비대칭 솔레노이드 구조의 래칭 릴레이{MAGNETIC LATCHING RELAY HAVING ASYMMETRICAL SOLENOID STRUCTURE}
본 발명은 래칭 릴레이에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 비대칭 솔레노이드 구조의 래칭 릴레이에 관한 것이다.
래칭 릴레이는 최근 발전되어 온 새로운 릴레이이며, 자동 스위치이기도하다. 다른 전자 릴레이와 마찬가지로 전기 회로에 대하여 자동적으로 온 오프하는 기능을 구비한다. 다른 점이라면 래칭 릴레이는 여자 양(energizing quantity)이 해제되어도 여기 상태(excited state)를 유지하는 일종의 쌍안정 릴레이(bi-stable relay)이다. 솔레노이드 자기회로 구조의 전자 릴레이는 릴레이의 일종이며, 종래의 솔레노이드 자기회로 구조의 전자 릴레이는 도1에 도시된 로드와 같이, 전자석부분(electromagnet portion), 접촉부분(contacting portion), 푸시부분(push portion) 및 케이스(100)을 포함할 수 있고, 전자석부분, 접촉부분 및 푸시부분은 각각 케이스(100)내에 배치될 수 있다. 상기 접촉부분은 가동 접촉부 및 고정 접촉부를 포함할 수 있고, 가동 접촉부는 가동 스프링 리프 (101, movable spring leaf) 및 가동 접점(102, movable contact)으로 구성될 수 있고, 고정 접촉부는 고정 스프링 리프(103, fixed spring leaf) 및 고정 접점(104, stationary contact)으로 구성될 수 있다. 가동 접점 (102) 및 고정 접점 (104)은 릴레이가 동작 할 때, 가동 접촉부의 가동 접점 (102)과 고정 접촉부의 고정 접점 (104)이 서로 접촉 가능하도록 각각 대향 배치된다. 상기 전자석부분은 자기전도부재, 코일 보빈 (미도시) 및 코일(105)을 포함할 수 있고, 자기전도부재는 U자형 요크(106), 요크 플레이트(107) 및 고정 코아 (108)를 포함할 수 있고, 고정 코아 (108)는 코일 보빈에 장착될 수 있으며, U자형 요크 (106)와 요크 플레이트 (107)는 프레임 모양이 형성되도록 연결되며 그 안에 고정 코아(108) 및 코일(105)이 수용될 수 있다. 상기 푸시부분은 가동 코아(109), 푸시 로드(110) 및 고정 홀더(111)를 포함할 수 있고, 가동 접촉부는 고정 홀더(111)에 장착되며, 압축 스프링(112)이 설치되어, 릴레이 동작 시의 오버 스트로크(over stroke)를 확보할 수 있다. 가동 코아(109)는 U자형 요크 (106)와 요크 플레이트(107)가 연결되어 이루어지는 프레임 형상 내에 설치되고, 고정 코아(108)에 대응되어 푸시 로드(110)의 일단이 가동 코아(109)에 고정되고 푸시 로드 (110)의 타단이 고정 홀더 (111)에 연결된다. 이러한 릴레이의 작동 및 분리는 코일(105)이 형성하는 흡입력에 의해 확보된다. 코일(105)에 플러스, 마이너스 펄스 전압이 인가되면, 가동 코아(109)가 구동되어 움직이게 되고, 푸시 로드 (110)를 통해 고정 접촉부와 폐합 및 분리함으로써 자동 스위치 기능을 발휘한다. 예를 들어, 릴레이가 작동하면 코일(105)은 큰 흡인력을 형성하여 가동 코아(109)가 축선방향으로 이동할 수 있고, 이에 따라, 푸시부분이 움직이여 릴레이가 폐합된다. 코일 (105)의 전압이 하강되면 코일(105)이 형성한 흡인력이 릴레이의 접점이 폐합상태를 유지하는 것을 확보할 수 있다. 이러한 솔레노이드 자기회로 구조의 릴레이는 폐합 및 분리방향에서 형성되는 반력이 불평형을 이룬다. 일반적으로 폐합 시의 반력이 분리 시의 반력보다 크게 된다. 따라서 릴레이의 동작전압과 복귀전압이 불평형을 이루게 된다.
