KR200488063Y1

KR200488063Y1 - 릴레이

Info

Publication number: KR200488063Y1
Application number: KR2020140004906U
Authority: KR
Inventors: 이수정
Original assignee: 엘에스산전 주식회사
Priority date: 2014-06-30
Filing date: 2014-06-30
Publication date: 2018-12-10
Also published as: KR20160000078U; JP6228162B2; JP2016015313A; US9673010B2; US20150380194A1; EP2963668B1; CN105280443B; EP2963668A1; CN105280443A; ES2646313T3

Abstract

본 고안의 일 실시예는, 하우징; 상기 하우징의 내측에 결합되는 실린더; 상기 하우징과 결합되는 고정 접촉자; 상기 하우징의 내부에서 이동가능하게 위치하여, 상기 고정 접촉자와 접촉 또는 분리되는 가동 접촉자; 상기 하우징 내부에 설치되어, 전류가 인가되면 자기장을 형성하는 코일 어셈블리; 상기 가동 접촉자와 상측에서 결합되는 가동 샤프트; 상기 실린더의 내측에 삽입되고, 상기 가동 샤프트를 둘러싸고 있는 고정 코어; 상기 구동 샤프트에 고정되어, 상기 코일 어셈블리에 형성된 자기장에 의해 상기 구동 샤프트를 가압하여 이동시키는 가동 코어; 상기 가동 접촉자가 상기 고정 접촉자에 접촉되는 방향으로 이동하도록 상기 가동 샤프트에 탄성력을 제공하는 접압 스프링; 및 상기 가동 샤프트를 감싸고, 상기 고정 코어와 상기 가동 코어 사이에 배치된 복귀 스프링;을 포함하고 상기 가동 코어는, 상기 고정 코어 방향으로 연장되고 상기 가동 샤프트를 감싸는 원통형의 돌기부를 포함하는 것을 특징으로 하는 릴레이를 개시한다.
본 고안의 일 실시예에 따르면, 릴레이의 가동 코어에 돌기부를 추가하여, 가동 코어와 고정 코어가 이격되어 있는 초기 상태에서, 코일에 전류가 인가되면 센 초기 자기력을 얻는다. 따라서 가동 코어의 돌기부로 인해 초기 동작 특성이 향상되는 효과가 있다.

Description

릴레이{Relay}

본 고안은 릴레이에 관한 것이다.

릴레이는 코일에 전원이 공급이 되면, 코일의 자기력에 의하여 가동 코어(Moving Core)가 고정 코어(Fixed Core)에 붙게 되고 이때 샤프트가 상승하면서 이동접촉자가 고정접촉자에 붙어 통전이 되는 스위칭 부품이다.

이러한 릴레이는 일반적으로 고정 접촉자와 가동 접촉자의 접촉에 의해 통전을 하게 되며 특히 고전압의 직류전원을 차단시에 발생하는 아크를 제어하기 위해서 영구자석을 이용하게 된다. 영구자석을 아크가 발생하는 고정 접촉자와 가동 접촉자 인근에 적절히 배치시키고, 영구자석에서 발생되는 자속의 세기, 방향 및 전류방향, 아크의 신장길이에 따라 결정되는 힘을 이용하여 아크를 제어하고, 냉각시켜 소호하는 차단 메커니즘을 이용하게 된다.

가동 코어와 고정 코어의 접합면은 제품 특성에 따라 다양한 형태로 설계되는데, 크게 콘 형태(도 3)와 평면 형태(도 1)가 있다. 도 1에서 보여지는 평면형태의 가동 코어는 일례로 가동 코어와 고정 코어가 평평한 형상으로 맞닿는 구성이며, 도 3에서 보여지는 콘 형태의 가동 코어는 일례로 삼각형의 모양의 가동 코어와 이를 수용할 수 있는 형태의 고정 코어로 이루어져 있다.

