KR101692713B1 - 하나의 코일과 전류방향 전환수단 및 영구자석으로 구동되는 전자접촉기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외부전원을 이용하여 코일을 작동시켜 가동접촉자를 구동시킴으로써 코일구동용 캐퍼시터를 사용하지 않아 구조가 단순해질 분만 아니라, 캐퍼시터의 고장에 의한 전자접촉기의 오동작을 방지할 수 있는 하나의 코일과 영구자석으로 구동되는 전자접촉기에 관한 것이다.

Description

하나의 코일과 전류방향 전환수단 및 영구자석으로 구동되는 전자접촉기{Magnetic contactor driven permament magnet and one-coil and current conversion apparatus}

본 발명은 전자접촉기에 관한 것으로서, 상세하게는 투입(Close) 시 제어전원에 의해 코일을 작동시켜 가동접촉자를 구동시킨 후 영구자석을 이용하여 접속을 유지하고, 개방(Open)시 전류방향 전환수단을 이용하여 외부전원에 의해 코일을 작동 시키고 스프링의 탄성에 의해 접점의 단속이 이루어지는 하나의 코일과 전류방향 전환수단 및 영구자석으로 구동되는 전자접촉기에 관한 것이다.

일반적으로 전자접촉기(Magnetic Contactor)란 작동체에 의해 회로의 개폐가 작동되도록 하는 장치로서, 모터, 용접기 및 변압기 등의 각종 개폐 장치의 제어에 이용된다.

이러한 전자접촉기와 관련된 기술은 특허문헌 1내지 3은 비롯하여 다양한 것이 있으며, 이러한 종래의 전자접촉기는 통상적으로 전원측과 부하측에 각각 연결된 고정접점, 고정접점들의 일측에 설치되어 이동됨에 의해 두 고정접점들을 연결시키는 가동접촉자, 가동 접촉자를 구동시키는 전자석으로 이루어지고, 전자석의 코일에 전류를 인가하면 자력이 발생하여 가동 접촉자가 고정접점들로 이동하여 고정접점들이 가동 접촉자에 의해 서로 접촉되어 전기적인 접속이 이루어진다(투입). 이 상태에서 코일에 흐르는 전류를 차단하면 고정철심에 자력이 소멸하고, 스프링의 반발력에 의해 가동철심이 밀려 원래 위치로 돌아가고, 이에 따라 가동철심에 일체로 설치된 가동접촉자가 고정접점들로부터 분리되어 두 고정접점들 사이의 접속이 끊기게 된다(개방).

이러한 종래의 전자접촉기는 투입 동작 후, 접촉자의 투입 상태를 유지하기 위해 코일에 지속적인 전류 인가가 필요하다. 이로 인해, 발열, 진동, 소음, 높은 전력 사용량, 순간 정전에 취약한 문제점들을 가지고 있었다.

이러한 단점을 개선하기 위해 개발된 기술로 특허문헌 4 및 5가 있다.

특허문헌 4 및 5는 영구자석형 전자접촉기로, 이는 도 5에 도시한 바와 같이, 가동접촉자(100m)의 로드(100r)에 영구자석(200)을 구비하고, 고정철심(300)에 구비된 투입코일(400)과 개방코일(500)을 구비하고 있다. 투입코일(400)에 전원을 인가하면 영구자석을 당겨 가동접촉자가 이동되어 고정 단자(100f)에 접촉되어 두 고정접점을 접속시키고, 두 고정접점이 접속된 상태에서 투입코일에 공급되는 전원을 차단하여도 영구자석의 자력에 의해 영구자석이 고정철심에 고정되어 있어 두 고정접점은 가동접촉자에 의해 접속을 이룬 상태를 유지하게 된다.

반대로, 두 고정접점으로부터 가동접촉자를 분리할 경우에는 개방코일(500)에 전원을 공급하면, 영구자석(200)을 밀어내어 영구자석이 고정철심(300)으로부터 분리되고, 가동접촉자(100m)이 밀림에 의해 두 고정접점(100f)으로부터 분리되어 두 고정접점(100f) 사이가 단절되어 전기적으로 오프된 상태를 유지하게 되는 것이다.

