KR100262659B1 - 배선용 차단기의 전자식 트립 코일 유니트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자식 배선용 차단기에 있어서, 트립 코일 유니트의 구조를 개선하여 트립 코일의 유지력을 증대시키면서도 저전류 구동이 가능하도록하여 동작의 안정성 및 신속성을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 상면에 통공(1a)이 형성된 케이스형의 요크(1)와, 상기 요크 바닥면에 설치되어 차단기의 투입시 무빙코어(2)를 흡인하여 홀딩하는 링형 마그네트(3)와, 상기 링형 마그네트 상부에 설치되는 보빈(4)과, 상기 보빈 일측 외주면 상에 권선되며 구동전류가 인가됨에 따라 여자되어 링형 마그네트 내측의 주자로의 자속을 외측의 보조자로 측으로 이동시키므로써 링형 마그네트의 무빙코어에 대한 흡인력을 감소시키는 코일(5)과, 상기 요크의 통공(1a)을 관통하도록 위치하여 차단기의 개폐기구와 맞물리게 되는 소경부(2a)와 상기 보빈의 중공부 내에 위치하는 대경부(2b)로 구성되어 링형 마그네트의 흡인력의 변화에 따라 상기 중공부를 따라 전·후진하게 되는 무빙코어(2)와, 상기 무빙코어의 요크 외측 소경부에 설치되어 링형 마그네트의 흡인작용에 의한 무빙코어의 홀딩시 압축되어 있다가 상기 링형 마그네트의 무빙코어에 대한 흡인력의 감소시 상기 무빙코어(2)가 석방되어 개폐기구를 트립시키도록 상기 무빙코어에 복원력을 부여하는 탄성부재(6);로 구성되는 배선용 차단기의 전자식 트립 코일 유니트가 제공된다.

Description

배선용 차단기의 전자식 트립 코일 유니트

본 발명은 배선용 차단기의 전자식 트립 코일 유니트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 트립 코일 유니트의 구조를 개선하여 유지력을 증대시키면서도 저전류 구동이 가능하도록 한 것이다.

일반적으로, 배선용 차단기(MCCB ; Molded Case Circuit Breaker)는 개폐기구, 트립(Trip)장치 등을 절연물의 용기 내에 일체로 조립한 것으로서, 통상 사용상태의 전로(電路)를 수동으로 개폐하거나, 절연물 용기 외부의 전기 조작장치 등에 의하여 원방(遠方)에서 개폐할 수가 있으며, 또 과부하 및 단락시 자동적으로 전로를 차단하는 기구이다.

즉, 배선용 차단기는 송배전 계통이나 전기회로에 있어서, 부하를 개폐하거나 접지·단락 등의 사고가 발생할 경우에 전류를 차단시키는 기기를 일컫는다.

이와 같은 배선용 차단기는 프레임의 크기, 극수, 동작방식등이 상이하여 여러 가지 구조의 것이 제작되고 있으나, 몰드케이스·접촉자·트립(차단)장치·개폐기구·소호장치·단자 등을 기본적인 요소로 하여 구성된다.

한편, 도 1은 전자식 배선용 차단기의 트립 장치에 사용되는 트립 코일 유니트의 구조를 나타낸 분해사시도이고, 도 2는 도 1의 결합된 상태를 나타낸 종단면도로서, 이들 도면을 참조하여 그 구조 및 트립 작용시의 작동과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 전자식 트립 코일 유니트의 구조를 살펴보면 다음과 같다.

코어핀(11)이 관통하는 통공(1a)이 상면 중앙에 형성된 요크(1) 하부에는 무빙코어(2)가 관통하는 통공이 형성된 요크 플레이트(8)가 결합되고, 상기 요크 플레이트(8) 상부면에는 갭 플레이트(9)와 실드 플레이트(7)가 설치된다.

또한, 상기 실드 플레이트(7) 상부에는 코일(5)이 감긴 보빈(4)이 설치된다.

