회로 차단기용 액츄에이터 및 그 제조방법 {ACTUATOR FOR CIRCUIT BREAKER AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 회로 차단기용 액츄에이터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구조가 간단하고, 생산비용이 절감되며, 외부의 충격으로 인해 기기의 성능이 저하되는 것을 방지하는 회로 차단기용 액츄에이터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
액츄에이터(Actuator)란 차단기, 냉장고 콤프레셔 등의 기계장치에서 선형운동을 제공하거나 접점의 개폐가 이루어지는 부위에서 개폐 동작을 제어하기 위해 사용되는 장치로서, 개폐 동작의 제어방법에 따라 기계식과 전자식 등으로 구분된다. 도 1에는 종래의 회로 차단기용 액츄에이터가 도시되어 있고, 도 2에는 종래의 액츄에이터를 구성하는 몸체부의 개략 단면도가 도시되어 있으며, 도 3에는 종래의 회로 차단기용 액츄에이터의 내부에 형성된 주자로의 경로를 나타내는 개략도가 도시되어 있고, 도 4에는 종래의 회로 차단기용 액츄에이터의 내부에 형성된 보조자로의 경로를 나타내는 개략도가 도시되어 있다. 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 종래의 액츄에이터는 각 구성부품이 내부에 구비되는 몸체부(30), 상기 몸체부(30)의 상부를 덮는 상부덮개(10) 및 상기 몸체부(30)의 하부를 덮는 하부덮개(20) 등으로 구성된다. 이때 상기 몸체부(30)의 내부에는 권선된 코일(33), 상기 코일(33)에 인접하게 위치하는 영구자석(37), 상기 권선된 코일(33) 사이에 구비되는 고정코어(41), 상기 고정코어(41)에 접촉 또는 분리되는 가동코어(43), 상기 가동코어(43)를 이동시켜 상기 가동코어(43)가 상기 고정코어(41)에 접촉 또는 분리되도록 하는 작동로드(45), 상기 작동로드(45)에 탄성력을 제공하는 탄성부재(40), 상기 권선된 코일(33) 주변에 위치하여 주자로를 형성하는 제1 요크(31), 상기 제1 요크(31)의 하측으로 보조자로를 형성하는 제2 요크(35), 제1 자력 조절판(39) 및 제2 자력 조절판(47) 등이 구비된다. 상기와 같이 구성된 회로 차단기용 액츄에이터는 각 코일(33)에 전류를 인가하면 상기 코일(33)을 통해 자속이 발생하고, 상기 코일(33)을 감싸는 상기 제1 요크(31)와 상기 고정코어(41) 및 상기 가동코어(43)를 통해 주자로(50)가 형성됨과 동시에 상기 제2 요크(35) 등을 통해 보조자로(60)가 형성되며, 주자로(50)와 보조자로(60)를 통해 고정코어(41)와 가동코어(43) 간에 자력이 발생하여 고정코어(41)에 가동코어(43)가 접촉하게 된다. 또한 전류가 차단되면 자력이 소멸되고 고정코어(41)에 접촉된 가동코어(43)는 탄성부재(40)를 통해 탄성복원력을 제공받아 고정코어(41)와 상호 분리되게 된다. 한편, 제1 자력 조절판(39)과 제2 자력 조절판(47)을 통해 주자로와 보조자로의 자력강도를 조절한다. 하지만 상기와 같이 구성된 종래의 회로 차단기용 액츄에이터는 보조자로(60)를 형성시키는 제2 요크(35)를 고정시키기 위해 상부덮개(10)와 하부덮개(20)를 이용하기 때문에 제2 요크(35)가 견고하게 고정되지 못하는 문제점이 있었다. 또한 상부덮개(10)와 하부덮개(20)를 사용하기 때문에 액츄에이터의 부피가 커질 뿐만 아니라 생산비용이 증가하고, 생산에 소요되는 시간이 길어지는 문제점이 있었다. 또한 제2 요크(35)가 견고하게 고정되지 못하여 액츄에이터를 사용하는 중에 제2 요크(35)가 흔들리거나 제2 요크(35)의 위치가 변경됨으로써 보조자로(60)를 통해 고정코어(41)와 가동코어(43)에 전달되는 자력이 변화되어 고정코어(41)와 가동코어(43)가 통전상태에서 상호 분리되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 구조가 간단하고, 생산비용이 절감되며, 외부의 충격으로 인해 기기의 성능이 저하되는 것을 방지하는 회로 차단기용 액츄에이터 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
