KR102323604B1 - 릴레이 장치 - Google Patents

Abstract

일 실시예에 따른 릴레이 장치는, 코일이 감겨 선택적으로 자성을 나타내는 폴 코어를 포함하는 전자 블록; 제1버스바에 설치되는 고정 접점; 일단이 제2버스바에 연결되고 타단에 상기 고정 접점과 접촉하거나 개방되는 가동 접점이 설치된 가동 접편; 상기 가동 접편으로부터 상기 고정 접점의 방향과 반대 방향으로 연장되어 형성되는 오버 트래블 스프링; 및 일면이 상기 폴 코어를 대향하고 타면의 끝단에 상기 오버 트래블 스프링과 접촉하는 캐리어가 설치되는 아마추어를 포함한다.

Description

릴레이 장치{RELAY DEVICE}

본 발명은 릴레이 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마일드 하이브리드 전기자동차용 릴레이 장치에 관한 것이다.

릴레이 장치는 입력 신호가 어떤 값에 도달하였을 때 작동하여 다른 전기회로를 개폐하는 스위칭 기구로서, 차량, 산업자동화 제어기기 등 각종 산업분야에 널리 사용되고 있다. 릴레이 장치는 크게 래더(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 블록을 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 특히 마일드 하이브리드 자동차의 48V 배터리 시스템에 장착되어 배터리의 메인 전력을 모터 또는 전장 부품에 공급하거나 전력을 차단하는 기능을 수행한다. 마일드 하이브리드 자동차는 내연기관 엔진과 전기모터를 동시에 장착 함으로써 일반 자동차에 비해 연비가 뛰어나고 배출가스는 줄인 자동차이다. 기존 12V 배터리 시스템과 48V 배터리 시스템을 병행 사용하여 차량의 설계 변경을 최소화하고 내연기관 엔진의 구동손실을 줄여 10~15%의 연비개선 효과가 기대된다. 자동차의 기능이 다양해짐에 따라 고용량 전장 부품이 더욱 증가할 것으로 예상되고, 따라서 릴레이 장치는 안정적인 통전 성능이 확보되어야 하고, 내구성을 확보해야 한다.

본 발명은 안정적인 통전 성능 및 내구성을 갖는 릴레이 장치를 제공한다. 특히, 본 발명은 가동 접점과 고정 접점을 접촉시키는 동작 중에 접촉 압력을 높여 안정적인 통전 성능을 갖고 또한 고전류 차단시 발생하는 아크를 줄여 수명을 연장시킬 수 있는 릴레이 장치를 제공한다.

일 실시예에 따른 릴레이 장치는, 코일이 감겨 선택적으로 자성을 나타내는 폴 코어를 포함하는 전자 블록; 제1버스바에 설치되는 고정 접점; 일단이 제2버스바에 연결되고 타단에 상기 고정 접점과 접촉하거나 개방되는 가동 접점이 설치된 가동 접편; 상기 가동 접편으로부터 상기 고정 접점의 방향과 반대 방향으로 연장되어 형성되는 오버 트래블 스프링; 및 일면이 상기 폴 코어를 대향하고 타면의 끝단에 상기 오버 트래블 스프링과 접촉하는 캐리어가 설치되는 아마추어를 포함한다.

일 실시예에서 상기 릴레이 장치는, 상기 고정 접점과 상기 가동 접점을 수납하는 하우징; 및 상기 하우징 내에 형성되어 상기 고정 접점과 상기 가동 접점 사이에서 발생하는 아크를 제거하기 위한 영구 자석을 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서 상기 오버 트래블 스프링은, 상기 캐리어를 향하는 방향으로 볼록할 수 있다.

일 실시예에서 상기 릴레이 장치는 일단이 상기 전자 블록의 요크에 연결되고 타단은 상기 아마추어에 연결되어 상기 아마추어를 상기 폴 코어로부터 멀어지게 하는 탄성력을 상기 아마추어에 제공하는 스프링 아마추어를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 릴레이 장치는, 가동 접점과 고정 접점의 접촉 압력을 높혀 통전 성능을 안정시킨다. 또한, 릴레이 장치는 고전류 차단시 발생하는 아크(Arc)를 회절 또는 소호시켜 가동 접점과 고정 접점의 손상을 방지하여 수명이 연장된다. 또한 릴레이 장치는, 스프링 아마추어를 통해 가동 접점과 고정 접점의 개방시 빠른 원복력을 제공한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 장치의 커버와 하우징을 분리했을 때의 사시도이다.
도 2는 도 1의 릴레이 장치 본체의 일부 부품들을 나타낸 정면도이다.
도 3은 도 2에서 코일에 전압이 인가되었을 때 동작 원리를 설명하는 도면이다.
도 4는 도 3에서 코일에 인가되는 전압을 끊었을 때 동작 원리를 설명하는 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 하우징을 분리했을 때의 사시도이고, 도 2는 도 1의 릴레이 장치 본체의 일부 부품들을 나타낸 정면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 있어서 릴레이 장치(1)는 부품들을 수납하는 하우징(2)과, 부품이 수납된 하우징(2)을 덮는 커버(3)로 구성되어 있다. 하우징(2)은, 절연 부재로서 몰드 성형에 의해 형성되어 있으며 일면이 개방된 형상을 갖고 릴레이 장치(1)의 부품들이 내측에 안착된다. 릴레이 장치(1)의 내부 부품들은, 고정 접점 어셈블리, 가동 접점 어셈블리, 전자 블록, 영구 자석(19)으로 구분될 수 있다.

