전자식 계전기 및 이를 구비한 장치

전자식 계전기 및 이를 구비한 장치{electromagnetic relay and appatus having thereof}

본 발명은 하기의 특징:

- 하나의 코일 본체는 2개의 플랜지가 있는 하나의 코일 관을 형성하고 상기 코일 관에서 권선을 지지하며;

- 상기 양 플랜지들 중 제1플랜지는 코일 축에 평행한 바닥쪽과 함께 스위칭 공간(switching room)을 형성하며;

- 상기 코일 관 내에 배열되는 축 방향 코어는 상기 스위칭 공간 쪽으로 하나의 극성 면을 형성하며 상기 제2플랜지의 영역에서 L-형상의 요크와 연결되어 있으며;

- 이 요크의 자유단은 상기 스위칭 공간의 영역에서 상기 바닥 쪽에 대해 수직 방향인, 판 형상의 아마추어를 위한 지지 에지를 형성하며, 이 때 상기 아마추어는 상기 코어의 극성 면과 함께 동작 에어 갭을 형성하며;

- 가동형 아마추어 단부의 근처에서 적어도 하나의, 제1고정 접점을 지지하는 (제 1의) 고정 접점 지지부가 상기 코일 본체에 고정되며 및

- 평면의 띠 소재로부터 형성된 접촉 스프링이 상기 아마추어와 연결되어 있으며, 이것은 자유단에서 가동형 아마추어 단부의 영역에서 가동형 접점을 지지하며 연결 영역에 의해 상기 계전기의 접촉 스프링-연결핀과 연결되어 있는 특징들을 가지는 전자식 계전기에 관한 것이다.

그와 같이 구성된 계전기는 예를 들어 US 4 596 972에도 공지되어 있다. 이 접촉 스프링은 거기에서 상기 아마추어 베어링을 활 형상으로 에워싸고 있으며 그의 연결 영역을 이용해 요크에 고정되며, 이 경우 상기 요크는 다시 아래에 형성된 연결핀을 형성한다.

부하 전류가 상기 요크에 의해 인입되는 계전기에 있어서 계전기 안에서 단자로의 전류 통로는 비교적 길다; 그 외에도 상기 강자성 소재는 그의 전도성에서 제한받는다. 이는, 횡단면이 상대적으로 작은 연결핀이 동일한 소재로 만들어지면, 높은 전류의 스위칭에 양호하지 않게 작용한다. 그 외에도 상기 계전기 하우징이 밀봉되어야 하는 경우, 상기 요크에 형성된 연결핀이 부가의 비용을 필요로 한다.

높은 부하 전류를 위해 설계된 유사하게 구성된 계전기에 있어서, 소켓에 고정된 연결핀으로부터 구리 연선(copper strand)을 지나 직접 접촉 스프링으로 그리고 그에 고정된 접촉편으로 부하 전류를 유도하는 것도 공지되어 있다(DE 34 28 595 C2).

이런 면에서 상기 요크는 상기 부하 전류를 유도할 필요가 없다. 그러나 상기 연선의 이용은 부가의 소재 비용 및 조립 비용을 필요로 한다.

이런 공지의 계전기에 있어서 상기 고정형 접점 지지부 및 경우에 따라서는 접촉 스프링-연결핀이 펀칭 가공 부재로서 만들어졌으며 코일 본체의 또는 소켓의 개구들 및 예비 성형된 샤프트들에 삽입을 통해 장착되며 이어서 노치를 통해 또는 고유 압착(inherent pressing)을 통해 고정된다.

이런 구성이 가지는 단점은 상기 부품들이 부정확성 때문에 조립 시에 합성수지 부품에서 형상 결합하여 고정되는 것이 아니라 조립 시에 부품의 겹침 때문에 입자 소재(particles)가 마모(abrade)된다는 것이다.

이 입자들은 나중에 계전기에서, 예를 들어 접점들에, 아마추어 베어링에 또는 동작 에어 갭(working air-gap)에서 문제를 야기시킨다.

제조 시에 더 큰 비용이 요구됨으로, 발생된 입자들을 블로우(blow) 또는 흡입 장치를 통해 제거하여야 한다.

