KR101422394B1

KR101422394B1 - 전자 개폐 장치

Info

Publication number: KR101422394B1
Application number: KR1020130017221A
Authority: KR
Inventors: 이상진
Original assignee: 엘에스산전 주식회사
Priority date: 2013-02-18
Filing date: 2013-02-18
Publication date: 2014-07-22
Also published as: EP2768001B1; US9330873B2; CN103996572A; ES2604814T3; CN103996572B; JP2014157810A; US20140232493A1; EP2768001A1; JP5763728B2

Abstract

본 발명에 의한 전자 개폐 장치는, 하우징과; 상기 하우징 내측에 구비되는 고정 접점과; 상기 고정 접점의 하방에 위치하며 상기 고정 접점과 접촉 및 이격을 반복하는 가동 접점과; 상기 가동 접점이 결합되는 샤프트와; 상기 샤프트를 상시 하방으로 가압하는 리턴 스프링과; 상기 샤프트에 결합되는 가동 코어를 포함하며, 상기 샤프트는 하방을 향하는 가압면을 구비하고, 상기 가동 코어는 상기 가압면에 상단이 접하도록 배치되어, 상기 가동 코어 및 샤프트의 상승시에는 상기 가동 코어가 상기 가압면을 가압하여 밀어 올리고, 상기 가동 코어 및 샤프트의 하강시에는 상기 가압면이 상기 가동 코어를 가압하여 하방으로 밀어 내리는 것을 특징으로 한다.

Description

전자 개폐 장치{ELECTRO MAGNETIC SWITCHING DEVICE}

본 발명은 전자 개폐 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 가동부의 구조를 개선하여 내구성을 향상시킨 전자 개폐 장치에 관한 것이다.

전자 개폐 장치는 전기적인 중계작용을 하는 전동식 스위치 장치로서, 일반적으로 작은 입력 전류의 변화에 의하여 주회로를 통전하거나 차단하는 접속 변환 장치를 말한다. 전자 개폐 장치에서는, 기력에 의해 접점이 움직여 의 개폐 조작이 가능하게 된다.

도1은 종래의 전자 개폐 장치의 일부를 도시한 단면도이다.

요크(4) 내측에 중공의 고정 코어(5) 및 가동 코어(7)가 상하로 이격되어 배치되며, 두 부재는 그 사이에 위치하는 리턴 스프링(8)에 의해 서로 반대방향으로 가압된다.

상기 고정 코어(5) 및 가동 코어 (7)의 중앙에는 샤프트(6)가 삽입된다. 이때, 상기 샤프트(6)와 가동 코어(7)의 결합은, 샤프트(6)의 하단과 가동 코어(7)의 하단 사이의 용접에 의해 이루어진다. 도1에는 용접되는 부위가 따로 표시되어 있다.

그리고 상기 고정 코어(5)와 가동 코어(7)의 외측은 코일(9)에 의해 둘러 쌓인다.

한편, 요크(4) 상측에서 샤프트(6)의 상단 근방에는 가동 접점(2)이 결합된다. 그리고, 가동 접점(2)의 상부에는 고정 접점(1)이 이격 되어 위치한다.

또한, 상기 가동 접점(2)은 접압 스프링(3)에 의해 상부로 가압되어 가동 접점(2)이 일정 이상의 압력으로 상기 고정 접점(1)과 접촉 할 수 있게 된다.

이러한 구성 하에서, 코일(9)에 전류가 인가되면, 가동 코어(7)가 상방으로 이동하고, 그에 따라 가동 코어(7)와 결합된 샤프트(6)가 상방으로 이동하며, 샤프트(6)와 결합된 가동 접점(2)이 고정 접점(1)과 접촉하게 된다.

가동 접점(2)과 고정 접점(1)의 접촉에 의해 샤프트(6)의 상승은 1차로 제한되나, 가동 코어(7)에 작용하는 상승력은 가동 접점(2)과 고정 접점(1)이 접촉하는 순간에도 여전히 잔류하며, 이 힘은 리턴 스프링(8)에 의해 일부 흡수되고, 최종적으로 고정 코어(5)와 가동 코어(7)의 충돌에 의해, 샤프트(6) 및 가동 코어(7)의 상승이 종료하게 된다.

