WO2018117397A1 - 릴레이 장치 - Google Patents

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WO2018117397A1
WO2018117397A1 PCT/KR2017/012184 KR2017012184W WO2018117397A1 WO 2018117397 A1 WO2018117397 A1 WO 2018117397A1 KR 2017012184 W KR2017012184 W KR 2017012184W WO 2018117397 A1 WO2018117397 A1 WO 2018117397A1
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space
volume
contact
relay device
fixed contact
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PCT/KR2017/012184
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English (en)
French (fr)
Inventor
임재윤
최연묵
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엘에스오토모티브테크놀로지스 주식회사
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    • H01H51/29—Relays having armature, contacts, and operating coil within a sealed casing

Definitions

  • the present invention relates to a relay device, and more particularly, to a relay device having a structure in which the fixed contact and the movable contact are in contact and opened by swinging.
  • the relay device is a switching mechanism that operates when an input signal reaches a value and opens and closes another electric circuit, and is widely used in various industrial fields such as automobiles and industrial automation controllers.
  • the relay device can be largely classified into a ladder type relay device and a cantilever type relay device.
  • Korean Laid-Open Patent Publication No. 2010-0125806 includes a fixed contact, a movable contact disposed to be in contact with and detachable from the fixed contact, and an electronic block for driving the movable contact.
  • a cantilever type relay device is a type in which a movable contact is attached to an elastic leaf spring.
  • the cantilever type relay device has an advantage that it can be manufactured in a simple form compared to the ladder type relay device.
  • Japanese Patent No. 3898021 is mentioned.
  • the relay device contacts or is fixed with the fixed contact by the movable contact making a linear or rotational motion by the electromagnetic force of the electronic block with respect to the fixed contact.
  • the relay device generates an arc when the fixed contact and the movable contact open. These arcs do not properly clear and raise the temperature in the internal space of the relay device.
  • the electromagnetic block swinging the movable contact is a form in which a coil is wound around the bobbin, which increases the temperature in the internal space of the relay device due to the heat generated from the coil.
  • the size of products has become smaller.
  • the temperature rise of the internal space of the relay device due to the heat generated by the arc generation between the contacts and the heat generated by the electronic block is sensitive to the driving of the relay device. Tends to act. In other words, when the temperature increases in the internal space of the relay device, the contact surface is carbonized or fused so that current conduction, which is an original function, is not achieved.
  • the resistance value of the magnetic circuit rises, which leads to a weakening of the electromagnetic force of the electronic block, thereby weakening the force for pulling the movable contact, which in turn lowers the pressure of the contact. As the pressure at the contact drops, the contact resistance increases and arcing increases. Therefore, technical or design requests for effectively radiating heat generated in the internal space of the relay device are increasing.
  • the heating portion in the relay device is the coil of the electronic block and the contact portion of the fixed contact and the movable contact.
  • the size of a relay device is decreasing. Therefore, the heat generated from the internal parts of the relay device should be able to be effectively eliminated by radiation and convection.
  • a large amount of empty space may be created inside the relay device, but this is contrary to the miniaturization trend and also has a problem of low economic efficiency.
  • An object of the present invention is to provide a relay device that effectively eliminates heat generation of internal components to satisfy miniaturization and economy simultaneously.
  • the electronic block for selectively generating an electromagnetic force through the coil; Two fixed contact terminals each having a fixed contact; A movable contact assembly having a movable contact which is oscillated by the electromagnetic force and is in contact with or is opened to the fixed contact; And a base block for holding the electronic block, the fixed contact terminal, and the movable contact assembly in the cover, the relay device including the entire space in the cover in two parts based on the joint surface between the fixed contact and the fixed contact terminal.
  • the part including the electronic block is divided into a first space, the remaining part is defined as a second space, and the second space occupies the inner total volume Vt of the cover.
  • the ratio (Ve / Vt) of the volume Ve is 19% to 27%.
  • the ratio (Vr / Ve) of the sum of the volumes Vr of the parts occupying the second space to the volume Ve of the second space is 21% to 42%.
  • the fixed contact which is a reference for dividing the entire space in the cover into two parts, is a fixed contact that contacts the movable contact when a portion of the movable contact assembly is attracted by the electromagnetic force.
  • an electronic block for selectively generating an electromagnetic force through the coil; Two fixed contact terminals each having a fixed contact; A movable contact spring having a movable contact which is oscillated by the electromagnetic force and contacts or opens the fixed contact; And a relay device accommodating the electronic block and the base block holding the fixed contact terminal in a cover, wherein the entire space in the cover is divided into two parts on the basis of the joining surface between the fixed contact and the fixed contact terminal.
  • the portion including the electronic block is defined as the first space, the remaining portion is defined as the second space, and the volume sum of the parts occupying the second space with respect to the volume Ve of the second space ( The ratio (Vr / Ve) of Vr) is 21% to 42%.
  • the fixed contact which is a reference for dividing the entire space in the cover into two parts, is a fixed contact that contacts the movable contact when a portion of the movable contact assembly is attracted by the electromagnetic force.
  • the embodiment of the present invention by defining an optimized volume ratio of the internal space of the relay device, it is possible to effectively eliminate heat generated in the coil of the electronic block of the relay device while at the same time achieving compactness and economy.
  • FIG. 1 is a perspective view when the cover and the main body of the relay device according to an embodiment of the present invention are separated.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the relay device main body of FIG. 1.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the relay device main body of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the relay device of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a space and volume ratio defined for the relay device in the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a performance result according to a ratio Ve / Vt of the volume Ve occupied by the second space in the inner total volume Vt of the cover of the relay device according to one embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a performance result according to a ratio Vr / Ve of a volume Vr of components in a volume Ve of a second space of a relay device according to an embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a performance result according to a ratio Vr / Ve of a volume Vr of components in a volume Ve of a second space of a relay device according to another embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram showing a thermal analysis result of the relay device in which the contact damage is in the A state.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a thermal analysis result of a relay device having a contact damage state of B.
  • FIG. 1 is a perspective view when the cover and the main body of the relay device according to an embodiment of the present invention are separated, and FIG. 2 is an exploded perspective view of the main body of the relay device of FIG. 1.
  • the relay device is composed of a relay main body 100 and a cover 200 for accommodating the relay main body 100.
  • the relay main body 100 has a movable contact assembly 1 having movable contacts 14a and 14b, two fixed contact terminals 22 and 23 having fixed contacts 22a and 23a, respectively, and a coil thereof. It consists of the electronic block 3 which generate
  • the movable contact assembly 1 includes a movable contact spring 14 which is oscillated by the electromagnetic block 3, movable contacts 14a and 14b provided at one end of the movable contact spring 14, and the movable contact spring.
  • the movable contact terminals 14c and 14d provided in the other end of 14 and the plate-shaped armature 14e provided in the inside of the said movable contact spring 14 are included.