도 1은, 종래기술에 따른 평면형태의 가동 코어를 구비한 릴레이(100a)를 도시하고 있다. 이를 보면, 릴레이는 접점을 가지고 이동가능한 가동부(140)와, 아크 소호를 위한 소호 가스 충진 공간을 밀폐하기 위한 가스 밀폐부와, 상기 가동부를 구동하기 위한 구동력을 제공하는 자기(磁氣) 구동부로 크게 구분되어 구성된다. 여기서, 가동부(140)는, 샤프트(141)와, 샤프트와 함께 직선이동가능하게 샤프트(141)의 하부에 접속되고 상기 자기 구동부로부터의 자기 흡인력에 의해 직선 이동 가능한 실린더 형의 가동 코어(145a)와, 샤프트(141)의 상측단부에 접속되어 전기적 접점부를 형성하는 가동 접촉자(149)를 포함하여 구성된다. 상기 가동 코어(145a)와 대향하는 위치에 샤프트(141)를 둘러싸게 고정 코어(143a)가 마련되며, 고정 코어(143a), 가동 코어(145a)및 제2 베리어(118) 등은 자속의 이동 회로를 형성한다.

상기 가스 밀폐부는 릴레이의 소호 가스를 밀폐하여 내장하는 소호 가스 실을 형성하도록 상기 가동부의 상부 주위에 마련되며, 관(tube) 형의 절연 부재와, 절연 부재를 관통하여 절연 부재의 내 외부를 연장하게 설치되고 절연 부재에 기밀하게 결합되는 한 쌍의 고정 접촉자(120)과, 절연 부재와 제2 베리어(118)의 사이를 기밀하게 밀폐하는 단차 형성되는 관(tube) 형의 기밀 부재와, 상기 가동 코어(145)와 고정 코어(143)를 둘러싸며 밀폐하게 설치되는 비자성체로 형성되는 실린더(160)를 포함한다. 여기서 상기 한 쌍의 고정 접촉자(120)에는 직류 전원 측과 부하 측이 각각 전기적으로 예컨대 전선을 통해 접속된다.

자기 흡인력을 발생시켜 후술하는 가동 코어(145)와 가동 접촉자(149)를 구동함으로써 릴레이를 개폐구동하는 상기 자기 구동부는, 여자 코일(133)과, 상기 제2 베리어(118)를 포함하여 구성된다. 여기서, 여자 코일(133)은 릴레이의 하부에 마련되는 구동 코일로서, 전류를 흘려주면 여자(magnetization)되고 전류의 인가를 차단하면 소자(demagnetization)되며, 릴레이에 있어서 자기 흡인력을 발생시켜 접점 개폐를 위한 상기 가동부에 구동력을 제공한다. 제2 베리어(118)는 여자 코일(133)의 상부에 설치되고, 여자 코일(133)이 여자되었을 때 상기 가동 코어(145) 및 고정 코어(143)와 함께 자속의 이동경로 중 일부를 구성한다. 하부 요크는 여자 코일(133)이 여자 되었을 때 제2 베리어(118)와 상기 가동 코어(145) 및 고정 코어(143)와 함께 자속의 이동 경로를 형성한다.

보빈(bobbin, 131)은 여자 코일(133)을 주위에 감을 수 있고 여자 코일(133)을 지지하고, 복귀 스프링(183)은 여자 코일(133)이 소자되었을 때 가동 코어(145)를 원위치 즉 고정 코어(143)로부터 이격된 위치로 복귀시키는 탄성력을 제공하고, 가동 코어(145)와 고정 코어(143) 사이에 설치된다.

도 2는 종래 기술의 가동 코어(145)를 도시하는데, 내측에 단이 형성되어 복귀 스프링(183)이 안착될 수 있는 구조이다. 후술하는 바와 같이, 조립성, 내구성 등의 문제가 있었다.

도 3은 콘 형태의 가동 코어(145b)를 구비한 릴레이를 도시하여, 본 고안을 설명하는데 참조할 수 있을 것이다.

