KR20230035267A - 드라이브 샤프트와 요크가 통합된 컨택터 - Google Patents

Abstract

접점 어셈블리들을 사용하는 디바이스들의 제조의 복잡성을 감소시키고, 동작 특성들을 개선하며, 동작 신뢰성을 증가시키기 위해 서로 일체로 형성되는, 특정 컴포넌트들 또는 그들이 일부를 갖는 접점 어셈블리들이 여기에서 개시된다. 원하는 동작 특성들을 제공하는 형상들로, 접점 어셈블리들의 특징부들 및 컴포넌트들에 대한 새로운 형상들도 개시된다. 본 발명의 실시예들은 또한 본 발명에 따른 컨택터 어셈블리들을 활용하는 컨택터들 또는 퓨즈들(즉, 전기 스위칭 디바이스들)에 관한 것이며, 본 발명에 따른 전기 스위칭 디바이스들을 활용하는 전기 회로들 및 시스템들에 관한 것이다.

Description

드라이브 샤프트와 요크가 통합된 컨택터

본 출원은 2020년 6월 16일자로 출원된 미국 임시 특허 출원 제63/039,676호, 2020년 10월 13일자로 출원된 미국 임시 특허 출원 제63/090,796호, 및 2020년 11월 24일자로 출원된 미국 임시 특허 출원 제63/117,919호의 이익을 주장한다.

여기에서, 컨택터(contactor) 디바이스들 및 전기 퓨즈(electrical fuse) 디바이스들과 같은, 전기 스위칭 디바이스들에 사용하기 위한 트리거링(triggering) 메커니즘 및 구성들에 관한 디바이스들이 개시된다.

전기 회로들을 연결 및 분리하는 것은 전기 회로들 자체만큼 오래되었으며, "온(on)" 및 "오프(off)" 상태들의 사이에서 연결된 전기 디바이스에 대해 전력을 스위칭하는 방법으로 종종 활용된다. 회로들을 연결 및 분리하는 데 일반적으로 활용되는 하나의 디바이스의 예는 하나 이상의 디바이스들 또는 전원들에 전기적으로 연결되는 컨택터이다. 컨택터는 "개방(open)" 및 "폐쇄(closed)" 상태들의 사이에서 전환하여 디바이스에 대해 들어오고 나가는 전력을 제어하기 위해 회로를 차단하거나 완성할 수 있도록 구성된다. 기존의 컨택터의 한 유형은 완전 밀봉 컨택터(hermetically sealed contactor)이다.

디바이스의 정상 동작 중에 전기 회로들을 연결 및 분리하는 목적을 제공하는 컨택터들 외에도, 다양한 추가 디바이스들이 과전류 보호를 제공하기 위해 이용될 수 있다. 이러한 디바이스들은 전기 시스템 또는 연결된 전기 디바이스에 대한 단락, 과부하, 및 영구 손상을 방지할 수 있다. 이러한 디바이스들은 영구적인 방법으로 회로를 신속하게 차단할 수 있는 분리 디바이스들(disconnect devices)을 포함하여, 분리 디바이스가 수리, 교체, 또는 재설정될 때까지 회로가 차단된 상태로 유지되도록 한다. 그러한 분리 디바이스는 한 유형은 퓨즈이다. 기존의 퓨즈는 희생 디바이스(sacrificial device)로서 작동하는 일종의 저저항 도체(low resistance conductor)이다. 일반적인 퓨즈들은 너무 많은 전류가 흐를 때 녹아서 연결하는 회로를 차단하는 금속 와이어 또는 스트립을 포함한다.

사회가 발전함에 따라, 다양한 혁신들로 인해 전기 시스템들 및 전기 디바이스들이 점차 보편화되고 있다. 그러한 혁신들의 예로는 전기 자동차들에서의 최근 발전들이 있으며, 이는 에너지-효율적인 표준이 되고 있으며, 대부분의 전통적인 석유-동력 차량들을 대체할 가능성이 높다. 그러한 고가의 일상적으로 사용되는 전기 디바이스들에서, 과전류 보호는 디바이스 오작동을 방지하고 디바이스들에 대한 영구적인 손상을 방지하는 데 특히 적용 가능하다. 또한, 과전류 보호는 감전 또는 전기 화재들과 같은, 안전 위험들을 방지할 수 있다. 전기 시스템들 및 디바이스들에 대한 이러한 최신 개선 사항들은 컨택터들 및 퓨즈 디바이스들을 트리거하기 위한 메커니즘들의 편의성, 안정성, 및 효율성을 높이기 위한 개선된 솔루션들을 요구한다.

여기에서, 제조의 복잡성을 감소시키고, 동작 특성들을 개선하며, 동작 신뢰성을 증가시키기 위해 서로 일체로 형성되는, 특정 컴포넌트들 또는 그들의 일부를 갖는 상이한 실시예들의 접점 어셈블리들이 개시된다. 본 발명은 또한 원하는 동작 특성들을 제공하는 형상들로, 접점 어셈블리들의 컴포넌트들에 대한 새로운 형상들을 제공한다. 본 발명의 실시예들은 또한 본 발명에 따른 컨택터 어셈블리들을 활용하는 컨택터들 또는 퓨즈들(즉, 전기 스위칭 디바이스들)에 관한 것이며, 본 발명에 따른 전기 스위칭 디바이스들을 활용하는 전기 회로들 및 시스템들에 관한 것이다.

본 발명에 따른 일 실시예의 접점 어셈블리는 하측(underside) 표면 및 상측(topside) 표면을 갖는 가동 접점(movable contact)을 포함한다. 상측 표면 상에 상부 요크(upper yoke)가 포함되고, 상부 요크는 가동 접점을 통과하는 일체형 샤프트 연장부(integral shaft extension)를 갖는다. 하측 표면 상에 하부 요크(lower yoke)가 포함되고, 가동 접점을 이동시키는 드라이브 샤프트(drive shaft)가 포함된다. 일부 실시예들에서, 샤프트 연장부는 완전히 통합된 샤프트를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 샤프트 연장부는 샤프트 연장부에 장착되는 별도로 형성된 드라이브 샤프트(또는 드라이브 샤프트 부분)로, 적어도 가동 접점을 통해 연장될 수 있다.

본 발명에 따른 일 실시예의 전기 스위칭 디바이스는 하우징, 및 하우징 내의 내부 컴포넌트들을 포함한다. 내부 컴포넌트들은 서로로부터 전기적으로 격리되어 있는 고정 접점들(fixed contacts)을 포함하고, 고정 접점들은 하우징에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸여 있다. 상단 표면 및 하단 표면을 갖는 가동 접점이 포함되고, 가동 접점은 가동 접점이 고정 접점들과 접촉할 때 고정 접점들의 사이에 전기 흐름을 허용하도록 이동 가능하다. 상단 표면 상에 상부 요크가 포함되고, 하부 요크는 가동 접점을 통과하는 일체형 샤프트 연장부를 갖는다. 가동 접점을 이동시키는 드라이브 샤프트가 포함된다.

본 발명에 따른 일 실시예의 전기 시스템은 전기 회로, 및 회로를 개방 또는 폐쇄하기 위해 전기 회로에 전기적으로 연결되는 전기 스위칭 디바이스를 포함한다. 전기 스위칭 디바이스는 하우징, 및 하우징 내의 내부 컴포넌트들을 포함한다. 내부 컴포넌트들은 서로로부터 전기적으로 격리되어 있는 고정 접점들, 및 상단 표면 및 하단 표면을 갖는 가동 접점을 포함한다. 가동 접점은 가동 접점이 고정 접점들과 접촉할 때 고정 접점들의 사이에 전기 흐름을 허용하도록 이동 가능하다. 상부 표면 상에 상부 요크가 포함되고, 상부 요크는 가동 접점을 통과하는 일체형 샤프트 연장부를 갖는다. 가동 접점들을 이동시키는 드라이브 샤프트가 포함된다.