다른 계전기에 있어서 공지된 것으로는 접점 지지부와 같은 개별 부품들을 시트로부터 스탬핑 가공하고 개별적으로 또는 스트립(strip)의 형태로 연결되어 일정한 형태로 성형하는 것이다.

이런 종류의 제조가 가지는 단점으로는 상기 부품들이 사출 몰드 안에 삽입되어야 한다는 것이다; 그 외에도 이 스트립 제작은 소재의 많은 낭비를 가져온다는 것이다. 상기 양 경우에, 사출 몰드를 스탬핑 공구(stamping tool)에 적응(adapt)시키기 위해, 상기 스탬핑 장치의 영역에서 상기 몰드의 양호한 밀봉을 할 수 있기 위해, 많은 비용이 요구된다.

본 발명의 실시예들이 하기에서 도면을 이용해 상술되어 있다.

도 1은 (하우징 캡이 없이) 본 발명에 따라 구성된 계전기의 사시도이고,

도 2는 (하우징을 가진) 부분적으로 조립된 상태의 도 1의 계전기이고,

도 3은 도 1의 완전히 조립된 계전기의 수평-종단면도이고,

도 4는 도 2에 따른 계전기에 사용하는 플러그형 코어이고,

도 5는 도 4에 따른 코어를 가지는 도 1의 계전기의 수직-종단면도이고,

도 6은 플렉시블하게 형성된 밑판을 가진 하우징 캡의 변형예이고,

도 7은 접촉 스프링의 변형예를 가지는 도 1에서의 계전기이고,

도 8은 듀오 계전기를 형성하기 위한 하우징 및 도 1에 따른 2개의 계전기 장치이다.

본 발명의 목적은 적은 부품들을 이용해 간단하게 제조될 수 있는 단순한 구성을 가지는 계전기를 제공하는데 있다. 특히 상기 구조는 특히 양호한 반제품-소재와 특히 소재를 절약하는 그리고 낭비가 없는 제조 방법의 이용을 가능하게 하므로, 상기 계전기는 특히 경제적이며 그럼에도 불구하고 고품질의 계전기가 얻어진다.

전술한 종류의 계전기에 있어서 본 발명에 따른 상기 목적은, 상기 접촉 스프링-연결핀과 적어도 하나의 고정형 접점 지지부가 인발 가공된 또는 압연 가공된 와이어로 이루어지고 상기 코일 본체 안에 삽입됨으로써 달성된다.

상기 부하 회로 단자들(load circuit connections)을 위한 와이어-연결 부재를 본 발명에 따라 이용하여 계전기의 특히 저렴한 비용의 그리고 소재를 절약하는 제조 방법이 얻어진다.

상기 와이어-반제품이 직접 공급 롤(supply roll)로부터 사출 몰드 안으로 이동되어 거기에 삽입되기 때문에, 어떠한 종류의 스탬핑- 또는 벤딩 공구들도 필요하지 않게 된다.

일반적으로 이용되는 코일 단자들 역시 바람직하게는 동일한 방식으로 상기 몰드에서 함께 성형된다. 상기 와이어는 성형 전에 또는 성형 후에 직접 사출 성형 다이를 통해 분리되며, 이 경우 어떠한 종류의 낭비도 발생하지 않는다.

단순한, 바람직하게는 원형의 또는 직사각형의 프로화일을 가지는 인발 가공된 또는 압연 가공된 와이어들의 이용을 통해 사출 몰드의 밀봉이 문제없이 이루어지는데, 스탬핑 장치 등도 고려될 필요가 없기 때문이다. 상기 계전기가 끼워진 스탬핑 부품들을 가지지 않기 때문에, 조립 시에 접점 표면 또는 극성 면들을 방해할 수도 있는 합성수지 입자들이 발생하지 않는다.