  • the movable contact spring 14 is a band member having conductivity that is elastically deformable and bent in an approximately L shape.
  • the movable contact spring 14 has a tip portion extending from the movable contact terminals 14c and 14d in a bifurcated shape, and the movable contacts 14a and 14b are respectively provided at two tips having a bifurcated bifurcated shape. do.
  • the plate-shaped armature 14e which is attracted by magnetic force inside the middle area
  • the movable contact spring 14 is fixed to the rear surface of the rising surface of the yoke 32 so that the armature 14e is positioned directly above the coil assembly 31 of the electronic block 3.
  • the armature 14e has a plate shape as described above, but the engaging portion 14f protrudes from one side in the direction of the fixed contact terminals 22 and 23. This locking portion 14f protrudes in the gap direction of the two proximal distal ends of the movable contact spring 14.
  • the engaging portion 14f enters into the stopper 34a formed in the upper flange portion 34 of the electronic block 3 and is caught by the stopper 34a when the movable contacts 14a and 14b are opened. Suppresses the generation of vibration and noise.
  • the fixed contact terminals 22 and 23 are provided in the swinging direction of the two movable contacts 14a and 14b.
  • the fixed contact terminals 22 and 23 are constituted by a plate-shaped member, the tip end portion of which is bent into an approximately L shape, and the fixed contact terminals 22a and 23a are provided at the bent tip end, respectively.
  • One end of the fixed contact terminals 22, 23 is inserted into the base block 2, and the other end is provided with the fixed contacts 22a, 23a disposed so as to contact the movable contacts 14a, 14b.
  • the fixed contact terminals 22 and 23 are comprised by two, and the fixed contact 22a, 23a is arrange
  • the base block 2 is formed by mold molding as an insulating member, has an approximately hexahedral shape with an open top, and parts of the relay device are seated inside. That is, the electronic block 3 is inserted into the open surface of the base block 2, and the fixed contact terminals 22 and 23, the movable contact terminals 14c and 14d and the coil terminals 36 and 37 are the base blocks. It is inserted into the open surface of (2) and then penetrated and exposed to the outside.
  • the electronic block 3 includes the coil assembly 31, the yoke 32, the core 33, the flange portions 34 and 35, and the coil terminals 36 and 37.
  • the coil assembly 31 has a coil wound around a coil bobbin having a hole formed in the center thereof, and a pair of coil terminals 36 and 37 fitted at both ends of the coil bobbin on the side of the flange portion 35 below the coil bobbin.
  • the yoke 32 is formed in two surfaces, ie, L-shapes, which form substantially right angles, and the lower surface is provided in parallel to the base block 2.
  • the lower surface of the yoke 32 is provided with a hole 32a engaged with the core 33.
  • the core 33 is a shaft having a head and a body.
  • the diameter of the head is larger than the diameter of the body, and an end having a reduced diameter is provided at the lower end of the body.
  • the head of the core 33 is larger in diameter than the hole of the groove of the upper flange portion 34 so as to protrude above the upper flange portion 34 and to be caught by the upper flange portion 34.
  • the coil assembly 31 is mounted on the lower surface of the yoke 32 and the core 33 is inserted through the hole of the coil bobbin and the hole 32a formed in the lower surface. Therefore, the coil assembly 31, the yoke 32, the core 33, and the flange parts 34 and 35 are crimped together so that they may be integrated.
  • the cover 200 exhibits a box shape having a sealability having an opening that can be loosely fitted with the same size as the base block 2, and the inner surface of the opening is formed around the edge of the base block 2 through the thermosetting resin member. It is sealed and covered.
  • the engaging portion 14f of the armature 14e is held on the stopper 34a before energizing the pair of coil terminals 36 and 37. Therefore, the movable contact 14a, 14b maintains the open state with the lower fixed contact 22a, 23a. Then, by energizing the pair of coil terminals 31g, the armature 14e is attracted to the core 33 by an electromagnetic force, and the movable contacts 14a and 14b are pressed against the lower fixed contacts 22a and 23a. In contact with the state, both contacts are closed.
  • the first heating portion is the coil assembly 31 of the electronic block 3, and the second heating portion is a contact surface between the fixed contacts 22a and 23a and the movable contacts 14a and 14b.
  • the pair of coil terminals 36 and 37 are energized, heat is generated in the coil wound around the coil bobbin of the coil assembly 31. Therefore, a space for erasing heat generated in the coil is required, and a space for erasing heat generated in the contact surfaces of the fixed contacts 22a and 23a and the movable contacts 14a and 14b is required. This space is defined below with reference to FIGS. 3 and 4.
  • FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the relay device of FIG. 1, showing the side surface of the main body 100 of the relay device.
  • the entire space in the cover 200 is divided into two parts based on the bonding surface 510 between the fixed contacts 22a and 23a and the fixed contact terminals 22 and 23.
  • a lower space that is, a space including the electronic block 3
  • a second space is defined as a second space based on the remaining portion, that is, the bonding surface. It is defined as the space 420.
  • the entire inner volume of the cover 200 is referred to as Vt
  • the volume of the second space 420 is referred to as Ve
  • the sum of the volumes of the components in the second space 420 as Vr.
  • the first heating portion of the relay device is the coil assembly 31 of the electronic block 3, specifically, heat is mainly generated in the coil wound around the coil bobbin of the coil assembly 31. Therefore, the volume Ve of the second space 420 occupies the entire inner volume Vt of the cover 200 in order to cancel heat generated in the first space 410 of the relay device by radiation and convection.
  • the ratio Ve / Vt should be maintained properly. This is because heat generated in the coil located in the first space 410 circulates by the radiation and convection action to the second space 420 having a relatively large empty space.
  • the ratio Ve / Vt of the volume Ve occupied by the second space 420 to the inside volume Vt of the cover 200 is small, the space for heat circulation is reduced, which adversely affects performance.
  • the ratio Ve / Vt of the volume Ve occupied by the second space 420 to the inside volume Vt of the cover 200 is increased, the efficiency of eliminating heat increases, but the product size and unit cost are increased.
  • the ratio Ve / Vt of the volume Ve occupied by the second space 420 in the total inner volume Vt of the cover 200 is 19% to 27%.
  • the inner total volume (Vt) of the cover 200 it is calculated by excluding the rib (lib) attached to the inside of the cover 200. That is, assuming that there is no rib lib, the inner total volume Vt of the cover 200 is calculated.
  • the rib lib is considered a part when calculating the volume sum Vr of the parts in the second space 420 as described below.
  • the second heat generating portion in the relay device is between the fixed contacts 22a and 23a and the movable contacts 14a and 14b. Therefore, when the ratio Vr / Ve of the volume Vr occupied by the components in the volume Ve of the second space 420 becomes large and the empty space is insufficient, the fixed contacts 22a and 23a and the movable contact 14a, The arc generated at the opening of 14b) reduces the space for the heat generated to circulate by radiation or convection.