이러한 종래의 영구자석형 전자접촉기는 도 6에 도시한 바와 같이 투입코일과 개방코일에 공급되는 전원을 단속하기 위해 각각에 스위치(S1, S2)를 구비하고, 개방시 개방코일에 전원을 공급하기 위해 캐패시터(C)를 구비하고 있다.

즉, 투입 시에는 스위치S1은 온시키고 스위치S2는 오프시켜, 정류된 상시 전원을 인가되게 하여 투입코일(Lc)을 작동시킴과 동시에 커패시터(C)를 충전하고, 개방시에는 스위치 S1은 오프하고 스위치S2는 온시켜, 투입 동작 시에 충전하였던 커패시터(C)에 저장된 전원을 이용하여 개방코일(Lo)을 작동시킨다.

그러나 이와 같이 개방코일 구동용으로 설치된 커패시터 소자는 수명에 한계가 있고, 외부 환경에 영향을 많이 받으며, 실제 전기 관련 산업 현장은 열이나 습기와 같은 열악한 환경이 될 수 있고, 이러한 환경에서 위와 같이 커패시터 소자를 구비한 제어회로는 빈번하게 고장을 일으키게 되어 정상적으로 전자접촉기가 동작할 수 없는 문제가 있다.

또한, 두 개의 코일을 이용하여 구성됨으로 구조가 복잡해지는 단점이 있었다.

1. 대한민국 특허등록 제0333935호 2. 대한민국 특허공개 제1985-0006963호 3. 대한민국 특허등록 제0025834호 4. 대한민국 특허등록 제0899432호 5. 대한민국 특허등록 제1274340호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 개발된 것으로, 제어회로의 구성을 단순화시켜 고장 발생율은 낮추고, 환경에 의한 영향을 적게 받는 하나의 코일과 영구자석으로 구동되는 전자접촉기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

더욱이, 외부전원을 이용하여 코일을 작동시키되, 스위칭 수단을 설치하여 전류의 방향을 전환하여 하나의 코일로 접점을 접촉 및 개방시킬 수 있게 한 하나의 코일과 영구자석으로 구동되는 전자접촉기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 이루기 위한 본 발명에 따른 하나의 코일과 영구자석으로 구동되는 전자접촉기는
부하와 연결되는 부하측고정접점(10r);
상용전원에 연결되는 전원측고정접점(10e);
상기 부하측고정접점(10r)과 전원측고정접점(10e)을 연결 또는 분리시키기 위한 가동접촉자(20);
상기 가동접촉자(20)와 연결된 로드(20r);
상기 로드(20r)와 연결되어 연동되며, 영구자석(30)이 장착된 하우징(30h);
상기 영구자석(30)의 하부측에 간격을 두고 설치되는 철심(40m);
상기 철심(40m)의 외주면에 권선되며, 부전원이 공급되면 상기 철심(40m)을 자화시키는 코일(40);
상기 코일에 공급되는 전류의 방향을 전환하기 위한 전환회로;
상기 영구자석(30)과 철심(40m) 사이에 설치되어 영구자석(30)과 철심(40m)의 간격을 유지시키는 스프링(70); 및
상기 하우징(30h)의 하부면과 이격되게 설치되고, 상기 하우징(30h)의 하부면과 접촉 또는 접촉 해제시 동작되어 상기 코일(40)에 공급되는 전원을 차단하는 스위치(60)를 포함하며,
상기 부하에 상용전원을 공급할 때에는, 상기 전환회로가 상기 코일(40)에 정방향의 전류를 공급하고 철심(40m)의 단부가 영구자석(30)과 반대극성이 되게 하여 철심(40m)의 단부와 영구자석(30)을 부착시킴으로써, 상기 영구자석(30)과 연동되는 가동접촉자(20)가 부하측고정접점(10r)과 전원측고정접점(10e)을 연결하게 하여 부하에 상용전원을 공급하고, 동시에 하우징(30h)의 하부와 상기 스위치(60)가 접촉되게 하여 스위치(60)의 동작으로 코일(40)에 공급되는 전원을 차단시키는 동작을 하고,
상기 부하에 상용전원을 차단할 때에는, 상기 전환회로가 상기 코일(40)에 역방향의 전류를 공급하고 철심(40m)의 단부가 영구자석(30)과 동일극성이 되게 하여 철심(40m)의 단부와 영구자석(30)을 분리시킴으로써, 상기 영구자석(30)과 연동되는 가동접촉자(20)가 부하측고정접점(10r)과 전원측고정접점(10e)을 분리시키게 하여 부하에 상용전원 공급을 차단하고, 동시에 하우징(30h)의 하부와 상기 스위치(60)의 접촉이 떨어지게 하여 스위치(60)의 동작으로 코일(40)에 공급되는 전원을 차단시키는 동작을 하며,
상기 부하에 상용전원을 공급할 때 코일(40)에 전원이 차단되더라도 부하에 상용전원의 공급을 유지시키는 것은 영구자석(30)과 철심(40m)과의 부착력이고,
상기 부하에 상용전원을 차단할 때 코일(40)에 전원이 차단되더라도 부하에 상용전원 공급의 차단을 유지시키는 것은 스프링의 인장력인 것을 특징으로 한다.