가장 단순한 구성에서 상기 계전기는 단지 하나의 고정 접점을 가지며, 이것은 메이크 접점 또는 브레이크 접점으로서 상기 접촉 스프링과 함게 기능하며 가동형 접점을 가지는 스프링 단부의 한 쪽 또는 다른 쪽에 배열된다. 그러나 동일한 방식으로 스위칭 오버 접점도 만들어지며, 이 경우 제2고정 접점을 가지는 제2고정 접점 지지부는 제1고정 접점의 반대 편에 동일한 코일 본체 플랜지에 고정된다.

본 발명의 양호한 실시예에서 접촉 스프링-연결핀 역시 제1코일 플랜지에, 즉 스위칭 공간의 영역에 삽입되어 있으며 상기 접촉 스프링의 연결 영역이 상기 요크의 지지 에지에 평행하게 연장해 있는 연결핀 영역에 직접 고정되어 있다.

상기 아마추어는 이의 지지 단부를 이용해 이 경우에 상기 요크 단부와 연결핀 사이에 위치하는 반면, 상기 접촉 스프링의 연결 영역은 상기 아마추어의 지지 단부를 지나서 연결핀으로 이어지며 거기에 고정되며 바람직하게는 용접 또는 납땜된다.

양호한 구성으로는 상기 접촉 스프링-연결핀 및 고정형 접점 지지부가 각각 4각형 와이어로 이루어진다. 이 경우 한편으로는 상기 접촉 스프링이 다른 한편으로는 고정 접점들이 큰 전이면을 이용해 상기 지지부에 용접 또는 납땜될 수 있다. 이 고정 접점들 자체는 바람직하게는 부분적으로 접점 띠-반제품으로부터 커트되므로, 여기에서도 어떠한 낭비도 생기지 않는다.

상기 코일 관에 배열된 코어가 바람직하게는 아마추어 베어링 쪽으로 편심으로 확대된 극성면이 있는 극성 플랜지를 갖는다. 그 때문에 계전기 크기가 작은 경우에도 한 편으로는 고정 접점에 대한 충분한 절연 간격이 다른 한편으로는 충분히 큰 극성 면이 만들어질 수 있다. 유리한 구성에 있어서 상기 코어는 상기 코일 본체의 제조와 함께 그 안에 삽입되므로, 나중의 끼움 작업이 생략될 수 있다.

이 경우 상기 코어가 원형의 또는 직사각형의 횡단면을 가질 수 있다. 그러나 원형의 (또는 사각형의) 코어를 나중에 코일 본체의 관통 개구 안으로 끼울 수도 있다.

이 경우 상기 극성 플랜지의 근처에 형성된 돌출부를 코어 표면에 제공하며, 이 돌출부들은 상기 코일 본체의 열가소성 소재의 이완이 나중에 이루어지는 경우 형상 결합을 형성하며 상기 코어 극성면의 그리고 상기 요크의 지지 에지의 상호 위치 고정을 만들어낸다는 것이 유리하다.

또한, 본 발명의 유리한 구성에서 상기 접촉 스프링이 상기 아마추어 베어링을 일정한 각도로 에워싸는 고정 영역을 이용해 상기 요크에 고정되며 이 고정 영역을 매개로 접혀진 연결 영역이 상기 연결핀으로 이어지고 이것과 연결된다. 이런 면에서 높은 부하 전류를 위한 계전기에 있어서 보장되는 것은 연결핀으로까지 부하 전류를 인입하기 위한 큰 스프링 단면이 사용될 수 있다는 것이다.

상기 코일 플랜지의 영역에서 모든 부하 단자들을 삽입하여, 이 단자들이 상기 스위칭 공간의 바닥을 통해 아래에서 기밀하게 인출된다. 이 코일 본체에 씌워진 캡이 상기 코일 플랜지의 외측 콘투어를 따라 기밀하기만 하면된다. 이는 성형된 코일 연결핀이 기밀하게 삽입된 마주하는 제2플랜지에도 적용된다. 코일 감는 부분 아래의 공간만이 남으며, 이것은 간단하게 플랜지에 의해 폐쇄되며 그의 가장자리를 따라 기밀하게 된다.

도 1 내지 도 5에 도시된 계전기는 하나의 코일 관(coil pipe)(11), 하나의 제1플랜지(12)와 하나의 제2플랜지(13)가 있는 코일 본체(1)를 지지 부품으로서 가지고 있다.