전술한 본 발명의 목적은, 프레임과, 상기 프레임의 내부 양측에 구비되는 코일과, 상기 코일에 인접배치되는 영구자석과, 상기 코일을 감싸도록 위치하여 주자로를 형성하는 제1 요크와, 상기 제1 요크의 하측에 구비되어 보조자로를 형성하는 제2 요크를 포함하는 회로 차단기용 액츄에이터에 있어서, 상기 제2 요크의 양단에는 끼움부가 구비되고, 상기 제1 요크의 상부 양측에는 상기 끼움부가 끼워지도록 끼움홀이 형성되며, 상기 끼움홀의 상부 양측에는 내측으로 상기 끼움부가 상기 끼움홀에 밀착고정되도록 걸림턱이 형성되는 것을 특징으로 하는 회로 차단기용 액츄에이터를 제공함으로써 달성된다. 또한 상기 걸림턱의 상면은 상기 끼움홀의 내측으로 갈수록 하향 경사지게 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 코일 사이에는 고정코어와, 상기 고정코어에 접촉 또는 분리되는 가동코어 및 상기 가동코어를 이동시키는 작동로드가 구비되고, 상기 고정코어에는 제1 탄성부재 수용부와 상기 작동로드가 이동하도록 제 1 작동로드 이동공이 형성되며, 상기 가동코어에는 제2 탄성부재 수용부와 상기 작동로드가 이동하도록 제2 작동로드 이동공이 형성되고, 상기 제1 탄성부재 수용부와 상기 제2 탄성부재 수용부에는 상기 가동코어에 탄성력을 제공하도록 탄성부재가 구비되는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 제1 탄성부재 수용부의 폭은 상기 제1 작동로드 이동공의 폭보다 넓게 형성되어 상기 제1 탄성부재 수용부와 상기 제1 작동로드 이동공 사이에는 제1 단턱이 형성되고, 상기 제2 탄성부재 수용부의 폭은 상기 제1 작동로드 이동공의 폭보다 넓게 형성되어 상기 제2 탄성부재 수용부와 상기 제2 작동로드 이동공 사이에는 제2 단턱이 형성되며, 상기 작동로드에는 외주면을 따라 상기 제2 단턱에 밀착되는 이동 조절대가 형성되어, 상기 탄성부재가 상기 제1 탄성부재 수용부와 상기 제2 탄성부재 수용부에 삽입된 상태에서 상기 작동로드에 탄성력을 제공하면 상기 이동 조절대가 상기 가동코어를 밀어 상기 가동코어를 상기 고정코어의 반대방향으로 이동시키는 것을 특징으로 한다. 전술한 본 발명의 다른 목적은, 제1항에 의한 회로 차단기용 액츄에이터의 제조방법에 있어서, (a) 액츄에이터를 고정지그로 고정시키는 단계; (b) 제2 요크를 제1 요크에 밀착한 다음 상기 제2 요크에 하중을 인가하여 상기 제2 요크를 상기 제1 요크에 고정시키는 단계; (c) 고정코어와 가동코어의 접촉강도를 측정한 후 상기 제2 요크의 위치를 조절하는 단계; 및 (d) 상기 제2 요크가 상기 제1 요크에 고정되도록 상기 제1 요크에 걸림턱을 성형하는 단계;를 포함하는 회로 차단기용 액츄에이터의 제조방법을 제공함으로써 달성된다. 또한 상기 액츄에이터의 내부에는, 상기 영구자석에 인접배치되게 위치하는 제1 자력 조절판과, 상기 제2 요크의 내측면에 밀착되도록 위치하는 제2 자력 조절판이 구비되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명인 회로 차단기용 액츄에이터 및 그 제조방법은 상부덮개와 하부덮개를 사용하지 않고 제2 요크가 고정되도록 하여 전체 구조가 간단해지고, 생산비용이 절감되며 생산시간도 단축되는 효과가 있다. 또한 제1 요크의 상부에 끼움홀과 걸림턱을 형성시키고, 끼움홀과 걸림턱을 통해 제2 요크가 제1 요크에 견고하게 고정되도록 함으로써 제2 요크가 액츄에이터의 작동 중에 흔들리거나 위치가 변화되는 것을 방지하여 제2 요크의 위치변화로 인해 고정코어와 가동코어 사이에 발생된 자력이 변화되어 고정코어와 가동코어가 통전상태에서 상호 분리되는 것을 방지하는 효과가 있다. 또한 끼움홀을 형성한 다음 제2 요크를 끼움홀에 밀착시킨 후 걸림턱을 형성하기 때문에 고정코어와 가동코어간의 접촉강도(유지력)를 측정하여 접촉강도가 스피링의 탄성복원력 이상이 되도록 제2 요크의 위치를 조절할 수 있게 됨으로써 제품에 대한 완성도를 높여 통전상태나 차단상태에서 고정코어와 가동코어가 오동작하는 것을 방지하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 회로 차단기용 액츄에이터를 나타내는 분해 사시도.