본 발명의 이들 및 다른 추가 특징들 및 이점들은 첨부된 도면들과 함께 취해지는, 이하의 상세한 설명으로부터 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람에게 명백할 것이며, 여기서, 유사한 참조 부호들은 도면들에서 대응하는 부분들을 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 일 실시예의 컨택터의 단순화된 단면도이다;
도 2는 통합된 드라이브 샤프트 및 상부 요크를 포함하는 일 실시예의 일체형 컴포넌트의 사시도이다;
도 3은 통합된 드라이브 샤프트 및 상부 요크를 포함하는 다른 일체형 컴포넌트의 평면 사시도이다;
도 4는 도 3에 도시된 통합된 드라이브 샤프트 및 요크 컴포넌트의 저면 사시도이다;
도 5는 도 3에 도시된 통합된 드라이브 샤프트 및 요크 컴포넌트의 측면도이다;
도 6은 도 3에 도시된 통합된 드라이브 샤프트 및 요크 컴포넌트의 측단면도이다;
도 7은 도 3에 도시된 통합된 드라이브 샤프트 및 요크 컴포넌트의 저면도이다;
도 8은 본 발명에 따른 일 실시예의 드라이브 샤프트, 요크, 및 접점 어셈블리의 사시도이다;
도 9는 본 발명에 따른 일 실시예의 컨택터 어셈블리의 단면도이다;
도 10은 도 9에 도시된 컨택터 어셈블리의 다른 단면도이다;
도 11은 도 9에 도시된 컨택터 어셈블리의 다른 단면도이다;
도 12는 본 발명에 따른 다른 실시예의 통합된 드라이브 샤프트 및 요크 일체형 컴포넌트의 사시도이다;
도 13은 도 12에 도시된 일체형 드라이브 샤프트 및 요크 컴포넌트의 다른 사시도이다;
도 14는 도 12에 도시된 일체형 드라이브 샤프트 및 요크 컴포넌트의 측면도이다;
도 15는 도 12에 도시된 일체형 드라이브 샤프트 및 요크 컴포넌트의 평면도이다;
도 16은 도 12에 도시된 일체형 드라이브 샤프트 및 요크 컴포넌트의 단면도이다;
도 17은 본 발명에 따른 일체형 드라이브 샤프트 및 요크 컴포넌트의 상부 부분의 측면도이다;
도 18은 본 발명에 따른 컨택터, 드라이브 샤프트, 및 요크 어셈블리의 사시도이다; 그리고
도 19는 섹션 라인 19-19를 따라 취해진 도 18에 도시된 어셈블리의 단면도이다.

본 개시는 이제 본 발명에 따른 다양한 실시예들의 스위칭 디바이스들에 대한 상세한 설명을 기술할 것이다. 이러한 스위칭 디바이스들은 전기 디바이스, 회로, 또는 시스템에 전기적으로 연결되어, 연결된 디바이스, 회로, 또는 시스템을 "온" 또는 "오프"로부터, 또는 이들 상태들의 사이에서 전환시킬 수 있다.

상세하게 후술되는 바와 같이, 컨택터들(및 퓨즈들)은 고정 접점들 및 가동 접점을 가질 수 있다. 가동 접점은 고정 접점들과 접촉 및 접촉 해제하도록 이동하여, "폐쇄" 및 "개방" 상태들의 사이에서 전환한다. 가동 접점이 고정 접점들과 접촉하여 이동될 때, 가동 접점을 해당 위치에 유지하기 위한 유지 또는 폐쇄력이 있다. 고정 및 가동 접점들 사이의 폐쇄력은 반발 부상력(repulsive levitation force)에 의해 극복될 수 있다. 이 부상력은 접점들을 통해 흐르는 전류에 의해 생성되어, 상승된(elevated) 전류 흐름(current flow) 동안 고정 및 가동 접점들의 분리를 유발할 수 있다. 가동 접점과 고정 접점들 사이의 이러한 바람직하지 않은 분리는 전기 시스템의 동작에 의도하지 않은 중단을 초래할 수 있다. 분리는 고정 및 가동 접점들 사이의 아크 발생을 초래할 수도 있다.

이 부상력에 대항하는 폐쇄력을 제공하기 위해, 요크들이 가동 접점 상에 포함될 수 있다. 요크들은 부상 개방력에 대해 추가적인 폐쇄력을 제공하도록 작용하는 자기장을 생성한다. 본 발명에 따른 상이한 실시예들에서, 상부 요크에는 가동 접점을 통과하는 일체형 샤프트 연장부가 형성되어 있을 수 있다. 드라이브 샤프트는 별도로 제조된 다음, 샤프트 연장부에 연결될 수 있다. 대안적으로, 전체 드라이브 샤프트는 제조 중에 상부 요크 및 그의 연장부와 일체형 컴포넌트로서 형성될 수 있다. 이러한 어레인지먼트들은 부상력들에 대한 상부 및 하부 요크들의 유지력을 향상시킬 수 있으며, 새로운 상부 요크 및 드라이브 샤프트 컴포넌트를 사용하여 컨택터 디바이스의 제조를 단순화할 수 있다. 이러한 어레인지먼트는 또한 컨택터 디바이스의 신뢰성을 증가시킬 수 있다. 상부 및 하부 요크들은 또한 상부 및 하부 요크들의 사이에 원하는 자기장을 생성하기 위해 연장부들(extensions), 돌출부들(protrusions), 또는 만입부들(indentations)과 같은 상이한 특징부들을 포함할 수 있다.

이 설명 전반에 걸쳐, 예시되는 바람직한 실시예 및 예들은 본 발명에 대한 제한들이 아니라 예시들로서 간주되어야 한다. 여기에서 사용되는 용어 "발명", "디바이스", "본 발명", 또는 "본 디바이스"는 여기에서 설명되는 본 발명의 실시예들 중 임의의 하나, 및 임의의 등가물들을 지칭한다. 또한, 이 문서의 전반에 걸친 "발명", "디바이스", "본 발명", 또는 "본 디바이스"의 다양한 특징(들)에 대한 언급은 모든 청구된 실시예들 또는 방법들이 참조된 특징(들)을 포함해야 함을 의미하지는 않는다.

또한, 엘리먼트(element) 또는 특징부(feature)가 다른 엘리먼트 또는 특징부 "상(on)"에 또는 그에 "인접하여(adjacent)" 있는 것으로 언급될 때, 그것은 다른 엘리먼트 또는 특징부의 바로 위에 또는 그에 바로 인접하여 있을 수 있거나, 또는 중간 엘리먼트들 또는 특징부들이 존재할 수도 있음이 이해된다. 또한, 어떤 엘리먼트가 다른 엘리먼트에 "부착", "연결" 또는 "결합"되어 있는 것으로 언급될 때, 그것은 다른 엘리먼트에 직접 부착, 연결 또는 결합되어 있을 수 있거나, 또는 중간 엘리먼트들이 존재할 수 있음이 이해된다. 반대로, 어떤 엘리먼트가 다른 엘리먼트에 "직접 부착", "직접 연결" 또는 "직접 결합"되어 있는 것으로 언급될 때, 중간 엘리먼트들은 존재하지 않는다.

"외부", "위", "하부", "아래", "수평", "수직" 및 이와 유사한 용어들과 같은 상대적인 용어들은 여기에서 하나의 특징부와 다른 특징부의 관계를 설명하기 위해 사용될 수 있다. 이들 용어들은 도면들에 도시된 배향들에 더하여 상이한 배향들을 포함하도록 의도됨이 이해된다.

용어들 제1, 제2 등이 여기에서 다양한 엘리먼트들 또는 컴포넌트들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이들 엘리먼트들 또는 컴포넌트들은 이러한 용어들에 의해 제한되지 않아야 한다. 이러한 용어들은 하나의 엘리먼트 또는 컴포넌트를 다른 엘리먼트 또는 컴포넌트와 구별하는 데에만 사용된다. 따라서, 후술되는 제1 엘리먼트 또는 컴포넌트는 본 발명의 교시로부터 벗어남이 없이 제2 엘리먼트 또는 컴포넌트로 명명될 수 있다.

