KR20220157091A - 슬라이딩 방식의 전극 구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일면 상에 요철홈이 형성되고 그 요철 홈 일부분에 서로 다른 저항율을 가진 전극쌍이 형성된 구조에 의해 제1 전극 구조체 및 제2 전극 구조체 사이의 온-오프 동작이 급격하게 이루어지지 않도록 하여 아크 방전이 방지되는 효과를 나타낸다.

Description

슬라이딩 방식의 전극 구조체{SLIDING TYPE ELECTRODE STRUCTURE}

본 발명은 전극 구조체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 대면하여 쌍을 이루는 전극 구조체가 슬라이딩하여 움직여 중간 저항 단계를 거쳐 온-오프 동작을 함으로써 고전압 릴레이의 부품으로 사용될 때 아크(arc) 방전이 생기는 것을 방지할 수 있는 전극의 구조체에 관한 것이다.

일반적으로, 릴레이 장치는 전자 제어 기기의 일종으로 자동 제어 회로에 응용될 수 있으며, 다양한 분야의 자동 제어 회로에 적용될 수 있다. 일례로, 고전압 릴레이 장치는 고전압 배터리 전원을 사용하는 전기 자동차나 하이브리드 자동차에 적용될 수 있다.

한편, 최근에는 전기 자동차나 하이브리드 자동차는 소비자의 요구에 따라 배터리의 용량이 지속적으로 증가하는 추세에 있다. 이에 따라 배터리의 사용 전압은 역시 상승되었으며 향후에도 계속적으로 추가로 상승이 예상된다. 이러한 상승은 주변의 전기기기에 높은 절연 능력을 요구하며, 또한 고전압을 온,오프하는 고전압 릴레이 장치의 높은 신뢰성을 요구한다.

이러한 고전압 릴레이 장치는 코일에 전원이 공급되면 코일의 자기력에 의하여 이동 코어가 고정 코어에 붙게 되고 샤프트가 상승하면서 가동 접점이 고정 접점에 붙으면서 통전이 된다.

그런데, 종래 기술에 따른 고전압 릴레이 장치는 고정 접점과 가동 접점이 접촉 또는 이격되는 과정에서 고정 접점과 가동 접점 사이의 공간에서 아크 방전이 발생할 수 있다.

이러한 아크 방전에 의해 릴레이의 고정 접점 및 가동 접점이 접착되거나 손상 될 수 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 아크 방전의 발생을 방지할 수 있도록, 쌍을 이루는 전극 구조체가 슬라이딩 방식으로 중간 저항 단계를 거쳐 온-오프 동작을 하는 전극의 구조체를 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제1 전극 및 제2 전극이 일면에 각각 쌍으로 형성된 제1 전극 구조체 및 제2 전극 구조체; 상기 제1 전극 구조체 및 상기 제2 전극 구조체 각각에 형성된 요철 홈들; 상기 제1 전극 구조체 및 상기 제2 전극 구조체 가운데 최소한 하나는 슬라이딩하는 움직임에 의해 상기 전극 구조체들 사이의 전류 온,오프(ON, OFF) 상태가 결정됨을 특징으로 하는 슬라이딩 방식의 전극 구조체임을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 고전압 릴레이용 전극 구조체는, 제1 전극 구조체가 제2 전극 구조체 사이로 미끄러져 들어가거나 나오도록 되어 있어서 각 전극 구조체에 각각 포함된 제1 전극과 제2 전극 사이의 접촉이 다중화된다. 이에 따라 접촉 저항이 단계적으로 낮아지거나 높아질 수 있게 되어 급격한 온-오프(on-off) 동작이 방지되고 아크 방전의 발생을 방지할 수 있다.

또한, 고전압 릴레이용 전극 구조체는, 제1 전극 구조체 및 제2 전극 구조체 각각이 제1 금속으로 형성된 제1 전극 및 상기 제1 금속보다 낮은 전도성을 가지는 제2 금속으로 형성된 제2 전극이 결합되 형성되어 있어서 아크 방전의 발생을 방지할 수 있다.

