KR20200101136A - 릴레이 장치 - Google Patents

Abstract

가동 접점과 고정 접점을 접촉시키는 동작 중에 발생하는 소음을 감소시키면서도 내구성을 충족시키는 릴레이 장치가 개시된다. 일 측면에 따른 릴레이 장치는, 코일이 감겨 선택적으로 전자기력을 발생시키는 폴 코어를 포함하는 전자 블록; 고정 접점이 설치되는 고정 접점 단자; 및 상기 폴 코어를 향하는 면에 상기 전자기력에 의해 흡인되는 아마추어가 설치되고 상기 고정 접점과 접촉하거나 개리되는 가동 접점이 선단부에 설치되어 있는 가동 접점 어셈블리;를 포함하고, 상기 폴 코어는 상기 아마추어를 향하는 면에 복수의 돌기가 형성된다. 바람직하게, 상기 폴 코어의 상기 아마추어를 향하는 면의 전체 면적에 대비한 상기 복수의 돌기의 면적의 합의 비율은 0% 보다 크고 41.67% 이하이다. 더욱 바람직하게는, 상기 폴 코어의 상기 아마추어를 향하는 면의 전체 면적에 대비한 상기 복수의 돌기의 면적의 합의 비율은 10.53% 내지 41.67%이다.

Description

릴레이 장치{RELAY DEVICE}

본 발명은 릴레이 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 동작 중 발생하는 소음을 감소시키며 내구성을 향상시킨 릴레이 장치에 관한 것이다.

릴레이 장치는 입력 신호가 어떤 값에 도달하였을 때 작동하여 다른 전기회로를 개폐하는 스위칭 기구로서, 차량, 산업자동화 제어기기 등 각종 산업분야에 널리 사용되고 있다. 릴레이 장치는 크게 래터(Ladder) 타입 릴레이 장치와 외팔보(Cantilever) 타입 릴레이 장치로 구분될 수 있다.

래더 타입 릴레이 장치는 고정 접점에 대하여 가동 접점이 동시에 직선 운동하여 접점의 개폐가 이루어진다. 큰 전자기력에 의해 접점이 구동되므로 대전류의 부하 제어용으로 널리 사용된다. 래더 타입 릴레이 장치와 관련된 기술은 예컨대, 한국공개특허공보 제2010-0125806호에 개시되어 있다. 한국공개특허공보 제2010-0125806호는 고정 접점과, 이 고정 접점과 접촉 및 분리 가능하게 배치되는 가동 접점과, 이 가동 접점을 구동시키는 전자 블록를 포함하여 구성된다.

외팔보 타입 릴레이 장치는 고정 접점에 대하여 가동 접점이 호형으로 회동 운동하여 접점의 개폐가 이루어진다. 외팔보 타입 릴레이 장치는 가동 접점을 탄성력이 있는 판 스프링에 부착한 형태이다. 외팔보 타입 릴레이 장치는 래더 타입 릴레이 장치에 비해 간소한 형태로 제작될 수 있는 장점이 있다. 외팔보 타입 릴레이 장치의 대표적인 예는 일본등록특허 제3898021호를 들 수 있다.

이와 같이 릴레이 장치는 고정 접점에 대하여 가동 접점이 전자 블록의 전자기력에 의해 직선 또는 회동 운동을 하여 고정 접점과 접촉하거나 개리된다. 이때 가동 접점이 전자기력에 의해 고정 접점과 접촉하는 과정에서 소음이 발생한다. 특히 가동 접점을 고정 접점에 접촉시킬 때 전자 블록을 구성하는 폴 코어와 그 폴 코어에 의해 흡인되는 아마추어 간에 충격음이 발생한다. 이 충격음은 릴레이 장치를 구성하는 부품을 통해 외부로 전파된다. 릴레이 장치는 차량 등과 같이 정숙성이 요구되는 분야에 주로 사용되는 데 이러한 소음은 정숙성에 악영향을 끼친다.

릴레이 장치의 소음을 줄이기 위해 폴 코어와 그 폴 코어에 의해 흡입되는 아마추어를 소형화할 수 있다. 그러나 폴 코어와 아마추어를 소형화할 경우 폴 코어에서 발생하는 전자기력이 감소하게 되어 소음은 줄어들 수 있지만 릴레이 장치의 내구성이 떨어지게 된다. 따라서, 소음을 줄이면서도 내구성을 보증할 수 있는 릴레이 장치가 필요하다.