상기 제1플랜지(12)는 스위칭 룸(switching room) (14)이 만들어지는 연장부를 형성하며, 이 경우 이 스위칭 룸은 아래쪽에서 바닥(15)에 의해 폐쇄되고 상기 계전기의 연결부 쪽을 한정하게 된다. 상기 코일 관(11)에 권선(2)이 지지된다.

압출 성형된 2개의 고정 접점 지지부(3과 4) 및 접촉 스프링-연결핀(5)이 상기 연장부 안에 삽입되어 있으며, 이들은 반제품으로서 고전도성 소재, 예를 들어 4각형의 구리 와이어이다.

도면에 도시된 정사각형 횡단면을 가지는 와이어 대신에 직사각형 횡단면 또는 원형 횡단면을 가지는 와이어도 이용될 수 있다.

이 양 고정 접점 지지부들은 서로 대향하는 표면에서 각각 하나의 고정 접점을 가지는, 즉 메이크 접점(make contact)으로서 작용하는 제1고정 접점(6)과 브레이크 접점(break contact)으로서 이용되는 제2고정 접점을 갖는다. 이 접점들은 각각 접촉편(contact piece)으로서 반제품-접점 소재 띠에서 커팅되어 상기 고정 접점 지지부(3 및 4)에 용접 또는 (바람직하게는) 경질 땜납된다.

바람직하게, 더 작은 횡단면을 가지는 2개의 다른 와이어들이 코일 연결핀(9와 10)으로서 제2플랜지 및 제1플랜지에서 대각선 방향으로 오프셋되어 배열되며 부하 단자들(load connections)의 삽입과 같은 방식으로 삽입된다. 이 코일 연결핀들은 바람직하게는 정사각형의 횡단면을 가지며, 인출선들과의 소재에 적합한 결합을 하기 전에 이 인출선의 감는 부분의 억지 끼워맞춤(interference fit)을 개선할 수 있다.

바람직하게, 이 결합은 융제(fluxing agent) 없는 그러므로 입자 없는 결합이 이루어지는 TIG(Tungsten-Inert Gas)-용접 및 WIG-땜납을 이용해 이루어진다.

원형 또는 직사각형의 연자성(soft magnetic) 코어(16) 및 이것과 일부재로 형성된 극성 플랜지(pole flange)(17)가 코일 관(11) 안에 위치하며, 상기 극성 플랜지의 콘투어의 한 쪽에서 선(18)을 따라 한 세그먼트가 제거되어 있다. 그 때문에 특히 아마추어 베어링을 향해 있는 쪽에서 큰 극성 면(pole surface)이 얻어지는 반면, 그 반대쪽에서는 상기 고정 접점 지지부(3)에 대한 충분히 큰 절연 간격이 보장된다. 상기 극성 플랜지(17)의 반대쪽에 있는 코어 단부(19)는 상기 코일 관으로부터 돌출하며 L-형상의 요크(20)의 레그(20a)와 연결되어 있다. 그의 제2레그(20b)는 코일 축에 대해 평행하게 측면에서 연장해 있으며 그의 단부에서 아마추어(22)를 위한 지지 에지(21)를 형성한다.

상기 코일 본체(1)를 성형할 때 상기 코어(16)는 그 안에, 즉 코일 관(11) 안에 삽입되므로, 나중에 끼우는 작업이 생략된다(참고 도 3). 이 경우에 상기 코일 본체 밖으로 돌출하는 코어 단부(19)가 사출 몰드 안에서 상기 코어를 센터링하는데 이용된다.

상기 코어의 압출 성형 시에 메이크 접점의 수명을 위한 상기 아마추어의 용해 손실(melting loss)에 대한 안전성[오버허브(overhub)]을 보장하기 위해, 상기 아마추어는 가동형 접촉 스프링 단부의 아래 영역에서 압인 지점(22b)을 가지므로, 상기 접촉 스프링(23)과 상기 아마추어(22) 사이에 에어-갭(28)이 발생한다. 그 외에도 측면의 협소 지점(narrow position)(22c)을 통해 원하는 휨 지점(desired bending position)이 제공된다. 이것은, 상기 아마추어가 코일 축의 동작 시에 쉽게 꺽여지는 경우, 상기 오버허브를 높일 수 있다.