이 과정에서, 이 리턴 스프링(8)에 의한 반발력 및 고정 코어(5)와 가동 코어(7)의 충돌에 의한 충격이, 가동 코어(7)와 샤프트(6)의 용접 부위에 가해진다.

이러한 과정이 계속 하여 반복되면, 제품의 기대 수명 보다 빨리 용접 부위에 파손이 발생할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 반복 작동에도 파손의 우려가 없어 내구성을 향상시킬 수 있는 전자 개폐 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 샤프트는 상대적으로 큰 외경을 갖는 대경부와, 상기 대경부의 하부에 위치하며 상대적으로 작은 외경을 갖는 소경부를 포함하고, 상기 가압면은 상기 대경부와 상기 소경부의 경계에 형성되는 단차면일 수 있다.

상기 샤프트의 상부에는 상부를 향해 개구된 리턴 스프링 수용부가 구비되며, 상기 리턴 스프링은 상리 리턴 스프링 수용부에 하단이 수용되어 상기 샤프트를 상시 하방으로 가압할 수 있다.

상기 샤프트 내부의 중공 영역에는 접압 스프링 수용부가 형성되며, 상기 접압 스프링 수용부에는 접압 스프링이 수용되어 상기 가동 접점을 상방으로 가압할 수 있다.

상기 접압 스프링 수용부에는 상하 방향으로 연장되는 절개부가 구비될 수 있다.

상기 가동 접점은 상기 절개부에서 상하로 왕복 이동 가능한 가동 접촉자에 구비될 수 있다.

상기 하우징 내측의 상부에 구비되는 상단 고정부를 더 포함하며, 상기 상단 고정부에는 상기 샤프트와 접하여 상기 샤프트의 상승을 제한하는 상승 제한부가 구비될 수 있다.

상기 상단 고정부에는 리턴 스프링 결합부가 구비되며, 상기 상승 제한부는 상기 리턴 스프링 결합부 외측에서 하방을 향하며 수평으로 연장되는 평면일 수 있다.

상기 상승 제한부의 외측에는 하방으로 연장되는 가이드부가 구비될 수 있다.

상기 고정 코어의 외측에 구비되는 보빈을 더 포함하며, 상기 보빈은 내측의 중공부를 향해 돌출되는 돌출부를 구비하고, 상기 고정 코어는 상기 돌출부의 상부에 위치할 수 있다.

상기 돌출부의 내측 단부는 상기 고정 코어의 내측면보다 더 내측에 위치할하는 수 있다.

본 발명에 의하면, 가동 코어와 샤프트 사이에서 용접이 불필요해지며, 샤프트와 가동 코어의 반복적인 상하 운동에도 부품의 파손 위험이 줄어들어 내구성이 향상된다.

도1은 종래 전자 개폐 장치의 일부를 도시한 단면도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 의한 전자 개폐 장치에서 가동부가 상승한 모습을 도시한 단면도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 의한 전자 개폐 장치에서 가동부가 하강한 모습을 도시한 단면도이다.
도4는 가동부 만을 따로 도시한 사시도이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 의한 전자 개폐 장치의 일 실시예를 상세히 설명한다.

본 실시예에 의한 전자 개폐 장치는, 하우징(10)과, 상기 하우징(10)의 내측 상부에 위치하는 상부 어셈블리(100)와, 상기 하우징(10)의 내측 하부에 위치하는 하부 어셈블리(200, 300)를 포함한다.

상기 하우징(10)은 본 실시예에 의한 전자 개폐 장치의 최 외곽을 둘러싸는 구성으로, 그 내부에 상부 어셈블리(100)와 하부 어셈블리(200, 300)를 수용한다.

이하 상기 상부 어셈블리(100)를 이루는 각각의 구성을 먼저 설명한 후, 상기 하부 어셈블리(200, 300)를 이루는 각각에 구성을 설명한다.