이 때, 상기 갭 플레이트(9)와 실드 플레이트(7) 및 보빈(4)의 중앙면 상에는 요크 플레이트(8)와 마찬가지로 무빙코어(2)가 관통하는 통공이 각각 형성되며 상기 무빙코어(2) 외측으로는 실린더(12)가 설치된다.

그리고, 상기 실린더(12) 상부에는 픽싱코어(13)가 설치된다.

한편, 상기 요크(1) 내측의 실드 플레이트(7) 양측으로는 마그네트(3a)가 각각 설치되어 구성된다.

이와 같이 구성된 종래의 전자식 배선용 차단기의 트립 코일 유니트는 정상상태(차단기 핸들의 투입상태)에서는 무빙코어(2)가 마그네트(3a)의 유지력(즉, 흡인력)에의해 요크(1) 외부에 설치된 인장스프링(10)의 힘을 이기고 차지(charge) 상태로 있다가 단락 전류나 과부하의 검출에 의해서 코일(5)에 전류가 인가되어 마그네트(3a)의 유지력이 감소하게 되면, 스프링의 복원력에 의해 개폐기구가 연동되어 차단기를 트립시키게 된다.

즉, 정상상태에서는 도 2a에 나타낸 바와 같이, 무빙코어(2)가 마그네트(3a)의 흡인력에 의해 인장스프링(10)을 도면상 우측 방향으로 인장시키면서 요크(1) 내부의 픽싱코어(13) 쪽으로 이동하여 차지상태로 있게 되나, 단락 전류 또는 과부하가 PCB(Printed Curcuit Board)에 의해 검출되어, 전류변환기(도시는 생략함)를 통해 보빈(4)에 감긴 코일(5)에 구동전류가 인가되면 코일(5)이 여자되어 무빙코어(2)를 유지하는 자속과 반대방향의 자속이 생성되어 코일(5)측의 주자로(主磁路)의 자속이 줄어드는 대신 마그네트(3a)측의 보조자로(補助磁路)의 자속이 증가하여 요크(1)와 무빙코어(2) 사이의 자속량이 줄어들게 되므로써 마그네트(3a)의 흡인력이 작아지게 된다.

이에 따라, 무빙코어(2)는 인장스프링(10)의 복원력에 의해 일정 거리만큼 이동하게 되며, 이 때, 무빙코어(2)의 소경부(2a)는 개폐기구를 연동시켜 차단기를 트립시키게 된다.

한편, 일반적으로 트립 코일 유니트는 큰 유지력으로 동작의 안정성을 가지며, 인장스프링(10)의 탄성력이 커서 동작시간이 짧은 것이 좋다.

그러나, 이와 같은 조건을 만족시키고자 하는 경우에는 구동전류가 커지게 되는 단점이 있고, 스프링의 탄성력을 크게 하는 데 있어 한계가 있다.

즉, 트립 코일(5)장치가 큰 유지력을 가진 경우에는, 트립시 트립 작용을 위해 무빙코어(2)를 유지하는 자속과 반대방향으로 생기는 자속의 세기 또한 커져야 한다.

이는 코일(5)에 인가되는 구동전류 또한 유지력에 비례하여 커져야 함을 말하는 것으로, 차단기에 내장되는 회로기판(PCB)(도시는 생략함)의 부하용량의 한계로 인해 코일(5)에 인가되는 구동전류를 증가시키는데 한계가 있다.

한편, 유지력을 키우고자 하는 경우에는 자속이 증가해야 하므로 인해 코일(5) 권선횟수등이 증가하므로써 그만큼 트립 코일 유니트의 전체적인 체적이 커져 트립 코일 유니트를 소형화시키는 것이 곤란하게 된다.

