KR101098930B1

KR101098930B1 - 전자식 배선용 차단기

Info

Publication number: KR101098930B1
Application number: KR1020100060469A
Authority: KR
Inventors: 박기주
Original assignee: 박기주; 주식회사 케이디파워
Priority date: 2010-06-25
Filing date: 2010-06-25
Publication date: 2011-12-28

Abstract

본 발명은 접점의 수명과 접촉 신뢰성을 확보하여 미세한 접점 통전 상태를 해결함으로써 접촉 동작시 아크로 소손되는 접점의 비산을 방지하여 온/오프 특성을 향상시키도록 한 전자식 배선용 차단기에 관한 것으로서, 내부 수용공간이 형성된 하부 케이스와, 상기 하부 케이스의 내부 수용공간에 일정한 간격을 갖고 수납되고 내부 수용공간이 형성된 다수의 케이스와, 상기 다수의 케이스 중 적어도 어느 하나의 케이스 상부에 결합 고정되는 고정 취부대와, 상기 고정 취부대를 통해 상기 케이스 상부에 결합되어 홀딩력이 극대화된 전자기력을 발생하는 EMFA와, 상기 하부 케이스와 대응되게 구성되어 상기 다수의 케이스 및 EMFA를 커버하는 상부 케이스와, 상기 상부 케이스 상부에 결합되어 상기 EMFA를 구동하는 EMFA 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

전자식 배선용 차단기{Moving Breaking Contact Unit Of MoldedCase Circuit Breaker}

본 발명은 배선용 차단기에 관한 것으로, 특히 차단기의 ON/OFF 특성을 향상시키도록 한 전자식 배선용 차단기에 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 검출 기구부 및 개폐 기구부, 소호 장치부, 트립 장치부 등을 포함하여 구성되며, 이상전류 발생시 트립 동작에 의해 전원을 차단하게 된다.

상기 트립 장치부는 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.

참고로, 트립(Trip)이라 함은 회로 차단기에 이상전류 발생시 차단기를 인위적으로 개폐하는 것이 아니라 이상전류를 차단기 자체에서 감지하여 자동으로 전원을 차단하는 동작을 말한다.

이하, 상기 배선용 차단기가 전로에 단락사고 발생시 이를 트립하는 과정을 간단히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 회로 내에 단락전류가 통전되면 기기의 검출 기구부에서 상기 단락전류를 검출한 후 개폐 기구부가 동작하여 접점을 개방시키게 된다. 이때, 접점이 개방될 때 고온 고압의 아크가 발생하게 되며, 발생된 아크는 기기 내의 소호 장치부에 의해 자동 소멸된다. 이후, 회복전압을 인가하여 전로를 정상상태로 복원한다.

또한, 상기 배선용 차단기는 필요시 별도로 구비된 각종 부속장치를 장착하여 차단기의 제어 및 이용의 편의성을 부가시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 전자식 배선용 차단기를 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 2는 종래 기술에 의한 전자식 배선용 차단기의 구조를 도시한 사시도이고, 도 3은 종래 기술에 의한 전자식 배선용 차단기로서, 연결핀의 변형형태를 도시한 사시도이다.

종래 기술에 의한 전자식 배선용 차단기는 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 단극차단유닛(10a ~ 10d)의 외함을 형성하는 케이스(20)와, 전원측과 부하측을 연결하는 단자부(31,32)와, 접촉자(고정접촉자(41)와 가동접촉자(42))의 접점 개폐를 위한 구동력을 제공하는 개폐기구(50)와, 상기 전원측에서 과전류나 순시전류 또는 단락전류 등의 이상전류 및 사고전류의 발생시 이를 검출하여 개폐기구(50)가 동작되도록 트리거(TRIGGER)하는 트립부(도시하지 않음)와, 차단 동작시 접촉자간에 발생하는 아크를 소호시키는 소호부(60)를 포함하여 구성되는 4개(R,S,T,N)의 단극차단유닛(10a ~ 10d)으로 구성되어 있다.

상기 가동접촉자(42)는 상기 케이스(20)의 내부에 회동 가능하게 설치되는 샤프트(53)에 일체로 연결되어 샤프트(53)가 회동됨에 따라 선택적으로 고정접촉자(41)에 접촉되도록 구성되어 있다.

상기 단자부(31,32)는 전원측과 부하측을 각 극별 전로에 연결되어 외부의 전로와 내부 장치를 접속시키는 역할을 하며, 상기 소호부(60)는 가동접촉자(42)와 고정접촉자(41)의 개리 시 발생하는 아크를 신속히 소멸시켜 접점 및 내부 기기를 보호하는 역할을 담당한다.