도 2는 종래의 회로 차단기용 액츄에이터에 대한 단면도.
도 3은 종래의 회로 차단기용 액츄에이터의 내부에 형성된 주자로의 경로를 나타내는 개략도.
도 4는 종래의 회로 차단기용 액츄에이터의 내부에 형성된 보조자로의 경로를 나타내는 개략도.
도 5는 본 발명에 따른 회로 차단기용 액츄에이터를 나타내는 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 회로 차단기용 액츄에이터를 나타내는 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 회로 차단기용 액츄에이터가 고정지그에 고정된 상태를 나타내는 개략도.
도 8은 본 발명에 따른 회로 차단기용 액츄에이터의 제조과정을 나타내는 흐름도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 회로 차단기용 액츄에이터 및 그 제조방법을 상세히 설명한다. 도 5는 본 발명에 따른 회로 차단기용 액츄에이터를 나타내는 사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 회로 차단기용 액츄에이터를 나타내는 단면도이며, 도 7은 본 발명에 따른 회로 차단기용 액츄에이터가 고정지그에 고정된 상태를 나타내는 개략도이고, 도 8은 본 발명에 따른 회로 차단기용 액츄에이터의 제조과정을 나타내는 흐름도이다. 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 회로 차단기용 액츄에이터(100)는 프레임(500), 상기 프레임(500)의 내부에 권취된 코일(140), 상기 코일(140)에 인접하게 위치하는 영구자석(200), 상기 코일(140)을 감싸도록 형성되어 주자로를 형성하는 제1 요크(110), 상기 제1 요크(110)의 하측에 위치하여 보조자로를 형성하는 제2 요크(120), 상기 코일(140) 사이에 구비되는 고정코어(150), 상기 고정코어(150)에 접촉되거나 분리되는 가동코어(160), 상기 가동코어(160)를 이동시키는 작동로드(170), 상기 제1 요크(110)와 상기 제2 요크(120) 사이에 위치하여 주자로를 통해 형성되는 자력강도를 조절하는 제1 자력 조절판(190) 및 제2 자력 조절판(210)을 포함하여 이루어진다. 상기 프레임(500)은 그 내부에 각 구성부품이 구비되며, 상기 코일(140)은 상기 프레임(500)의 내부 양측에 구비되어 전류가 인가되면 자속이 발생하고, 이로 인해 상기 고정코어(150)와 상기 가동코어(160) 간에 자력이 발생하여 상호 접촉되게 된다. 상기 영구자석(200)은 발생된 자속을 강화시켜 상기 고정코어(150)와 상기 가동코어(160) 간의 접촉이 원활하게 이루어지도록 한다. 상기 제1 요크(110)는 'U'자 형상을 띄고 상기 고정코어(150)와 상기 가동코어(160)와 함께 주자로를 형성한다. 상기 제2 요크는 판상으로 이루어지고, 상기 제1 요크(110)의 하측에 위치하여 보조자로를 형성한다. 이때 상기 제1 요크(110)의 상부 양측에는 끼움홀(113)이 형성되고, 상기 제2 요크(120)의 양단에는 끼움부(121)가 형성되어 상기 끼움홀(113)에 상기 끼움부(121)가 끼워짐으로써 상기 제2 요크(120)가 상기 제1 요크(110)에 연결되게 된다. 또한 상기 끼움홀(113)의 상부 양측에는 상면(111a)이 상기 끼움홀(113)의 내측으로 갈수록 하향 경사진 걸림턱(111)이 형성되어 상기 걸림턱(111)의 하면이 상기 제2 요크(120)의 상면에 맞닿은 상태에서 상기 끼움부(121)가 상기 끼움홀(113)에 끼워짐으로써 상기 제2 요크(120)가 상기 제1 요크(110)에 보다 견고하게 고정될 뿐만 아니라 상기 제2 요크(120)를 고정시키기 위해 상부덮개(10)와 하부덮개(20)가 별도로 필요치 않아 액츄에이터(100)의 전체구조가 간단해지고, 생산시간이 단축될 뿐만 아니라 생산비용도 크게 절감되게 된다. 