상기와 같이 구성되는 종래기술에 따른 릴레이의 동작을 간단히 설명한다. 여자 코일(133)이 전류를 공급받아 자화되면, 여자 코일(133)로부터 발생된 자속은 가동 코어(145a)와 고정 코어(143a)와 제2 베리어(118)와 하부 요크(미도시)로 형성되는 자속의 이동경로를 따라 이동하면서 자속의 폐 회로를 형성하고 이때 가동 코어(145)가 직선이동하여 고정 코어(143a)에 접촉하고, 동시에 가동 코어(145a)와 함께 이동하도록 접속된 샤프트(141)가 위로 이동한다. 그러면, 샤프트(141)의 상단부에 설치된 가동 접촉자(149)가 고정 접촉자(120)와 접촉하여 직류 전원 측과 부하 측이 접속되어 직류전력이 공급되는 온(ON) 상태가 된다. 그리고, 여자 코일(133)에 공급되는 전류를 차단하면 여자 코일(133)이 소자되고, 여자 코일(133)이 소자됨에 따라 가동 코어(145a)는 복귀 스프링(183)에 의해서 고정 코어(143a)로부터 이격된 원 위치로 복귀한다. 그에 따라서 가동 코어(145a)와 함께 이동하도록 접속된 샤프트(141)는 아래로 이동한다. 그러면, 샤프트(141)의 상단부에 설치된 가동 접촉자(149)가 고정 접촉자(120)로부터 분리되어 직류 전원 측과 부하 측이 분리되고 직류전력의 공급은 차단되는 오프(OFF) 상태가 된다.

코일 터미널을 통하여 전원이 인가되면 코일 어셈블리에 자력이 형성되어 가동 코어가 고정 코어 방향으로 샤프트를 밀어 올리면서 이동한다. 이때, 릴레이의 단락 성능은 릴레이의 ON 시 2종 스프링의 압축력에 의하여 결정되며, 일반적으로 복귀 스프링(183) 보다 접압 스프링(181)의 하중이 상당히 크기 때문에 접압 스프링의 최대 압축력에 의하여 릴레이의 단락 성능이 좌우된다. 그리고 스프링의 압축력은 최대 압축거리에 비례하며, 고정 코어와 가동 코어 사이 거리 및 고정 접촉자와 가동 접촉자 사이 거리에 의하여 결정된다.

평면형태의 가동 코어와 고정 코어의 결합은, 고정 코어와 가동 코어 사이에 센 자기력이 요구된다. 센 자기력에 의하여, 가동 코어는 샤프트를 이동하여 고정 접촉자와 가동 접촉자 사이에 단락시킬 수 있다. 특히, 고정 코어와 가동 코어가 이격되어 있는 상태에서 코일에 전류가 인가되는 순간인 초기에 강한 자기력이 요구된다.

스프링이 가동 코어, 고정 코어 또는 샤프트와 간섭되어 동작시 편차를 일으킬 수 있었다. 또한, 상단면과 하단면이 동일하게 평면으로 구성되어 가동 코어의 조립시, 오조립이 발생할 수 있었다.

본 고안은 릴레이의 가동 코어에 돌기부를 추가하여, 가동 코어의 고정 코어 간에 강한 초기 자기력을 제공하여 동작 특성을 향상시킨다. 또한, 복귀 스프링과 상관 부품 간에 간섭을 최소화하며, 조립 성능을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

본 고안에 따르는 일 실시예는, 하우징; 상기 하우징의 내측에 결합되는 실린더; 상기 하우징에 결합되는 고정 접촉자; 상기 하우징의 내부에서 이동가능하게 위치하여, 상기 고정 접촉자와 접촉 또는 분리되는 가동 접촉자; 상기 하우징 내부에 설치되어, 전류가 인가되면 자기장을 형성하는 코일 어셈블리; 상기 가동 접촉자와 상측에서 결합되는 가동 샤프트; 상기 실린더의 내측에 삽입되고, 상기 가동 샤프트를 둘러싸고 있는 고정 코어; 상기 구동 샤프트에 고정되어, 상기 코일 어셈블리에 형성된 자기장에 의해 상기 구동 샤프트를 가압하여 이동시키는 가동 코어; 상기 가동 접촉자가 상기 고정 접촉자에 접촉되는 방향으로 이동하도록 상기 가동 샤프트에 탄성력을 제공하는 접압 스프링; 및 상기 가동 샤프트를 감싸고, 상기 고정 코어와 상기 가동 코어 사이에 배치된 복귀 스프링;을 포함하고 상기 가동 코어는, 상기 고정 코어 방향으로 연장되고 상기 가동 샤프트를 감싸는 원통형의 돌기부를 포함하는 것을 특징으로 하는 릴레이를 개시한다.

본 고안에 따르는 다른 실시예는 상기 돌기부는 끝단이 챔퍼 가공된 것을 특징으로 한다.