삭제

상기 전환회로는 다양하게 변형하여 실시 할 수 있으나 바람직한 예로는, 하나의 전원으로부터 입력되는 전기를 정류하여 서로 다른 방향의 전류를 코일에 공급하는 두 개의 다이오드로 구성하거나, 두개의 전원으로부터 입력되는 전기를 정류하여 서로 다른 방향의 전류를 코일에 공급하는 두 개의 정류회로로 구성될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 하나의 코일과 영구자석으로 구동되는 전자접촉기는 영구자석을 이용하여 가동접촉자의 구동을 제한함으로써 전원이 투입된 상태 또는 차단된 상태를 유지하는 데 별도의 전원을 공급하지 않아 안정적으로 전자접촉기의 구동을 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 코일을 구동시키는 전원으로 외부전원을 이용함으로써 전자접촉기 내부에 캐퍼시터 등의 충전회로를 구비하지 않음으로써 충전회로를 설치하였을 때 발생될 수 있는 외부 환경이나 충전회로의 노후에 의한 오동작을 방지하고, 고장 발생 요인을 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 하나의 코일과 영구자석으로 구동되는 전자접촉기의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 하나의 코일과 영구자석으로 구동되는 전자접촉기를 구성하는 코일 전원 전환회로의 일예
도 3은 본 발명에 따른 하나의 코일과 영구자석으로 구동되는 전자접촉기를 구성하는 코일 전원 전환회로의 다른 일예
도 4는 본 발명에 따른 하나의 코일과 영구자석으로 구동되는 전자접촉기의 일예의 단면도
도 5는 종래 전자접촉기의 일예의 단면도
도 6은 종래 전자접촉기 구동회로도

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여, 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명된다.

본 발명은 투입 또는 오프 상태를 유지할 때 전원을 공급하지 않도록 영구자석을 구비하되, 하나의 코일만으로 영구자석을 밀거나 당길 수 있게 하고, 외부전원을 이용하여 코일을 작동시킬 수 있게 함으로써 전자접촉기 내부에 캐퍼시터 등의 충전회로를 구비하지 않아 전자접촉기의 구성을 단순화함을 물론, 고장의 발생 원인을 줄이고, 환경에 의한 영향을 적게 받게 된다.

이러한 본 발명에 따른 하나의 코일과 영구자석으로 구동되는 전자접촉기는 부하와 연결되는 부하측고정접점(10r)과, 상용전원에 연결되는 전원측고정접점(10e)과, 고정접점들에 접촉되어 두 고정접점들을 접속시키는 가동접촉자(20)와, 상기 가동접촉자로부터 연장된 로드(20r)에 설치된 영구자석(30)과, 상기 영구자석(30)과 상호작용하여 가동접촉자(20)를 이동시키는 코일(40)을 구비하고 있다.

이러한 전자접촉기는 상기 코일(40)에 전원을 공급함에 의해 코일이 자화되어 자기장을 생성하고, 생성된 자기장의 극성에 따라 상기 영구자석(300을 당기거나 밀어 가동접촉자가 설치된 로드(20r)를 이동시켜 가동접촉자(20)가 부하측고정접점(10r)과 전원측고정접점(10e)에 접촉되거나 분리되게 함에 의해 상용전원이 부하에 공급되거나 차단되는 것이다.

