KR100516223B1 - 차단기의 원추 형상 코아를 가진 코일 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차단기의 원추 형상 코아를 가진 코일 장치에 관한 것으로, 종래 저전압에서 흡인력 부족으로 차단기 투입이 이루어지지 않아 발생되는 사용자의 손실 및 불만을 해소하고, 투입용 코일 내부 부품간의 간섭으로 발생되는 차단기의 오동작을 개선하며, 부품의 형상과 구조를 변경하여 조립성을 향상시켜 납기를 단축함으로써 차단기의 품질과 납기면에서 신뢰도를 높일 수 있는 효과가 있다.

이를 위한 본 발명에 의한 차단기의 원추 형상 코아를 가진 코일 장치는 전기에너지를 전자에너지로 변환하는 솔레노이드 코일(11)과, 상기 코일(11)에서 발생된 자속의 통로를 형성시키는 하부요크(12) 및 상부요크(13)와, 상기 코일(11)의 하측에 설치되며 중앙에 관통홀이 형성된 캡(20)을 포함하는 차단기의 원추 형상 코아를 가진 코일 장치에 있어서, 상기 코일(11) 내측의 상기 상부요크(13) 방향에 설치되며 전자에너지를 기계에너지로 변환하는 원추 형상을 갖는 강자성체의 가동코아(14); 상기 코일(11) 내측의 상기 캡(20)에 설치되며 상기 가동코아(14)에 대응되는 형상을 가지며 중앙에 관통홀(15a)을 구비한 강자성체의 고정코아(15); 상기 캡(20) 및 상기 고정코아(15)의 관통홀을 통해 설치되며, 상기 가동코아(14)에 의해 차단기의 메커니즘에 하중을 전달하고 투입 스트로크를 결정하는 핀(17); 상기 가동코아(14)의 이탈을 방지하기 위해 상기 핀(17)의 상단 및 일측에 각각 체결된 제 1 및 제 2 링(19a)(19b); 상기 제 1 링(19a)과 상기 고정코아(15) 사이의 상기 핀(17)에 설치된 스프링(16); 및 상기 가동코아(14)의 동작을 가이드 하는 가이드 부쉬(18)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

차단기의 원추 형상 코아를 가진 코일 장치{APPARATUS OF COIL HAVING CIRCULAR CONE CONFIGURATION CORE OF BREAKER}

본 발명은 차단기의 원추 형상 코아를 가진 코일 장치에 관한 것으로, 특히 차단기가 설치된 선로에 통전을 위해 차단기를 전동으로 투입하고자 할 때, 코일과 자성체로 자기회로를 구성하여 전자에너지를 기계에너지로 변환하는 솔레노이드 구조를 가진 코일 장치로 메커니즘에 투입하중을 전달함으로써 차단기를 투입시켜 선로를 통전하게 하는 차단기의 원추 형상 코아를 가진 코일 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 배선용 차단기는 공장, 빌딩 등의 수배전 설비 중에서 주로 배전반에 설치되어 무부하 상태에서는 부하측에 전원을 공급 또는 차단하는 개폐장치의 역할을 하고, 부하 사용중에는 부하 전로에 이상 현상이 발생하여 부하 전류를 초과하는 대전류가 흐를 경우, 전로의 전선 및 부하측 기기를 보호하기 위하여 전원측으로부터 부하측으로 공급되는 전원을 자동으로 차단하는 차단기의 역할을 한다.

상기 배선용 차단기는 외함을 형성하는 커버 및 케이스 내에 검출기구부 및 개폐기구부, 소호장치부, 트립장치부 등을 포함하여 구성되며, 이상전류 발생시 트립 동작에 의해 전원을 차단하게 된다.

상기 트립장치부는 상기 배선용 차단기 내부에 흐르는 과전류를 검출하는 것으로, 배선용 차단기를 트립(Trip)시키는 방식에 따라 바이메탈(Bi-metal)의 만곡 특성과 고정 및 가동철심을 이용하는 열동 전자식, 실리콘 오일의 점도를 이용하는 완전 전자식, 반도체 소자를 이용하는 전자식 등 크게 3가지로 구분된다.