여기에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하려고 의도되지 않는다. 여기에서 사용되는 단수형 "일", "한", 및 "하나"는 문맥상 명백하지 다르게 나타내지 않는 한 복수형도 포함하는 것으로 의도된다. 용어들 "포함하다", "포함하는"은, 여기에서 사용될 때, 명시된 특징부들, 정수들, 단계들, 동작들, 엘리먼트들, 및/또는 컴포넌트들의 존재를 지정하지만, 하나 이상의 다른 특징부들, 정수들, 단계들, 동작들, 엘리먼트들, 컴포넌트들, 및/또는 이들의 그룹들의 존재 또는 추가를 배제하지 않음이 추가로 이해될 것이다.

본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상화된 실시예들의 개략적인 예시들인 상이한 도면들 및 예시들을 참조하여 여기에서 설명된다. 따라서, 예를 들어, 제조 기술들 및/또는 공차들로 인한, 예시들의 형상들의 변형들이 예상된다. 본 발명의 실시예들은 여기에서 예시되는 영역들의 특정 형상들로 제한되는 것으로 해석되어서는 안되며, 예를 들어, 제조 과정에서 발생되는, 형상들의 편차들을 포함해야 한다.

제1 엘리먼트가 두 개 이상의 다른 엘리먼트들의 "사이에(between)", 그들에 "샌드위치되어(sandwiched)", 또는 그들의 "사이에 샌드위치되어(sandwiched between)" 있는 것으로 언급될 때, 제1 엘리먼트는 두 개 이상의 다른 엘리먼트들의 사이에 직접 있을 수 있거나, 중간 엘리먼트들이 두 개 이상의 다른 엘리먼트들의 사이에 존재할 수도 있음이 이해된다. 예를 들어, 제1 엘리먼트가 제2 및 제3 엘리먼트들의 "사이에" 또는 그들의 "사이에 샌드위치되어" 있는 경우, 제1 엘리먼트는 중간 엘리먼트들 없이 제2 및 제3 엘리먼트들의 사이에 직접 있을 수 있거나, 제1 엘리먼트는 하나 이상의 추가 엘리먼트들에 인접하여 있을 수 있으며, 제1 엘리먼트 및 이들 추가 엘리먼트들은 모두 제2 및 제3 엘리먼트들의 사이에 있을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 예시적인 실시예의 컨택터 디바이스(1)의 단순화된 개략도를 도시하고 있다. 도 1은 "개방" 회로 위치에 있는 컨택터 디바이스(1)를 도시하고 있으며, 여기서, 컨택터 디바이스(1)를 통해 전기가 흐르지 않는다. 도 1의 컨택터 디바이스(1)는 바디(4)(하우징(4)으로도 지칭됨), 및 컨택터 디바이스의 내부 컴포넌트들을 외부 회로에, 예컨대, 전기 시스템, 회로, 또는 디바이스에, 전기적으로 연결하도록 구성되는 두 개 이상의 고정 접점 구조들(6a, 6b)(두 개가 도시됨)을 포함한다. 바디(4)는 여기에 개시되는 바와 같은 컨택터 디바이스(1)의 구조 및 기능을 지지할 수 있는 임의의 적절한 재료를 포함할 수 있으며, 바람직한 재료는 고정 접점들(6a, 6b) 및 디바이스의 내부 컴포넌트들을 통한 전기 흐름을 방해하지 않고 컨택터 디바이스(1)에 구조적 지지를 제공할 수 있는 튼튼한(sturdy) 재료이다. 일부 실시예들에서, 바디(4)는 내구성 플라스틱 또는 폴리머를 포함한다. 바디(4)는 컨택터 디바이스(1)의 다양한 내부 컴포넌트들을 적어도 부분적으로 둘러싸며, 이는 여기에서 더 상세하게 설명된다.

바디(4)는 임의의 정다각형 또는 불규칙 다각형을 포함하는 다양한 내부 컴포넌트들을 수용하기에 적합한 임의의 형상을 포함할 수 있다. 바디(4)는 연속 구조일 수 있거나, 예를 들어, 에폭시 재료로 밀봉되는 베이스 바디 "컵(cup)" 및 상단 "헤더(header)" 부분을 포함하는, 결합되는 다수의 컴포넌트 부품들을 포함할 수 있다. 일부 예시적인 바디 구성들은 미국 특허들 제7,321,281호, 제7,944,333호, 제8,446,240호, 및 제9,013,254호에 기술된 것들을 포함하며, 이들 모두는 본 출원의 양수인인 기가백 아이엔씨(Gigavac, Inc.)에 양도되었으며, 이들 모두는 그 전체가 참조로서 여기에 포함된다.

고정 접점들(6a, 6b)은, 바디(4) 내에 수용되는 컨택터 디바이스(1)의 다양한 내부 컴포넌트들이 외부 전기 시스템 또는 디바이스와 전기적으로 연통할 수 있도록 구성되며, 따라서, 컨택터 디바이스(1)가 여기에 설명되는 바와 같이 전기 회로를 차단하거나 완성하기 위한 스위치로서 기능할 수 있다. 고정 접점들(6a, 6b)은 컨택터 바디의 내부 컴포넌트들에 대해 전기적 접촉을 제공하기 위한 임의의 적절한 전도성 재료, 예컨대, 다양한 금속들 및 금속성 재료들, 또는 해당 기술분야에 알려진 임의의 전기 접점 재료 또는 구조를 포함할 수 있다. 고정 접점들(6a, 6b)은 단일 연속 접점 구조들을 포함할 수 있거나(도시됨), 다수의 전기적으로 연결되는 구조들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 고정 접점들(6a, 6b)은 두 개의 부분들을 포함할 수 있고, 제1 부분은 바디(4)로부터 연장되고, 여기에 설명되는 바와 같이 바디 내부의 다른 컴포넌트들과 상호작용하도록 구성되는, 바디(4) 내부의 제2 부분에 전기적으로 연결된다.

바디(4)는, 컨택터 디바이스(1)의 다양한 내부 컴포넌트들을 수용하는, 바디(4)의 내부 공간이 완전 밀봉되도록 구성될 수 있다. 음전성 가스(electronegative gas)의 사용과 결합될 때, 이 완전 밀봉되는 구성은 인접한 전도성 엘리먼트들 사이의 전기 아크 발생을 완화시키거나 방지하는 데 도움이 될 수 있으며, 일부 실시예들에서는, 공간적으로 분리된 접점들 사이에 전기적 격리를 제공하는 데 도움이 된다. 일부 실시예들에서, 바디(4)는 진공 조건들 하에 있을 수 있다. 바디(4)는 완전 밀봉된 전기 디바이스들을 생성하는 임의의 알려진 수단을 활용하여 완전 밀봉될 수 있다. 완전 밀봉된 디바이스들의 일부 예들은 상술되고 참조로서 여기에 포함되는 미국 특허들 제7,321,281호, 제7,944,333호, 제8,446,240호, 및 제9,013,254호에 기술된 것들을 포함한다.

일부 실시예들에서, 바디(4)는 적어도 부분적으로 가스, 예컨대, 수소, 헬륨, 이산화탄소, 육불화황, 질소, 또는 이들 가스들의 조합들로 채워질 수 있다. 이들 가스들은 음전성 속성들, 산화 환원 또는 산화-역전(oxidation-reversing) 속성들, 열전도 속성들 및 전기-절연 속성들과 같은, 컨택터(1)의 동작 및 신뢰성을 향상시키기 위해 상이한 특성들을 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 바디(4)는 하우징에 주입되는 가스에 대한 투과성이 낮거나 실질적으로 없는 재료를 포함한다. 이들은 원하는 대로 바디(4)에 포함될 수 있는 재료들의 일부일 뿐이며, 일부 실시예들은 디바이스(1)의 성능 또는 신뢰성을 증가시키도록 구성되는 다른 가스들, 또는 액체들이나 고체들을 포함한다.

바디(4) 내부의 다른 컴포넌트들과 상호작용하지 않을 때, 고정 접점들(6a, 6b)은 전기가 둘 사이에서 자유롭게 흐를 수 없도록 서로로부터 전기적으로 격리되어 있다. 고정 접점들(6a, 6b)은 임의의 알려진 전기적 격리 구조 또는 방법을 통해 서로로부터 전기적으로 격리되어 있을 수 있다.