본 발명은 종래기술에 존재하는 문제를 해결하고, 솔레노이드 자기회로 구조의 릴레이에 쏠리게 배치되는 자석(magnetic)을 인입하여 릴레이를 래칭 릴레이로 되게 하여, 래칭 릴레이 코일의 발열량 적은 기능을 발휘할 수 있고, 또한 솔레노이드 자기회로의 동작전압 및 복귀전압이 불평형을 이루는 문제점을 해결할 수 있으며 제품 성능 및 동작 신뢰성의 향상을 도모 할 수 있는 비대칭 솔레노이드 구조 래칭 릴레이를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 문제점를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예는 전자석부분, 접촉부분 및 푸시부분을 포함하고, 푸시부분은 전자석부분 및 접촉부분 사이에 배치되고, 상기 푸시부분은 가동 코아를 포함하고, 상기 전자석부분은 자기전도부재, 코일 보빈 및 코일을 포함하고, 상기 가동 코아는 자기전도부재와 대응되는 위치에 설치되어 상기 코일이 여기되면 상기 코일의 축선방향을 따라 이동 가능하게 구성되는 비대칭 솔레노이드 구조의 래칭 릴레이에 있어서, 각각 상기 코일의 축선의 양측에 설치되며, 각각이 상기 자기전도부재의 대응되는 측에 근접 또는 접촉되고, 상기 코일의 축선방향에서 상기 가동 코아의 이동 범위 내에 위치하되 접점이 폐합할 때의 상기 가동 코아의 이동방향의 일측에 쏠리게 배치되는 2개의 자석을 더 포함하고, 접점이 폐합 및 � ��리된 상태에서 상기 가동 코아의 유지력이 기본적으로 동일하게 되는 것을 특징으로 하는 비대칭 솔레노이드 구조 래칭 릴레이를 제공한다. 상기 자기전도부재는 요크 및 상기 코일 보빈에 장착되는 제1 고정 코아를 포함하고, 상기 가동 코아는 상기 제1 고정 코아와 대응되는 위치에 설치되고, 상기 2개의 자석의 각각은, 상기 코일 축선의 양측에 설치되고 상기 요크의 대응되는 측에 근접 또는 접촉한다. 상기 자기전도부재는 상기 코일의 축선에 설치되고 접점이 폐합할 때의 상기 가동 코아의 이동방향의 일측에 위치하는 상기 제2 고정 코아를 더 포함하고, 상기 가동 코아는 상기 제1 고정 코아 및 상기 제2 고정 코아 사이에 배치되고, 상기 2개의 자석은 상기 코일의 축선방향에서 상기 제1 고정 코아 및 상기 제2 고정 코아 중 상기 제2 고정 코아에 근접한다. 상기 제1 고정 코아의 길이가 상기 제2 고정 코아의 길이보다 크다. 상기 제2 고정 코아의 단면 범위가 상기 가동 코아의 단면 범위보다 크다. 상기 요크는 프레임 형상으로 구성되고, 상기 코일 보빈, 상기 코일, 상기 자석, 상기 제1 고정 코아 및 상기 제2 고정 코아가 프레임 형상의 상기 요크 내에 수용된다. 상기 코일 보빈의 상단 양측에 자석 걸림 홈이 각각 형성되고, 상기 2개의 자석은 각각 상기 자석 걸림 홈에 고정된다. 상기 코일 보빈의 상기 자석 걸림 홈 및 상기 코일의 인출단은 상기 코일 보빈의 동일한 단에 구비된다. 상기 푸시부분은 푸시 로드 및 고정 홀더를 더 포함하고, 상기 가동 접촉부는 상기 고정 홀더에 장착되고, 상기 푸시 로드의 일단은 상기 요크 및 상기 제2 고정 코아를 관통하여 상기 가동 코아에 고정 되고, 상기 푸시 로드의 타단은 상기 고정 홀더에 연결된다. 상기 고정 홀더에 가동 스프링 리프 및 압축 스프링을 고정하는 보스가 형성되고, 상기 압축 스프링의 사전의 압력에 의해 상기 가동 스프링 리프가 고정되고, 상기 가동 스프링 리프가 상기 코일의 축선방향에서 변위되어 오버 스트로크를 형성한다. 상기 요크는 U자형 요크 및 요크 플레이트로 구성되고, 요크 플레이트는 U자형 요크의 상단에 연결되어 프레임 모양을 형성한다. 본 발명의 비대칭 솔레노이드 구조의 래칭 릴레이는 솔레노이드 자기회로 구조의 릴레이에 비대칭 자석을 도입함으로써, 릴레이가 래칭 릴레이로 되게 한다. 