상기 상부 어셈블리는 상단 고정부(110), 고정 접점(120) 및 리턴 스프링(130)을 포함한다.

상기 상단 고정부(110)는 리턴 스프링 결합부(111)와, 리턴 스프링 결합 돌기(112)와, 가이드부(113)와, 중간부 (114)를 포함하여 구성된다.

상기 리턴 스프링 결합부(111)는 하방을 향해 개구되는 대략 원통형의 홈 형상을 갖는다. 따라서 상기 스프링 결합부의 중앙에는 하방으로 돌출된 대략 원통 형상의 리턴 스프링 결합 돌기(112)가 구비된다.

후술하는 리턴 스프링(130)의 상단은 이 리턴 스프링 결합 돌기(112) 외측에 끼워지는데, 이는 다시 말하면, 대략 원통형의 홈 형상을 갖는 리턴 스프링 결합부(111)에 리턴 스프링(130)의 상단이 끼워지는 것이 된다.

상기 리턴 스프링 결합부(111)의 외측에는 하방을 향해 연장되는 가이드부(113)가 구비된다. 상기 가이드부(113)는 후술하는 샤프트(310)의 상단을 수용하며, 샤프트(310)의 상단이 내부에서 상하로 슬라이딩 할 수 있도록, 상기 샤프트의 상단에 대응되는 형상을 갖는다.

한편, 상기 가이드부(113)와 리턴 스프링 결합부(111) 사이에는 하방을 향하는 평면인 중간부(114)가 구비된다. 상기 중간부(114)는, 상승하는 샤프트(310)의 상단과 접하여, 샤프트(310)가 더 이상 상승하지 못하도록 하는 상승 제한부의 역할을 한다. 본 실시예에서 상승 제한부란 상기 샤프트(310)와 접하여 상기 샤프트(310)가 더 이상 상승하지 못하도록 하는 구성을 의미한다.

따라서, 상기 리턴 스프링 결합 돌기(112)가 하방으로 더 길게 연장되어, 샤프트의 상단이 중간부(114)에 접하기 전에, 상기 리턴 스프링 결합 돌기(112)의 하단이 상기 샤프트(310)의 리턴 스프링 수용부(314) 저면에 먼저 접하는 경우, 리턴 스프링 결합 돌기(112)가 상승 제한부가 될 수 있다.

상기 상단 고정부(110)의 외측에는 고정 접점(120)이 위치한다. 상기 고정 접점(120)은 통전 가능한 도전성 소재로 이루어진다.

리턴 스프링(130)은 상단이 전술한 바와 같이 리턴 스프링 결합부(111)에 끼워져 결합되며, 하단은 후술하는 샤프트(310) 내측의 리턴 스프링 수용부(314)에 의해 지지되어, 상기 샤프트(310)를 상시 하방으로 가압하는 역할을 한다.

이하, 상기 상부 어셈블리의 아래쪽에 배치되는 하부 어셈블리(200, 300)의 구성을 설명한다.

상기 하부 어셈블리(200, 300)는, 외부로부터 인가되는 전류에 의해 구동력을 제공하는 구동부(200)와, 상기 구동부로부터의 구동력에 의해 상하로 이동하는 가동부(300)를 포함한다.

먼저, 구동부(200)의 구성을 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 구동부 (200) 는, 요크(210)와, 요크(210) 내부에 설치되는 보빈(220)과, 상기 보빈(220)에 감기는 코일(230)과, 상기 보빈(220)의 내주면에 결합되는 고정 코어(240)를 포함한다.

상기 요크(210)는 하우징(10) 내측에 수용되며, 상기 요크(210) 내측에 보빈(220)이 위치한다.

상기 보빈(220)은 코일(230)이 권취되는 부분으로, 중앙 부분이 대략 중공의 원통 형상을 가지며, 상하 방향 중간 일지점으로부터 내측의 중공 부분을 향해 돌출되는 돌출부(221)를 포함한다.

상기 보빈(220)의 외측에는 전술한 바와 같이 코일(230)이 권취되는데, 코일(230)은 전기적 신호에 의한 자기력을 발생시켜 가동부(300)를 상승시키는 구동력을 생성하는 기능을 한다.