  • the heat generated from the first heating portion that is, the coil of the coil assembly 31, must also be circulated in the empty space of the second space 420, which is the volume occupied by the components in the volume Ve of the second space 420.
  • the ratio Vr / Ve of the volume Vr of the parts in the volume Ve of the second space 420 is 21% to 42%.
  • a part occupying the second space 420 typically includes a part of the movable contact assembly 1, the fixed contacts 22a and 23a, and a stopper 34a formed on the upper flange portion 34 of the electronic block 3. And a rib formed inside the cover 200.
  • Vt represents the inner total volume of the cover 200 of the relay device.
  • the cover 200 is generally manufactured by injection molding using a plastic resin, wherein ribs are molded together on the inner surface of the cover 200. These ribs are not considered in the inner total volume Vt of the cover 200, but are considered as parts.
  • Vr 1 is the volume of the ribs present in the second space 420. As described above, the entire inner space of the cover 200 of the relay device is based on the joint surface between the fixed contacts 22a and 23a and the fixed contact terminals 22 and 23. 420). In FIG.
  • reference numeral 510 denotes a reference line dividing the first space 410 and the second space 420. That is, the plane including the joint surface between the fixed contacts 22a and 23a and the fixed contact terminals 22 and 23 serves as a reference for dividing the first space 410 and the second space 420.
  • the volume of the second space 420 is Ve, as shown in FIG. As shown in FIG. 4, if there are four parts in the second space 420, the volume Vr of the parts in the second space 420 is equal to the sum of the volumes of the four parts (Vr 1 + Vr). 2 + Vr 3 + Vr 4 ).
  • the relay device of the above embodiment shows only a basic configuration.
  • the relay device may further include an arc extinguishing member in the second space 420.
  • the arc extinguishing member includes a permanent magnet and a frame accommodating them. Specifically, when the permanent magnets are provided on both sides of each of the fixed contacts 22a and 23a to face each other, arcs generated during the contact and opening process between the fixed contacts 22a and 23a and the movable contacts 14a and 14b are extinguished. can do.
  • the relay device may add or subtract various components to the second space 420 according to a product design method, and the components may be removed from the volume Ve of the second space 420 as described above in consideration of the volume of these components.
  • the ratio (Vr / Ve) of the volume (Vr) to occupy can be adjusted.
  • the ratio Vr / Ve of the volume Vr of the parts in the volume Ve of the second space 420 may be adjusted by adjusting the size of the cover 200.
  • the relay device of the above-described embodiment has been described based on the cantilever type, the same principle may be applied to a ladder type relay device, which is another type of relay device.
  • the second space 420 A total of 60 relay devices are prepared, in which the ratio (Vr / Ve) of parts (Vr) to parts (Ve) is increased by 0.5 percentage points from 16% to 45.5%. Performance test data of these 60 relay devices are shown in FIG. 6.
  • Ve is the volume of the second space 420 and Vr is the sum of the volumes of the components of the second space 420.
  • the second space 420 may be formed.
  • a total of 60 relay devices were prepared, in which the proportion of the volume (Vr) occupied by the components in the volume (Ve) increased by 0.5 percentage points from 16% to 45.5%. Performance test data of these 60 relay devices are shown in FIG. 7.
  • V is the volume of the second space 420
  • Vr is the sum of the volumes of the components of the second space 420.
  • the voltage is 12V
  • the current is set to 17A and energized
  • ON / OFF is performed 100,000 times every 2 seconds.
  • the load uses a ramp load. Performance measures whether the relay device is energized, the burnout condition of the contact, and the contact resistance of the contact.
  • the burned out state of the contact is classified into four types of A / B / C / D.
  • the state A is a state in which the contact carbonization trace is insignificant and the temperature difference between the contact portion and other components is insignificant.
  • 8 is a diagram illustrating a thermal analysis result of the relay device in the A state.
  • the B state is a state in which the contact carbonization trace is insignificant but the temperature is increased only in the contact portion.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a thermal analysis result of the relay device in the B state.
  • the C state is a state where the contact carbonization marks are microscopically identified and the temperature increases to the contact portion and the adjacent portion.
  • 10 is a diagram illustrating a thermal analysis result of a relay device in a C state. In the D state, the contact carbonization mark is visually identifiable, and the temperature of the contact portion, the movable contact spring 14, and most of the fixed contact terminals 22, 23 is increased. It is a figure which shows the thermal analysis result of the relay apparatus of a D state. 8 to 11, the unit of the legend is ° C.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a performance result according to a ratio Ve / Vt of the volume Ve occupied by the second space 420 in the total inner volume Vt of the cover 200 of the relay device according to an exemplary embodiment.
  • the ratio Ve / Vt of the volume Ve occupied by the second space 420 in the total inner volume Vt of the cover 200 of the relay device is 19% to 27% ( In samples 7 to 23, the relay device can be energized while the contact damage is in the best state A.
  • the ratio Ve / Vt of the volume Ve occupied by the second space 420 to the inside volume Vt of the cover 200 of the relay device is less than 19% (sample 1 to sample 6)
  • the coil Heat generated in the coil of the assembly 31 is not sufficiently erased through the second space 420, and the contact burnout is in the B state and the C state.
  • the ratio (Ve / Vt) of the volume Ve occupied by the second space 420 in the inner total volume Vt of the cover 200 of the relay device is greater than 27% (samples 24 to 37).
  • the heat generated from the coil can be sufficiently eliminated, but the size of the cover 200 increases, thereby increasing product size and unit cost, thereby weakening product competitiveness. Therefore, it can be seen that the ratio Ve / Vt of the volume Ve occupied by the second space 420 in the entire inner volume Vt of the cover 200 of the relay device is preferably 19% to 27%.
  • FIG. 6 is a view illustrating a performance result according to a ratio Vr / Ve of a volume Vr of components in a volume Ve of the second space 420 of the relay device according to an embodiment.
  • the cover 200 is illustrated in FIG. In the state where the ratio Ve / Vt of the volume Ve occupied by the second space 420 to the inner total volume Vt of the second is 23%, the parts are separated in the volume Ve of the second space 420. This is the result of experimenting with different ratio of volume (Vr) (Vr / Ve). When the ratio Ve / Vt of the volume Ve occupied by the second space 420 to the inside total volume Vt of the cover 200 is 23%, as shown in FIG.
  • the energization of the relay device is Possible and contact damage is the best state A.
  • the second space 420 may be used.
  • the ratio of the volume (Vr) to the volume (Vr) occupied by the parts in the volume (Ve) exceeds 42% (sample 54 to sample 60)
  • the relay device can be energized but the contact damage is in the B state.
  • the contact resistance is more than 26.8mPa.