컨택터 디바이스(1)가 도 1에 도시된 바와 같이, "개방" 위치에 있을 때, 전기적으로 격리된 고정 접점들(6a, 6b)은 모두 가동 접점(8)에 의해 접촉되지 않으며, 따라서, 디바이스(1)를 통해 전류가 흐르지 않는다. 가동 접점(8)이 상승하여 고정 접점들(6a, 6b)과 접촉하면, 컨택터 디바이스는, 가동 접점(8)이 전기 신호가 고정 접점들(6a, 6b)의 사이에서 그리고 컨택터 디바이스(1)를 통해 흐르도록 하는 전도성 브리지(conductive bridge)로서 기능하는 "폐쇄" 상태로 변경된다. 예를 들어, 전기 신호는 제1 고정 접점(6a)으로부터 가동 접점(8)을 통해 제2 접점(6b)으로 흐르거나, 그 반대로 흐를 수 있다. 따라서, 컨택터 디바이스(1)는 전기 회로, 시스템 또는 디바이스에 연결될 수 있고, 가동 접점(8)이 고정 접점들(6a, 6b)과 전기적으로 접촉하는 동안 회로를 완성할 수 있다.

가동 접점(8)은 고정 접점들(6a, 6b)과 관련하여 여기에서 기술되는 임의의 재료들을 포함하는 임의의 적절한 전도성 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 가동 접점은 구리를 포함할 수 있다. 고정 접점들(6a, 6b)과 마찬가지로, 가동 접점(8)은 단일 연속 구조를 포함할 수 있거나(도시됨), 전기적으로 격리된 고정 접점들(6a, 6b)의 사이에서 전도성 브리지(conductive bridge)로서의 역할을 하도록 서로에 전기적으로 연결되는 다수의 컴포넌트 부품들을 포함할 수 있으며, 따라서, 컨택터 디바이스(1)를 통해 전기가 흐를 수 있다.

상술된 바와 같이, 가동 접점(8)은 고정 접점들(6a, 6b)과 전기적 접촉 및 전기적 접촉 해제하도록 이동할 수 있게 구성될 수 있다. 상이한 실시예들은 가동 접점(8)의 이동을 유발하는 상이한 메커니즘들을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 실시예를 포함하는, 일부 실시예들에서, 가동 접점(8)은 컨택터 디바이스(1) 내에서 미리 결정된 거리를 따라 이동하도록 구성되는 샤프트 구조(10)에 연결될 수 있다. 샤프트(10)는 가동 접점(8)이 샤프트(10)와 함께 이동하게 하는 내부 가동 컴포넌트로서의 기능에 적합한 임의의 재료 또는 형상을 포함할 수 있다.

샤프트(10)의 이동은 가동 접점(8)의 이동을 제어하며, 그러면, 고정 접점들(6a, 6b)에 대한 가동 접점(8)의 위치가 제어된다. 이것은 차례로, 여기에서 설명되는 바와 같은 컨택터 디바이스(1)를 통한 전기의 흐름을 제어한다. 샤프트의 이동은 전기 및 전자, 자기 및 솔레노이드, 및 수동을 포함하지만 이에 국한되지 않는 다양한 구성들을 통해 제어될 수 있다. 가동 접점(8)에 연결되는 샤프트를 제어하기 위한 예시적인 수동 구성들은 상술되고 참조로서 여기에 포함되는 미국 특허 제9,013,254호에 기술되어 있다. 수동 제어 특징들의 이러한 예시적인 구성들 중 일부는 자기 구성들, 다이어프램(diaphragm) 구성들 및 벨로우즈(bellowed) 구성들을 포함한다.

도 1에 도시된 실시예에서, 샤프트(10)의 이동은 솔레노이드 구성으로 제어된다. 솔레노이드(2)는 하우징(4)의 내부에 포함되고, 가동 접점(8)을 이동시키기 위해 드라이브 샤프트(10)를 동작시킨다. 많은 상이한 솔레노이드들이 사용될 수 있으며, 적절한 솔레노이드의 한 예는 저전압 하에서 상대적으로 높은 힘으로 동작하는 솔레노이드이다. 적절한 솔레노이드의 한 예는 비크론 아이엔씨(Bicron Inc.)에서 시판 중인 솔레노이드 모델 번호 SD1564 N1200이지만, 다른 많은 솔레노이드들이 사용될 수 있다. 도시된 실시예에서, 드라이브 샤프트(10)는 솔레노이드에 의해 생성되는 자기장에 응답하여 솔레노이드(2)에 의해 이동 및 제어될 수 있는 금속성 재료를 포함할 수 있다. 디바이스(1)는 또한 솔레노이드(12)가 드라이브 샤프트(10)에 작용하지 않을 때 가동 접점(8)을 원하는 위치로 편향시키는 내부 스프링을 가질 수 있다.

부상(levitation)은, 내부 컴포넌트들에 의해 제공되는 폐쇄력을 극복하는 가동 접점과 고정 접점들 사이의 분리를 유발하기 위해 컨택터 디바이스의 내부에 특정 자기력들이 생성되는 현상이다. 본 발명자들은 임의의 하나의 동작 이론으로 제한되기를 원하지 않지만, 접점들 사이의 부상을 초래하는 적어도 세 가지 요인들이 있을 수 있음이 이해된다. 첫 번째는 전류 수축(current constriction)이고, 두 번째는 전류가 반대 방향들로 흐르는 병렬 도체들로 인한 것이며, 세 번째는 아크 억제 자석들(arc suppression magnets)의 자기장에 수직인 전류 흐름이다.

이동하는 전하들이 그들 자신의 자기장들을 서로에 힘을 가할 수 있는 전류 운반 도체들에 생성함이 이해된다. 도체들에서의 평행 전류들은 도체들의 사이에 인력을 일으키는 자기장을 유발할 수 있다. 역평행 전류들은 도체들의 사이에 반발력을 일으키는 자기장을 생성할 수 있다. 부상은 스위칭 디바이스의 내부 접점들에서 전류에 의해 생성되는 자기장의 결과로 발생한다.

첫 번째 및 두 번째 요인들(전류 수축 및 병렬 도체들)은 고정 및 가동 접점들의 기하학적 구조에 의해 영향을 받을 수 있다. 도시된 실시예에서, 관련 기하학적 특징들 중 일부는 접점 벤드(contact bend), 접점 두께(contact thickness), 접점 벤드 간격(contact bend spacing), 및 접점 폭(contact width)을 포함한다.

전류 수축은 전체 접촉 표면 미만에 걸쳐 두 개의 접점들의 사이에 전도되는 전류에 의해 접점들의 사이에 생성될 수 있는 반발력들에 관한 것이다. 고정 및 가동 접점들의 사이에 전기 신호를 전도할 때, 전류는 둘 사이의 계면에서 접촉 표면에 걸쳐 동일하게 전도한다. 대신에, 전류는 일반적으로 접촉 계면에서 작은 영역들(즉, 전류 수축)로 제한된다. 이것은 접점들을 통해 흐르는 전류가 해당 영역을 향하는 방향으로 변경되게 한다. 이것은 차례로, 계면에 실질적으로 평행한 컴포넌트를 갖는 대향하는 접점들에 제1 및 제2 전류 벡터들을 생성한다. 평행한 컴포넌트들은 서로 반대인 자기장들을 생성하는 반대 방향들에 있다. 이것은 차례로, 접점들의 사이에 반발력을 생성한다.

접점들을 통해 흐르는 전류가 증가함에 따라, 이 반발력도 증가할 수 있으며, 반발력은 접촉 유지력에 반대되는 방향으로 접점들에 작용한다. 이 반발력은 더 높은 전류들에서 현저할 수 있으며, 이 반발력이 접점들 사이의 힘을 초과할 때 접점들의 사이의 부상이 발생할 수 있다. 이 부상력은 차례로, 가동 접점이 접촉 유지력에 대항하여 고정 접점으로부터 분리되게 할 수 있다.