한편, 상기 고정코어(150)는 상기 코일(140) 사이에 위치하고, 원형단면을 갖도록 형성되어 상기 가동코어(160)에 접촉되거나 분리된다. 또한 상기 고정코어(150)에는 상기 작동로드(170)가 삽입된 상태로 이동하도록 제1 작동로드 이동공(151)이 형성되고, 상기 작동로드(170)에 탄성력을 제공하도록 스프링과 같은 탄성부재(180)가 삽입되는 제1 탄성부재 수용부(153)가 형성된다. 이때 상기 제1 탄성부재 수용부(153)의 폭이 상기 제1 작동로드 이동공(151)의 폭보다 넓게 형성되어, 상기 제1 탄성부재 수용부(153)와 상기 제1 작동로드 이동공(151) 사이에는 제1 단턱(155)이 형성된다. 상기 가동코어(160)는 상기 코일(140) 사이에 위치하고, 원형단면을 갖도록 형성되어 상기 작동로드(170)의 이동이나 자력을 통해 상기 고정코어(150)에 접촉되거나 분리된다. 또한 상기 가동코어(160)에는 상기 작동로드(170)가 삽입된 상태로 이동하도록 제2 작동로드 이동공(161)이 형성되고, 상기 작동로드(170)에 탄성력을 제공하도록 스프링과 같은 탄성부재(180)가 삽입되는 제2 탄성부재 수용부(163)가 형성된다. 이때 상기 제2 탄성부재 수용부(163)의 폭은 상기 제2 작동로드 이동공(161)의 폭보다 넓게 형성되어 상기 제2 탄성부재 수용부(163)와 상기 제2 작동로드 이동공(161) 사이에는 제2 단턱(165)이 형성된다. 따라서 상기 탄성부재(180)는 상기 제1 탄성부재 수용부(153)와 상기 제2 탄성부재 수용부(163)에 삽입된 상태에서 일단은 상기 제1 단턱(155)에 맞닿도록 위치하고, 타단은 상기 작동로드(170)에 형성된 이동 조절대(171)에 맞닿도록 위치하여 상기 가동코어(160)에 탄성력을 제공하게 된다. 상기 작동로드(170)는 상기 제1 작동로드 이동공(151)과 상기 제2 작동로드 이동공(161)에 삽입된 상태에서 스프링과 같은 탄성부재(180)의 탄성력을 제공받아 상기 가동코어(160)를 상기 고정코어(150)의 반대방향으로 이동시킨다. 이때 상기 작동로드(170)의 외주면에는 이동 조절대(171)가 형성되어 상기 이동 조절대(171)의 일단은 상기 탄성부재(180)의 타단에 맞닿고, 상기 이동 조절대(171)의 타단은 상기 제2 단턱(165)에 맞닿은 상태로 위치하여 상기 탄성부재(180)의 탄성복원력을 통해 상기 가동코어(160)를 상기 고정코어(150)의 반대방향으로 밀게 된다. 한편, 상기 제1 자력 조절판(190)과 상기 제2 자력 조절판(210)을 통해 주자로와 보조자로에 형성되는 자력강도를 조절하게 되는데, 코일(140)에 인가된 전류를 통해 발생되는 자력강도를 A, 주자로에 의한 자력강도를 B, 보조자로에 의한 자력강도를 C라 하면 A=B+C의 관계식이 성립하며, 상기 제1 자력 조절판(190)을 통해 주자로에 의한 자력강도(A)를 조절하고, 제2 자력 조절판(210)을 통해 보조자로에 의한 자력강도를 조절한다. 즉, 상기 제1 자력 조절판(190)의 경우에는 두께와 개수를 늘리거나 자성체를 사용함으로써 주자로에 의한 자력강도(A)를 강화시켜 상기 고정코어(150)와 상기 가동코어(160) 사이의 접촉강도를 강화시킨다. 상기 제2 자력 조절판(210)의 경우 비자성체로 구성하게 되면, 상기 제2 자력 조절판(210)을 통해 형성되는 보조자로는 비자성체를 통해 형성되기 때문에 주자로에 대한 보조자로의 영향력이 줄어들어 주자로를 통해 형성되는 상기 고정코어(150)와 상기 가동코어(160) 간의 접촉강도가 강화되게 된다. 또한 상기 제2 자력 조절판(210)을 자성체로 사용하게 되면 보조자로에 의한 자력강도(B)가 강화되어 상기 고정코어(150)와 상기 가동코어(160) 사이의 접촉강도도 강화되게 된다. 상기와 같은 구성에 의해, 회로 차단기용 액츄에이터(100)의 코일(140)에 전류가 인가되면 자속이 발생하게 되고, 이로 인해 고정코어(150)와 가동코어(160) 간에 자력이 발생하여 가동코어(160)가 스프링 등의 탄성부재(180)를 고정코어(150) 방향으로 밀면서 고정코어(150)에 접촉되게 된다. 