  • the relay device when the ratio (Vr / Ve) of the volume Vr occupied by the components in the volume Ve of the second space 420 is 42% or less (samples 11 to 53), the relay device can be energized while being contacted. The damage is in the A state, and the contact resistance is greatly reduced by up to 13.2 m2. On the other hand, if the ratio Vr / Ve of the volume Vr occupied by the components in the volume Ve of the second space 420 is less than 21% (Sample 1 to Sample 10), even if the contact damage is A As the size of the cover 200 increases, product size and unit price increase, thereby weakening product competitiveness.
  • the ratio (Vr / Ve) of the volume Vr occupied by the components in the volume Ve is 21% to 42%.
  • FIG. 7 is a view illustrating a performance result according to a ratio Vr / Ve of a volume Vr of components in a volume Ve of the second space 420 of the relay device according to another embodiment.
  • the parts (Ve) of the second space (420) are in a state in which the ratio (Ve / Vt) of the volume (Ve) occupied by the second space (420) to the inner total volume (Vt) of the second space (420) is 18%.
  • This is the result of experimenting with different ratio of volume (Vr) (Vr / Ve).
  • the ratio Ve / Vt of the volume Ve occupied by the second space 420 to the inside total volume Vt of the cover 200 is 18%, as shown in FIG.
  • the energization of the relay device is Possible and contact damage is in B state.
  • the second space 420 If the ratio (Vr / Ve) of the volume (Vr) occupied by the components in the volume (Ve) exceeds 42% (sample 54 to sample 60), the relay device is not energized and the contact damage is in the D state. That is, a large amount of carbonized powder is generated to the extent that the contact carbonization marks can be visually identified, and thus, it does not operate because it is not energized itself.
  • the volume Ve of the second space 420 It is preferable that the ratio (Vr / Ve) of the volume Vr occupied by the components is at least 21% to 42% (Sample 11 to Sample 53).

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Abstract

일 실시예에 따른, 코일을 통해 선택적으로 전자기력을 발생하는 전자 블록; 각각 고정 접점이 설치되는 두 개의 고정 접점 단자; 상기 전자기력에 의해 요동하여 상기 고정 접점과 접촉하거나 개리되는 가동 접점이 선단부에 설치되어 있는 가동 접점 어셈블리; 및 상기 전자 블록, 상기 고정 접점 단자 및 상기 가동 접점 어셈블리를 유지하는 베이스 블록;을 커버 내에 수납한 릴레이 장치는, 고정 접점과 고정 접점 단자 간의 접합면을 기준으로 상기 커버 내의 전체 공간을 두 부분으로 나누어지고, 상기 접합면을 기준으로 상기 전자 블록을 포함하는 부분은 제 1 공간으로 정의하고, 나머지 부분은 제 2 공간으로 정의하며, 상기 커버의 내측 전체 부피(Vt) 중에서 상기 제 2 공간이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)은, 19% 내지 27%이다.

Description

릴레이 장치
본 출원은 2016년 12월 23일에 출원된 한국 특허출원 제10-2016-0178389호를 기초로 한 우선권 주장을 수반하며, 해당 특허출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 본 출원에 원용된다.
본 발명은 릴레이 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고정 접점 및 가동 접점이 요동에 의해 접촉 및 개리되는 구조를 가진 릴레이 장치에 관한 것이다.
릴레이 장치는 입력 신호가 어떤 값에 도달하였을 때 작동하여 다른 전기회로를 개폐하는 스위칭 기구로서, 자동차, 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. 따라서 릴레이 장치는 고정 접점과 가동 접점이 개리될 때 아크(arc)가 발생한다. 이러한 아크는 적절히 소거되지 못하고 릴레이 장치의 내부 공간에 온도를 상승시킨다. 또한 가동 접점을 요동하는 전자 블록은 보빈에 코일이 감겨있는 형태로서 코일에서 발생하는 열로 인하여 릴레이 장치의 내부 공간에 온도를 상승시킨다. 특히, 최근 릴레이 장치의 소형화 추세에 따라 제품 사이즈가 작아지고 있고, 이로 인해 접점 간의 아크 발생에 의한 발열과 전자 블록에서 발생하는 발열로 인한 릴레이 장치의 내부 공간의 온도 상승이 릴레이 장치의 구동에 민감하게 작용하는 경향성을 보인다. 즉 릴레이 장치의 내부 공간에 온도가 증가할 경우, 접점 표면이 탄화되거나 융착되어 본래의 기능인 전류 통전이 이루어지지 않게 된다. 또한 릴레이 장치의 내부 온도가 증가하면, 자기 회로의 저항 값이 상승하게 되고, 이는 전자 블록의 전자기력의 약화로 이어져 가동 접점을 당기는 힘이 약해지고, 결국 접점의 압력이 낮아진다. 접점의 압력이 낮아지면 접촉 저항이 증가하게 되고 아크 발생이 심해진다. 따라서 릴레이 장치의 내부 공간에서 발생하는 발열을 효과적으로 방열(radiation of heat)시키기 위한 기술적 내지 설계적 요청이 증가하고 있다.
전술한 바와 같이 릴레이 장치에서 발열 부위는 전자 블록의 코일 그리고 고정 접점 및 가동 접점의 접촉 부분이다. 그리고 소형화 추세에 따라 릴레이 장치의 사이즈는 작아지고 있다. 따라서 릴레이 장치의 내부 부품에서 발생하는 열을 효과적으로 복사와 대류에 의해 소거할 수 있어야 한다. 내부 부품에서 발생하는 열을 효과적으로 소거할 수 있는 방안은 릴레이 장치의 내부에 빈 공간을 많이 만들면 되지만 이는 소형화 추세에 반하고 또한 경제성이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 내부 부품의 발열을 효과적으로 소거하여 소형화와 경제성을 동시에 만족할 수 있도록 하는 릴레이 장치를 제공하는데 목적이 있다.
일 실시예에 따른, 코일을 통해 선택적으로 전자기력을 발생하는 전자 블록; 각각 고정 접점이 설치되는 두 개의 고정 접점 단자; 상기 전자기력에 의해 요동하여 상기 고정 접점과 접촉하거나 개리되는 가동 접점이 선단부에 설치되어 있는 가동 접점 어셈블리; 및 상기 전자 블록, 상기 고정 접점 단자 및 상기 가동 접점 어셈블리를 유지하는 베이스 블록;을 커버 내에 수납한 릴레이 장치는, 고정 접점과 고정 접점 단자 간의 접합면을 기준으로 상기 커버 내의 전체 공간을 두 부분으로 나누어지고, 상기 접합면을 기준으로 상기 전자 블록을 포함하는 부분은 제 1 공간으로 정의하고, 나머지 부분은 제 2 공간으로 정의하며, 상기 커버의 내측 전체 부피(Vt) 중에서 상기 제 2 공간이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)은, 19% 내지 27%이다.
일 실시예에서, 상기 제 2 공간의 부피(Ve)에 대한 상기 제 2 공간을 차지하는 부품들의 부피 합(Vr)의 비율(Vr/Ve)은, 21% 내지 42%이다.