본 발명은 가동 접점과 고정 접점을 접촉시키는 동작 중에 발생하는 소음을 감소시킨 릴레이 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 가동 접점과 고정 접점을 접촉시키는 동작 중에 발생하는 소음을 감소시키면서도 내구성을 충족시키는 릴레이 장치를 제공한다.

일 측면에 따른 릴레이 장치는, 코일이 감겨 선택적으로 전자기력을 발생시키는 폴 코어를 포함하는 전자 블록; 고정 접점이 설치되는 고정 접점 단자; 및 상기 폴 코어를 향하는 면에 상기 전자기력에 의해 흡인되는 아마추어가 설치되고 상기 고정 접점과 접촉하거나 개리되는 가동 접점이 선단부에 설치되어 있는 가동 접점 어셈블리;를 포함하고, 상기 폴 코어는 상기 아마추어를 향하는 면에 복수의 돌기가 형성된다.

바람직하게, 상기 폴 코어의 상기 아마추어를 향하는 면의 전체 면적에 대비한 상기 복수의 돌기의 면적의 합의 비율은 0% 보다 크고 41.67% 이하이다.

더욱 바람직하게는, 상기 폴 코어의 상기 아마추어를 향하는 면의 전체 면적에 대비한 상기 복수의 돌기의 면적의 합의 비율은 10.53% 내지 41.67%이다.

일 실시예에 따른 릴레이 장치는, 전자기력에 의해 흡입되는 아마추어에 대향하는 폴 코어의 일면에 복수의 돌기를 형성함으로써 아마추어와 폴 코어의 접촉 면적을 줄여 소음을 줄인다.

일 실시예에 따른 릴레이 장치는, 상기 폴 코어의 일면에 복수의 돌기를 형성하여 상기 아마추어와의 접촉 면적을 줄여 소음을 줄이면서도 제품 내구성을 향상시켜 제품 경쟁력을 향상시킨다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 장치의 커버와 본체를 분리했을 때의 사시도이다.
도 2는 도 1의 릴레이 장치 본체의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 폴 코어의 헤드 부분을 확대한 확대 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 샘플들의 돌기 유형 및 전자기력 분포를 나타낸 도면이다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 장치의 커버와 본체를 분리했을 때의 사시도이고, 도 2는 도 1의 릴레이 장치 본체의 분해 사시도이며, 도 3은 도 2의 폴 코어의 헤드 부분을 확대한 확대 사시도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 있어서 릴레이 장치는 릴레이 본체(100)와, 이 릴레이 본체(100)를 수납하는 커버(200)로 구성되어 있다. 릴레이 본체(100)는, 가동 접점(11)을 갖는 가동 접점 어셈블리(10)와, 고정 접점(21)을 갖는 고정 접점 단자(20)와, 코일을 갖고 그 코일에 흐르는 전류에 의해 전자기력을 발생하는 전자 블록(30)과, 이들을 유지하는 베이스 블록(40)으로 구성되어 있다.

가동 접점 어셈블리(10)는, 상기 전자 블록(30)에 의해 요동하는 가동 접점 스프링(12)과, 그 가동 접점 스프링(12)의 일단에 설치된 가동 접점(11)과, 상기 가동 접점 스프링(12)의 타단에 설치된 가동 접점 단자(13)와, 상기 가동 접점 스프링(12)의 내측에 설치된 판 형상의 아마추어(14)를 포함한다. 가동 접점 스프링(12)은 탄성 변형 가능하게 대략 L자 형상으로 절곡 형성된 전도성을 갖는 띠판 부재이다. 가동 접점 스프링(12)의 단부에 가동 접점(11)이 설치된다. 가동 접점 스프링(12)은 하부면의 중간 부분의 내측에 자력에 의해 흡인되는 판 형상의 아마추어(14)가 고정되어 있다. 아마추어(14)는 전자 블록(30)의 코일 어셈블리(31)의 바로 위, 더욱 자세하게는 폴 코어(33)의 바로 위에 위치하도록 가동 접점 스프링(12)에 고정된다.