상기 고정 코어는 상기 복귀 스프링 및 상기 돌기부를 수용할 수 있는 수용부를 포함할 수 있다.

상기 복귀 스프링의 상단은 상기 수용부의 끝단과 닿아 있고, 상기 복귀 스프링의 하단은 상기 돌기부와 닿아 있어서, 상기 복귀 스프링은 상기 수용부의 끝단과 상기 돌기부 사이에서 탄성변형이 가능한 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 돌기부의 외경은 상기 수용부의 내경보다 작거나 상기 수용부의 내경과 같은 것을 특징으로 할 수 있다.

본 고안의 일 실시예에 의하면, 릴레이의 가동 코어에 돌기부를 추가하였다. 가동 코어와 고정 코어가 이격되어 있는 초기 상태에서, 돌기부로 인해 가동 코어와 고정 코어의 거리가 가까워져서 코일에 전류가 인가되면 센 초기 자기력을 얻는다. 따라서 가동 코어의 돌기부로 인해 초기 동작 특성이 향상되는 효과가 있다.

또한, 돌기부가 복귀 스프링을 고정시켜 복귀 스프링과 가동 코어, 고정 코어 및 샤프트 등의 상관 부품간의 간섭이 줄어들고, 조립성이 향상되는 효과가 있다.

상기 가동 코어의 돌기부로 인하여, 복귀 스프링과 상관 부품 사이에 불필요한 마모 등이 줄어들게 됨에 따라 가동 코어, 복귀 스프링 등의 내구성이 향상된다.

도 1은 종래기술인 평면 형태의 가동 코어를 구비한 릴레이의 단면도.
도 2는 도 1의 가동 코어의 사시도.
도 3은 종래기술인 콘 형태의 가동 코어를 구비한 릴레이의 단면도.
도 4는 본 고안의 일 실시예에 따른 릴레이의 단면도.
도 5는 본 고안의 일 실시예에 따른 릴레이의 단면도.
도 6는 도 4의 가동 코어의 사시도.
도 7은 가동 코어와 고정 코어의 거리에 따른 자기력의 세기를 나타낸 그래프.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 따른 전자 개폐기에 대해서 설명한다. 다만, 종래의 릴레이와 유사한 부분에 대해서는 본 고안의 특징을 설명하는데 필요한 범위내에서 간략하게 설명하도록 한다.

도 4는 본 고안의 일 실시예에 따른 릴레이(200)를 도시하고 있다. 이를 보면, 하우징(210) 내부에 이동가능하게 가동 샤프트(241)가 위치된다. 가동 샤프트(241)의 상측에는 가동 접촉자(249)가, 하측에는 가동 코어(245)가 각각 결합되어 있다. 상기 가동 코어(245)는 가동 샤프트(241)와 결합되어 있어 함께 움직인다. 가동 코어가 코일 어셈블리(230)에 의한 자기력에 의해 이동하면, 가동 샤프트(241)와 가동 접촉자(249)가 함께 이동하여, 가동 접촉자(249)가 고정 접촉자(220)에 접촉된다.

가동 코어(245)는 실린더(260)의 내측에 위치하는데, 코일 어셈블리에 전류가 인가되는 경우 발생된 자기력은 가동 코어(245)에 전달된다. 가동 코어는 자기력을 받아 가동 샤프트(241)를 가압하여 이동시킨다.

가동 코어(245)는 돌기부(246)를 포함한다. 상기 돌기부(246)는 고정 코어(243) 측으로 돌출된 원통형의 부재로서, 상기 가동 샤프트(241)를 감싸고 있다.

도 6을 참조하면, 상기 돌기부(246)는 끝단에 챔퍼(chamfer) 가공될 수 있으며 챔퍼에 의하여, 복귀 스프링(283)이 가동 코어의 돌기부와의 조립성이 향상될 수 있으며, 간섭이 줄어들 수 있다. 돌기부의 챔퍼는 복귀 스프링의 탄성력을 받고, 조립성 등의 향상을 위한 구조로서, 45도 정도로 형성될 수 있으나, 복귀 스프링의 탄성변형이 용이한 범위 내에서 챔퍼가 형성될 수 있다. 챔퍼가 형성되지 않은 원통형의 돌기부가 구비된 가동 코어도 다른 실시예로서 가능할 것이다.