일 실시예에서, 상기 커버 내의 전체 공간을 두 부분으로 나누는 기준인 고정 접점은, 상기 전자기력에 의해 상기 가동 접점 어셈블리의 일부가 흡인될 때 가동 접점과 접촉하는 고정 접점이다.
다른 실시예에 따른, 코일을 통해 선택적으로 전자기력을 발생하는 전자 블록; 각각 고정 접점이 설치되는 두 개의 고정 접점 단자; 상기 전자기력에 의해 요동하여 상기 고정 접점과 접촉하거나 개리되는 가동 접점이 선단부에 설치되어 있는 가동 접점 스프링; 및 상기 전자 블록 및 상기 고정 접점 단자를 유지하는 베이스 블록을 커버 내에 수납한 릴레이 장치는, 고정 접점과 고정 접점 단자 간의 접합면을 기준으로 상기 커버 내의 전체 공간을 두 부분으로 나누어지고, 상기 접합면을 기준으로 상기 전자 블록을 포함하는 부분은 제 1 공간으로 정의하고, 나머지 부분은 제 2 공간으로 정의하며, 상기 제 2 공간의 부피(Ve)에 대한 상기 제 2 공간을 차지하는 부품들의 부피 합(Vr)의 비율(Vr/Ve)은, 21% 내지 42%이다.
다른 실시예에서, 상기 커버 내의 전체 공간을 두 부분으로 나누는 기준인 고정 접점은, 상기 전자기력에 의해 상기 가동 접점 어셈블리의 일부가 흡인될 때 가동 접점과 접촉하는 고정 접점이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 릴레이 장치의 내부 공간의 최적화된 부피 비율을 정의함으로써, 릴레이 장치의 전자 블록의 코일에서 발생하는 열을 효과적으로 소거하면서 동시에 소형화 및 경제성을 달성할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 릴레이 장치의 접점들이 위치하는 내부 공간의 빈 공간 및 부품 간의 최적화된 부피 비율을 정의함으로써, 릴레이 장치의 코일 또는 접점에서 발생하는 열을 효과적으로 소거하면서 동시에 소형화 및 경제성을 달성할 수 있다.
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 1의 릴레이 장치의 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명에서 릴레이 장치에 대해 정의하는 공간 및 부피 비율을 설명하는 개략적인 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 릴레이 장치의 커버의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)에 따른 성능 결과를 나타낸 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 릴레이 장치의 제 2 공간의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)에 따른 성능 결과를 나타낸 도면이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 릴레이 장치의 제 2 공간의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)에 따른 성능 결과를 나타낸 도면이다.
도 8은 접점 손상이 A 상태인 릴레이 장치의 열 해석 결과를 나타낸 도면이다.
도 9는 접점 손상이 B 상태인 릴레이 장치의 열 해석 결과를 나타낸 도면이다.
도 10은 접점 손상이 C 상태인 릴레이 장치의 열 해석 결과를 나타낸 도면이다.
도 11은 접점 손상이 D 상태인 릴레이 장치의 열 해석 결과를 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 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(14a, 14b)을 갖는 가동 접점 어셈블리(1)와, 고정 접점(22a, 23a)을 각각 갖는 2개의 고정 접점 단자(22, 23)와, 코일을 갖고 그 코일에 흐르는 전류에 의해 전자기력을 발생하는 전자 블록(3)과, 이들을 유지하는 베이스 블록(2)으로 구성되어 있다.
가동 접점 어셈블리(1)는, 상기 전자 블록(3)에 의해 요동하는 가동 접점 스프링(14)과, 그 가동 접점 스프링(14)의 일단에 설치된 가동 접점(14a, 14b)과, 상기 가동 접점 스프링(14)의 타단에 설치된 가동 접점 단자(14c, 14d)와, 상기 가동 접점 스프링(14)의 내측에 설치된 판 형상의 아마추어(14e)를 포함한다.
가동 접점 스프링(14)은 탄성 변형 가능하게 대략 L자 형상으로 절곡 형성된 전도성을 갖는 띠판 부재이다. 가동 접점 스프링(14)은 상기 가동 접점 단자(14c, 14d)로부터 연장된 선단 부분이 두 갈래로 갈라진 형상을 갖고 그 두 갈래로 갈라진 형상의 2개의 선단부에 각각 가동 접점(14a, 14b)이 설치된다.
가동 접점 스프링(14)은 그 한 변의 중간 영역의 내측에 자력에 의해 흡인되는 판 형상의 아마추어(14e)가 고정되어 있다. 아마추어(14e)가 전자 블록(3)의 코일 어셈블리(31)의 바로 위에 위치하도록 가동 접점 스프링(14)은 요크(32)의 상승면의 배면에 고정되어 있다. 아마추어(14e)는 상술한 바와 같이 판 형상인데 고정 접점 단자(22, 23) 방향의 일변에 걸림부(14f)가 돌출되어 있다. 이 걸림부(14f)는 상기 가동 접점 스프링(14)의 상기 두 갈래의 선단부의 틈 방향으로 돌출되어 있다. 걸림부(14f)는 전자 블럭(3)의 상부 플랜지부(34)에 형성된 스토퍼(34a)에 인입되고 가동 접점(14a, 14b)의 개리시 상기 스토퍼(34a)에 걸려 가동 접점 스프링(14)의 진동 및 소음 발생을 억제한다.
고정 접점 단자(22, 23)는 상기 2개의 가동 접점(14a, 14b)의 요동 방향에 설치된다. 고정 접점 단자(22, 23)는 판 형상의 부재로 구성되고 그 선단부가 대략 L자 형상으로 절곡된 형상을 가지며 그 절곡된 선단부에 고정 접점(22a, 23a)이 각각 설치된다. 고정 접점 단자(22, 23)의 일단은 베이스 블록(2)에 삽입되고 타단인 상기 선단부에는 고정 접점(22a, 23a)이 가동 접점(14a, 14b)과 맞닿도록 배치되어 설치되어 있다. 고정 접점 단자(22, 23)는 2개로 구성되어 있고, 각 고정 접점 단자(22, 23)의 각 타단에 고정 접점(22a, 23a)이 배치되어 있다.
베이스 블록(2)은 절연 부재로서 몰드 성형에 의해 형성되어 있으며 상부가 개방된 대략 육면체 형상을 갖고 릴레이 장치의 부품들이 내측에 안착된다. 즉, 전자 블록(3)이 베이스 블록(2)의 개방면으로 삽입되어 놓이고, 고정 접점 단자(22, 23), 가동 접점 단자(14c, 14d) 그리고 코일 단자(36, 37)가 베이스 블록(2)의 개방면으로 삽입된 후 관통하여 외부로 노출된다.