상기 보빈(220)의 내측에는 고정 코어(240)가 결합된다. 상기 고정 코어(240)는 대략 중공의 원통 형상을 가지며, 돌출부(221)를 중심으로 상, 하부에 각각 구비된다. 따라서 돌출부(221)의 상부에 위치하는 고정 코어(240)의 하단은 돌출부(221)의 상면에 접하며, 돌출부(221)의 하부에 위치하는 고정 코어(240)는 상단이 돌출부(221)의 저면에 접하게 된다.

이때, 보빈(220)의 돌출부의 내측 단부는 고정 코어(240) 내측면과 동일선상에 위치하거나, 고정 코어(240)의 내측면 보다 더 내측에 위치한다. 즉, 상기 돌출부(221)는 고정 코어(240)의 두께와 같거나 더 길게 돌출된다.

이하 가동부(300)의 구성을 설명한다.

상기 가동부(300)는, 상하로 왕복 이동하는 샤프트(310)와, 상기 샤프트(310)에 결합되며 가동접점(321)을 구비한 가동 접촉자(320), 가동 코어(330)와, 접압 스프링(340)과, 탄성 부재(350)를 포함한다.

상기 샤프트(310)는 상기 고정 코어(240)의 내측의 중공 영역에 배치되며, 대략 원통형상을 가지고 상하로 길게 연장된다.

상기 샤프트(310)는 상측 일부의 외경이 하측 일부의 외경보다 더 크게 형성되며, 외경이 달라지는 부분에는 하방을 향하는 단차면이 형성된다. 따라서 단차면을 기준으로 상부는 대경부(311)가 되며, 하부는 소경부(312)가 된다. 이 단차면은 후술하는 가동 코어(330)의 상단이 접하는 가압면(313)이 된다.

한편, 상기 샤프트(310)의 상단은 개구되며, 상단부터 하방으로 소정 깊이 만큼 중공의 영역이 존재하고, 이 중공 영역이 리턴 스프링 수용부(314)를 형성한다.

상기 리턴 스프링 수용부(314)에는 전술한 리턴 스프링(130)의 하단이 수용되어 지지된다.

한편, 상기 리턴 스프링 수용부(314)의 저면 아래쪽에는 또 다른 중공의 영역이 존재하며, 이 중공의 영역이 접압 스프링 수용부(315)가 된다. 상기 접압 스프링 수용부(315)는 대경부(311)의 내측에 형성된다.

상기 접압 스프링 수용부(315)에는 접압 스프링(340)이 수용된다.

상기 접압 스프링 수용부(315)의 측면에는 도3 및 도4에 도시된 바와 같이, 일부가 길이 방향으로 절개된 절개부(316)가 구비된다. 상기 절개부(316)는 서로 마주보게 한쌍이 구비된다.

상기 절개부(316)는 가동 접촉자(320)가 상하 방향으로 이동할 수 있는 공간이된다.

상기 가동 접촉자(320)는 평판 상의 도전체이며 상면에 가동 접점(321)을 구비한다. 상기 가동 접촉자(320)와 가동 접점(321)은 일체로 형성될 수 있다. 상기 가동 접촉자(320)는 절개부(316)를 통해 샤프트를 관통하며, 상기 가동 접점(321)은 상기 고정 접점(120)의 하방에 이격되게 위치하여 상기 고정 접점(120)과 접촉 및 이격을 반복한다.

상기 가동 접촉자(320)는 상기 접압 스프링(340)의 상단과 접촉하며, 상기 접압 스프링(340)에 의해 상시 상방으로 가압된다.

상기 샤프트(310)의 소경부(312)의 외측에는 가동 코어(330)가 결합된다.

상기 가동 코어(330)는 상단이 상기 가압면(313)과 접한다. 상기 가동 코어(330)는 상기 고정 코어(240)의 내측에서 슬라이딩 하므로, 가동 코어(330)의 외경이 고정 코어(240)의 내경보다 더 작아야 한다. 상기 가동 코어(330)의 외경은 대략 상기 대경부(311)의 외경과 동일하다.