접점들을 통해 흐르는 전류는 유사하게 둘 사이에 반발력을 유발할 수 있다. 동작 중의 전류 흐름은 고정 접점 및 가동 접점을 통해 전도된다. 고정 접점 벤드는 가동 접점에서 흐르는 전류와 반대 방향으로 전류가 흐르는 길이를 갖는다. 이것은 또한 접점들의 사이에 반발력을 생성하는 반대 자기장들을 생성한다. 이 반발력은 또한 전류가 증가함에 따라 증가할 수 있다.

컨택터 내의 아크 억제 자석들의 포지셔닝(positioning)도 부상에 기여할 수 있다. 일부 실시예들의 스위칭 디바이스는 고정 및 가동 접점들 사이의 아크들이 바깥쪽으로 밀리도록 위치될 수 있는 아크 자석들을 포함할 수 있다. 이 자석 구성은 접점들에 단방향 차단 성능을 초래할 수 있다. 자석들의 배향은 접점들 사이의 폐쇄력에 반대하여 가동 접점이 아래쪽으로 강제되게 할 수도 있다. 자기장을 통해 이동하는 전자들은 특정 방향으로 이동될 수 있다.

상술된 바와 같이, 부상은 컨택터 디바이스 내에서 특정한 바람직하지 않은 조건들을 유발할 수 있다. 하나는 솔레노이드 또는 폐쇄 스프링의 폐쇄력에 대항하는 분리로, 상승된 전류 레벨들에서의 고정 접점으로부터 가동 접점의 바람직하지 않은 분리이다. 이것은 바람직하지 않은 전기 회로의 차단을 초래할 수 있다. 또한, 부상이 고정 및 가동 접점들의 분리를 유발할 때 고정 및 가동 접점들의 사이에 아크 발생이 일어날 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 이러한 부상력들에 대항하여 가동 접점을 고정 접점들에 유지하는 것을 돕기 위해, 가동 접점(8)은 상부 요크(10a) 및 하부 요크(12)를 가질 수 있다. 상부 요크(10a) 및 하부 요크(12)는 가동 접점(8) 상에 있으며, 가동 접점은 상부 요크(10a)와 하부 요크(12)의 사이에 샌드위치되어 있다. 가동 접점(8)과 고정 접점들(6a, 6b)이 서로와 접촉하여 전류가 흐를 때, 상부 요크(10a)와 하부 요크(12)는 자기 회로를 형성하여 자기력을 발생시킨다. 이것은 차례로, 상부 요크(10a)와 하부 요크(12)가 서로를 끌어당기게 하여, 고정 접점들(6a, 6b)로부터 멀어지는 가동 접점(8)의 이동을 제한한다. 이 인력은 부상 분리력들에 대항하여 작용하여, 고정 접점들(6a, 6b)과 접촉한 가동 접점(8)을 유지한다.

하부 요크(12)는 가동 접점(8)의 하측의 일 부분을 덮고 있다. 상부 요크(10a)는 가동 접점(8)의 상측의 일 부분을 덮고 있다. 도시된 실시예에서, 상부 및 하부 요크들(10a, 12)은 그들의 각각의 하측 및 상측 표면들의 대부분을 덮지만, 어느 하나 또는 둘 다 그들의 각각의 표면의 대부분보다 적게 덮을 수 있음이 이해된다. 요크들(10a, 12)은 금속 재료 또는 강자성 금속 재료들의 조합과 같은, 많은 상이한 전도성 재료들로 만들어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 요크들(10a, 12)은 강철 또는 철을 포함할 수 있다.

상술된 바와 같이, 가동 접점 상의 요크들(10a, 12)의 추가는 컨택터의 부품들의 수를 증가시키고, 제조 공정의 복잡성을 증가시킨다. 본 발명의 실시예들에서, 상부 요크 및 드라이브 샤프트의 적어도 일 부분은 단일 일체형 컴포넌트로 형성/제조된다. 보다 상세하게 후술되는 바와 같이, 샤프트의 전체보다 적은 부분이 상부 요크와 일체로 형성되는 실시예들에서, 상부 요크는 샤프트 및 요크 어셈블리를 솔레노이드 드라이브 엘리먼트에 연결하기 위해 샤프트의 나머지 부분과 확실하게 결합되도록 배치될 수 있다.

도 2는 제조 중에 전체 드라이브 샤프트(44)와 일체로 형성되는 상부 요크 부분(42)을 포함하는 일 실시예의 일체형 컴포넌트(40)를 도시하고 있다. 일체형 컴포넌트(40)는 많은 상이한 제조 공정들을 사용하여 형성될 수 있으며, 일부는 기계 가공(machining), 소결(sintering), 냉간 압조 또는 단조(cold heading or forging), 주조(casting)(예: 다이(die) 주조, 인베스트먼트(investment) 주조, 강철 주조 등), 분말 금속(powdered metal; PM) 소결, 및 금속 사출 성형(metal injection molding; MIM)을 포함한다. 이들은 본 발명에 따라 사용될 수 있는 제조 방법들 중 일부일 뿐이라는 것이 이해된다.

일체형 컴포넌트는 많은 형상들 및 크기들을 가질 수 있고, 많은 상이한 재료들 또는 상술된 재료들의 조합으로 만들어질 수 있으며, 바람직한 재료는 견고하고, 전기 전도성이며, 원하는 자기 속성들을 갖는다. 일부 실시예들에서, 일체형 컴포넌트는 금속 또는 금속들의 조합들로 만들어질 수 있으며, 일부 실시예들에서는 강철 또는 철로 만들어질 수 있다. 다른 실시예들에서, 일체형 컴포넌트의 상이한 부분들이 상이한 재료들로 만들어질 수 있다.

상술된 바와 같이, 상부 및 하부 요크들은 부상 자기력들에 의해 유발되는 고정 접점으로부터 멀어지는 가동 접점의 바람직하지 않은 개방에 저항하는 부양-방지(anti-levitation) 자기장을 생성한다. 본 발명에 따라 요크를 드라이브 샤프트(또는 드라이브 샤프트 연장부)와 일체화함으로써, 요크들이 드라이브 샤프트와 별도로 형성되는 이전의 어레인지먼트들에 비해 부상 방지 성능이 개선될 수 있다. 일체형 상부 요크 및 드라이브 샤프트는 또한 컨택터 디바이스를 덜 복잡하고 제조하기에 더 쉽게 만들 수 있다. 일체형 컴포넌트는 또한 컨택터 디바이스에 보다 안정적인 동작과 더 긴 수명을 제공할 수 있다.

상이한 실시예들에서, 상부 및 하부 요크들은 요크들에 원하는 부상 방지 동작을 제공하기 위해 동작 중에 발생되는 자기장을 형성할 수 있는 요크 특징부들을 가질 수 있다. 이러한 특징부들은 요크들의 상이한 표면들에 있는 상이한 형상들의 돌출부들, 또는 만입부들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상부 및 하부 요크들의 요크 특징부들은, 요크들이 가동 접점 상에 장착될 때 특징부들의 중첩 또는 맞물림을 갖는 것과 같은 것에 의해, 서로 협력하도록 형상화되고 배치될 수 있다.

다시 도 2를 참조하면, 상부 요크 부분(42)은 대체로 정사각형이지만, 상부 요크(42)가 많은 상이한 형상들을 가질 수 있음이 이해된다. 상부 요크(42)는 제1, 제2, 제3 및 제4 에지들(50a-d)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 제1 및 제3 에지들(50a, 50c)은 하부 요크(도시되지 않음)를 향해 아래로 연장될 수 있는 돌출부들(52)을 갖는다. 이러한 돌출부들(52)은 상부 요크의 자기장을 형성하는 것을 도울 수 있고, 자기장을 추가로 형성하기 위해 하부 요크의 특징부들과 협력할 수 있다. 예를 들어, 하부 요크는 그 자신의 돌출부들을 가질 수 있고, 여기서, 상부 및 하부 요크들이 가동 접점 상에 장착될 때 돌출부들 중 하나 이상과 돌출부(52)의 사이에 끼워 넣어진다. 본 발명에 따른 상이한 실시예들에서의 특징부들은 상이한 형상들 및 크기들을 가질 수 있고, 여기에서 설명되는 것들 이상으로 많은 상이한 방법들로 협력하고 끼워 넣을 수 있다.