상기 차단기의 코일장치는 차단기에서 스프링 축쇄 이후 전동으로 투입을 하고자 할때 전자에너지(자속)를 기계에너지로 변환하는 장치로서, 전기에너지를 입력으로 받아 발생된 전자에너지를 기계적 에너지로 변환하여 차단기의 메커니즘 투입 랫치에 하중을 전달한다. 이로써 차단기는 축쇄된 스프링이 방쇄되면서 투입행위를 하게 된다.

그러면, 첨부 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 차단기에 대해 설명하기로 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 차단기의 코일 장치의 구성도이다.

상기 차단기의 코일 장치는 상기 도 1에 도시된 바와 같이, 전기에너지를 전자에너지(자속)로 변환하는 솔레노이드 코일(1)과, 상기 솔레노이드 코일(1)에서 발생된 자속의 통로를 형성시키는 계자역할의 하부요크(2) 및 상부요크(3)와, 전자에너지를 기계에너지로 변환하는 플레이트 형상의 가동코아(4) 및 고정코아(5)와, 상기 차단기의 메커니즘에 하중을 전달하는 핀(7)과, 초기상태 유지 및 복귀용 스프링(6)과, 상기 가동코아(4)의 동작을 가이드 하는 가이드부쉬(8)와, 조립된 상태에서 투입 스트로크를 조정하기 위한 너트류(9)를 포함하여 구성된다.

종래의 차단기의 코일 장치는 상기 전자에너지를 기계에너지로 변환하는 강자성체 코아 형태가 플레이트 형상이라는 것이 특징이다.

상기 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 솔레노이드 코일(1)에 전원이 인가되면 플레밍의 오른나사의 법칙으로 자속이 발생되고, 이 자속은 가동코아(4)와 고정코아(5), 상부요크(3), 하부요크(2)로 연결된 자기회로를 따라 흐르게 된다.

이때, 강자성체인 가동코아(4)와 고정코아(5)의 상대면은 서로 극성이 반대로 자화되어 되어 흡인력이 발생함으로써 스프링(6) 하중 이상의 인장력이 되는 순간부터 스프링(6)을 축쇄시키면서 흡착과정이 이루어진다.

이때, 상기 가동코아(4)와 연결된 핀(7)은 가동코아(4)의 동작에 따라 동일방향으로 동작하여 차단기의 메커니즘 투입 랫치에 하중을 전달함으로써 차단기 투입 동작이 이루어 진다.

그 이후 상기 솔레노이드 코일(1)의 전원이 끊어지면 상기 스프링(6)에 의해 핀은 복귀되고, 상기 핀(7)에 의해 상기 가동코아(4) 또한 원위치로 복귀한다.

그러나, 상기 구성을 갖는 종래 기술에 따른 차단기의 코일 장치는 저전압 동작 시험(IEC 947-2, 8.4.2.1항)에서 투입코일 인가전원을 저전압(정격전압의 85%)으로 인가하였을 때 상기 솔레노이드 코일(1)이 충분한 하중으로 차단기의 메커니즘을 투입동작 시켜야 하나, 간헐적으로 부품의 가공 정도나 조립상 공차의 크기에 따라 투입동작에 필요한 흡인력을 갖지 못해서 차단기가 제대로 투입동작을 못하는 문제점이 있었다. 이로 인해, 선로의 투입이 불가능하여 발생되는 중결함과 상기 가동코아(4)와 연결된 핀(7)의 길이가 길게 설계되어 있어 가공상의 문제점이 발생되고 그로 인해 부품간의 간섭을 발생시켜 상기 솔레노이드 코일(1)이 오동작하는 문제점이 발생되었다.

또한, 동작 스트로크를 조정하기 위한 너트류(9)의 체결 작업시 작업성 문제가 있어 생산성이 떨어지는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기 문제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 종래 저전압에서 흡인력 부족으로 차단기 투입이 이루어지지 않아 발생되는 사용자의 손실 및 불만을 해소하고, 투입용 코일 내부 부품간의 간섭으로 발생되는 차단기의 오동작을 개선하며, 부품의 형상과 구조를 변경하여 조립성을 향상시켜 납기를 단축함으로써 차단기의 품질과 납기면에서 신뢰도를 높인 차단기의 원추 형상 코아를 가진 코일 장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 차단기의 원추 형상 코아를 가진 코일 장치는,