고정 접점 단자(20)는 상기 가동 접점(11)의 요동 방향에 설치된다. 고정 접점 단자(20)는 판 형상의 부재로 구성되고 그 선단부가 대략 L자 형상으로 절곡된 형상을 가지며 그 절곡된 단부에 고정 접점(21)이 설치된다. 고정 접점 단자(20)의 일단은 베이스 블록(40)에 삽입되고 타단은 고정 접점(21)이 가동 접점(11)과 맞닿도록 배치되어 설치되어 있다.

베이스 블록(40)은 절연 부재로서 몰드 성형에 의해 형성되어 있으며 일면이 개방된 대략 육면체 형상을 갖고 릴레이 장치의 부품들이 내측에 안착된다. 즉, 전자 블록(30)이 베이스 블록(40)의 개방면에 놓이고, 고정 접점 단자(20), 가동 접점 단자(13) 그리고 코일 단자(36, 37)가 베이스 블록(40)을 관통하여 외부로 노출된다.

전자 블록(30)은, 코일 어셈블리(31), 요크(32), 폴 코어(33), 플랜지부(34, 35) 및 코일 단자(36, 37)를 포함하여 이루어진다. 코일 어셈블리(31)는, 중심부에 구멍이 형성된 코일 보빈에 코일이 감겨져 있으며, 그 코일의 양단부는 한 쌍의 코일 단자(36, 37)에 연결된다. 요크(32)는, 대략 직각을 형성하는 2면, 즉 L자 형상으로 형성된다. 코어(33)는 헤드와 몸통이 있는 축체로서 헤드의 직경은 몸통의 직경보다 크고, 상기 몸통의 하단부에는 직경이 축소된 단부가 설치되어 있다. 코어(33)의 헤드는 상측 플랜지부(34)의 위로 돌출되면서 그 상측 플랜지부(34)에 걸리도록 상측 플랜지부(34)의 홈의 구멍보다 직경이 크다. 요크(32)의 하면에 코일 어셈블리(31)가 올려진다. 한 쌍의 코일 단자(36, 37)에 전압을 인가하면 폴 코어(33)가 자화되어 전자기력이 발생하고 따라서 위쪽에 위치한 아마추어(14)가 흡인되어 가동 접점(11)이 아래쪽으로 움직인다. 전압을 끊으면 가동 접점 스프링(12)의 스프링 작용에 의해 가동 접점(11)이 위쪽으로 개리된다.

커버(200)는, 베이스 블록(40)과 대략 동일 치수의 헐겁게 끼움 가능한 개구부를 가진 밀폐성을 갖는 상자 형상을 갖고, 열강화성 수지 부재를 통하여 개구부의 내면이 베이스 블록(40)의 둘레 가장 자리부에 실링되어 덮인다.

이상과 같이 구성된 본 실시예의 릴레이 장치는 한 쌍의 코일 단자(36, 37)에 전압을 인가하면 폴 코어(33)가 자화되어 전자기력이 발생하고 따라서 아마추어(14)가 흡인되어 가동 접점(11)이 아래쪽으로 움직이며 고정 접점(21)에 접촉한다. 이때 폴 코어(33)에서 발생하는 전자기력에 의해 아마추어(14)가 흡입되면서 폴 코어(33)와 아마추어(140)는 접촉하며 충격음을 발생시킨다. 이 충격음 발생의 1차적 원인은 접촉 면적이다. 즉, 폴 코어(33)와 아마추어(140)의 접촉 면적을 줄이면 충격음을 줄일 수 있다.

이를 위해, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 릴레이 장치의 폴 코어(33)의 상부면, 즉 아마추어(14)와 마주하는 면에는 복수의 돌기(33a)들이 형성된다. 복수의 돌기(33a) 각각은 원통 형상이다. 폴 코어(33)의 상부면이 평평하지 않고 복수의 돌기(33a)들이 형성됨으로써 폴 코어(33)와 아마추어(14)의 접촉 면적이 줄어든다. 이때, 폴 코어(33)의 상부면의 전체 면적에 대비한 복수의 돌기(33a)들의 면적의 합의 비율은 0% 보다 크고 41.67% 이하인 것이 바람직하다. 여기서 돌기(33a)들의 면적은 아마추어(14)를 향하는 상부면의 면적을 의미한다. 이하에서 실험 결과를 설명한다.