도시된 실시예에서, 제2 및 제3 에지들(50b, 50d)은 각각 요크들에 의해 발생되는 자기장을 또한 형성하는 만곡된(curved) 만입부(54)를 갖는다. 일부 실시예들에서, 하부 요크는 또한 상이한 위치들에서 유사하거나 상이한 만입부들을 포함할 수 있다. 이것은 본 발명에 따른 요크들에 사용될 수 있는 상이한 만입부들의 한 예일 뿐이다.

여기에서 설명되는 돌출부들 및 만입부들은 여기에서 설명되는 바와 같은 실시예들에 따라 샤프트 또는 샤프트 연장부와 일체로 형성되는 요크들에 사용될 수 있다. 돌출부들 및 만입부들은 드라이브 샤프트와 별도로 형성되는 요크들에 사용될 수 있고, 본 출원의 어떠한 것도 일체형 컴포넌트들 또는 드라이브 샤프트 상에 임의의 특정 방식으로 배치되는 요크들에 대해 돌출부들 및 만입부들을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 됨이 이해된다.

도 3 내지 도 7은 상기 방법들 중 하나 또는 방법들의 조합을 사용하여 제조 중에 드라이브 샤프트(104)와 일체로 형성되는 상부 요크 부분(102)을 포함하는 다른 실시예의 일체형 컴포넌트(100)를 도시하고 있다. 상기의 실시예와 마찬가지로, 상부 요크(102)(및 하부 요크)는 요크들에 원하는 부상 방지 동작을 제공하기 위해 동작 중에 발생되는 자기장을 형성할 수 있는 요크 특징부들을 가질 수 있다.

상부 요크(102)는 대체로 직사각형이고, 제1, 제2, 제3 및 제4 에지들(106a-d)을 포함할 수 있다. 제1 및 제3 에지들(106a, 106c)은 만곡되어 있고 오목할 수 있으며, 제2 및 제4 에지들(106b, 106d)은 만곡되어 있고 볼록할 수 있다. 제2 및 제4 에지들(106b, 106c)은 또한 그 각각의 에지로부터 드라이브 샤프트(106)의 반대 단부를 향하여 연장되는 수직 에지 연장부(108)를 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 각 수직 에지 연장부(108)는 드라이브 샤프트(104)의 단부를 향하여 동일한 길이로 연장된다. 각 수직 에지 연장부(108)는 다른 표면으로부터 연장부(108)의 내부 표면으로 이동하는 드라이브 샤프트의 상단을 향하여 각진 하단 에지(110)를 갖는다.

이러한 방식으로 하단 에지(110)를 각지게 함으로써, 하단 에지의 표면적은 평평한 하단 에지에 비해 증가된다. 후술되는 바와 같은 일부 실시예들에서, 하부 요크는 또한 상부 요크(102)의 각진 표면들(110)들 하나 또는 둘 다와 정합하는 각진 표면을 가질 수 있다. 평평한 하단 에지에 비해 이러한 증가된 표면적들은 상부 요크(102)와 하부 요크(아래에 도시됨)의 사이에서 생성되는 자기장의 증가를 제공할 수 있다. 이것은 차례로, 가동 및 고정 접점들 사이의 부상에 저항하도록 상부 요크와 하부 요크 사이의 인력을 증가시킬 수 있다. 다른 실시예들은 많은 상이한 방식들로 각을 이루는 에지들을 가질 수 있음이 이해되고, 다른 실시예들은 에지들이 평평한 표면들을 가질 수 있음이 이해된다.

일체형 컴포넌트(100)는 또한 컴포넌트(100)를 사용하여 컨택터의 신뢰할 수 있는 동작을 제공하는 다른 특징부들을 갖는다. 에지들(106a-d)의 오목하고 볼록한 형상들은, 에지들(106a-d) 중 하나가 동작 중에 컨택터 내의 다른 컴포넌트들을 잡거나 간섭할 가능성을 줄이는 데 도움이 된다. 이와 유사하게, 제2 및 제4 에지들(106b, 106d)과 그 수직 에지 연장부(108) 사이의 전이부(transition)는, 에지가 컨택터의 다른 컴포넌트에 걸릴 위험을 추가로 감소시키기 위해 둥글게 처리된다(rounded). 제1 및 제3 에지들도 유사하게 둥글게 처리된다.

컴포넌트(100)는 에지들(102b, 102d)을 따라 동일한 거리로 연장되는 두 개의 연장부들(108)을 갖는 것으로 도시되어 있다. 다른 실시예들에서, 상이한 형상들 및 크기들을 갖고, 두 개의 에지들에서 동일한 형상 및 크기일 필요는 없는 다른 연장부들이 포함될 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 연장부들은 상부 요크와 하부 요크 사이에 원하는 자기 상호작용을 제공하는 상이한 컷아웃들(cut-outs) 및 돌출부일 수 있다.

컴포넌트(100)는 또한 상부 요크의 하측으로부터 그리고 드라이브 샤프트(104)의 상단에서 아래로 연장되는 확대된(widened) 샤프트 연장부(112)를 포함한다. 이 확장된 섹션은 상부 요크와 동일한 강자성 재료로 만들어질 수 있으며, 접점 어셈블리로 통합될 때, 이 확대된 부분은 가동 접점을 통해 그리고 하부 요크까지/를 통해 연장될 수 있다. 이 확대된 섹션(112)은 요크들에 의해 생성되는 자기장을 개선할 수 있고, 부상에 대한 요크들의 유지력을 증가시킬 수 있다.

후술되는 일부 실시예들에서, 이 샤프트 연장부(112)는 상부 요크와 일체로 형성될 수 있는 한편, 드라이브 샤프트(104)의 나머지 부분은 별도로 형성된다. 이러한 실시예들에서, 드라이브 샤프트의 나머지 부분은 상부 요크에 연결될 수 있고/거나, 요크 연장부(112)가 되어 컴포넌트(102)를 완성한다.

도 8은 상술된 바와 같은 컨택터들에 사용될 수 있는 본 발명에 따른 일 실시예의 가동 접점 어셈블리(150)를 도시하고 있다. 가동 접점 어셈블리(150)는 일반적으로 상부 요크(152), 드라이브 샤프트(154), 하부 요크(156), 및 가동 접점(158)을 포함한다. 여기에서 기술되는 바와 같이, 드라이브 샤프트(154)는 상부 요크(152)와 일체로 형성될 수 있는 한편, 다른 실시예들에서는 드라이브 샤프트(154)가 별도로 형성된 다음, 상부 요크(152)의 샤프트 연장부에 장착될 수 있다.

드라이브 샤프트(154)는 상술된 바와 같이 솔레노이드(도시되지 않음)의 제어 하에 이동하여, 가동 접점(158)을 고정 접점들과 접촉 및 접촉 해제하도록 이동시킨다. 상부 요크(152) 및 하부 요크(156)는 가동 접점의 중간 부분을 감싸고, 상승된 전류가 접점(158)을 통과할 때 고정 접점들과 가동 접점(158) 사이의 부상에 저항하도록 둘 사이에 자기 인력을 제공하도록 배치된다.

도시된 실시예의 어셈블리(150)에서, 가동 접점(150)은 그 중간 근처에서 더 좁다. 이것은 상부 요크(152)가 가동 접점(158)과 상부 요크 조합의 전체 폭을 증가시키지 않고 가동 접점 위에 배치되는 것을 허용한다. 이것은 어셈블리를 가동 접점(158)의 폭만큼 좁게 유지하는 데 도움이 된다. 이것은 어셈블리(150)를 콤팩트하게 유지하고 컨택터(150)의 다른 컴포넌트들을 잡거나 간섭할 수 있는 에지들을 더 감소시킨다. 이것은 요크 및 가동 접점에 대한 상이한 어레인지먼트들 및 형상들 중 하나일 뿐이라는 점이 이해된다. 예를 들어, 다른 실시예들에서, 가동 접점은 그 중간 근처에서 더 좁지 않을 수 있다.