고정 접점 어셈블리는, 외부 단자와 연결되어 전류를 통전하는 제1버스바(5), 제1버스바(5)에 고정 설치되는 고정 접점(6)을 포함한다.

가동 접점 어셈블리는, 외부 단자와 연결되어 전류를 통전하는 제2버스바(4), 제2버스바(4)에 일단이 연결되고 탄성력을 갖는 가동 접편(7), 가동 접편(7)의 타단에 상기 고정 접점(6)을 향하는 방향에 설치된 가동 접점(8), 상기 고정 접점(6)을 향하는 방향과 반대 방향으로 상기 가동 접편(7)에서 연장된 오버 트래블(over travel) 스프링(9)을 포함한다. 오버 트래블 스프링(9)은 상기 고정 접점(6)을 향하는 방향과 반대 방향으로 볼록한 형상을 가져, 이하에서 설명하는 캐리어(17)와의 접촉 면적을 줄여 마찰을 줄임으로써 고장을 방지한다.

전자 블록은, 코일 보빈(10), 요크(yoke)(11), 코일(12), 코일 단자(13), 와이어(14), 아마추어(amature)(15), 스프링 아마추어(16), 캐리어(17) 및 폴 코어(18)를 포함하여 구성된다. 코일(12)은 중심부에 구멍이 형성된 코일 보빈(10)에 감겨져 있으며, 그 코일(12)의 양단부는 각각 코일 단자(13)와 와이어(14)에 연결된다. 요크(11)는 대략 직각을 형성하는 2면, 즉 L자 형상으로 형성된다. 요크(11)의 내부 일면에 코일 보빈(10)이 올려진다.

상기 폴 코어(18)는 헤드와 몸통이 있는 축체로서 헤드의 직경은 몸통의 직경보다 크고, 상기 몸통의 하단부에는 직경이 축소된 단부가 설치되어 있다. 폴 코어(18)의 헤드는 코일 보빈(10)의 밖으로 돌출된다. 아마추어(15)는 대략 직각을 형성하는 2면, 즉 L자 형상으로 형성되고 한 면은 폴 코어(18)와 대향하고 나머지 한 면은 가동 접편(7)을 향하고, 그 끝단에 캐리어(17)가 설치된다. 코일(12)에 전압을 인가하면 폴 코어(18)가 자화되어 전자기력이 발생하고 따라서 위쪽에 위치한 아마추어(15)가 흡인되어 캐리어(17)가 고정 접점(6) 방향으로 움직인다. 전압을 끊으면 가동 접편(7)의 스프링 작용에 의해 캐리어(170)가 고정 접점(6)의 반대 방향으로 원복한다.

상기 스프링 아마추어(16)는 대략 'ㄱ'자 형상을 갖는 탄성 부재로서 일단은 요크(11)에 연결되고 타단은 아마추어(15)에 연결되어 아마추어(15)를 폴 코어(18)로부터 멀어지게 하는 탄성력을 아마추어(15)에 제공한다. 즉, 코일(12)에 전압 인가 후에 전압을 끊을 때, 오버 트래블 스프링(9)이 아마추어(15)의 일단에 설치된 캐리어(17)을 밀어 내리고 동시에 스프링 아마추어(16)는 아마추어(15)의 타단을 들어 올림으로써 신속하게 고정 접점(6)과 가동 접점(8)의 접촉이 해제되도록 한다.

한편, 영구 자석(19)은 고정 접점(6)의 일 측면에 형성되며, 보다 구체적으로는 고정 접점(6)과 가동 접점(8)의 일 측면에 형성되어, 고정 접점(6)과 가동 접점(8)의 접촉 후 개방시 발생하는 아크(Arc)를 유도 자기장에 의해 회절 또는 소호시킨다. 릴레이 장치(1)에 전압을 인가한 후 차단할 때 고정 접점(6)과 가동 접점(8) 사이에는 아크가 발생할 수도 있으며 이는 릴레이 장치(1)의 손상 또는 고장을 초래하여 릴레이 장치(1)의 수명을 감소시킨다. 영구 자석(19)은 이러한 아크를 제거하여 릴레이 장치(1)의 손상 또는 고장을 감소시켜 수명을 증가시킨다.

