉각핀(41, 411)이 액침 냉각부(A)의 후방, 하우징(31) 외부에 설치될 수 있다.

이러한 외부 냉각핀(41, 411)은 내부 냉각핀(17)과 접촉된 구조를 가짐으로써 내부 냉각핀(17)의 온도를 더욱 낮게 유지할 수 있게 한다.

냉각의 성능을 더욱 향상시키기 위해, 도 4에 도시된 것과 같이, 외부 냉각핀(411)은 냉각수가 통과하는 냉각수 통로(412)를 더 구비할 수 있다. 냉각수 통로(412)는 외부 냉각핀(411)의 핀구조물의 중심을 관통하여 핀구조물과 접촉되도록 배치될 수 있으며, 도시하지 않은 별도의 냉각수 공급 펌프 등을 통해 냉각수를 냉각수 통로(412)에 흐르게 함으로써 내부 냉각핀(17)의 온도를 더욱 낮게 유지되게 할 수 있다.

이상에서 본 발명의 특정한 실시형태에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

10: 릴레이 11, 12: 고정 접촉자
13: 가동 접촉자 15: 절연성 액상 냉매
17: 내부 냉각핀 19: 샤프트
14: 하부 플레이트 15: 냉각수 블록
21: 보빈 23: 고정 코어
25: 가동 코어 27: 스프링
41, 411: 외부 냉각핀 412: 냉각수 통로
A: 액침 냉각부

Claims (7)

1. 고정 접촉자;
   상기 고정 접촉자와 접촉 또는 분리되도록 이동 가능한 가동 접촉자; 및
   상기 고정 접촉자와 상기 가동 접촉자가 서로 접촉하는 접점부를 밀폐하며 밀폐된 내부 공간에 채워진 절연성 액상 냉매를 포함하는 액침 냉각부;
   를 포함하는 릴레이.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 절연성 액상 냉매는 상기 접점부를 침지 시키는 레벨로 채워진 것을 특징으로 하는 릴레이.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 액침 냉각부는 상기 내부 공간에 설치된 내부 냉각핀을 더 포함하며, 상기 내부 냉각핀은 그 일부분이 상기 내부 공간으로부터 릴레이 하우징 외부로 연장된 것을 특징으로 하는 릴레이.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 내부 냉각핀은 상기 절연성 액상 냉매의 표면 상부 공간에 설치된 것을 특징으로 하는 릴레이.
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 릴레이 하우징 외부에 설치되며, 상기 릴레이 하우징 외부로 연장된 상기 내부 냉각핀의 일부분과 접촉하는 외부 냉각핀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 릴레이.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 외부 냉각핀은 냉각수가 통과하는 냉각수 통로를 구비하는 것을 특징으로 하는 릴레이.
7. 고정 접촉자;
   상기 고정 접촉자와 접촉 또는 분리되도록 이동 가능한 가동 접촉자;
   상기 고정 접촉자와 상기 가동 접촉자가 서로 접촉하는 접점부를 밀폐하며, 밀폐된 내부 공간에 채워진 절연성 액상 냉매와, 상기 내부 공간으로부터 릴레이 하우징 외부로 연장된 내부 냉각핀을 갖는 액침 냉각부; 및
   상기 릴레이 하우징 외부에 설치되며, 상기 릴레이 하우징 외부로 연장된 상기 내부 냉각핀의 일부분과 접촉하는 외부 냉각핀;을 포함하며,
   상기 절연성 액상 냉매는 상기 접점부를 침지시키는 레벨로 상기 내부 공간에 채워지고, 상기 내부 공간 내 상기 절연성 액상 냉매의 표면 상부에 상기 내부 냉각핀이 설치된 것을 특징으로 하는 릴레이.

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