또한, 고전압 릴레이용 전극 구조체는, 아크 방전의 발생을 방지함에 의해 제1 전극 및 제2 전극의 손상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 각 전극 구조체 및 그 인근 지역에 있는 다른 부품의 손상 역시 방지할 수 있게 되어 결국 고전압 릴레이의 수명이 연장된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 구조체를 분리 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 구조체를 결합도시하여 슬라이딩 됨을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 구조체가 오프(OFF) 상태 일때의 슬라이딩 위치를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 구조체가 중간 정도의 온(ON) 슬라이딩 위치를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 구조체가 완전히 온(ON)된 슬라이딩 위치를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에서 오프(OFF) 구간, 과도 구간, 온(ON) 구간에서의 전류흐름을 시간축으로 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명에서 오프(OFF) 구간, 과도 구간, 온(ON) 구간에서의 전류흐름을 시간축으로 나타낸 다른 실시 예이다.
도 8은 제1 전극 및 제2 전극의 다양한 형태를 보여주는 도면이다.

이하에서는 본 발명의 여러 실시 예들을 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 전극 구조체 및 제2 전극 구조체를 분리 도시한 것이다.

도 1을 참고하면 본 발명에 따른 고전압 릴레이용 전극 구조체(100)는 제1 전극 구조체(110) 및 제2 전극 구조체(120)를 포함하여 구성된다.

제1 전극 구조체(110)는 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)을 쌍으로 하여, 적어도 일면 상에 이들이 형성한다. 제1 전극 구조체(110)에서 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)를 제외한 나머지 부분은 절연체(도면부호 미기재)이다.

제2 전극 구조체(120) 역시 제1 전극 구조체와 유사하게, 제1 전극(121) 및 제2 전극(122)을 쌍으로 하여 적어도 일면 상에 이들이 형성되며, 이들 전극을 제외한 나머지 부분은 절연체(도면부호 미기재)이다.

같은 전극끼리는 저항율과 재질이 서로 같은 것이 바람직한데, 예를 들어 제1 전극들(111,121)끼리는 저항율과 재질이 서로 같고, 제2 전극들(121,122)끼리의 저항율도 서로 같음이 바람직하다. 제1 전극들(111,121)은 제2 전극들(121,122)의 저항율보다 작을 수도 있고 클 수도 있는데 상대적인 대소관계가 중요하다. 그러나 본 발명의 명세서에서는 설명의 편의상, 제1 전극들의 저항율이 제2 전극들의 저항율보다 작다고 가정하여 설명한다. 또한 제1 전극 구조체(110)가 슬라이딩 이동한다고 가정한다. 이러한 가정들은 다만 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 실제의 상황은 여러 조합들이 있을 수 있는 것이고, 본 발명의 설명으로부터는 이러한 다양한 여러 조합들을 모두 당연하게 예상할 수 있으며, 모두 본 발명의 기술적 사상에 포함될 수 있음을 유의하여야 한다.

도 1에서 분리 도시한 바와 같이, 제1 전극 구조체(110) 및 제2 전극 구조체(120)의 적어도 일면 상에는 요철 홈들(도면부호 미도시)이 길게 형성되어 있고, 이 요철 홈의 일부 영역에 제1 전극 및 제2 전극이 쌍을 이루어 서로 인접하여 형성되어 있다. 제1 전극 구조체(110)와 제2 전극 구조체(120)의 실제 동작에 있어서는, 도 2에 도시된 바와 같이 제1 전극 구조체(110)와 제2 전극 구조체(120)는 요철 홈 부분이 서로 비껴 맞닿아, 틈 없이 수납되는 구조이므로 전극 구조체들이 서로 수납된 채로 요철 홈을 따라 슬라이딩하여 이동하도록 만들어져 있다.

이하, 제1 전극 구조체(110)가 제2 전극 구조체(120) 사이의 요철 홈을 따라 슬라이딩 이동하여 양 전극 구조체 사이가 오프(OFF) 상태에서 온(ON) 상태로 통전되는 과정을 설명한다.