도 9 내지 도 11은 일체형 드라이브 샤프트(206)와 함께 상부 요크(204)를 포함하는 일체형 컴포넌트(202)를 활용하는 일 실시예의 컨택터(200)를 도시하고 있다. 컨택터는 또한 상부 요크(208), 가동 접점(210), 및 고정 접점들(212a, 212b)을 포함하고, 컨택터(200)는 가동 접점(210)이 고정 접점들(212a, 212b)과 접촉하고 있는 폐쇄 상태로 도시되어 있다. 전술된 바와 같이, 컨택터(200)의 일체형 컴포넌트들은 하우징(214)의 내부에 유지되고, 가동 접점(210)을 고정 접점(212a, 212b)과 접촉 및 접촉 해제하도록 이동시키도록 작동될 수 있는 솔레노이드(216)가 제공된다.

이제 도 10 및 도 11을 참조하면, 수직 에지 연장부(218)의 하부 에지는 상술된 바와 같이 그 에지 상에 각진 표면을 갖는다. 하부 요크(208)는 샤프트 연장부의 각진 표면과 일치하도록 유사한 각진 표면을 갖는다. 이러한 각진 표면들은 샤프트 연장부와 하부 요크의 에지들의 표면적을 증가시켜, 가동 접점(210)과 고정 접점들(212a, 212b)을 통한 상승된 전류 동안 둘 사이에 생성되는 자기장을 증가시킨다. 이것은 상부 및 하부 요크들(204, 208)이 가동 접점(210)과 고정 접점(212a, 212b)의 부상력 분리에 저항하도록 원하는 자기장을 생성하는 데 도움이 된다. 이것은 또한 상부 및 하부 요크들(204, 208)이 부상에 대항하기 위해 원하는 자기장을 제공하도록 강자성 재료로 가동 접점(210)의 좁은 부분을 감쌀 수 있게 한다.

상술된 바와 같이, 통합된 요크 및 드라이브 샤프트는 많은 상이한 형상들 및 크기들로, 많은 상이한 방식들로 배치될 수 있다. 또한, 일부 실시예들에서, 샤프트 및 상부 요크 어셈블리의 전부 또는 일 부분은 하나 이상의 피스(piece)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 요크 어셈블리는 일체형 샤프트 연장부를 갖는 상부 요크 및 별도의 샤프트 부분을 포함할 수 있다. 이러한 실시예들에서, 샤프트 부분은 상부 요크의 샤프트 연장부에 결합될 수 있고, 샤프트 부분은 요크 및 드라이브 샤프트 어셈블리를 솔레노이드에 연결하는 역할을 할 수 있다.

샤프트 연장부를 갖는 상부 요크 및 별도의 샤프트 부분들을 갖는 것은, 부품들이 상이한 재료들로 만들어지도록 하는 것과 같은, 특정한 이점들을 제공할 수 있다. 이것은 서로 다른 부품들에 대해 더 저렴한 재료들의 사용을 허용할 수 있고, 특정 부분에 더 적합한 재료의 사용을 허용할 수도 있다. 예를 들어, 샤프트 부분은 샤프트 연장부의 사용을 통해 생성되는 부상 방지 자기장의 개선을 유지하면서, 솔레노이드에 보다 효율적으로 연결할 수 있는 재료로 만들어질 수 있다. 별도의 부품들을 갖는 이러한 어레인지먼트는 특정 부품들을 더 저렴한 방법들을 사용하여 제조될 수 있게 함으로써 비용을 절감할 수도 있다.

도 12 내지 도 15는 상부 요크(302) 및 드라이브 샤프트(304)를 포함하는 본 발명에 따른 다른 실시예의 일체형 컴포넌트(300)를 도시하고 있다. 이 실시예에서, 상부 요크(302)는 제조의 용이성을 허용하는 수직 에지 연장부들이 없는 디스크 형상이다. 다른 실시예들은 정사각형, 직사각형, 오각형, 육각형, 팔각형 등과 같은 상이한 형상들을 가질 수 있으며, 이러한 실시예들 중 일부는 드라이브 샤프트(304) 주위에 축 대칭을 가짐이 이해된다. 상부 요크(302)는 가동 접점의 일 부분을 덮도록 크기가 정해질 수 있고/거나, 가동 접점의 하나 이상의 에지들 위로 연장되도록 크기가 정해질 수 있다.

상기의 실시예들과 마찬가지로, 드라이브 샤프트(304)는 단일 컴포넌트로서 상부 요크(302)와 일체로 형성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상부 요크(302)는 드라이브 샤프트 연장부의 형태로 드라이브 샤프트의 일체형 부분으로 형성될 수 있다. 그런 다음, 별도의 드라이브 샤프트 부분은 상부 요크 또는 드라이브 샤프트 연장부에 장착될 수 있다. 도 16 및 도 17을 참조하면, 별도로 형성되는 상부 요크(302) 및 샤프트 부분(304b)을 포함하는 일체형 컴포넌트(300)가 도시되어 있다. 상부 요크(302)는 요크(302)의 중심으로부터 축방향으로(axially) 연장되는 샤프트 연장부(304a)를 더 포함한다. 도시된 실시예에서, 샤프트 연장부(304a)는 샤프트 부분(304a)의 일 단부를 수용하도록 크기가 정해질 수 있는 중공 섹션(306)을 갖는다. 도시된 실시예에서, 중공 부분(306)은 샤프트 연장부(304a)를 통해 연장된다.

샤프트 부분(304b)은 많은 상이한 부착 방법들 및 어레인지먼트들을 사용하여 상부 요크의 샤프트 연장부(304a)에 결합될 수 있다. 이들 중 일부는 중공 부분(306)을 샤프트 부분(304b)에 압입(press-fit), 용접(welding), 브레이징(brazing), 리벳팅(riveting), 또는 스레딩(threading)하는 것과 같은 방법들을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 샤프트 부분(304b)의 단부는 상부 요크(302)의 상단 표면으로부터 연장될 수 있고, 이어서 샤프트 부분(304b)을 상부 요크(302)에 장착하도록 변형될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상부 요크(302)의 상부 표면은 중공 부분(306)의 오프닝 주위에 리세스(recess) 또는 만입부를 가질 수 있다. 그 샤프트 부분(304b)의 변형된 부분은 상부 요크(302)의 상단 표면이 실질적으로 평평하게 유지되도록 리세스 또는 만입부를 채울 수 있다. 다른 실시예들은 이러한 오목부 또는 리세스 없이 제공될 수 있으며, 따라서, 샤프트 부분의 변형이 상부 요크(302)의 상단 표면 상의 상승된(raised) 부분을 초래할 수 있다.

상부 요크(302)의 샤프트 연장부(304a)는 또한 상술된 확장된 섹션과 유사하게 배치되는 확장된 섹션을 포함할 수 있다. 상기와 같이, 확장된 중공 부분은 부상에 대항하기 위해 원하는 자기장을 형성하도록 가동 접점을 통과하여 상부 요크까지/를 통과할 수 있다.

상부 요크(302) 및 샤프트 연장부(304a)는 상술된 강자성 재료들 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 샤프트 연장부(304b)는 또한 상부 요크와 동일한 재료를 포함할 수 있거나, 상이한 재료를 포함할 수 있다. 이러한 상이한 재료들 중 일부는 샤프트 부분이 솔레노이드에 더 잘 맞도록 할 수 있다. 상부 요크는 상기에 나열된 방법들을 사용하여 제조될 수 있다. 샤프트 연장부(304b)는 많은 알려진 효율적인 제조 공정들을 사용하여 제조될 수 있다.