특히, 종래의 트립 코일 유니트의 경우에는 주자로 및 보조자로가 무빙코일(5)의 축방향과 나란히 형성되므로 인해 구동전류가 커야만 자속의 변화를 유발시킬 수 있으며, 마그네트(3a)가 막대형이어서 무빙코일(5)과 마그네트(3a)와의 거리가 무빙코일(5) 외주면의 각지점에 따라 각각 달라지므로 인해 마그네트(3a)의 흡인력이 무빙코어(2)에 균일하게 작용하지 못하는 점이 있었다.

또한, 인장스프링(10)의 탄성력이 클 경우에는 동작시간이 짧아지는 장점은 있으나, 그만큼 큰 유지력을 가져야만 하므로 인해 전술한 바와 같은 문제점이 발생하므로 결국 인장스프링의 탄성력을 증가시키는 데에도 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전자식 배선용 차단기에 있어서, 트립 코일 유니트의 구조를 개선하여 트립 코일의 유지력을 증대시키면서도 저전류 구동이 가능하도록하여 동작의 안정성 및 신속성을 향상시킬 수 있도록 한 배선용 차단기의 전자식 트립 코일 유니트를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 배선용 차단기의 전자식 트립장치 구조를 나타낸 분해사시도

도 2a 및 도 2b는 도 1의 결합된 상태를 나타낸 종단면도로서,

도 2a는 트립 작용 전의 상태도

도 2b는 트립 작용 후의 상태도

도 3a 내지 도 3 c는 본 발명에 따른 전자식 트립장치를 나타낸 종단면도로서,

도 3a는 트립 작용 전의 마그네트가 무빙코어를 흡입하고 있는 상태도

도 3b는 코일에 구동전류를 인가하여 주자로의 자속이 보조자로로 이동한 상태도

도 3c는 무빙코어가 석방되어 전진한 후의 상태도

도 4는 도 3a의 Ⅰ-Ⅰ선을 나타낸 횡단면도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1a:통공 1:요크

2:무빙코어 2a:소경부

2b:대경부 3:링형 마그네트

4a:중공부 4:보빈

5:코일 6:탄성부재

7:실드 플레이트 8:요크 플레이트

9:갭 플레이트 10:인장스프링

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 상면에 통공이 형성된 케이스형의 요크와, 상기 요크 바닥면에 설치되어 차단기의 투입시 무빙코어를 흡인하여 홀딩하는 링형 마그네트와, 상기 링형 마그네트 상부에 설치되며 중공부를 갖는 보빈과, 상기 보빈 일측 외주면 상에 권선되며 구동전류가 인가됨에 따라 여자되어 링형 마그네트 내측의 주자로의 자속을 외측의 보조자로 측으로 이동시키므로써 링형 마그네트의 무빙코어에 대한 흡인력을 감소시키는 작용을 하는 코일과, 상기 요크의 통공을 관통하도록 위치하여 차단기의 개폐기구와 맞물리게 되는 소경부와 상기 보빈의 중공부(4a) 내에 위치하는 대경부로 구성되어 링형 마그네트의 흡인력의 변화에 따라 상기 중공부(4a)을 따라 전·후진하게 되는 무빙코어와, 상기 무빙코어의 요크 외측 소경부에 설치되어 링형 마그네트의 흡인작용에 의한 무빙코어의 홀딩시 압축되어 있다가 상기 링형 마그네트의 무빙코어에 대한 흡인력의 감소시 상기 무빙코어가 석방되어 개폐기구를 트립시키도록 상기 무빙코어에 복원력을 부여하는 탄성부재;로 구성됨을 특징으로 하는 배선용 차단기의 전자식 트립 코일 유니트가 제공된다.

이하, 본 발명의 일실시예를 첨부도면 도 3a 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 전자식 트립장치의 구조를 나타낸 종단면도로서, 도 3a는 트립 작용 전의 마그네트가 무빙코어를 흡입하고 있는 상태도이고, 도 3b는 코일에 구동전류를 인가하여 주자로의 자속이 보조자로로 이동한 상태도이며, 도 3c는 무빙코어가 석방되어 전진한 후의 상태도이다.