상기 개폐기구(50)는 핸들(51)에 연결되는 상 하부 링크(도시하지 않음)와, 트립 스프링(미도시), 래치(latch)등으로 구성되며, 각 단극차단유닛(10a ~ 10d)의 각 샤프트(도 2의 부호 53 참조)를 공통적으로 회전 구동하는 회전구동핀(52)을 포함한다.

상기와 같이 구성된 종래 기술에 의한 전자식 배선용 차단기는 온(ON)상태에서 과전류, 단락전류와 같은 사고전류로 인해 개폐기구(50)가 트립(Trip) 위치로 동작하면, 도면상 시계방향으로 회전하는 회전구동핀(52)에 의해 연결된 샤프트(53)가 시계 방향으로 회동되며 가동접촉자(42)가 고정접촉자(41)로부터 이격됨으로써 접점이 개리된다.

그런데, 종래 기술에 의한 다극(4극)용 전자식 배선용 차단기에 있어서는, 그 구조적인 특성상 회전구동핀(52)에 의해 극별(상별) 단극차단유닛(10a,10b,10c,10d)의 샤프트(53)를 회동시킬 때 샤프트(53)들을 동시 회전구동하기 위한 회전구동핀(52) 중 개폐기구(50)로부터 먼 단극차단유닛(10d)을 회전구동하는 부분은 그 회전 모멘트가 다른 부분의 회전 모멘트보다 커서 개폐기구(50)로부터 먼 단극차단유닛(10d)을 회전구동하는 부분이 휘는 등 변형이 발생하는 문제점이 발생되었고, 이에 따라 차단기의 성능 및 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.

즉, 개폐기구(50)가 차단기의 중앙에 설치되지 못하고 어느 일측으로 편향되게 설치됨에 따라(4개의 단극차단유닛(10a,10b,10c,10d) 중 도 1에서 오른쪽 두번째에 해당되는 S상 단극차단유닛(10b)에 설치됨에 따라) 개폐기구(50)에 의해 각 단극차단유닛(10a,10b,10c,10d)중 N상 단극차단유닛(10d)의 샤프트에 전달되는 회전 모멘트는 여타 상의 단극차단유닛((10a,10b,10c)의 샤프트에 전달되는 회전 모멘트 보다 커서 회전구동핀(52)중 N상 단극차단유닛(10d)의 샤프트에 구동접속되는 부분이 휘어지는 변형의 문제점이 있었다.

개폐기구(50)로부터 상대적으로 멀리 떨어져 있는 중성극(일명 N극 또는 N상)용 단극차단유닛(10d))에 구동접속되는 회전구동핀(52) 부위가 변형됨에 따라 N상 단극차단유닛(10d)을 비롯한 단극차단유닛(10a,10b,10c,10d)내 접점 개폐동작의 신뢰성이 보장되지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위해 안출한 것으로 접점의 수명과 접촉 신뢰성을 확보하여 미세한 접점 통전 상태를 해결함으로써 접촉 동작시 아크로 소손되는 접점의 비산을 방지하여 온/오프 특성을 향상시키도록 한 전자식 배선용 차단기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 전자식 배선용 차단기는 내부 수용공간이 형성된 하부 케이스와, 상기 하부 케이스의 내부 수용공간에 일정한 간격을 갖고 수납되고 내부 수용공간이 형성된 다수의 케이스와, 상기 다수의 케이스 중 적어도 어느 하나의 케이스 상부에 결합 고정되는 고정 취부대와, 상기 고정 취부대를 통해 상기 케이스 상부에 결합되어 홀딩력이 극대화된 전자기력을 발생하는 EMFA(Electromagnetic Force driving Actuator)와, 상기 하부 케이스와 대응되게 구성되어 상기 다수의 케이스 및 EMFA를 커버하는 상부 케이스와, 상기 상부 케이스 상부에 결합되어 상기 EMFA를 구동하는 EMFA 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 전자식 배선용 차단기는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 과부하단락 또는 지락 단락으로부터 접점의 아크 작용으로 인한 가동자 접점단자의 아크 폭발로부터 아크를 완벽하게 차단함으로써 가동 접점 회전자가 초기압력을 지속적으로 유지시키는 접촉압력 바란싱 동작장치를 아크로부터 완벽하게 차단하여 차단기 본연의 성능을 향상시킬 수 있다.

둘째, 아크의 순간 압력으로부터 2단 개극되는 구조로 전자력의 흡입력으로 인한 고정접점과 가동접점의 2차 접촉으로 인한 2차 아크 폭발을 방지할 수 있다.

셋째, 양방향 접점 구조방식으로 접점부가 앞, 뒤 독립방식의 위치결정 구조로 이루어진 압력 바란싱 동작장치의 구조로서, 접점의 수명과 접촉신뢰성을 확보하여 미세한 접점 통전 상태를 해결하고, 이로 인하여 접촉 동작시 아크로 소손되는 접점의 비산을 예방할 수 있다.