전자 블록(3)은, 코일 어셈블리(31), 요크(32), 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 코일 보빈의 하측의 플랜지부(35)의 측면에 끼워 넣어진 한 쌍의 코일 단자(36, 37)에 연결된다. 요크(32)는, 대략 직각을 형성하는 2면, 즉 L자 형상으로 형성되고, 하면이 베이스 블록(2)에 평행하게 설치된다. 요크(32)의 하면에는 코어(33)와 걸어 맞춰지는 구멍(32a)이 형성되어 있다. 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 올려지고 코일 보빈의 구멍 및 상기 하면에 형성된 구멍(32a)에 코어(33)가 삽입 통과된다. 따라서, 코일 어셈블리(31), 요크(32), 코어(33), 플랜지부(34, 35)는 일체가 되도록 코킹 접합되어 있다.
이와 같이 구성된 전자 블록(3)은, 한 쌍의 코일 단자(36, 37)에 전압을 인가하면 전자 블록(3)에 전자기력이 발생하고 위쪽에 위치한 아마추어(14e)가 흡인되어 가동 접점(14a, 14b)이 아래쪽으로 요동하고, 전압을 끊는 경우 가동 접점 스프링(14)의 스프링 작용에 의해 가동 접점(14a, 14b)이 위쪽으로 개리된다.
커버(200)는, 베이스 블록(2)과 대략 동일 치수의 헐겁게 끼움 가능한 개구부를 가진 밀폐성을 갖는 상자 형상을 나타내고, 열강화성 수지 부재를 통하여 개구부의 내면이 베이스 블록(2)의 둘레 가장 자리부에 시일링되어 덮여져 있다.
이상과 같이 구성된 본 실시예에 있어서의 릴레이 장치는, 한 쌍의 코일 단자(36, 37)에 통전하기 전에는 아마추어(14e)의 걸림부(14f)가 스토퍼(34a)에 걸려있는 상태로 유지되고 따라서 가동 접점(14a, 14b)은 아래쪽의 고정 접점(22a, 23a)과는 개리 상태를 유지한다. 그리고, 한 쌍의 코일 단자(31g)에 통전함으로써, 아마추어(14e)가 전자력에 의해 코어(33)에 흡인되어, 가동 접점(14a, 14b)이 아래쪽의 고정 접점(22a, 23a)에 가압한 상태로 맞닿아 양쪽 접점이 닫힌다.
이상의 실시예의 릴레이 장치에서 첫 번째 발열 부위는 전자 블록(3)의 코일 어셈블리(31)이고, 두 번째 발열 부위는 고정 접점(22a, 23a)과 가동 접점(14a, 14b)의 접촉면이다. 한 쌍의 코일 단자(36, 37)에 통전을 하면, 코일 어셈블리(31)의 코일 보빈에 감긴 코일에서 열이 발생한다. 따라서 코일에서 발생하는 열을 소거하기 위한 공간이 필요하고, 또한 고정 접점(22a, 23a)과 가동 접점(14a, 14b)의 접촉면에서 발생하는 열을 소거하기 위한 공간이 필요하다. 이하에서는 이러한 공간을 도 3 및 도 4를 참조하여 정의한다.
도 3은 도 1의 릴레이 장치의 부분 단면도로서, 릴레이 장치의 본체(100)의 측면을 나타낸다. 도 3을 참조하면, 고정 접점(22a, 23a)과 고정 접점 단자(22, 23) 간의 접합면(510)을 기준으로 상기 커버(200) 내의 전체 공간을 두 부분으로 나눈다. 먼저, 상기 접합면(510)을 기준으로 하측 공간, 즉 전자 블록(3)을 포함하는 공간을 제 1 공간(410)으로 정의하고, 나머지 부분, 즉 상기 접합면을 기준으로 상측 공간을 제 2 공간(420)으로 정의한다. 이때 커버(200)의 내측 전체 부피를 Vt라 하고 제 2 공간(420)의 부피를 Ve라 하며, 제 2 공간(420)에서 부품들의 부피합을 Vr이라 한다.
릴레이 장치에서 첫 번째 발열 부위는 전자 블록(3)의 코일 어셈블리(31)로서, 구체적으로 코일 어셈블리(31)의 코일 보빈에 감긴 코일에서 주로 열이 발생한다. 따라서, 릴레이 장치의 제 1 공간(410) 내에서 발생한 열을 복사 작용과 대류 작용으로 소거하기 위해 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)은 적절하게 유지되어야 한다. 제 1 공간(410) 내에 위치하는 코일에서 발생하는 열은 상대적으로 빈 공간이 많은 제 2 공간(420)으로 복사 및 대류 작용에 의해 순환하기 때문이다. 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)이 작을 경우 열이 순환할 공간이 줄어들게 되어 성능에 악영향을 준다. 반면 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)을 크게 할 경우, 열을 소거하는 효율은 높아지지만, 제품 크기 및 단가가 증가하여 제품 경쟁력이 약화된다. 바람직하게, 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)은 19% 내지 27%이다. 이때 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)를 산출할 때, 커버(200) 내측에 부착되는 리브(lib)는 제외하여 산출한다. 즉 리브(lib)가 없는 상태를 가정하고 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)를 산출한다. 리브(lib)는 후술하는 바와 같이 제 2 공간(420)에서 부품들의 부피 합(Vr)을 산출할 때 부품으로 고려된다.
또한, 릴레이 장치에서 두 번째 발열 부위는, 고정 접점(22a, 23a)과 가동 접점(14a, 14b)의 사이이다. 따라서 상기 제 2 공간(420)의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)이 커져 빈 공간이 부족하게 되면, 고정 접점(22a, 23a)과 가동 접점(14a, 14b)의 개리시에 발생하는 아크로 인해 발생하는 열이 복사나 대류에 의해 순환할 공간이 줄어들게 된다. 아울러, 상기 첫 번째 발열 부위, 즉 코일 어셈블리(31)의 코일에서 발생하는 열도 제 2 공간(420)의 빈 공간을 순환해야 하는데, 제 2 공간(420)의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)이 커져 빈 공간이 부족하게 되면, 접점 사이의 열에 추가적으로 코일에서 발행하는 열이 더해져 릴레이 장치의 성능에 악영향을 준다. 반면, 커버(200)의 사이즈를 늘려 상기 제 2 공간(420)의 부피(Ve)를 증가시키는 것에 의해 제 2 공간(420)의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)을 작게 하여 빈 공간이 많아지게 할 경우에는, 제품 사이즈 및 단가가 증가하여 제품 경쟁력이 약화된다. 따라서, 바람직하게, 제 2 공간(420)의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)은 21% 내지 42%이다. 이때 제 2 공간(420)을 차지하는 부품에는 대표적으로 가동 접점 어셈블리(1)의 일부와, 고정 접점(22a, 23a)과, 전자 블럭(3)의 상부 플랜지부(34)에 형성된 스토퍼(34a)와, 커버(200) 내측에 형성되는 리브를 포함한다.