전기에너지를 전자에너지로 변환하는 솔레노이드 코일(11)과, 상기 코일(11)에서 발생된 자속의 통로를 형성시키는 하부요크(12) 및 상부요크(13)와, 상기 코일(11)의 하측에 설치되며 중앙에 관통홀이 형성된 캡(20)을 포함하는 차단기의 원추 형상 코아를 가진 코일 장치에 있어서,

상기 코일(11) 내측의 상기 상부요크(13) 방향에 설치되며 전자에너지를 기계에너지로 변환하는 원추 형상을 갖는 강자성체의 가동코아(14);

상기 코일(11) 내측의 상기 캡(20)에 설치되며 상기 가동코아(14)에 대응되는 형상을 가지며 중앙에 관통홀(15a)을 구비한 강자성체의 고정코아(15);

상기 캡(20) 및 상기 고정코아(15)의 관통홀을 통해 설치되며, 상기 가동코아(14)에 의해 차단기의 메커니즘에 하중을 전달하고 투입 스트로크를 결정하는 핀(17);

상기 가동코아(14)의 이탈을 방지하기 위해 상기 핀(17)의 상단 및 일측에 각각 체결된 제 1 및 제 2 링(19a)(19b);

상기 제 1 링(19a)과 상기 고정코아(15) 사이의 상기 핀(17)에 설치된 스프링(16); 및

상기 가동코아(14)의 동작을 가이드 하는 가이드 부쉬(18)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 의한 차단기의 원추 형상 코아를 가진 코일 장치의 구성도이다.

상기 차단기의 원추 형상 코아를 가진 코일 장치는 상기 도 2에 도시된 바와 같이, 전기에너지를 전자에너지(자속)로 변환하는 솔레노이드 코일(11)과, 상기 솔레노이드 코일(11)에서 발생된 자속의 통로를 형성시키는 하부요크(12) 및 상부요크(13)와, 상기 솔레노이드 코일(11)의 내측에 설치되며 전자에너지를 기계에너지로 변환하는 원추 형상의 가동코아(14) 및 고정코아(15)와, 상기 차단기의 메커니즘에 하중을 전달하고 투입 스트로크를 결정하는 핀(17)과, 초기상태 유지 및 복귀용 스프링(16)과, 상기 가동코아(14)의 동작을 가이드 하는 가이드 부쉬(18)와, 상기 가동코아(14)의 이탈을 방지하기 위해 상기 핀(17)에 체결하는 링(19)으로 구성된다.

상기 구성을 갖는 본 발명은 전자에너지(자속)를 기계에너지로 변환하는 상기 가동코아(14) 및 고정코아(15)의 형태가 원추 형상을 갖는 것이 가장 큰 특징이다.

강자성체인 상기 가동코아(14) 및 고정코아(15) 간의 자화로 인한 흡인력은 에너지 변화의 비율로 아래와 같은 식으로 표현된다.

여기서, F는 추력, dw는 에너지 변화량, dx는 동작스트로크의 변화량, dP는 퍼미언스 변화율, P는 퍼미언스(자기저항의 역수), A는 코아의 단면적, N은 코일의 권수, i는 코일에 흐르는 전류, dØ는 자속변화량이다.

상기 부호는 흡인을 표시하며, 추력은 동작 스트로크의 제곱에 반비례한다.

여기서, 강자성체의 자기저항 과 자로의 자속저항, 코일을 관통하는 누설자속은 편의상 무시한다. 이들 모두가 추력을 감소시키는 요소는 맞지만 그 크기가 상대적으로 미소하므로 여기서는 무시한다.

상기의 추력식에서 보듯이 추력은 추력(흡인력)이 퍼미언스의 변화률에 의존하므로 동일한 코일사양(권수,전류)과 동일한 동작 스트로크로 설계하면 결국 단면적에 비례함을 알 수 있다.

따라서 원추형 코아는 플래이트형 코아 형상에 비해 정해진 공간내에서 단면적을 증가시킬 수 있으며, 증가량은 아래의 제 1 조건과 제 2 조건에서 이론적으로 1.414배 까지 가능하다.