넷째, 아크 독립 공간을 통해 전원측 아크의 부하와 부하측 아크 부하의 압력을 동일하게 유지하는 압력 가이드레일 구조로 설계하여 아크를 밖으로 밀어내는 역할을 동시에 하므로 단락시 효율을 극대화시킬 수 있다.

도 1 내지 도 2는 종래 기술에 의한 전자식 배선용 차단기의 구조를 도시한 사시도
도 3은 종래 기술에 의한 전자식 배선용 차단기로서, 연결핀의 변형형태를 도시한 사시도
도 4는 본 발명에 의한 전자식 배선용 차단기의 외형을 나타낸 사시도
도 5는 도 4의 하부 케이스 내부에 수용되는 케이스의 배열을 나타낸 사시도
도 6은 도 4에서 케이스 상부에 부착 고정되는 EMFA를 나타낸 측면도
도 7a는 도 5의 고정 취부대를 나타낸 상면도
도 7b는 도 5의 고정 취부대를 나타낸 측면도
도 7c는 도 5의 고정 취부대를 나타낸 정면도
도 8a 내지 도 8c는 도 5의 EMFA를 설명하기 위한 정면 사시도, 후면 사시도 및 분리 사시 단면도
도 9a 및 도 9b는 전자식 자동 ON/OFF형 배선용 차단기에서 전자기력을 이용한 EMFA의 작동 위치에 따른 자계 분포에 대한 시뮬레이션 결과를 보여주는 개략 단면도

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 전자식 배선용 차단기를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 의한 전자식 배선용 차단기의 외형을 나타낸 사시도이고, 도 5는 도 4의 하부 케이스 내부에 수용되는 케이스의 배열을 나타낸 사시도이며, 도 6은 도 4에서 케이스 내부의 구성을 나타낸 구성도이다.

본 발명에 의한 전자식 배선용 차단기는 도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 전기적 절연물로 이루어지고 내부 수용공간이 형성된 하부 케이스(100)와, 상기 하부 케이스(100)의 내부 수용공간에 일정한 간격을 갖고 수납되고 내부 수용공간이 형성된 다수의 케이스(110)와, 상기 다수의 케이스(110) 중 적어도 어느 하나의 케이스 상부에 결합 고정되는 고정 취부대(170)와, 상기 고정 취부대(170)를 통해 상기 케이스(110) 상부에 결합되어 홀딩력이 극대화된 전자기력을 발생하는 EMFA(Electromagnetic Force driving Actuator, 180)와, 상기 하부 케이스(100)와 대응되게 구성되어 상기 다수의 케이스(110) 및 EMFA(180)를 커버하는 상부 케이스(200)와, 상기 상부 케이스(200) 상부에 결합되어 상기 EMFA(180)를 구동하는 EMFA 제어부(300)를 포함하여 구성되어 있다.

도 7a는 도 5의 고정 취부대를 나타낸 상면도이고, 도 7b는 도 5의 고정 취부대를 나타낸 측면도이며, 도 7c는 도 5의 고정 취부대를 나타낸 정면도이다.

도 7a 내지 도 7c에 도시한 바와 같이, 고정 취부대(170)는 EMFA(도 5의 180)이 안착 및 고정되는 안착부(171)와, 상기 안착부(171)의 양측에서 하측으로부터 연장되어 케이스(도 5의 110) 양측면에 고정되는 고정부(172)와, 상기 안착부(171)의 상면에 돌출되는 돌출부(173) 및 상기 케이스(110)와 체결되도록 측면에 형성되는 다수의 체결부(174)를 포함하여 구성되어 있다.

도 8a 내지 도 8c는 도 5의 EMFA를 설명하기 위한 정면 사시도, 후면 사시도 및 분리 사시 단면도이다.

도 8a 내지 도 8c에 도시한 바와 같이, 전자기력을 이용한 EMFA(180)에 있어서의 고정 철심(181)은 EMFA(180)의 전체 외곽 형태를 이루면서 종단면상 내부 중간의 중간벽(182)을 사이에 두고, 그의 좌우 양측에 상하 방향으로 일정 길이를 가지는 통로(183)가 형성된다.

상기 좌,우의 통로(183)의 종단면상 외벽면과 내벽면에는 각각 외측 주 영구자석(184)과 내측 주 영구자석(185)이 배치된다. 그리고, 상기 외측 주 영구자석(184)과 내측 주 영구자석(185)의 길이 방향(상하 방향) 양단부 중 어느 한쪽의 외벽면과 내벽면에는 각각 외측 보조 영구자석(186)과 내측 보조 영구자석(187)이 배치된다.