그러나 도 2에 따른 상기 코어를 나중에 상기 코일 관 안에 끼울 수도 있다. 이 경우 유리한 점은 도 4와 도 5에 도시된 것처럼 상기 극성 플랜지(17)의 근처에 원통형의 (또는 직사각형의) 코어 둘레에 돌출부(16a)들이 제공된다는 것이다.

이 튀어나온 돌출부(16a)들은 조립된 상태에서 강제로 상기 코일 플랜지(12)의 영역에 위치하며 열가소성 소재의 이완이 나중에 있는 경우 형상 결합(form-fit)을 가져온다; 그러므로 코일 본체 안에 있는 그리고 이 코일 본체 안에 삽입되어 있는 고정형 접점 지지부들에 대면하는 상기 요크의 지지 에지(21) 및 상기 극성 플랜지(17)에서 상기 코어 극성 면의 위치 고정이 이루어진다.

상기 코어 및 상기 요크는, 예를 들어 노치 결합(notch connection)을 통해, 상기 코일 플랜지(13)의 영역에서 연결되어 있으므로, 상기 극성 플랜지(17)의 극성 면과 요크-지지 에지(21)가 서로 정렬되기 때문에, 상기 양 부품의 부정확성(tolerance)이 사라지고(disconnect) 상기 아마추어를 위한 최적의 자기 스타팅 파워(magnetic starting power)가 얻어진다.

이때, 이 부정확성의 보상 및 상기 오버허브의 조정이 이루어져, 상기 아마추어의 오버허브가 그의 목표값에 도달할 때까지 그 한도에서 상기 코일 관의 노치된 요크-코어-유니트는 축 방향으로 이동된다. 이 경우 동작 베어링 및 아마추어 베어링-에어 갭에서 최적으로 정렬된 면들이 그들의 상호 할당 시에 변하지 않는다; 이 마그네틱 시스템만이 스위치 스택(switch stack)의 위치에 적응한다.

상기 코일 축에 대해 수직 방향으로 (참고 도 5) 상기 코일 플랜지(12)의 서로 대향하는 측면들에서 힘(F)의 부가적인 작용을 통해 상기 코일 본체의 열가소성 소재의 이완이 가속되므로, 상기 플랜지(12)의 영역에서 상기 코어의 억지 끼워맞춤이 상기 조정 후에 보장된다.

상기 아마추어(22)와 하나의 접촉 스프링(23)을 연결시키는 하나의 리벳 지점(riveting position)(24)이 이의, 상기 아마추어 위로 돌출하는 단부(23a)에서 가동형 접점(25)을 지지하며, 이 때 이 가동형 접점은 중간 접점으로서 상기 양 고정형 접점들(6과 7)과 함께 기능한다.

그것은 도시된 예에서처럼 리벳 접점(riveting contact)으로서 실현되거나 또는 서로 용접된 및 납땜된, 특수강 띠에서 커트된 2개의 접촉편을 통해서도 형성될 수 있다. 이 아마추어 베어링의 영역에서 상기 접촉 스프링(23)은 하나의 고정 영역(23b)을 가지며, 이것은 지지된 아마추어 단부에 의해 올가미 또는 루프(loop)의 형태로 굽혀져 있으며 리벳 돌출부(26) (또는 용접점)을 이용해 상기 요크 레그(20b)에 정렬되어 고정된다.

그의 예비 응력(pre-stress)을 통해 상기 접촉 스프링(23)의 고정 영역(23b)이 상기 아마추어 반발력을 발생시킨다. 또한 이 접촉 스프링(23)은 상기 고정 영역(23b) 위로 연장하는 연결 영역(23c)을 가지며, 이 영역은 상기 고정 영역(23b) 위에서 180°접혀있으며 그의 단부가 상기 연결핀(5)에 용접 또는 경질 땜납을 통해 고정되어 있다.