도 3에서 도시된 바와 같이, 제1 전극 구조체(110)가 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 전극 구조체를 통해 전류가 흐르지 않는 오프(OFF)상태에 있을 때는 각 전극 구조체의 전극 쌍들은 다른 전극 구조체의 전극 쌍들과 서로 접촉되지 않도록 이격된 슬라이딩 상태를 유지한다. 이때는 어떠한 전극을 통해서도 전류가 흐르지 못하므로 제1 전극 구조체와 제2 전극 구조체 사이의 저항은 무한대이다. 본 발명의 전극 구조체가 온(ON)되기 위해서는 제1 전극 구조체(110), 제2 전극 구조체(120) 가운데 최소한 하나가 슬라이딩하여 요철홈을 따라 이동하게 된다. 슬라이딩하여 이동 중에는 한 전극 구조체의 제1 전극이 다른 하나의 전극 구조체의 제2 전극과 먼저 접촉되기 시작하면 전류가 흐르기 시작한다. 이때는 중간 정도의 온(ON) 슬라이딩 상태가 되는데 이는 제2 전극의 저항율이 상대적으로 크기 때문에 접촉된 전극을 통한 전기전도도 역시 완전한 통전(ON) 상태의 전기 전도도보다 훨씬 낮은 크기가 된다. 슬라이딩 이동이 계속되면 양 전극 구조체가 서로 완전히 수납되면 도 5에서 나타났듯이, 각 전극 구조체의 제1 전극들이 서로 접촉되면 제1 전극들 사이의 저항율이 최소로, 전류의 흐름은 최대로 된다. 즉 전기 전도도가 최대로 되어 완전한 형태의 온(ON) 슬라이딩 상태가 된다.

도 6에는 이와 같이 오프(OFF)상태에서 출발하여, 불완전하고 중간 정도의 전기전도도의 과도 상태 또는 완충 상태를 거친 다음, 완전한 상태의 온(ON) 상태가 되는 과정을 도시하였다.

당연하지만, 제1 전극 구조체(110)가 제2 전극 구조체(120)로부터 수납된 상태에서 비 수납상태로 바뀌면 상기 설명한 과정들은 역순으로 일어난다. 도 6에서 구간 T1은 제1 전극 구조체(110)와 제2 전극 구조체(120) 사이가 오프(OFF) 상태임을, 구간 T2는 전류가 흐르기 시작하는 과도 구간을, 구간 T3는 완전히 온(ON)된 상태를 나타낸다. 즉, 제1 전극 구조체(110)의 전극들(111,112)과 제2 전극 구조체(120)의 전극들(121,122) 사이에는 비접촉, 과도 구간 접촉 및 완전 접촉이 순차적으로 진행되어 본 발명의 전극 구조체를 포함하는 고전압용 릴레이는 오프(OFF) 상태에서 온(ON) 상태로 바뀐다. 과도 구간 접촉이란 전술하여 설명하였듯이 저항율이 작은 전극과 저항율이 큰 전극이 서로 접촉하여 전류의 흐름이 급격히 증가하지 않도록 하는 상태의 접촉을 말한다.

설명의 편의상 도 6의 T2 구간은 하나의 계단으로 표시하였지만, 제1 전극 구조체와 제2 전극 구조체의 전극들의 갯수와 모양에 따라, 또, 과도 구간의 접촉상태에 따라 T2 구간의 전류 곡선은 여러 계단으로 다시 나뉘거나, 일차함수로 표시할 수 없는 비선형적으로 나타날 수도 있다. 예를 들어 각 전극 구조제에 형성된 전극들의 개수가 충분히 확보될 경우도 도 7에 도시된 바와 같이 근사적으로 선형(approximately linear)을 형성할 수도 있다. 또한 참고로, 도 7의 점선은 종래의 릴레이 구조에서 순간적으로 온-오프(ON-OFF)가 바뀌는 것을 표시하여, 본 발명의 구조에서의 동작과 비교하기 위한 것이다.