릴레이 장치의 샘플 제작

실험을 위해 전자 블록(30) 및 아마추어(14)로만 릴레이 장치를 모델링하였다. 코일 보빈은 PA66/ GF30% 재료를 사용하였고, 요크(32) 및 아마추어(14)는 SCP 1/2H 재료를 사용하였으며, 폴 코어(33)는 SUYB1 재료를 사용하였다. 그리고 코일은 3UEW 재료를 사용하였고 코일 턴수는 2080으로 하였다. 이와 같이 모델링을 한 후, 비교예 1, 비교예 2, 실시예 1 내지 실시예 7의 릴레이 장치를 제작하였다. 비교예 1은 종래 기술에 따른 상부면에 돌기가 없는 폴 코어를 갖는 릴레이 장치이다. 실시예 1 내지 실시예 7은 각각 폴 코어(33)의 상부면에 돌기(33a)를 형성하되 폴 코어(33)의 상부면의 전체 면적에 대비한 복수의 돌기(33a)들의 면적의 합의 비율이 각각 7.63%, 8.79%, 9.91%, 10.53%, 11.3%, 26.84%, 41.67%인 릴레이 장치이다. 비교예 2는 폴 코어(33)의 상부면에 돌기(33a)를 형성하되 폴 코어(33)의 상부면의 전체 면적에 대비한 복수의 돌기(33a)들의 면적의 합의 비율이 45.84%인 릴레이 장치이다.

소음 측정 실험 조건

위와 같은 샘플을 제작한 후, 온도 20도, 코일 저항(Coil Resistance) 314Ω, 전압 12V, 코일 전류 67mA로 설정한 후, 각 샘플별로 10번씩 폴 코어(33)에 전자기력을 발생시켜 아마추어(14)를 흡인시키며 소음을 측정하였다. 소음의 단위는 dB이다.

소음 측정 실험 결과

[표1]

[표1]의 실험 결과에 따르면, 폴 코어(33)의 상부면에 돌기(33a)를 형성하되 폴 코어(33)의 상부면의 전체 면적에 대비한 복수의 돌기(33a)들의 면적의 합의 비율이 각각 7.63%, 8.79%, 9.91%, 10.53%, 11.3%, 26.84%, 41.67%인 실시예1 내지 7의 릴레이 장치는, 폴 코어(33)의 상부면에 돌기가 없는 비교예1에 비해, 소음이 60dB 이하를 나타내면서, 최소 6.5% 그리고 최대 10%까지 소음을 저감시킨다. 반면, 비교예2와 같이 폴 코어(33)의 상부면의 전체 면적에 대비한 복수의 돌기(33a)들의 면적의 합의 비율이 41.67%를 초과하게 되면, 소음이 60dB을 초과하게 되어 비교예1과 크게 차이가 나지 않는다. 따라서, 릴레이 장치에서 폴 코어(33)의 상부면의 전체 면적에 대비한 복수의 돌기(33a)들의 면적의 합의 비율은 0% 보다 크고 41.67% 이하인 것이 바람직하다.

한편, 폴 코어(33)의 상부면에 복수의 돌기(33a)를 형성할 때, 폴 코어(33)의 상부면의 전체 면적에 대비한 복수의 돌기(33a)들의 면적의 합의 비율이 작아질수록 폴 코어(33)에서 발생하는 전자기력은 작아진다. 폴 코어(33)에서 발생하는 전자기력이 작아지면 아마추어(14)에 대한 흡인력이 감소하고 따라서 릴레이 장치의 내구성이 저하될 수 있다. 예를 들어, 릴레이 장치는 100,000회 이상 동작시에도 정상적으로 동작해야 하는데, 폴 코어(33)의 상부면의 전체 면적에 대비한 복수의 돌기(33a)들의 면적의 합의 비율이 작아질수록 폴 코어(33)에서 발생하는 전자기력이 작아져 100,000 미만의 동작에서 에러가 발생한다. 구체적인 실험 결과를 살펴보면 다음과 같다.