한편, 릴레이 장치에서 제 2 공간(420)의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)이 21% 내지 42%일 때는, 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)이 19% 내지 27%를 벗어나더라도, 릴레이 장치로서의 기능을 정상적으로 동작하고, 접점의 손상도 미미하다. 즉, 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)이 19% 내지 27%를 벗어나더라도, 제 2 공간(420)의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)이 21% 내지 42%일 때, 릴레이 장치는 본연의 기능을 정상적으로 동작하고 접점의 손상도 미미하다. 이에 대해서는 실험예로 후술하도록 한다.
도 4는 본 발명에서 릴레이 장치에 대해 정의하는 공간 및 부피 비율을 설명하는 개략적인 도면이다. 도 4에서 Vt는 릴레이 장치의 커버(200)의 내측 전체 부피를 나타낸다. 커버(200)는 일반적으로 플라스틱 수지를 이용하여 사출 성형하여 제조되고, 이때 커버(200)의 내측 표면에는 리브가 함께 성형된다. 이러한 리브는 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 고려되지 않고, 부품으로서 고려된다. 도 4에서 Vr1은 제 2 공간(420)에 존재하는 리브의 부피이다. 전술한 바와 같이, 릴레이 장치의 커버(200)의 내측 전체 공간은 고정 접점(22a, 23a)과 고정 접점 단자(22, 23) 간의 접합면을 기준으로 제 1 공간(410)과 제 2 공간(420)으로 나누어진다. 도 4에서 참조번호 510은 제 1 공간(410)과 제 2 공간(420)을 나누는 기준선을 나타낸다. 즉 고정 접점(22a, 23a)과 고정 접점 단자(22, 23) 간의 접합면을 포함하는 평면이 제 1 공간(410)과 제 2 공간(420)을 나누는 기준이 된다. 제 2 공간(420)의 부피는 도 4에 도시된 바와 같이 Ve이다. 그리고 도 4에 도시된 바와 같이, 제 2 공간(420)에 4개의 부품이 있다면, 제 2 공간(420)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)는, 그 4개의 부품들의 부피 합(Vr1+Vr2+Vr3+Vr4)이다.
이상의 실시예의 릴레이 장치는 기본적인 구성만을 나타낸다. 변형 실시예로서, 릴레이 장치는, 제 2 공간(420)에 아크 소호 부재를 더 포함할 수 있다. 아크 소호 부재는, 영구 자석 및 이들을 수용하는 프레임을 포함한다. 구체적으로, 각 고정 접점(22a, 23a)의 양 측에 서로 마주보게 영구 자석을 설치하면, 고정 접점(22a, 23a)과 가동 접점(14a, 14b) 간의 접촉 및 개리 과정에서 발생하는 아크를 소호할 수 있다. 이와 같이 릴레이 장치는 제품 설계 방식에 따라 제 2 공간(420)에 다양한 부품들을 추가하거나 뺄 수 있고 이러한 부품들의 부피를 고려하여 상술한 바와 같은 제 2 공간(420)의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)을 조절할 수 있다. 제 2 공간(420)의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)은, 커버(200)의 크기를 조절하여 조절할 수 있다. 또한, 상술한 실시예의 릴레이 장치는 외팔보(Cantilever) 타입을 기준으로 설명하고 있으나, 이와 다른 타입의 릴레이 장치인 래터(Ladder) 타입 릴레이 장치 등에도 동일한 원리가 적용됨은 물론이다.
이하에서는 도 1을 참조하여 설명한 릴레이 장치의 부피 비율에 따른 성능 실험 결과를 설명한다.
샘플 제작
먼저, 릴레이 장치의 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)에 따른 성능을 실험하기 위해, 도 1을 참조하여 설명한 구조의 릴레이 장치를 준비한다. 이때 제 2 공간(420)에 있는 부품들에 의한 성능 영향을 최소화하기 위해, 제 2 공간(420)의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)은 21.5%가 되도록 한다. 그리고 릴레이 장치의 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)이 16%부터 34%까지 0.5% 포인트씩 증가된 총 37개의 릴레이 장치를 준비한다. 이러한 37개의 릴레이 장치의 성능 실험 데이터는 도 5에 도시된 바와 같다. 도 5에서 Vt는 커버(200)의 내측 전체 부피이고, Ve는 제 2 공간(420)의 부피이다.
다음으로, 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)이 23%가 되도록 한 상태에서, 제 2 공간(420)의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)이 16%부터 45.5%까지 0.5% 포인트씩 증가된 총 60개의 릴레이 장치를 준비한다. 이러한 60개의 릴레이 장치의 성능 실험 데이터는 도 6에 도시된 바와 같다. 도 6에서 Ve는 제 2 공간(420)의 부피이고 Vr은 제 2 공간(420)의 부품들의 부피 합이다.
마지막으로, 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)이 18%가 되도록 한 상태에서, 제 2 공간(420)의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율이 16%부터 45.5%까지 0.5% 포인트씩 증가된 총 60개의 릴레이 장치를 준비한다. 이러한 60개의 릴레이 장치의 성능 실험 데이터는 도 7에 도시된 바와 같다. 도 7에서 Ve는 제 2 공간(420)의 부피이고 Vr은 제 2 공간(420)의 부품들의 부피 합이다.
성능 측정
위와 같이 다수 개의 릴레이 장치의 샘플을 준비한 후, 전압은 12V, 전류는 17A로 하여 통전을 하고, 2초 단위로 ON/OFF를 100,000회 실시한다. 부하는 램프 부하를 이용한다. 성능은 릴레이 장치가 통전되는지 여부, 접점의 소손 상태, 그리고 접점의 접촉 저항을 측정한다. 접점의 소손 상태는, A/B/C/D의 총 4가지로 구분한다. A 상태는, 접점 탄화 자국이 미미하고 접점 부분 및 이외의 부품들의 온도 차이가 미미한 상태이다. 도 8은 A 상태의 릴레이 장치의 열 해석 결과를 나타낸 도면이다. B 상태는, 접점 탄화 자국이 미미하지만 접점 부분에만 온도가 증가한 상태이다. 도 9는 B 상태의 릴레이 장치의 열 해석 결과를 나타낸 도면이다. C 상태는 접점 탄화 자국이 현미경으로 식별 가능하고 접점 부분 및 인접 부분까지 온도가 증가한 상태이다. 도 10은 C 상태의 릴레이 장치의 열 해석 결과를 나타낸 도면이다. D 상태는 접점 탄화 자국이 육안상 식별 가능하고 접점 부분, 가동 접점 스프링(14) 및 고정 접점 단자(22, 23)의 대부분이 온도가 증가한 상태이다. 도 11은 D 상태의 릴레이 장치의 열 해석 결과를 나타낸 도면이다. 도 8 내지 도 11에서 범례의 단위는 ℃이다.