그리고, 도 4는 도 3a의 Ⅰ-Ⅰ선을 나타낸 횡단면도이다.

본 발명은 상면에 통공(1a)이 형성된 케이스형의 요크(1) 바닥면에 차단기의 투입시 무빙코어(2)를 흡인하여 홀딩하는 링형 마그네트(3)가 설치되고, 상기 링형 마그네트(3) 상부에는 중공부(4a)를 갖는 보빈(4)이 설치되며, 상기 보빈(4) 일측 외주면 상에는 구동전류가 인가됨에 따라 여자(勵磁)되어 링형 마그네트(3) 내측의 주자로(主磁路)의 자속(磁束)을 외측의 보조자로(補助磁路) 측으로 이동시키므로써 링형 마그네트(3)의 무빙코어(2)에 대한 흡인력을 감소시키는 작용을 하는 코일(5)이 권선된다.

또한, 상기 요크(1)에는 요크(1)의 통공(1a)을 관통하도록 위치하여 차단기의 개폐기구와 맞물리게 되는 소경부(2a)와 상기 보빈(4)의 중공부(4a) 내에 위치하는 대경부(2b)로 구성되어 링형 마그네트(3)의 흡인력의 변화에 따라 상기 중공부(4a)을 따라 전·후진하게 되는 무빙코어(2)가 구비되고, 상기 무빙코어(2)의 요크(1) 외측 소경부(2a)에는 링형 마그네트(3)의 흡인작용에 의한 무빙코어(2)의 홀딩시 압축되어 있다가 상기 링형 마그네트(3)의 무빙코어(2)에 대한 흡인력의 감소시 상기 무빙코어(2)가 석방되어 개폐기구를 트립시키도록 상기 무빙코어(2)에 복원력을 부여하는 탄성부재(6)가 설치되어 구성된다.

한편, 상기 보빈(4)의 하단부는 링형 마그네트(3)의 내주면 및 외주면을 감싸도록 연장형성되어 상기 링형 마그네트(3)의 유동이 방지되도록 구성할 수도 있다.

그리고, 상기 링형 마그네트(3) 상부에는 실드 플레이트(7)가 설치되는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용은 다음과 같다.

정상상태(차단기 투입상태)에서는 도 3a에 나타낸 바와 같이, 무빙코어(2)가 요크(1) 내부에 설치된 마그네트의 흡인력에 의해 흡인되어 상기 요크(1) 하단부에 위치한 상태로 홀딩된다.

즉, 무빙코어(2)는 요크(1) 바닥면에 밀착된 상태를 유지하게 되며, 상기 무빙코어(2) 외주면상에 설치된 탄성부재(6)인 스프링은 압축된다.

상기한 바와 같은 정상상태에서 단락 전류 또는 과부하가 PCB(Printed Circuit Board)에 의해 검출되어, 전류변환기를 통해 보빈(4)에 감긴 코일(5)에 구동전류가 인가되면, 코일(5)이 여자되어 무빙코어(2)를 유지하는 자속과 반대방향의 자속이 생성되어 도 3b에 나타낸 바와 같이 링형 마그네트(3) 내측의 주자로의 자속이 증가하는 반면 외측의 보조자로의 자속이 감소하여 요크(1)와 무빙코어(2) 사이의 자속량이 줄어들게 되므로써 마그네트의 흡인력이 작아지게 된다.

이에 따라, 상기 무빙코어(2)의 요크(1) 외측 소경부(2a)에 설치되어 압축되어 있던 탄성부재(6)인 압축스프링은 무빙코어(2)에 복원력을 부여하여 상기 무빙코어(2)를 석방시키므로써 상기 무빙코어가 개폐기구를 트립시키도록 작용하게 된다.

이 때, 본 발명은 유지력은 증가시키면서 구동전류는 작게 하기 위하여 링 마크네트(Ring magnet)를 이용하고 요크(1)(Yoke) 자로(磁路) 대신 마그네트와 무빙코어(2)(moving core) 사이에 간극(gap)을 두어 이를 자로로 이용하게 된다.