이 스프링의 연결 영역이 전류 공급을 위해서만 이용되며 상기 아마추어의 반발력에는 어떠한 영향도 주지 않는다. 이것은 상기 리벳 돌출부(26) (또는 용접점)의 영역에서 개구들(27)을 가지므로, 이것은 함께 리벳되지 않는다.

충격 흡수를 위해 상기 아마추어(22)는 하나의 고정 노즈(22a)를 가지며, 이것은 상기 고정 영역(23b)에 펀칭된 직사각형 호울(23d) 안으로 돌출하며 상기 아마추어를 축 방향으로 코일에 고정시킨다.

도 1에 따라 지금까지 설명한 개방형 PCB 계전기는 도 2에 따른 보호 캡(29)을 가질 수 있다. 부가적으로 상기 양 플랜지(12와 13)들 사이의 바닥 쪽의 영역에 하나의 밑판(30)이 제공되며, 이것은 상기 코일 와인딩 공간(winding room)을 아래에서 커버한다. 이어서 상기 캡(29), 밑판(30)과 상기 코일 본체(1) 사이에 틈들이 실링 컴파운드(sealing compound)를 통해 밀봉된다.

상기 코일 공간만을 커버하는 밑판(30)이 어떠한 입자 파편도 야기시키지 않는데, 상기 고정형 접점 지지부(3과 4), 상기 접촉 스프링-연결핀(5) 및 코일 연결핀(9와 10)과 같은 와이어 형상의 단자들이 상기 플랜지들 안에 삽입되어 있으며 상기 밑판에서 어떠한 개구들도 필요로 하지 않는다.

이 밑판(30)은 도 7에 따라 박막 힌지(film hinge)(31)를 통해 상기 캡(29)과 일부재로 연결될 수 있다. 이 경우 이것은 상기 캡의 조립 후에 상기 코일실에 의해 회전되며 밀봉된다.

도 7에는 도 1의 것과 비슷한 계전기가 도시되어 있으며, 이 경우 단지 변형된 접촉 스프링만이 이용된다. 접혀진 연결 영역(23c)에 의해 높은 전류를 위한 큰 횡단면의 컨덕터가 마련되는(prepared) 전술한 접촉 스프링(23)과 비교하여 단순화된 형태의 접촉 스프링(33)이 작은 전류 부하에 이용될 수 있다.

이 경우 상기 접촉 스프링(33)은 상기 아마추어 베어링을 매개로 굽혀진 지지 영역(33b)을 가지는 반면, 고정을 위해서도 이용되는 연결 영역(33c)이 상기 스프링의 중앙 영역으로부터 커트되어 상기 요크 표면에 대해 평행하게 직접 상기 접촉 스프링-연결핀(33c)으로 가이드된다. 이 용접 지점 또는 납땜 지점(34)은 상기 접촉 스프링의 고정을 위해서 뿐만 아니라 전기 접속을 위해서도 이용된다.

상기 요크에 대한 자체 고정(self-fastening)이 생략된다. 나머지 스프링 레그(33d와 33e)들은 아마추어-접촉 스프링 유니트의 반발력을 발생시킨다. 그 밖에도 도 7에 따른 이 계전기는 앞서 설명한 것과 똑같이 구성된다.

이 계전기는 또한 듀오 계전기로서 공동의 하우징을 가질 수 있다. 도 8에 도시된 것처럼, 이 경우 2개의 개별 계잔기들은 도 1에 따른 각각 하나의 코일 본체(1)를 가지고 그의 코일 축에 서로 병렬로 배열되며 공동의 캡(35)과 공동의 밑판(36)을 갖는다. 한 편으로는 상기 캡과 밑판 사이에 다른 한편으로는 상기 캡과 코일 본체 사이에 틈들이 종래와 같이 실링 컴파운드로 밀봉된다.

2개의 체인지-오버 브레이크·메이크 접점(change-over break-before-make contact)들을 가지는 그와 같은 듀오 계전기들은 바람직하게는 직류 전동기를 위한 극 반전 계전기(pole revesal relay)로서 이용된다.