상기 코일(40)은 외부전원을 공급받아 철심을 자화시키는 것으로, 도 4에 도시한 바와 같이 철심(40m)에 감겨져 있어, 코일(40)에 공급되는 전류의 방향에 따라 철심(40m)의 영구자석과 대향되는 단부의 극성이 변하며, 영구자석과 동일한 극성을 띠게 되면 영구자석을 밀어 로드(20r)가 밀리고, 로드(20r)가 밀리면 가동접촉자(20)가 고정점점들(10r, 10e)로부터 분리되어 전원이 차단되고, 영구자석과 동일한 극성을 띠면 영구자석을 당겨 로드(20r)가 당겨지고, 로드(20r)가 당겨지면 가동접촉자(20)가 고정점점들(10r, 10e)들과 접촉되어 고정점점들 사이를 연결시킴으로써 부하에 전원이 공급되는 것이다.

이와 같이 코일(40)에 공급되는 전원은 상기한 바와 같이 외부전원이고, 이 전원으로는 부하에 공급되는 상용전원라인으로부터 분기된 전원을 이용하거나, 배터리를 사용할 수 있으며, 코일에 공급되는 전원의 전류 방향을 전환하기 위한 수단으로 전환회로(50)를 구비하고 있다.

상기 전환회로(50)는 전류의 방향을 전환할 수 있는 다양한 회로가 사용될 수 있으나, 가능한 구조가 단순한 것이 바람직하고, 그 예로는 도 2에 도시한 바와 같이, 하나의 전원으로부터 입력되는 전기를 정류하여 서로 다른 방향의 전류를 코일에 공급하는 두 개의 다이오드(Do, Dc)로 구성하는 것이다.

투입용 다이오드(Dc)를 통해 코일(40)에 전원이 공급될 때의 전류의 방향과 개방용 다이오드(Do)를 통해 코일에 전원을 공급할 때의 전류 방향이 서로 반대가 됨으로, 철심(40m)의 영구자석의 향한 단부의 극성이 변하여 영구자석을 당기거나 미는 작동을 하게 되는 것이다.

상기 전환회로(50)의 다른 예는 도 3에 도시한 바와 같이, 두개의 전원으로부터 입력되는 전기를 정류하여 서로 다른 방향의 전류를 코일에 공급하는 두 개의 정류회로(50o, 50c)로 구성할 수도 있다. 상기 정류회로(50o, 50c)는 도시한 바와 같이 브릿지정류회로가 사용될 수 있다.

위와 같이 전자접촉기가 작동하는 과정에서 영구자석(30)이 코일(40)에 의해 자화된 철심(40m)에 접촉되면 가동접촉자(20)가 두 고정접점들(10r, 10e) 사이에 접촉되어 부하에 전원이 투입되는 상태가 되고, 철심에 접촉된 영구자석은 자체의 자력에 의해 철심(40m)과 접촉된 상태를 유지하고 있으므로 코일에 공급되는 전원을 차단하여도 전자접촉기는 투입 상태를 유지하게 된다.

즉, 상기 코일(40)에 전원을 공급하되 철심(40m)에서 발생된 자기장이 영구자석(30)을 당기거나 밀기에 충분한 시간동안만 공급한 후, 코일에 공급되는 전원을 차단하여도 영구자석의 자력에 의해 철심과 영구자석이 접촉된 상태를 유지하여 가동접촉자(20)과 두 고정접점들(10r, 10e) 사이에 접촉이 유지되어 부하에 전원이 공급되는 것이다.

또한, 전자접촉기가 개방된 상태를 유지하기 위해서 스프링(70)을 더 구비하고 있다.

상기 스프링(70)은 영구자석(30)을 밀어내는 방향으로 탄성이 작용하는 압축스프링으로, 전자접촉기가 개방된 상태에서 영구자석(30)의 자력에 의해 영구자석이 철심(40m)측으로 당겨지는 것을 방지하여 가동접촉자(20)가 두 고정접점들(10r, 10e)로 분리된 상태를 유지하게 한다.

이렇게 코일(40)에 공급되는 전원을 단속하기 위한 수단으로 스위치(60)를 구비하고 있다.

상기 스위치(60)는 영구자석(30)의 이동에 의해 작동되며, 영구자석의 이동에 의해 눌려지는 순간에만 코일에 전원을 공급하는 택트스위치(tact switch)을 사용하는 것이다.