또한 자석을 어긋나게 배치함으로써 동작 및 분리방향에서 불평형을 이루는 자기력이 형성된다. 또한 자석이 코일의 축선방향에서 가동 코아의 이동 범위 내에 위치하며, 접점이 폐합할 때 가동 코아의 이동 방향의 일측에 쏠리도록 배치되고, 즉 제2 고정 코아에 더 근접하기 때문에 자석이 폐합 위치에서 형성한 자기력이 분리 위치에서 형성한 자기력보다 크게 된다. 또한 솔레노이드 자기회로 구조이 형성한 불평형의 반력인 경우, 폐합상태에서의 반력이 분리 위치에서 형성한 반력보다 크게 된다. 유지력 = F 자기력 -F 반력 이 되기 때문에, 동작 및 복귀 과정에서 유지력이 평형을 유지하게 된다.
본 발명은 솔레노이드 자기회로 구조의 릴레이에 비대칭 자석, 즉 각각 코일의 축선의 양측에 설치되며, 각각 요크의 대응되는 측에 근접 또는 접촉되어 코일의 축선방향에서 가동 코아의 이동 범위 내에 위치되어 접점이 폐합 할 때의 상기 가동 코아의 이동 방향의 일측에 쏠리도록 배치되는 2개의 자석을 더 포함하고, 접점이 폐합 및 분리된 상태에서 가동 코아의 유지력이 기본적으로 동일하게 된다. 종래기술에 비해 다음과 같은 작용 효과를 가져올 수 있다. 1. 가동 코아 및 U자형 요크 사이의 2개의 자석은 코일의 펄스 전압을 해제한 후에도 가동 스프링 리프는 자석의 자기력에 의해 접점의 폐합 또는 분리를 유지하고 에너지가 소모되지 않고, 제품도 환경 보호에 도움이 되게 구성된다. 2. 자석을 쏠리게 배치하여 형성되는 비대칭의 자기회로 구조는 접점의 폐합상태 및 분리상태에서 다른 자기력을 형성하고, 접점의 폐합 및 분리상태에서의 반력과 합쳐 가동 코아의 두 가지 상태에서의 유지력이 평형을 이루게 되고, 따라서 래칭 릴레이의 동작전압 및 복귀전압이 평형을 이루게 되고, 제품 성능 및 작동 신뢰성이 향상되게 된다. 이하, 도면 및 실시예를 결합하여 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 비대칭 솔레노이드 구조의 래칭 릴레이는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 종래기술의 솔레노이드 자기회로 구조의 전자 릴레이의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 비대칭 솔레노이드 구조의 래칭 릴레이의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 비대칭 솔레노이드 구조의 래칭 릴레이 자석의 자기회로를 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 비대칭 솔레노이드 구조의 래칭 릴레이(접점 폐합상태)의 자기력, 코일 흡입력 및 반력의 상태를 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 비대칭 솔레노이드 구조의 래칭 릴레이(접점 분리상태)의 자기력, 코일 흡입력 및 반력의 상태를 나타내는 개략도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 비대칭 솔레노이드 구조의 래칭 릴레이의 접점 분리상태를 나타내는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 비대칭 솔레노이드 구조의 래칭 릴레이의 접점 폐합과정을 나타내는 개략도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 비대칭 솔레노이드 구조의 래칭 릴레이의 접점 폐합상태를 나타내는 개략도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 비대칭 솔레노이드 구조의 래칭 릴레이의 접점 분리과정을 나타내는 개략도이다.
