KR100865287B1 - 직류개폐장치 - Google Patents

Abstract

직류개폐장치가 개시된다. 본 발명에 따른 직류개폐장치는, 액츄에이터의 자기회로를 아크 소호부와 연결시키는 플레이트를 구비하는 직류개폐장치에 있어서, 상기 플레이트는 열처리되는 스테인리스강인 것을 특징으로 한다. 이에 따르면, 스테인리스강 계열의 플레이트는 자기소둔 열처리를 함으로써, 자기저항이 감소되어 자기특성이 향상되고, 고정철심과 가동철심 사이의 흡인력이 증가하게 된다. 또한, 플레이트의 두께가 증가되지 않고 흡인력이 증가되어 경량화가 가능하며, 코일의 소비전력이 증가되지 않고 흡인력이 증가되어 저소비전력을 구현할 수 있다.

직류개폐장치, 액츄에이터, 플레이트, 스테인리스강, 자기소둔 열처리

Description

직류개폐장치{DC SWITCHING APPARATUS}

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 직류개폐장치의 정 단면도,

도 2는 도 1의 직류개폐장치의 측 단면도,

도 3은 도 2의 영구자석을 둘러싸는 철심그리드 내부에서, 아크전류가 자속에 의하여 서로 멀어지는 방향으로 힘을 받는 것을 나타낸 도면,

도 4는 본 발명의 열처리 전후의 B-H Curve,

도 5는 본 발명의 열처리 전후의 공극 길이에 대한 코어간 흡인력 변화를 나타낸 그래프,

도 6은 도 5의 A부의 확대도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 요크 2 : 플레이트

3 : 고정철심 4 : 가동철심

5 : 여자권선 10 : 가동접점

12 : 금속케이스 17 : 고정접점

본 발명은 자기특성이 개선된 직류개폐장치에 관한 것이다.

일반적으로, 직류개폐장치는 하이브리드 자동차, 연료전지 자동차, 골프차, 지게차와 같은 전기 자동차의 축전지와 직류 전력 변환장치 사이에 위치하고 축전지의 전력을 전력변환 장치에 공급하는 기능과 발전기의 발전 전력을 축전기에 공급하는 기능을 갖는다. 이외에 태양광 발전 시스템과 풍력 발전 시스템에서 발전 전력을 상용 주파수와 전압으로 변환하는 인버터 사이에서 직류 전력을 공급하는 장치이다.

직류개폐장치의 액츄에이터는 요크, 플레이트, 고정 및 가동 철심, 여자권선으로 구성되고, 여자권선에 흐르는 전류에 의하여 자기회로가 여자되어 전자흡인력이 발생하고, 고정철심은 고정되어 있으므로 전자 흡인력에 의하여 가동철심이 이동된다. 상기 액츄에이터로 구동하는 직류개폐장치의 접촉부는 가동철심에 결합된 축에 가동접점을 지지하여 가동철심의 움직임에 따라 가동접점이 고정접점에 접촉되도록하여 전류가 통전되는 구조이다.

상기 액츄에이터는 자기회로가 구성되어지면서 금속케이스와 용이하게 용접되어야 하므로 상기 플레이트는 스테인리스강 계열이 사용된다.

그러나, 상기 스테인리스강은 일반적으로 압연공정에 의해 생산되는데, 압연 공정시 펀칭 응력이 철심코어에 잔류하여 철심의 자기특성이 열화된다. 이러한 스테인리스강을 사용하는 플레이트는, 자기회로가 여자될 때, 자기포화가 일어나고, 결과적으로 고정철심과 가동철심 사이의 흡인력이 감소하게 된다.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 플레이트 두께를 증가시키거나 코일의 소비전력을 증가시킴으로써 흡인력을 증가시키지만, 전체적으로는 무게가 증가되거나 효율이 감소되는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로,

첫째, 스테인리스강 계열의 플레이트를 자기소둔 열처리를 함으로써, 자기저항이 감소되어 자기특성이 향상되는 직류개폐장치를 제공하는 데 목적이 있다.

둘째, 자기특성이 향상된 플레이트에 의해 고정철심과 가동철심 사이의 흡인력이 증가되는 직류개폐장치를 제공하는 데 목적이 있다.

셋째, 플레이트의 두께가 증가되지 않고 흡인력이 증가되어 경량화가 가능한 직류개폐장치를 제공하는 데 목적이 있다.