도 18 및 도 19는 상술된 바와 같은 컨택터들에 사용될 수 있는 본 발명에 따른 다른 실시예의 가동 접점 어셈블리(350)를 도시하고 있다. 가동 접점 어셈블리(350)는 일반적으로 상부 요크(352), 드라이브 샤프트(354), 하부 요크(356) 및 가동 접점(358)을 포함한다. 상부 요크(352) 및 드라이브 샤프트는 일체형으로, 또는 상술된 바와 같은 두 개 이상의 별도의 피스들로 형성될 수 있다. 상술되고 도 8에 도시된 접점 어셈블리와 마찬가지로, 드라이브 샤프트(354)는 솔레노이드(도시되지 않음)의 제어 하에 이동하여, 가동 접점(358)을 고정 접점들과 접촉 및 접촉 해제하도록 이동시킨다. 상부 요크(352) 및 하부 요크(356)는 상승된 전류들이 접점들을 통과할 때 고정 접점들과 가동 접점(358) 사이의 부상에 저항하도록 둘 사이에 자기 인력을 제공하도록 배치된다.

가동 접점(358)은 상술된 바와 같이 중간의 좁은 부분을 갖고, 상부 요크(352)는 원형이며, 좁은 부분에서 가동 접점(358)의 에지를 지나 연장된다. 하부 요크(356) 연장부들(360)은, 상부 및 하부 요크들(352 및 356)이 가동 접점(356)의 좁은 부분 주위를 감싸도록, 상부 요크(352)까지 연장된다. 하부 요크(356)는 또한 가동 접점의 하부 표면의 더 큰 부분을 덮도록 가동 접점(356)의 좁은 부분을 넘어 연장되는 측방향(lateral) 연장부들(362)을 가질 수 있다. 상기의 실시예들에서와 같이, 상부 요크(352) 및 하부 요크(356)는 부상력들에 저항하기 위해 자기장들을 생성하도록 배치된다.

본 발명이 특정한 바람직한 구성들을 참조하여 상세하게 설명되었지만, 다른 버전들도 가능하다. 본 발명의 실시예들은 다양한 도면들에 도시된 호환 가능한 특징들의 임의의 조합을 포함할 수 있으며, 이러한 실시예들은 명시적으로 도시되고 기술된 것으로 제한되지 않아야 한다. 예를 들어, 일체로 형성되는 것으로 설명된 상기의 컴포넌트들의 각각은 조립될 수 있는 별도의 부품들로 형성될 수도 있다. 따라서, 본 발명의 사상 및 범위는 상술된 버전들로 제한되어서는 안된다.

전술된 내용은 본 발명의 사상 및 범위 내에 속하는 모든 수정들 및 대안적인 구성들을 포함하도록 의도되며, 여기서, 청구범위에 명시되지 않은 경우, 본 개시 내용의 어떠한 부분도 명시적으로 또는 묵시적으로 공개 도메인에 헌정하도록 의도되지 않는다.

Claims (21)

1. 접점 어셈블리에 있어서,
   하측 표면 및 상측 표면을 갖는 가동 접점;
   상기 상측 표면 상의 상부 요크 - 상기 상부 요크는 상기 가동 접점을 통과하는 일체형 샤프트 연장부를 가짐 -;
   상기 하측 표면 상의 하부 요크; 및
   상기 가동 접점을 이동시키도록 배치되는 드라이브 샤프트
   를 포함하는,
   접점 어셈블리.
   
2. 제1 항에 있어서,
   상기 드라이브 샤프트는 상기 상부 요크에 연결되는,
   접점 어셈블리.
   
3. 제1 항에 있어서,
   상기 드라이브 샤프트는 상기 상부 요크와 일체로 형성되는,
   접점 어셈블리.
   
4. 제1 항에 있어서,
   상기 가동 접점은 좁은 부분을 갖고,
   상기 상부 및 하부 요크들은 상기 좁은 부분을 적어도 부분적으로 둘러싸는,
   접점 어셈블리.
   
5. 제1 항에 있어서,
   상기 상부 및 하부 요크들은 상기 가동 접점의 적어도 일 부분을 감싸는,
   접점 어셈블리.
   
6. 제1 항에 있어서,
   상기 상부 또는 하부 요크들은 하나 이상의 에지 연장부들, 돌출부들, 또는 만입부들을 포함하는,
   접점 어셈블리.
   
7. 제6 항에 있어서,
   상기 에지 연장부들, 돌출부들, 또는 만입부들 중 적어도 하나는 각진 에지를 포함하는,
   접점 어셈블리.
   
8. 제1 항에 있어서,
   상기 샤프트 연장부는 중공 부분을 포함하고,
   상기 드라이브 샤프트의 일 부분은 상기 중공 부분 내에 있는,
   접점 어셈블리.
   
9. 제1 항에 있어서,
   상기 샤프트 연장부는 상기 드라이브 샤프트보다 더 넓은,
   접점 어셈블리.
   
10. 전기 스위칭 디바이스에 있어서,
    하우징; 및
    상기 하우징 내의 내부 컴포넌트들
    을 포함하고,
    상기 내부 컴포넌트들은,
    서로로부터 전기적으로 격리되어 있는 고정 접점들 - 상기 고정 접점들은 상기 하우징에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸여 있음-;
    상단 표면 및 하단 표면을 갖는 가동 접점 - 가동 접점이 상기 고정 접점들과 접촉할 때 상기 고정 접점들의 사이에 전류 흐름을 허용하도록 이동 가능함 -;
    상기 상단 표면 상의 상부 요크 - 상기 상부 요크는 상기 가동 접점을 통과하는 일체형 샤프트 연장부를 가짐 -; 및
    상기 가동 접점을 이동시키는 드라이브 샤프트
    를 포함하는,
    스위칭 디바이스.
    
11. 제10 항에 있어서,
    상기 하단 표면 상의 하부 요크
    를 더 포함하는,
    스위칭 디바이스.
    
12. 제10 항에 있어서,
    상기 드라이브 샤프트를 구동시키는 솔레노이드
    를 더 포함하는,
    스위칭 디바이스.
    
13. 제10 항에 있어서,
    상기 드라이브 샤프트는 상기 상부 요크에 연결되는,
    스위칭 디바이스.
    
14. 제10 항에 있어서,
    상기 드라이브 샤프트는 상기 상부 요크와 일체로 형성되는,
    스위칭 디바이스.
    
15. 제10 항에 있어서,
    상기 가동 접점은 좁은 부분을 갖고,
    상기 상부 및 하부 요크들은 상기 좁은 부분을 적어도 부분적으로 둘러싸는,
    스위칭 디바이스.
    
16. 제10 항에 있어서,
    상기 상부 또는 하부 요크들은 연장부들, 돌출부들, 또는 만입부들을 포함하는,
    스위칭 디바이스.
    
17. 제10 항에 있어서,
    상기 샤프트 연장부는 중공 부분을 포함하고,
    상기 드라이브 샤프트의 일 부분은 상기 중공 부분 내에 있는,
    스위칭 디바이스.
    
18. 제10 항에 있어서,
    상기 샤프트 연장부는 상기 드라이브 샤프트보다 더 넓은,
    스위칭 디바이스.
    
19. 전기 시스템에 있어서,
    전기 회로; 및
    상기 회로를 개방 또는 폐쇄하기 위해 상기 전기 회로에 전기적으로 연결되는 전기 스위칭 디바이스
    를 포함하고,
    상기 스위칭 디바이스는,
    하우징; 및
    상기 하우징 내의 내부 컴포넌트들
    을 포함하고,
    상기 내부 컴포넌트들은,
    서로로부터 전기적으로 격리되어 있는 고정 접점들;
    상단 표면 및 하단 표면을 갖는 가동 접점 - 상기 가동 접점이 상기 고정 접점들과 접촉할 때 상기 고정 접점들의 사이에 전류 흐름을 허용하도록 이동 가능함 -;
    상기 상단 표면 상의 상부 요크 - 상기 상부 요크는 상기 가동 접점을 통과하는 일체형 샤프트 연장부를 가짐 -; 및
    상기 가동 접점을 이동시키는 드라이브 샤프트
    를 포함하는,
    전기 시스템.
    
20. 제19 항에 있어서,
    상기 드라이브 샤프트는 상기 상부 요크에 연결되는,
    전기 시스템.
    
21. 제19 항에 있어서,
    상기 드라이브 샤프트는 상기 상부 요크와 일체로 형성되는,
    전기 시스템.
    

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