이때 가동코어(160)는 스프링에 의해 고정코어(150)에 반대방향으로 탄성복원력을 제공받는 상태에 있게 된다. 한편, 코일(140)에 인가되는 전류가 중단되면 자속이 발생되지 않고 이로 인해 고정코어(150)와 가동코어(160) 간의 자력도 소멸되어 가동코어(160)는 탄성부재(180)의 탄성복원력에 의해 고정코어(150)의 반대방향으로 이동하면서 고정코어(150)와 분리되게 된다. 이하 도 6 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 회로 차단기용 액츄에이터(100)의 제조과정에 대해 상세히 설명한다. 먼저, 프레임(500)에 코일(140)이나 영구자석(200) 등의 각 구성부품이 구비된 상태에서 상하로 위치하는 고정지그(300)에 제2 요크(120)가 구비되지 않은 액츄에이터(100)를 고정시킨다(S101). 이후 제1 요크(110)에 제2 요크(120)를 밀착한 다음 제2 요크(120)에 하중 인가부재(400)를 이용하여 하중을 가함으로써 제2 요크(120)가 제1 요크(110)와 프레임(500)에 고정되도록 한다(S103). 이후 고정코어(150)와 가동코어(160)의 자력에 의한 접촉강도(유지력)를 측정하고, 측정된 접촉강도가 탄성부재(180)의 탄성복원력 이상이 아니면 제2 요크(120)의 위치를 조절한다(S105). 이때 제2 요크(120)와 제1 요크(110) 간의 이격거리가 커질수록 제2 요크(120)에 의한 보조자로에 형성되는 자력에 의해 제1 요크(110)에 의한 주자로에 형성되는 자력을 상쇄하는 정도가 작아져 고정코어(150)와 가동코어(160)의 접촉강도가 증가하게 된다. 예를 들어, 측정된 고정코어(150)와 가동코어(160) 간의 접촉강도가 탄성부재(180)를 통해 가동코어(160)에 가해지는 탄성복원력보다 작다면 전류가 인가되더라도 고정코어(150)와 가동코어(160)가 접촉되지 않기 때문에 하중 인가부재(400)를 통해 고정된 제2 요크(120)의 위치를 제1 요크(110)에서 일정정도 더 멀어지도록 조절함으로써 고정코어(150)와 가동코어(160) 간의 접촉강도를 증가시켜 고정코어(150)와 가동코어(160)의 접촉과 분리가 전류의 인가 여부에 따라 원활히 수행되도록 한다. 제2 요크(120)의 위치를 조절한 다음에는 걸림턱(111)을 성형함으로써 액츄에이터(100)를 완성한다(S107). 본 발명의 경우 상기와 같은 과정을 거쳐 회로 차단기용 액츄에이터(100)를 제조함으로써 제조과정에서 제2 요크(120)의 위치를 조절하여 고정코어(150)와 가동코어(160)의 접촉강도를 적절하게 조절할 수 있어 액츄에이터(100)의 생산성이 크게 향상되도록 한다. 이상에서 본 발명의 바람직한 일실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있고, 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
10: 상부덮개 20: 하부덮개
30: 몸체부 31: 제1 요크
33: 코일 35: 제2 요크
37: 영구자석 39: 제1 자력 조절판
40: 탄성부재 41: 고정코어
43: 가동코어 45: 작동로드
47: 제2 자력 조절판 50: 주자로
60: 보조자로 100: 액츄에이터
110: 제1 요크 111: 걸림턱
111a: 걸림턱의 상면 113: 끼움홀
120: 제2 요크 121: 끼움부
140: 코일 150: 고정코어
151: 제1 작동로드 이동공 153: 제1 탄성부재 수용부
155: 제1 단턱 160; 가동코어
161: 제2 작동로드 이동공 163: 제2 탄성부재 수용부
165: 제2 단턱 170: 작동로드
171: 이동 조절대 180; 탄성부재
190: 제1 자력 조절판 200: 영구자석
210: 제2 자력 조절판 300: 고정지그
400: 하중 인가부재 500: 프레임 |