넷째, 코일의 소비전력이 증가되지 않고 흡인력이 증가되어 저소비전력을 구현할 수 있는 직류개폐장치를 제공하는 데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 직류개폐장치는, 액츄에이터의 자기회로를 아크 소호부와 연결시키는 플레이트를 구비하는 직류개폐장치에 있어서, 상기 플레이트는 열처리되는 스테인리스강인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 열처리는 자기소둔 열처리인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 플레이트는 850℃에서 10시간동안 열처리되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 스테인리스강은 STS430 이 사용되는 것이 바람직하다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 직류개폐장치의 정 단면도이고, 도 2는 도 1의 직류개폐장치의 측 단면도이고, 도 3은 도 2의 영구자석을 둘러싸는 철심그리드 내부에서, 아크전류가 자속에 의하여 서로 멀어지는 방향으로 힘을 받는 것을 나타낸 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 직류개폐장치는, 자기회로를 구성하는 요크(1); 요크(1)에 마주보게 접합된 플레이트(2); 플레이트(2)의 중앙 홀에 삽입된 고정철심(3); 고정철심(3)에 접극면이 마주보는 구조로 위치한 가동철심(4); 고정철심(3)과 가동철심(4)을 감싸며, 코일(5)를 지지하는 보빈(6)과 코일(5)에 접속된 코일단자(7)로 구성된 권선부; 플레이트(2)에 용접되는 금속케이스(12), 세라믹(13), 실린더(14)의 용접으로 구성된 기밀부; 플레이트(2)에 붙은 가스주입관(15); 고정전극(16), 고정접점(17), 고정접점 단자(18)의 용접으로 구성된 전기접촉부; 가동철심(4)의 중심을 관통하고 한쪽 끝단은 가동철심(4)에 접속하고 고정철심(3)의 중심 구멍을 관통하며 다른 끝단에 가동접점 지지대(9)를 접속하는 샤프트(8); 중앙 구멍을 통하여 샤프트(8)을 관통시키고 접압스프링(11)으로 접촉 압력이 가해지고, 가동접점 지지대(9)에 의하여 지지되는 가동접점(10); 아크 챔버(19)와 가동접점(10)이 나란히 영구자석(20)를 아크 챔버(19) 홈에 붙이고, 영구자석(20)을 둘러싸는 U 자형 철심그리드(21); 고정철심(3)와 가동철심(4) 사이에 위치하며 샤프트(8)에 삽입되는 복귀스프링(22);을 포함한다.

한편, 상술한 구성요소들에 의해 직류개폐장치의 아크 소호부와 엑츄에이터 와 접촉부는 다음과 같이 형성된다.

상기 아크 소호부는 절연물인 세라믹(13), 전류를 통전시켜주는 고정전극(16)과 접촉부인 가동접점(10), 소호부의 공간을 만들어 주면서 가스가 빠져나가지 못하도록 밀봉(seal) 시켜 주는 금속케이스(12), 접촉 시 고정접점(17)과 가동접점(10)에 일정한 압력을 유지시켜주는 접압스프링(11)로 구성되며, 액츄에이터의 플레이트(2)에 의해 밑면이 형성되어 수소 등의 가스로 채워져 기밀된다.

도 3을 참조하면, 아크 소호부의 아크 전류는 평행하게 왕복하는 전류와 같으며 자속(B)에 의하여 아크 전류를 서로 멀어지는 방향으로 힘을 받는다.

자속밀도를 크게 하면 아크 전류가 받는 힘이 증가하여 아크 전류의 운동속도는 빨라지므로 세라믹(13)과 금속케이스(12)에 영구자석(20)을 넣음으로써 더욱 아크소호성능을 향상할 수 있다.

그리고, 아크 소호부 내부 기체는 수소와 질소 가스를 혼합하고 대기 압력보다 높게 하면 충진하여 높은 절연전압과 신속한 아크 냉각 효과를 얻어 아크 소호시간이 단축된다.

상기 액츄에이터는 요크(1), 플레이트(2), 고정철심(3), 가동철심(4), 여자권선(5)으로 자기 회로를 구성하고, 고정철심(3)과 가동철심(4)을 둘러싸는 여자권선(5)에 흐르는 전류에 의하여 자기회로가 여자되어 전자흡인력이 발생하고, 고정철심(3)은 고정되어 있으므로 전자 흡인력에 의하여 가동철심(4)이 이동된다.