도 2 내지 도 9는 본 발명의 비대칭 솔레노이드 구조의 래칭 릴레이 나타내는 도면이고, 당해 래칭 릴레이는 전자석부분, 접촉부분, 푸시부분 및 케이스(10)을 포함할 수 있고, 전자석부분, 접촉부분 및 푸시부분은 각각 케이스(10) 내에 설치될 수 있다. 또한 푸시부분은 전자석부분과 접촉부분 사이에 배치된다. 상기 푸시부분은 가동 코아(21)을 포함할 수 있다. 상기 전자석부분은 자기전도부재, 코일 보빈 (미도시) 및 코일(31)을 포함할 수 있다. 상기 접촉부분은 가동 접촉부 및 고정 접촉부를 포함할 수 있고, 가동 접촉부는 가동 스프링 리프(411) 및 가동 접점(412)으로 구성될 수 있고, 고정 접촉부는 고정 스프링 리프(421) 및 고정 접점(422)으로 구성될 수 있다. 그리고 가동 접점 (412) 및 고정 접점(422)은 릴레이가 동작하면 가동 접촉부의 가동 접점(412)과 고정 접촉부의 고정 접점(422)이 접촉할 수 있도록 각각 대응되는 위치에 설치된다. 상기 자기전도부재는 프레임 형상의 요크(51) 및 코일 보빈에 장착되는 제1 고정 코아(52)을 포함할 수 있다. 상기 자기전도부재는 제2 고정 코아(53)를 더 포함할 수 있다. 또한 래칭 릴레이는 2 개의 자석(54)을 더 포함할 수 있고, 상기 제2 고정 코아(53)는 제1 고정 코아(52)에 대하여 접촉부분에 더욱 가까운 요크에 설치되고, 또한 제2 고정 코아(53)는 코일(31) 축선 상에 배치된다. 상기 2 개의 자석(54)은 각각 코일 축선의 양측에 설치되고 그중 하나의 자석(54)은 요크의 일측에 근접 또는 접촉하고, 다른 하나의 자석(54)은 요크의 타측에 근접 또는 접촉할 수 있다. 또한 2 개의 자석(54)은 코일(31)의 축선방향에서 가동 코아(21)의 이동 범위내에 위치함과 아울러 접점이 폐합 할 때 가동 코아(21)가 이동하는 방향의 일측에 쏠리워서 위치한다. 즉, 2 개의 자석(54)은 코일의 축선방향에서 제1 고정 코아(52) 및 제2 고정 코아(53) 중의 상기 제2 고정 코아(53)에 더 근접하여 오프셋(offset)을 형성한다. 따라서 가동 코아(21)는 접점이 폐합 및 분리된 상태에서 그 유지력이 기본적으로 동일하게 된다. 상기 제1 고정 코아(52)의 길이는 제2 고정 코아(53)의 길이보다 크다. 여기에서 “길이”란 코일(31)의 축선방향에서의 길이를 가르킨다. 상기 제2 고정 코아(53)의 단면 범위 (즉, 단면 면적)는 가동 코아(21)의 단면 범위보다 크다. 상기 코일 보빈의 상단 양측에 상기 2 개의 자석(54)이 고정되는 자석 걸림 홈이 각각 설치될 수 있다. 상기 코일 보빈의 자석 걸림 홈 및 코일의 인출단은 상기 코일 보빈의 동일한 단에 구비될 수 있다. 상기 푸시부분은 푸시 로드(22) 및 고정 홀더(23)를 더 포함할 수 있다. 상기 가동 접촉부는 고정 홀더(23)에 장착되고 상기 푸시 로드(22)의 일단은 요크 및 제2 고정 코아(53)을 관통하여 상기 가동 코아(21)에 고정되고, 상기 푸시 로드(22)의 타단은 고정 홀더(23)에 연결된다. 