도 5는 일 실시예에 따른 릴레이 장치의 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)에 따른 성능 결과를 나타낸 도면으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 릴레이 장치의 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)이 19% 내지 27%(샘플 7 ~ 샘플 23)일 때, 릴레이 장치의 통전이 가능하면서 접점 손상은 최상의 상태인 A 상태가 된다. 그러나 릴레이 장치의 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)이 19% 미만(샘플 1 ~ 샘플 6)이 되면, 코일 어셈블리(31)의 코일에서 발생하는 열이 제 2 공간(420)을 통해 충분히 소거되지 않고, 접점 소손은 B 상태 및 C 상태가 된다. 한편, 릴레이 장치의 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt))이 27%를 초과(샘플 24 ~ 샘플 37)하게 되면, 코일에서 발생하는 열을 충분히 소거할 수 있지만, 그만큼 커버(200)의 크기가 커지게 되어 제품 사이즈 및 단가가 상승하여 제품 경쟁력이 약화된다. 따라서, 릴레이 장치의 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)은 19% 내지 27%인 것이 바람직한 것을 알 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 릴레이 장치의 제 2 공간(420)의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)에 따른 성능 결과를 나타낸 도면으로, 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)이 23%가 되도록 한 상태에서, 제 2 공간(420)의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)을 달리하여 성능을 실험한 결과이다. 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)이 23%인 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 릴레이 장치의 통전이 가능하고 접점 손상은 최상의 상태인 A 상태이다. 그러나, 도 6을 참조하면, 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)이 23%라도, 제 2 공간(420)의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)이 42%를 초과(샘플 54 ~ 샘플 60)하게 되면, 릴레이 장치의 통전은 가능하나 접점 손상은 B 상태가 되고, 아울러 접촉 저항도 26.8mΩ 이상이 된다. 반면, 제 2 공간(420)의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)이 42% 이하(샘플 11~ 샘플 53)가 되면, 릴레이 장치의 통전은 가능하면서 접점 손상은 A 상태가 되고, 아울러 접촉 저항도 최대 13.2mΩ으로 접촉 저항도 대폭 줄어든다. 한편, 제 2 공간(420)의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)이 21% 미만(샘플 1 ~ 샘플 10)이 되면, 접점 손상이 A 상태라 해도 그만큼 커버(200)의 크기가 커지게 되어 제품 사이즈 및 단가가 증가하게 되어 제품 경쟁력이 약화된다. 따라서, 릴레이 장치의 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)이 19% 내지 27%이면서, 제 2 공간(420)의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)이 21% 내지 42%인 것이 가장 바람직하다.
도 7은 다른 실시예에 따른 릴레이 장치의 제 2 공간(420)의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)에 따른 성능 결과를 나타낸 도면으로, 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)이 18%가 되도록 한 상태에서, 제 2 공간(420)의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)을 달리하여 성능을 실험한 결과이다. 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)이 18%인 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 릴레이 장치의 통전이 가능하고 접점 손상은 B 상태이다. 그러나, 도 7을 참조하면, 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)이 18%라도, 제 2 공간(420)의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)이 42%를 초과(샘플 54 ~ 샘플 60)하게 되면, 릴레이 장치의 통전은 불가능하고 접점 손상은 D 상태가 된다. 즉 접점 탄화 자국이 육안상 식별 가능할 정도로 탄화 가루가 다량 발생하여 통전 자체가 안 되어 동작하지 않는다. 그만큼 제 2 공간(420)에서 부품들이 차지하는 공간이 많아져 열이 순환할 공간이 없어졌기 때문이다. 한편, 제 2 공간(420)의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)이 21% 미만(샘플 1 ~ 샘플 10)이 되면, 통전이 가능하고 접점 손상이 B 상태라 해도 그만큼 커버(200)의 크기가 커지게 되어 제품 사이즈 및 단가가 증가하게 되어 제품 경쟁력이 약화된다. 따라서, 릴레이 장치의 커버(200)의 내측 전체 부피(Vt)에서 제 2 공간(420)이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)에 상관없이, 제 2 공간(420)의 부피(Ve)에서 부품들이 차지하는 부피(Vr)의 비율(Vr/Ve)은 최소한 21% 내지 42%인 것(샘플 11 ~ 샘플 53)이 바람직하다.
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.

Claims (5)

  1. 코일을 통해 선택적으로 전자기력을 발생하는 전자 블록; 각각 고정 접점이 설치되는 두 개의 고정 접점 단자; 상기 전자기력에 의해 요동하여 상기 고정 접점과 접촉하거나 개리되는 가동 접점이 선단부에 설치되어 있는 가동 접점 어셈블리; 및 상기 전자 블록, 상기 고정 접점 단자 및 상기 가동 접점 어셈블리를 유지하는 베이스 블록;을 커버 내에 수납한 릴레이 장치에 있어서,
    고정 접점과 고정 접점 단자 간의 접합면을 기준으로 상기 커버 내의 전체 공간은 두 부분으로 나누어지고, 상기 접합면을 기준으로 상기 전자 블록을 포함하는 부분은 제 1 공간으로 정의하고, 나머지 부분은 제 2 공간으로 정의하며,
    상기 커버의 내측 전체 부피(Vt) 중에서 상기 제 2 공간이 차지하는 부피(Ve)의 비율(Ve/Vt)은, 19% 내지 27%인 릴레이 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 공간의 부피(Ve)에 대한 상기 제 2 공간을 차지하는 부품들의 부피 합(Vr)의 비율(Vr/Ve)은, 21% 내지 42%인 릴레이 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 커버 내의 전체 공간을 두 부분으로 나누는 기준인 고정 접점은,
    상기 전자기력에 의해 상기 가동 접점 어셈블리의 일부가 흡인될 때 가동 접점과 접촉하는 고정 접점인 릴레이 장치.
  4. 코일을 통해 선택적으로 전자기력을 발생하는 전자 블록; 각각 고정 접점이 설치되는 두 개의 고정 접점 단자; 상기 전자기력에 의해 요동하여 상기 고정 접점과 접촉하거나 개리되는 가동 접점이 선단부에 설치되어 있는 가동 접점 어셈블리; 및 상기 전자 블록, 상기 고정 접점 단자 및 상기 가동 접점 어셈블리를 유지하는 베이스 블록;을 커버 내에 수납한 릴레이 장치에 있어서,
    고정 접점과 고정 접점 단자 간의 접합면을 기준으로 상기 커버 내의 전체 공간은 두 부분으로 나누어지고, 상기 접합면을 기준으로 상기 전자 블록을 포함하는 부분은 제 1 공간으로 정의하고, 나머지 부분은 제 2 공간으로 정의하며,
    상기 제 2 공간의 부피(Ve)에 대한 상기 제 2 공간을 차지하는 부품들의 부피 합(Vr)의 비율(Vr/Ve)은, 21% 내지 42%인 릴레이 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 커버 내의 전체 공간을 두 부분으로 나누는 기준인 고정 접점은,
    상기 전자기력에 의해 상기 가동 접점 어셈블리의 일부가 흡인될 때 가동 접점과 접촉하는 고정 접점인 릴레이 장치.
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