상기 가동 코어(245)는 자기력에 의해 이동가능하도록 실린더(260)의 내측에 접할 수 있고, 가동 샤프트(241)의 외측에서 용접 등에 의해서 고정된다. 가동 코어의 돌기부(246)는 가동 코어와 일체로 제작된다.

고정 코어(243)는 원통형의 형상으로 실린더(260)에 고정되고, 길이방향으로 관통된 홀을 구비하여 후술하는 바와 같이, 가동 샤프트(241)를 가이드하여 이동시킨다.

고정 코어(243)는 수용부(244)를 포함할 수 있다. 수용부(244)는 상기 복귀 스프링이 위치되고, 상기 돌기부가 수용되는 공간으로, 돌기부의 외경보다 넓게 형성될 수 있고, 돌기부의 외경과 수용부(244)의 내측이 접하도록 돌기부의 외경과 같게 형성될 수 있다. 상기 수용부(244)의 깊이는 돌기부가 수용부(244)의 내측으로 충분히 이동되도록 돌기부의 길이보다 깊게 형성될 수 있다.

상기 돌기부에 의하여, 상기 가동 코어는 여자 코일(233)에 전류가 인가되는 경우, 상기 고정 코어에 더 밀착될 수 있다. 상기 고정 코어와 상기 가동 코어 사이에 센 초기 자기력을 얻을 수 있어서, 동작 성능이 향상된다. 초기 자기력은 상술한 바와 같이, 고정 코어와 가동 코어가 이격되어 있는 상태에서 코일에 전류가 인가되는 순간의 자기력을 의미한다.

접압 스프링(281)은 가동 샤프트(241)의 상측에서 가동 접촉자에 접하여 위치한다. 복귀 스프링(283)은 가동 코어와 고정 코어 사이에 위치할 수 있고, 가동 접촉자와 가동 샤프트 사이에 위치할 수도 있다.

접압 스프링(281)은 가동 접촉자(249)가 고정 접촉자(220)에 접촉하도록 가동 샤프트(241)에 탄성력을 가하며, 가동 접촉자(249)와 고정 접촉자(220)가 접촉하는 위치에 있을 때 접점 간의 접촉압력을 유지시킬 수 있다. 접압 스프링(281)은 가동 접촉자(249)와 가동 샤프트(241) 사이에서 가압되어 탄성 변형한다.

복귀 스프링(283)은 가동 접촉자(249)가 고정 접촉자(220)로부터 이격되도록 가동 코어(245)에 탄성력을 가한다. 상기 복귀 스프링(283)은 가동 코어와 고정 코어 사이에서 가압되어 탄성 변형한다.

릴레이는 하우징(210)을 포함하는데, 상기 하우징(210)은 제1 하우징(211) 및 제2 하우징(212)을 더 포함할 수 있다.

제1 하우징(211)은 릴레이의 상측 외부에 위치하고, 제1 베리어(217)와 결합할 수 있으며, 고정 접촉자(220)와 가동 접촉자(249)가 접촉되는 소호영역과 나머지 영역으로 구획한다. 제1 하우징(211)은 절연을 위해 세라믹의 재질로 형성될 수 있다. 제1 하우징(211)의 상면을 관통하여 제1 하우징(211)에 기밀하게 결합되는 한 쌍의 고정 접촉자(220)가 결합된다.

제2 하우징(212)은 릴레이의 하측 외부에 위치하고, 제2 베리어(218)와 결합할 수 있다. 제2 하우징(212)과 제2 베리어(218) 내부의 엑추에이터 영역에는 실린더(260)가 결합되고 실린더(260)의 주변에 코일 어셈블리가 설치된다.

이하에서는, 도 4 내지 도 5를 참조하여, 본 고안에 의한 릴레이의 실시예의 작용을 보다 상세하게 설명한다.

먼저, 도 4를 참조하면, 코일 어셈블리(230)에 전류가 인가되지 않은 상태에서는, 가동 코어(245)에는 복귀 스프링(283)의 탄성력만 작용한다. 따라서 상기 가동 샤프트(241)는 하방으로 이동한 상태를 유지하고, 이에 의하여 가동 접촉자(250)가 고정 접촉자(220)로부터 이격된다.