이러한 과도 구간에 의해 본 발명의 전극 구조체를 사용하는 고전압 릴레이에 있어서는 온-오프(ON-OFF) 동작 과정에서 아크 방전이 일어나지 않아, 릴레이 뿐만 아니라 인근의 다른 전자 부품들의 손상을 방지할 수 있다.

제1 전극(111, 121)은 하나 이상의 금속 원소를 포함하는 재료로 구성되고 제1의 저항율을 가지며, 제2 전극(112, 122) 역시 하나 이상의 금속 원소를 포함하는 재료로 구성되고 제2의 저항율을 가진다. 제1의 저항율과 제2의 저항율은 서로 같을 수도 있지만 서로 다른 것이 보다 더 바람직하다.

제1 전극들(111, 121)은 제2 전극들(112, 122)는 서로 다른 금속 원소의 내재, 서로 다른 금속의 함유량 등에 의해 제1 전극들(111, 121)이 제2 전극들(112, 122)보다 더 단단할 수 있다.

도시하지는 않았지만, 본 발명의 또 다른 실시 예에서는 제1 전극 구조체의 전극들(111, 112)과 제2 전극 구조체의 전극들(121, 122)는 각기 서로 다른 저항율을 가지는 재질일 수 있다. 그러므로 본 발명의 기술적인 사상으로부터 단지 각 전극들의 재질이나 저항율, 포함된 금속 원소의 종류나 함유량을 필요에 따라 다양하게 조합하여 사용할 수 있음을 명백하게 알 수 있다.

본 발명에 있어서 보다 중요한 점은 서로 다른 저항율을 가진 전극을 활용한다는 것이다. 그러므로 제1 전극이나 제2 전극의 형상은 다양하게 실시될 수 있는데 예컨대 도 8과 같이 전극 그 자체에도 요철 홈을 가질 수 있다. 이러한 구조는 제1 전극(131)과 제2 전극(132)을 서로 고착하는데 유리할 수 있다.

이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

100 : 본 발명의 전극 구조체 110 : 제1 전극 구조체
120 : 제2 전극 구조체 111, 121, 131 : 제1 전극
112, 122, 132 : 제2 전극

Claims (6)

1. 제1 전극 및 제2 전극이 일면에 각각 쌍으로 형성된 제1 전극 구조체 및 제2 전극 구조체;
   상기 제1 전극 구조체 및 상기 제2 전극 구조체 각각에 형성된 요철 홈들;
   상기 제1 전극 구조체 및 상기 제2 전극 구조체 가운데 최소한 하나는 슬라이딩하는 움직임에 의해 상기 전극 구조체들 사이의 전류 온,오프(ON, OFF) 상태가 결정됨을 특징으로 하는 슬라이딩 방식의 전극 구조체.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 슬라이딩 움직임에 있어서는 상기 상기 각 전극 구조체의 요철 홈들이 서로 맞물려 틈없이 수납됨을 특징으로 하는 슬라이딩 방식의 전극 구조체.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 제1 전극은 상기 제2 전극과 저항율이 서로 다른 것을 특징으로 하는 슬라이딩 방식의 전극 구조체.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 온,오프(ON,OFF)는 저항율이 서로 같은 전극끼리 접촉하는 단계 및 저항율이 서로 다른 전극끼리 접촉하는 단계를 공히 포함하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 방식의 전극 구조체.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 온,오프(ON,OFF)는 상기 제1 전극 구조체는 상기 제2 전극 구조체와의 수납이 진행됨에 따라 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 접촉 상태의 조합이 달라져, 과도 구간의 접촉이 생기는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 방식의 전극 구조체.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 과도 구간 동안의 상기 제1 전극 구조체와 상기 제2 전극 구조체 사이의 저항율은 상기 오프(OFF) 상태와 상기 온(ON) 상태일때의 저항율 사이의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 고전압 릴레이용 전극 구조체.

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