제 1 조건 : r = 0 (완전 원추형)

제 2 조건 : 원추형 경사면 각도= 45도

1) 플레이트형 코아 일 경우(단면적 : Sp)

Sp = π×R²

2) 원추형 코아 일 경우(단면적 : Sc)

Sc = π｜a = π×(R+r)×√{(R-r)²+h²}

= π×R×√{R² + R²} = π×R×√2×R

= √2×π×R²

= √2×Sp = 1.414×Sp

이와 같이 추력을 증가시킨 만큼 초기상태에서 흡인 될 때 필요한 전기에너지를 최소화 할 수 있으므로 저전압에서 동작불량을 개선할 수 있는 것이다.

코일 동작은 상기 도 2에서 처럼 코일(11)에 전원이 인가되면 플레밍의 오른나사의 법칙으로 자속이 발생되고, 이 자속은 상기 가동코아(14) 및 고정코아(15), 상기 상부요크(13), 상기 하부요크(12)로 연결된 자기회로를 따라 흐르게 된다.

이때, 강자성체인 상기 가동코아(14)와 상기 고정코아(15)의 상대면은 서로 극성이 반대로 자화되어 흡인력이 발생함으로써 상기 스프링(16) 하중 이상의 인장력이 발생되는 순간부터 상기 스프링(16)을 축쇄시키면서 흡착과정이 이루어진다.

이때, 상기 가동코아(14)와 연결된 핀(17)은 상기 가동코아(14)의 동작에 따라 동일방향으로 동작하여 차단기의 메커니즘 투입 랫치 하중을 전달함으로써 차단기 투입 동작이 실시되어 진다.

그 이후 상기 코일(11)의 전원이 끊어지면 상기 스프링(16)에 의해 핀(17)은 복귀되고, 상기 가동코아(14) 또한 원위치로 복귀한다.

또한, 동작 스트로크는 상기 핀(17)의 치수에서 결정되므로 조립 완료 이후 조정이 필요없으며, 길이가 훨씬 짧아지고, 가공성 또한 뛰어나 부품 품질면에서 우수하다.

이상과 같은 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 차단기의 원추 형상 코아를 가진 코일 장치에 의하면, 규정된 저전압 조건에서 충분한 흡인력을 가지고 오동작이 없는 투입코일을 차단기에 부착함으로써 사용자로부터 제품에 대한 신뢰도를 더 높이고, 부품의 가공성과 조립성, 품질을 향상시켜 생산성을 높이는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 차단기의 코일 장치의 구성도

도 2는 본 발명에 의한 차단기의 원추 형상 코아를 가진 코일 장치의 구성도

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

11 : 솔레노이드 코일 12 : 하부요크

13 : 상부요크 14 : 원추 형상의 가동코아

15 : 고정코아 15a : 관통홀

16 : 초기상태 유지 및 복귀용 스프링

17 : 핀 18 : 가이드 부쉬

19 : 링 20 : 캡

Claims (1)

1. 전기에너지를 전자에너지로 변환하는 솔레노이드 코일(11)과, 상기 코일(11)에서 발생된 자속의 통로를 형성시키는 하부요크(12) 및 상부요크(13)와, 상기 코일(11)의 하측에 설치되며 중앙에 관통홀이 형성된 캡(20)을 포함하는 차단기의 원추 형상 코아를 가진 코일 장치에 있어서,

   상기 코일(11) 내측의 상기 상부요크(13) 방향에 설치되며 전자에너지를 기계에너지로 변환하는 원추 형상을 갖는 강자성체의 가동코아(14);

   상기 코일(11) 내측의 상기 캡(20)에 설치되며 상기 가동코아(14)에 대응되는 형상을 가지며 중앙에 관통홀(15a)을 구비한 강자성체의 고정코아(15);

   상기 캡(20) 및 상기 고정코아(15)의 관통홀을 통해 설치되며, 상기 가동코아(14)에 의해 차단기의 메커니즘에 하중을 전달하고 투입 스트로크를 결정하는 핀(17);

   상기 가동코아(14)의 이탈을 방지하기 위해 상기 핀(17)의 상단 및 일측에 각각 체결된 제 1 및 제 2 링(19a)(19b);

   상기 제 1 링(19a)과 상기 고정코아(15) 사이의 상기 핀(17)에 설치된 스프링(16); 및

   상기 가동코아(14)의 동작을 가이드 하는 가이드 부쉬(18)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차단기의 원추 형상 코아를 가진 코일 장치.