한편 코일 어셈블리(230)에 전류가 인가되어 코일(233)이 자화되면, 코일에서 발생된 자속은 가동 코어(245), 고정 코어(243), 제2 베리어(218) 등에 자속이 형성되어 자속의 폐 회로를 형성하고 가동 코어는 상방향으로 자기력을 받는다.

상기 돌기부로 인하여, 가동 코어가 이동하는 순간에 센 초기 자기력을 받는다. 따라서 높은 동작 특성으로 상기 가동 코어는 충분한 자기력을 받아서 상기 가동 샤프트(241)와 함께 이동할 수 있다.

도 5를 참조하면, 가동 코어(245)가 고정 코어(246)측으로 이동되어, 돌기부(246)가 고정 코어 내측으로 수용된 것이 도시된다. 가동 접촉자(249)는 고정 접촉자(220)와 접촉하고 있으며, 접압 스프링(281)은 압축된 상태이다.

코일 어셈블리(230)에 공급되는 전류를 차단하면, 상기 가동 코어는 복귀 스프링에 의해 상기 가동 샤프트와 함께 하방향으로 이동하여, 가동 접촉자와 고정 접촉자는 이격되는 오프 상태가 된다.

도 7의 그래프는, 본 고안의 일 실시예인 돌기부로 인하여, 향상된 초기 자기력을 나타낸다. x축은 가동 코어와 고정 코어 사이의 거리를 나타내고, y축은 자기력의 세기를 나타내는데, 상술한 바와 같이, 코일 어셈블리에 인가되는 순간의 초기 자기력의 세기가 릴레이의 동작 성능에 중요한 영향을 미친다. 그래프의 우측을 참조하면, 2.5[mm]의 거리에서 돌기부가 있는 경우는 약 2200[gㆍf], 돌기부가 없는 경우는 약 1800[gㆍf]로서 초기 자기력의 큰 차이가 있음을 알 수 있다.

상술한 상세한 설명은, 본 고안의 실시예로서 통상의 기술자가 고안을 실시하기 위한 구체적인 예시이고, 출원인의 권리가 이에 한정되는 것은 아니다. 출원인의 권리는 이하에서 서술되는 실용신안등록청구범위에 기재된 사항에 의하여 정하여진다.

211 : 제1 하우징 212 : 제2 하우징
220 : 고정 접촉자 230 : 코일 어셈블리 233 : 코일
241 : 가동 샤프트 243 : 고정 코어 245 : 가동 코어
246 : 돌기부 249 : 가동 접촉자 260 : 실린더
281 : 접압 스프링 283 :복귀 스프링

Claims

하우징;
상기 하우징과 결합되는 고정 접촉자;
상기 하우징의 내부에서 이동가능하게 위치하여, 상기 고정 접촉자와 접촉 또는 분리되는 가동 접촉자;
상기 하우징 내부에 설치되어, 전류가 인가되면 자기장을 형성하는 코일 어셈블리;
상기 가동 접촉자와 상측에서 결합되는 가동 샤프트;
상기 가동 샤프트를 둘러싸고 있는 고정 코어;
상기 가동 샤프트에 고정되어, 상기 코일 어셈블리에 형성된 자기장에 의해 상기 가동 샤프트를 가압하여 이동시키는 가동 코어; 및
상기 가동 샤프트를 감싸고, 상기 고정 코어와 상기 가동 코어 사이에 배치된 복귀 스프링;을 포함하고
상기 가동 코어는, 상기 고정 코어와 상기 가동 코어 사이의 초기 자기력을 향상시키기 위하여, 상기 고정 코어 방향으로 연장되어 상기 가동 샤프트를 감싸고, 상기 가동 샤프트와 복귀 스프링 사이로 돌출되어 상기 복귀 스프링과 조립되는 원통형의 돌기부를 포함하고,
상기 고정 코어는 상기 돌기부 및 복귀 스프링을 수용할 수 있는 원통형의 수용부를 포함하고,
상기 돌기부는 끝단에 챔퍼가 형성되고,
상기 복귀 스프링의 상단은 상기 수용부의 끝단과 닿아 있고, 상기 복귀 스프링의 하단은 상기 챔퍼와 닿아 있어서, 상기 복귀 스프링은 상기 수용부의 끝단과 상기 챔퍼 사이에서 탄성변형이 가능한 것을 특징으로 하는 릴레이.
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