따라서, 상기 소경부(312)는 가동 코어 결합부가 되며, 이하 소경부와 가동 코어 결합부는 동일한 도면 부호를 222 사용하여 설명한다. 즉, 도면부호 222는 대경부(311)와 구별되는 측면에서는 소경부라 칭할 수 있으며, 가동 코어(330)가 결합되는 측면에서는 가동 코어 결합부라 칭할 수 있다.

상기 샤프트(310)의 하측 단부에는 탄성 부재(350)가 결합되는데, 상기 탄성 부재(350)는, 가동부(300)의 하강시, 하우징(10) 저면과의 충격을 흡수하는 기능을 한다.

상기 탄성 부재(350)는 저면이 비대칭으로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 탄성 부재(350)는 승하강시 정확히 연직 상하 방향으로 이동하는 것이 아니라, 고정 코어(240) 내측과 좌우로 충돌하며 승하강을 하는데, 극히 작은 확률로 상기 샤프트(310)가 정확히 연직방향으로 하강하는 경우가 있다.

이 경우, 샤프트(310)의 하단이 하우징(10) 바닥면과 충돌하여 다시 정확히연직 상방으로 튀어 오르게 되므로, 그 반발력에 의한 상승력이 강하여, 고정 접점(120)과 가동 접점(321) 사이의 의도하지 않은 접촉이 이루어질 수 있다.

따라서, 상기 탄성 부재(350)의 하단을 비대칭으로 하여, 샤프트(310)가 정확히 수직으로 하강하는 경우, 그대로 정확히 연직 상방으로 상승하지 않고, 고정 코어(240)의 측면과 좌우로 충돌하며 상승하여, 상승하는 속도가 감소하도록 할 수 있다.

이하, 상기와 같은 구성을 갖는 전자 개폐 장치의 작동 과정을 설명한다.

리턴 스프링(130)에 의해 샤프트(310)는 상시 하방으로, 즉 고정 접점(120)과 가동 접점(321)이 멀어지는 방향으로 가압되어, 고정 접점(120)과 가동 접점(321)이 이격된 상태를 유지한다.

이러한 상태에서, 코일(230)에 전류가 인가되면, 코일(230)에 의하여 발생하는 자속에 의해 가동 코어(330)가 상하 방향으로 운동하는 구동력을 갖게 된다.

이 구동력은 가동 코어(330)를 상승시키며, 가동 코어(330)가 상승하면서, 샤프트(310)의 가압면(313)을 상방으로 가압하여 샤프트(310)를 상승시킨다.

샤프트(310)가 상승하면 가동 접점(321)과 고정 점점(120)이 접촉하게 되고, 접촉 이후에도 조금 더 상승하며, 샤프트(310)의 상단이 상기 중간부(114)에 접함으로써 상승이 종료된다.

이때, 접압 스프링(340)이 가동 접촉자(320)를 상방으로 상시 가압하고 있으므로, 상기 가동 접점(321)과 상시 고정 접점(120)이 일정 이상의 압력으로 접촉할 수 있게 된다.

한편, 코일(230)으로의 전원 공급이 차단되면, 리턴 스프링(130)의 탄성 복원력에 의해 샤프트(310)가 하방으로 밀려 하강하게 된다.

이러한 작동 과정 속에서, 샤프트(310)의 상승에 의해 샤프트(310)의 상단과 중간부(114, 상승 제한부)가 충돌하는 경우, 또는 샤프트(310)를 하강 시키기 위해 리턴 스프링(130)에 의해 샤프트(310)가 하방으로 가압되는 경우, 샤프트(310)에 가해지는 힘은 가압면(313)을 통해 가동 코어(330)로 전달된다.