내구성 실험 결과

상기 제작한 샘플들 중 실시예 1 내지 실시예 7 그리고 비교예2의 샘플을 각각 차량의 헤드 램프에 연결한다. 그리고 각 샘플에 대해 전압 12V, 코일 전류 17A를 설정한 후 각 샘플을 2초 동안 온(ON)시키고 2초 동안 오프(OFF)시키는 동작을 총 100,000회 수행하였다. 이에 따른 각 샘플의 전자기력 및 실험 결과는 다음 [표2]와 같다. 그리고 도 4는 각 샘플의 전자기력의 분포를 나타낸다. 각 샘플의 전자기력은 폴 코어(33)로부터 0.05mm 상부에서 측정되었다.

[표2]

폴 코어(33)의 상부면의 전체 면적에 대비한 복수의 돌기(33a)들의 면적의 합의 비율이 작아질수록 폴 코어(33)에서 발생하는 전자기력은 작아진다. 전자기력이 작아질수록 릴레이 장치의 내구성은 저하된다. [표2]에 기재된 바와 같이, 전자기력이 4.69N 이하가 되면 100,000회 미만의 동작에서 릴레이 장치는 Fail이 발생하고, 전자기력이 4.69N 보다 크면 100,000회 이상의 동작에서도 릴레이 장치는 정상 동작을 한다. 따라서, 릴레이 장치는, 4.69N 보다 큰 전자기력을 발생시키기 위해 폴 코어(33)의 상부면의 전체 면적에 대비한 복수의 돌기(33a)들의 면적의 합의 비율은 최소 10.53% 이상이어야 한다.

따라서, 이상의 소음 측정 실험 결과 및 내구성 실험 결과를 종합하면, 릴레이 장치는, 폴 코어(33)의 상부면의 전체 면적에 대비한 복수의 돌기(33a)들의 면적의 합의 비율이 0% 보다 크고 41.67% 이하일 때, 종래에 비해 소음을 획기적으로 줄일 수 있고, 또한 폴 코어(33)의 상부면의 전체 면적에 대비한 복수의 돌기(33a)들의 면적의 합의 비율이 최소 10.53% 이상이면 제품 내구성을 만족시킬 수 있다. 이 두 조건을 종합하면, 소음을 줄이면서 제품 내구성을 동시에 만족시킬 수 있는 최적의 면적 비율은, 10.53% 내지 41.67%인 것을 알 수 있다.

본 명세서는 많은 특징을 포함하는 반면, 그러한 특징은 본 발명의 범위 또는 특허청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 개별적인 실시예에서 설명된 특징들은 단일 실시예에서 결합되어 구현될 수 있다. 반대로, 본 명세서에서 단일 실시예에서 설명된 다양한 특징들은 개별적으로 다양한 실시예에서 구현되거나, 적절히 결합되어 구현될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

100 : 본체
200 : 커버
10 : 가동 접점 어셈블리
11 : 가동 접점
12 : 가동 접점 스프링
13 : 가동 접점 단자
14 : 아마추어
20 : 고정 접점 단자
21 : 고정 접점
30 : 전자 블록
31 : 코일 어셈블리
32 : 요크
33 : 폴 코어
34, 35 : 플랜지부
36, 37 : 코일 단자
40 : 베이스 블록

Claims (3)

1. 코일이 감겨 선택적으로 전자기력을 발생시키는 폴 코어를 포함하는 전자 블록;
   고정 접점이 설치되는 고정 접점 단자;
   상기 폴 코어를 향하는 면에 상기 전자기력에 의해 흡인되는 아마추어가 설치되고 상기 고정 접점과 접촉하거나 개리되는 가동 접점이 선단부에 설치되어 있는 가동 접점 어셈블리;를 포함하고,
   상기 폴 코어는 상기 아마추어를 향하는 면에 복수의 돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 릴레이 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 폴 코어의 상기 아마추어를 향하는 면의 전체 면적에 대비한 상기 복수의 돌기의 면적의 합의 비율은 0% 보다 크고 41.67% 이하인 것을 특징으로 하는 릴레이 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 폴 코어의 상기 아마추어를 향하는 면의 전체 면적에 대비한 상기 복수의 돌기의 면적의 합의 비율은 10.53% 내지 41.67%인 것을 특징으로 하는 릴레이 장치.

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