액츄에이터의 자기회로를 아크 소호부와 연결시키는 상기 플레이트(4)는, 금속케이스와 용이하게 용접되도록 스테인리스강 계열이 사용된다. 스테인리스강은 압연공정에 의해서 생산되어 자기특성이 떨어지는데, 자기 저항을 감소시키도록 자기소둔 열처리를 한다. 여기서, 상기 자기소둔 열처리는 850℃에서 10시간동안 하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 스테인리스강은 STS430이 사용되는 것이 바람직하다. STS430은 스테인리스강 중에서 페라이트계로서, 저탄소 및 고크롬이 함유되어 내식성은 우수하다. 여기서, STS430은 자기소둔 열처리 후에 압연가공을 하면 가공에 의한 응력이 잔존하기 때문에 조립할 형상으로 제작한 후에 자기소둔 열처리를 하는 것이 바람직하다.

스테인리스강은 가열되었다가 충분한 시간에 걸쳐서 천천히 냉각되면서 상변화가 전부 완료되어 안정된 평형상태로 되면 자기 저항이 감소되어 자기특성이 향상되게 된다.

도 4는 본 발명의 열처리 전후의 B-H Curve이다.

도 4를 참조하면, 자속밀도(B)를 크게 하면 아크 전류가 받는 힘(H)도 증가하는데, 그 전류가 받는 힘(H)은 플레이트의 열처리 후에 더 증가하게 된다. 특히, 자화력(H)이 600A/m일때, 자속밀도(B)는 플레이트의 열처리 전이 0.2T이고, 열처리 후가 1.0A/m로써 자속밀도(B)가 증가된 것을 알 수 있다. 즉, 플레이트는 자기소둔 열처리를 한 후 자기특성이 향상된다.

도 5는 본 발명의 열처리 전후의 공극 길이에 대한 코어간 흡인력 변화를 나타낸 그래프이고, 도 6은 도 5의 A부의 확대도이다.

직류개폐장치는 코어간 흡인력에 따라 액츄에이터의 효율이 달라진다. 이러 한 흡인력은 공극의 자속밀도에 비례하는데, 도 5를 참조하면, 열처리 전에 비하여 열처리 후에 중요 위치에서 0.42 N만큼 상승함을 확인할 수 있다. 즉, 코어간 흡입력은 플레이트의 열처리 후에 6% 증가한다.

상기 액츄에이터에 의해 구동되는 직류개폐장치의 접촉부는 가동철심(4)에 결합된 축에 가동접점을 지지하여 가동철심(4)의 움직임에 따라 가동접점(10)이 고정접점(17)에 접촉되도록 하여 전류가 통전되는 구조이다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 직류개폐장치에 의하면, 스테인리스강 계열의 플레이트는 자기소둔 열처리를 함으로써, 자기저항이 감소되어 자기특성이 향상된다.

그리고, 자기특성이 향상된 플레이트에 의해 고정철심과 가동철심 사이의 흡인력이 증가하게 된다.

또한, 플레이트의 두께가 증가되지 않고 흡인력이 증가되어 경량화가 가능하며, 코일의 소비전력이 증가되지 않고 흡인력이 증가되어 저소비전력을 구현할 수 있다.

Claims (3)

1. 요크, 요크에 마주보게 접합된 플레이트, 상기 플레이트의 중앙 홀에 삽입된 고정철심, 상기 고정철심에 접극면이 마주보는 구조로 위치한 가동철심, 상기 고정철심과 가동철심을 감싸며 코일을 지지하는 보빈과 코일에 접속된 코일단자를 구비하는 여자권선으로 구성되는 액츄에이터의 자기회로와, 밑면이 상기 플레이트에 의해 형성되고 상기 자기회로에 연결되며 세라믹, 전류를 통전시켜주는 고정전극과 접촉부인 가동접점과 고정접점, 소호부의 공간을 만들어 주면서 내부 가스를 밀봉하는 금속케이스, 접촉시 상기 고정접점과 가동접점에 일정한 압력을 유지시켜주는 접압스프링을 갖는 아크 소호부를 구비하는 직류개폐장치에 있어서,

   상기 플레이트는 자기소둔 열처리된 스테인리스강인 직류개폐장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 플레이트는 850℃에서 10시간동안 열처리된 것을 특징으로 하는 직류개폐장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 스테인리스강은 STS430 이 사용되는 것을 특징으로 하는 직류개폐장치.

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