즉, 도1에 도시된 종래의 구조와 비교하면, 종래에는 리턴 스프링이 가동 코어만을 가압하고, 가동 코어가 고정 코어와 접촉하여 정지함으로써, 가동 코어와 샤프트 사이의 용접 부위에 파손이 발생하기 쉬웠던 것과 비교해, 본 실시예에 의하면, 리턴 스프링(130)이 샤프트(310)를 가압하고, 샤프트(310)가 가동 코어(330)를 상면을 가압하여 하방으로 이동시키므로, 힘이 전달되는 과정에서 부품의 파손 위험이 없어지게 된다.

10: 하우징 110: 상단 고정부
111: 접합 스프링 결합부 112: 접압 스프링 결합 돌기
113: 가이드부 114: 중간부
200: 구동부 210: 요크
220: 보빈 221: 돌출부
230: 코일 240: 고정 코어
300: 가동부 310: 샤프트
311: 대경부 312: 소경부
313: 가압면 314: 리턴 스프링 수용부
315: 접압 스프링 수용부 316: 절개부
320: 가동 접촉자 321: 가동 접점
330: 가동 코어 340: 접압 스프링
350: 탄성 부재

Claims

하우징과;
상기 하우징 내측의 상부에 구비되는 상단 고정부와;
상기 하우징 내측에 구비되는 고정 접점과;
상기 고정 접점의 하방에 위치하며 상기 고정 접점과 접촉 및 이격을 반복하는 가동 접점과;
상기 가동 접점이 결합되고, 하방을 향하는 가압면을 구비하는 샤프트와;
상기 샤프트를 상시 하방으로 가압하는 리턴 스프링과;
상기 샤프트의 가압면에 상단이 접합하도록 배치되는 가동 코어를 포함하며,
상기 가동 코어 및 샤프트의 상승시에는 상기 가동 코어가 상기 가압면을 가압하여 밀어 올리고,
상기 가동 코어 및 샤프트의 하강시에는 상기 가압면이 상기 가동 코어를 가압하여 하방으로 밀어 내리며,
상기 상단 고정부에는,
상기 리턴 스프링과 접촉하여 상기 리턴 스프링을 지지하는 리턴 스프링 결합부와,
상기 리턴 스프링 결합부 외측에서 하방을 향하여 수평으로 연장되는 평면으로 구성되고, 상기 샤프트와 접촉하여 상기 샤프트의 상승을 제한하는 상승 제한부가 구비되는 전자 개폐 장치.
제1항에 있어서,
상기 샤프트는 상대적으로 큰 외경을 갖는 대경부와,
상기 대경부의 하부에 위치하며 상대적으로 작은 외경을 갖는 소경부를 포함하고,
상기 가압면은 상기 대경부와 상기 소경부의 경계에 형성되는 단차면인 전자 개폐 장치.
제1항에 있어서,
상기 샤프트의 상부에는 상부를 향해 개구된 리턴 스프링 수용부가 구비되며,
상기 리턴 스프링은 상리 리턴 스프링 수용부에 하단이 수용되어 상기 샤프트를 상시 하방으로 가압하는 전자 개폐 장치.
제1항에 있어서,
상기 샤프트 내부의 중공 영역에는 접압 스프링 수용부가 형성되며,
상기 접압 스프링 수용부에는 접압 스프링이 수용되어 상기 가동 접점을 상방으로 가압하는 전자 개폐 장치.
제4항에 있어서,
상기 접압 스프링 수용부에는 상하 방향으로 연장되는 절개부가 구비되는 전자 개폐 장치.
제5항에 있어서,
상기 가동 접점은 상기 절개부를 통해 상하로 왕복 이동 가능한 가동 접촉자에 구비되는 전자 개폐 장치.
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삭제
제1항에 있어서,
상기 상승 제한부의 외측에는 하방으로 연장되는 가이드부가 구비되는 전자 개폐 장치.
제1항에 있어서,
상기 고정 코어의 외측에 구비되는 보빈을 더 포함하며,
상기 보빈은 내측의 중공부를 향해 돌출되는 돌출부를 구비하고,
상기 고정 코어는 상기 돌출부의 상부에 위치하는 전자 개폐 장치.
제10항에 있어서,
상기 돌출부의 내측 단부는 상기 고정 코어의 내측면보다 더 내측에 위치하는 전자 개폐 장치.