상기 고정 홀더(23)에는 가동 스프링 리프(411) 및 압축 스프링(24)을 고정하기 위한 보스가 설치될 수 있고, 압축 스프링(24)의 사전의 압력에 의해 가동 스프링 리프(411)가 고정되고 가동 스프링 리프(411)는 코일(31)의 축선방향에서 이동하여 오버 스트로크를 형성할 수 있다. 상기 요크(51)는 U자형 요크(511) 및 요크 플레이트(512)으로 구성될 수 있고, 요크 플레이트(512)는 프레임 모양을 형성하도록 U자형 요크(511)의 상단에 연결된다. 본 발명의 실시예에 따른 비대칭 솔레노이드 구조의 래칭 릴레이는 자석(54)을 코일(31)의 축선방향에서 제2 고정 코아(53)에 더 근접하고 제1 고정 코아 (52)의 길이가 제2 고정 코아(53)의 길이보다 크거나 심지어 훨씬 더 큰 것을 특징으로 한다. 따라서 자기회로의 전체가 비대칭을 이루게 된다. 도 3에 도시된 로드와 같이, 위 자기회로(A1)는 상대적으로 짧고, 아래 자기회로(A2)는 상대적으로 길다. 자기회로의 이론에 따르면 자기회로가 길수록 자기 손실이 커지고 형성되는 흡인력이 작게 된다. 따라서, 자석(54)이 가동 코아(21)와 제2 고정 코아(53)의 접촉 위치에서의 자기력이 가동 코아(21)와 제1 고정 코아(52)의 접촉 위치에서의 자기력보다 크게 된다(상대적 자극 면적이 같은 조건 하에서). 도 3에 도시된 구조에서 일반적으로 가동 코아(21)가 상하로 이동하고 푸시 로드(22)도 함께 상하로 슬라이딩하고 푸시 로드(22)의 상단은 고정 홀더(23)에 연결된다. 이리 하여 푸시 로드(22)를 조립할 때 가동 코아(21) 및 제2 고정 코아(53)의 중앙에 관통홀을 설치할 필요가 있다. 따라서 가동 코아의 상표면의 상대적 자극 면적이 감소될 수 있다. 즉, 제2 고정 코아(53)와 가동 코아(21)의 상대적인 자극 면적이 제1 고정 코아(52)와 가동 코아(21)의 상대적 자극 면적보다 작게 된다. 흡인력 공식 F = K * φ * s 에 따르면 흡인력은 상대적 자극 면적에 정비례한다. 따라서, 이러한 구성은 동일한 코일(31)이 폐합 및 분리 위치에서 형성하는 흡인력이 각각 다르게 된다. 본 발명은 제1 고정 코아 (52)의 길이를 제2 고정 코아 (53)의 길이보다 커지도록 설계하여 상대적 자극 면적의 불평형이 평형을 이루도록 한다. 또한, 본 발명은 가동 코아(21)를 기존의 가동 코아보다 작게 형성하여 가동 코아(21) 자체의 무게를 줄인다. 이와 같이, 자석(54)의 크기를 상대적으로 줄일 수 있어 접점이 폐합 할 때, 가동 코아(21)가 제2 고정 코아(53)와 접촉하는 위치에 유지하도록 자석(54)이 충분한 자기력을 구비할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 비대칭 솔레노이드 구조의 래칭 릴레이는 솔레노이드 자기회로 구조의 릴레이에 비대칭되는 자석(54)을 인입하여 릴레이로 하여금 래칭 릴레이로 되게 한다. 도 4 및 도 5에 도시된 로드와 같이, 자석(54)을 어긋나게 설치하여 릴레이의 동작 및 분리방향에서 불평형되는 자기력이 형성된다. 또한 자석(54)이 코일(31)의 축선방향에서 제2 고정 코아(53)에 더 근접하기 때문에 일반적으로 폐합 위치에서 형성되는 자기력 F 자기력 1 이 분리 위치에서 형성되는 자기력 F 자기력 2 보다 크게 된다. 