상기 스위치(60)를 작동시키는 수단은 상기한 바와 같이 영구자석(30)으로, 도 4에 도시한 바와 같이 영구자석을 고정시키는 하우징(30h)의 일측이 스위치(60)와 접촉되어 스위치를 작동시키게 된다.

10r, 10e: 고정접점
20: 가동접촉자 30: 영구자석
40: 코일 40m: 철심
50: 전환회로
60: 스위치 70: 스프링

Claims (4)

1. 부하와 연결되는 부하측고정접점(10r);
   상용전원에 연결되는 전원측고정접점(10e);
   상기 부하측고정접점(10r)과 전원측고정접점(10e)을 연결 또는 분리시키기 위한 가동접촉자(20);
   상기 가동접촉자(20)와 연결된 로드(20r);
   상기 로드(20r)와 연결되어 연동되며, 영구자석(30)이 장착된 하우징(30h);
   상기 영구자석(30)의 하부측에 간격을 두고 설치되는 철심(40m);
   상기 철심(40m)의 외주면에 권선되며, 부전원이 공급되면 상기 철심(40m)을 자화시키는 코일(40);
   상기 코일에 공급되는 전류의 방향을 전환하기 위한 전환회로;
   상기 영구자석(30)과 철심(40m) 사이에 설치되어 영구자석(30)과 철심(40m)의 간격을 유지시키는 스프링(70); 및
   상기 하우징(30h)의 하부면과 이격되게 설치되고, 상기 하우징(30h)의 하부면과 접촉 또는 접촉 해제시 동작되어 상기 코일(40)에 공급되는 전원을 차단하는 스위치(60)를 포함하며,
   상기 부하에 상용전원을 공급할 때에는, 상기 전환회로가 상기 코일(40)에 정방향의 전류를 공급하고 철심(40m)의 단부가 영구자석(30)과 반대극성이 되게 하여 철심(40m)의 단부와 영구자석(30)을 부착시킴으로써, 상기 영구자석(30)과 연동되는 가동접촉자(20)가 부하측고정접점(10r)과 전원측고정접점(10e)을 연결하게 하여 부하에 상용전원을 공급하고, 동시에 하우징(30h)의 하부와 상기 스위치(60)가 접촉되게 하여 스위치(60)의 동작으로 코일(40)에 공급되는 전원을 차단시키는 동작을 하고,
   상기 부하에 상용전원을 차단할 때에는, 상기 전환회로가 상기 코일(40)에 역방향의 전류를 공급하고 철심(40m)의 단부가 영구자석(30)과 동일극성이 되게 하여 철심(40m)의 단부와 영구자석(30)을 분리시킴으로써, 상기 영구자석(30)과 연동되는 가동접촉자(20)가 부하측고정접점(10r)과 전원측고정접점(10e)을 분리시키게 하여 부하에 상용전원 공급을 차단하고, 동시에 하우징(30h)의 하부와 상기 스위치(60)의 접촉이 떨어지게 하여 스위치(60)의 동작으로 코일(40)에 공급되는 전원을 차단시키는 동작을 하며,
   상기 부하에 상용전원을 공급할 때 코일(40)에 전원이 차단되더라도 부하에 상용전원의 공급을 유지시키는 것은 영구자석(30)과 철심(40m)과의 부착력이고,
   상기 부하에 상용전원을 차단할 때 코일(40)에 전원이 차단되더라도 부하에 상용전원 공급의 차단을 유지시키는 것은 스프링의 인장력인 것을 특징으로 하는 하나의 코일과 영구자석으로 구동되는 전자접촉기.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 전환회로는 하나의 전원으로부터 입력되는 전기를 정류하여 서로 다른 방향의 전류를 코일에 공급하는 두 개의 다이오드로 이루어진 것을 특징으로 하는 하나의 코일과 영구자석으로 구동되는 전자접촉기.
4. 제1항에 있어서,
   상기 전환회로는 두개의 전원으로부터 입력되는 전기를 정류하여 서로 다른 방향의 전류를 코일에 공급하는 두 개의 정류회로로 이루어진 것을 특징으로 하는 하나의 코일과 영구자석으로 구동되는 전자접촉기.
   

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