도 3은 도 2에서 코일에 전압이 인가되었을 때 동작 원리를 설명하는 도면이고, 도 4는 도 3에서 코일에 인가되는 전압을 끊었을 때 동작 원리를 설명하는 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 릴레이 장치(1)의 코일(12)에 전압을 인가할 경우 요크(11)와 폴 코어(18)에 자기 회로가 형성되어 폴 코어(18)는 자성의 극성을 나타내는 전자석이 된다. 전자석은 아마추어(15)를 당기고 따라서 아마추어(15)의 끝단에 설치된 캐리어(17)가 고정 접점(6) 방향으로 이동한다. 이때 캐리어(17)는 가동 접편(7)의 하부에 연장되어 있는 오버 트래블 스프링(9)을 밀어 올리고 오버 트래블 스프링(9)은 가동 접편(7)을 고정 접점(6) 방향으로 밀어 올린다. 따라서 가동 접편(7)의 선단에 설치된 가동 접점(8)은 고정 접점(6)에 접촉하고, 제1버스바(5)와 제2버스바(4)를 연결하여 부하에 전류를 통전한다. 특히 가동 접편(7)의 하부에 설치된 오버 트래블 스프링(9)은, 폴 코어(18)에 의해 아마추어(15)가 당겨질 때 가동 접편(7)을 위로 밀어 올려 가동 접점(8)과 고정 접점(6)이 접촉되도록 하면서 접촉 후에도 부가적인 탄성력을 가동 접점(8)이 위치한 가동 접편(7)에 가하여 가동 접점(8)과 고정 접점(6)의 접촉 압력을 높여 통전 성능을 안정시킨다.

도 4에 도시된 바와 같이, 릴레이 장치(1)의 코일(12)에 인가되는 전압을 끊으면, 폴 코어(18)의 자성은 없어지고, 따라서 가동 접편(7)은 탄성력에 의해 원래 위치로 원복하게 된다. 즉, 고정 접점(6)의 반대 방향으로 밀려 내려간다. 이에 따라 가동 접점(8)과 고정 접점(6) 간의 접촉은 해제되고, 가동 접편(7)의 하부에 설치된 오버 트래블 스프링(9)은 아마추어(15)를 밀어 내리고, 따라서 폴 코어(18)와 아마추어(15) 사이는 다시 멀어지게 된다. 그리고 제1버스바(5)와 제2버스바(4) 간의 전기적 연결은 해제되어 부하로의 전류 통전은 끊어진다.

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.

1 : 릴레이 장치
2 : 하우징
3 : 커버
4, 5 : 버스바
6 : 고정 접점
7 : 가동 접편
8 : 가동 접점
9 : 오버 트래블 스프링
10 : 코일 보빈
11 : 요크
12 : 코일
13 : 코일 단자
14 : 와이어
15 : 아마추어
16 : 스프링 아마추어
17 : 캐리어
19 : 폴 코어

Claims (4)

1. 코일이 감겨 선택적으로 자성을 나타내는 폴 코어를 포함하는 전자 블록;
   제1버스바에 설치되는 고정 접점;
   일단이 제2버스바에 연결되고 타단에 상기 고정 접점과 접촉하거나 개방되는 가동 접점이 설치된 가동 접편;
   상기 가동 접편으로부터 상기 고정 접점의 방향과 반대 방향으로 연장되어 형성되는 오버 트래블 스프링;
   일면이 상기 폴 코어를 대향하고 타면의 끝단에 상기 오버 트래블 스프링과 접촉하는 캐리어가 설치되는 아마추어; 및
   일단이 상기 전자 블록의 요크에 연결되고 타단은 상기 아마추어에 연결되어 상기 아마추어를 상기 폴 코어로부터 멀어지게 하는 탄성력을 상기 아마추어에 제공하는 스프링 아마추어를 포함하고,
   상기 오버 트래블 스프링은,
   상기 코일에 전압 인가시에 상기 캐리어에 의해 가압되어 상기 가동 접편을 상기 고정 접점의 방향으로 추가 가압하고,
   상기 코일에 인가된 전원의 해제시, 상기 캐리어를 상기 고정 점점의 방향과 반대 방향으로 밀어내는 것을 특징으로 하는 릴레이 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 고정 접점과 상기 가동 접점을 수납하는 하우징; 및
   상기 하우징 내에 형성되어 상기 고정 접점과 상기 가동 접점 사이에서 발생하는 아크를 제거하기 위한 영구 자석을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 릴레이 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 오버 트래블 스프링은,
   상기 캐리어를 향하는 방향으로 볼록한 것을 특징으로 하는 릴레이 장치.
4. 삭제

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