그리고, 상기 불평형을 이루는 반력인 경우 폐합상태에서의 반력 F 반력 1 이 분리위치에서 형성되는 반력 F 반력 2 보다 크게 된다. 그리고, 유지력 = F 자기력 - F 반력 이 된다. 따라서 동작 및 복귀과정에서 유지력이 평형을 유지할 수 있게 된다. 이하, 도 6 내지 도 9를 참조하면서 본 발명의 실시예에 따른 비대칭 솔레노이드 구조의 래칭 릴레이에 대해 더 설명하도록 한다. 분리상태(도 6)에서 자석의 자기력에 의해, 가동 코아(21)는 제1 고정 코아(52)와 접촉하게 된다. 그리고 폐합과정 (도 7)에서 릴레이의 코일(31)에 전압을 인가하면 위로 향하는 코일 흡인력이 형성되고, 이 위로 향하는 코일 흡인력이 자석의 아래로 향하는 자기력보다 크게 되어 가동 코아(21) 는 위로 이동하고, 자석의 아래로 향하는 자기력은 갭(gap)이 커짐에 따라서 점점 작아지게 된다. 가동 코아(21)가 갭의 중간 값 부근까지 이동하면 자석(54)의 위로 향하는 자기력이 아래로 향하는 자기력보다 크게 되어 릴레이가 폐합된다. 폐합상태(도 8)에서 2 개의 자석(54)은 위로 향하는 자기력을 제공하고 릴레이 코일(31)에 인가되는 전압이 해제된 후 릴레이는 자석(54)의 자기력에 의해 폐합상태를 유지한다. 분리과정(도 9)에서 릴레이의 코일(31)에 반대로 되는 구동 전압이 인가되면, 가동 코아(21)는 코일(31)이 형성한 흡인력 (아래쪽)에 의해 릴레이의 가동 코아(21)는 아래로 동작하며, 자석(54)이 형성하는 위로 향하는 자기력은 갭이 커짐에 따라 점점 작아지게 된다. 가동 코아(21)가 갭의 중간 값 부근까지 이동하면, 자석(54)이 형성하는 아래로 향하는 자기력이 위로 향하는 자기력보다 커지게 되고 릴레이가 분리된다. 구동 전압이 해제된 후 릴레이는 자석(54)의 아래로 향하는 자기력에 의해 분리상태 (도 6)를 유지한다. 상기 자석(54)의 주요 작용은 제2 고정 코아(53)에 근접한 위치에 배치됨으로써, 자석(54) 과 요크 플레이트(512) 및 제2 고정 코아(53)로 형성된 자기회로는 자석(54)과 U자형 요크(511) 및 제1 고정 코아(52)로 형성된 자기회로보다 짧게 된다. 따라서, 자석(54)의 위 회로에서 형성된 자기력이 아래 회로에서 형성된 자기력보다 크게 된다. 즉, 폐합상태에서 형성된 자기력이 분리상태에서 형성된 자기력보다 크게된다. 이러한 솔레노이드 자기회로는 가동 코아(21)와 푸시 로드(22)가 연결되고, 일반적으로 위 자기회로의 접촉면적이 아래 자기회로에 비해 작게 된다. 또한, 가동 코아(21)의 중력 때문에 폐합과정에서 코일에 의한 흡인력이 분리과정보다 클 필요가 있다. 자석(54)이 상기 구성과 같이 위 자기회로에 쏠리게 설치되면 형성된 자기력은 위가 크고 아래가 작게 된다. 따라서 코일(31)이 형성한 흡인력이 보충될 수 있다. 상술한 실시예는 본 발명의 비대칭 솔레노이드 구조의 래칭 릴레이를 설명하기 위한 것이지, 본 발명을 한정하려는 것은 아니다. 그리고, 본 발명의 실질적인 기술을 기반으로, 이상의 실시예에 대한 임의의 수정, 동등한 변경 및 수식은 모두 본 발명의 기술 방안의 보호 범위에 속한다. |