즉, 종래에는 주자로 및 보조자로가 무빙코어(2)의 도 2a에 나타낸 바와 같이 축방향을 따라 형성되는데 반해, 본 발명에서는 주자로 및 보조자로가 도 3a에 나타낸 바와 같이 무빙코어(2)의 반경방향을 따라 형성된다.

요컨데, 본 발명의 트립 코일 유니트는 링형 마그네트(3)를 사용하므로 인해 무빙코어(2)의 전둘레에 걸쳐 작용하는 마그네트의 흡인력이 균일하므로 유지력이 증대될 뿐만 아니라, 무빙코어(2)의 축방향을 따라 형성되던 종래와는 달리 주자로 및 보조자로가 무빙코어(2)의 반경방향을 따라 형성되므로 인해 저전류가 인가되더라도 주자로가 보조자로 측으로 쉽게 이동하여 무빙코어(2)를 흡인하는 자속량이 신속히 줄어들게 되므로 인해 트립 작용이 신속하고 원할하게 수행된다.

이상에서와 같이, 본 발명의 트립 코일 유니트는 큰 유지력을 가지면서도 저전류 구동이 가능하게 된다.

즉, 종래의 트립 코일 유니트와는 달리 링형 마그네트(3)를 사용하여 무빙코어(2)의 외주면 전영역에 균일한 크기의 흡인력이 작용하도록하여 유지력을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라, 자로가 무빙코어(2)의 반경방향을 따라 형성되므로 인해 저전류에서도 쉽게 자속 변화를 일으켜 과전류 및 단락 전류에 대한 트립작용이 일어나도록 하므로써 트립 코일(5)의 동작 안정성 및 신속성을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 상기한 바와 같이 저전류 구동이 가능하면서도 큰 유지력을 가질 수 있게 됨에 따라 트립 코일(5)장치를 소형화시킬 수 있으므로 인해 궁극적으로는 배선용 차단기의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 상면에 통공이 형성된 케이스형의 요크와,

   상기 요크 바닥면에 설치되어 차단기의 투입시 무빙코어를 흡인하여 홀딩하는 링형 마그네트와,

   상기 링형 마그네트 상부에 설치되며 중공부를 갖는 보빈과,

   상기 보빈 일측 외주면 상에 권선되며 구동전류가 인가됨에 따라 여자되어 링형 마그네트 내측의 주자로의 자속을 외측의 보조자로 측으로 이동시키므로써 링형 마그네트의 무빙코어에 대한 흡인력을 감소시키는 작용을 하는 코일과,

   상기 요크의 통공을 관통하도록 위치하여 차단기의 개폐기구와 맞물리게 되는 소경부와 상기 보빈의 중공부 내에 위치하는 대경부로 구성되어 링형 마그네트의 흡인력의 변화에 따라 상기 중공부를 따라 전·후진하게 되는 무빙코어와,

   상기 무빙코어의 요크 외측 소경부에 설치되어 링형 마그네트의 흡인작용에 의한 무빙코어의 홀딩시 압축되어 있다가 상기 링형 마그네트의 무빙코어에 대한 흡인력의 감소시 상기 무빙코어가 석방되어 개폐기구를 트립시키도록 상기 무빙코어에 복원력을 부여하는 탄성부재;로 구성됨을 특징으로 하는 배선용 차단기의 전자식 트립 코일 유니트.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 보빈의 하단부가 링형 마그네트의 내주면 및 외주면을 둘러싸 상기 링형 마그네트의 유동이 방지되도록 한 것을 특징으로 하는 배선용 차단기의 전자식 트립 코일 유니트.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 링형 마그네트 상부에 실드 플레이트가 설치됨을 특징으로 하는 배선용 차단기의 전자식 트립 코일 유니트.

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