여기서, 상기 외측 주 영구자석(184)과 내측 주 영구자석(185)의 극성은, 둘 사이의 공간 부분인 통로(183)를 사이에 두고 서로 마주하는 쪽이 서로 반대극으로 이루어져, 자기력선의 방향이 상기 통로(183)를 가로지르는 방향으로 형성되도록 구성되어 있다.

가동자(188)는 상기 외측 주/보조 영구자석(184,186)과 내측 주/보조 영구자석(185,187) 사이의 통로(183) 내부에 길이 방향으로의 이동이 가능하게 삽입된다.

이러한 상기 가동자(188)는 상기 좌,우 양측의 내측 주 영구자석(185)을 가운데에 두고서 상기 통로(183)의 내부에 상기 외측 주 영구자석(184)과 내측 주 영구자석(185)에 직교하는 방향으로 권회(捲回)되는 코일(189)과, 상기 외측 및 내측 보조 영구자석(186,187)에 의한 자력을 받는 자성체(190)가 일체화된 형태를 가진다.

이러한 전자기력을 이용한 EMFA(180)의 구체적인 형태는 상기 고정 철심(181)의 통로(183)는, 고정 철심(181)의 전후 방향으로 관통 형성되어 있고, 이러한 2개의 통로(183)의 사이에 중간벽(182)이 형성되는 구조로 이루어진다. 여기서, 상기 고정 철심(181)은 육면체로 도시되어 있으나, 상기한 통로(183)를 형성할 수 있음과 아울러 코일(189)을 권회할 수 있으면 어떠한 형태이든 상관없다.

상기 외,내측 주 영구자석(184,185) 및 상기 외,내측 보조 영구자석(186,187)들은, 상기와 같이 고정 철심(181)의 전후로 관통하여 형성된 통로(183)의 좌우 방향 내,외측 벽면에 설치된다.

그리고, 상기 가동자(188)는 상기 외측 주/보조 영구자석(184,186)과 내측 주/보조 영구자석(185,187) 사이의 통로(183)를, 상기 좌,우 양측의 내측 주 영구자석(185)의 둘레를 감싸 경유하는 형태로 통과하도록 구성된다.

한편, 상기 가동자(188)의 운동을 좀 더 안정적으로 안내하기 위하여, 상기 가동자(188)의 상기 고정 철심(181) 외부로 노출된 부분으로부터는 안내축(191)이 연장 형성되고, 상기 안내축(191)의 상하 방향 운동을 안내하는 가이드(192)가 설치될 수 있다. 상기 안내축(191)은, 상기 가이드(192)에 형성된 안내홈(193)에 상하 방향으로 미끄럼 이동 가능하게 삽입된다.

이와 같은 전자기력을 이용한 EMFA(180)는, 통로(183)가 고정 철심(181)을 관통하는 형태로 이루어져서 가동자(188)가 외부로 드러나도록 구성되어 있다. 따라서, 외부로부터 상기 가동자(188)의 코일(189)에 전선을 연결하기가 매우 편리해지고, 제작도 용이하게 할 수 있다. 또한, 전선을 외부로부터 직접 가동자(188)에 연결할 수 있으므로 가동자(188)의 운동시 전선에 무리가 가는 현상을 거의 없앨 수 있다.

서로 마주하는 극성이, 외측 주 영구자석(184)은 N극, 내측 주 영구자석(185)은 S극으로 이루어져, 자력선(m1)이 외측 주 영구자석(184)으로부터 통로(183)를 가로질러 내측 주 영구자석(185)을 향하는 방향 즉, 좌우방향 바깥쪽에서 안쪽을 향하여 흐르도록 한 형태가 도시되어 있다. 이와는 반대로, 서로 마주하는 극성을, 외측 주 영구자석(184)은 S극, 내측 주 영구자석(185)은 N극으로 구성하여, 자기력선이 내측 주 영구자석(185)으로부터 통로(183)를 가로질러 외측 주 영구자석(184)을 향하는 방향 즉, 좌우 방향 안쪽에서 바깥쪽을 향하여 흐르도록 한 형태로 구성하여도 좋다. 자기력선의 방향이 반대가 되는 것에 상응하여 코일(189)에 흐르는 전류의 방향을 바꾸어 주면 된다.

이와 같은 구성에 의해, 상기 가동자(188)의 코일(189)에 정방향 또는 역방향의 전류를 흘려주면, 플레밍의 왼손법칙에 의해, 상기 외측 및 내측 주 영구자석(184,185)에 의한 자속 밀도와 상기 코일(189)의 전류 밀도에 의한 전자 반발력에 의해 상기 코일(189)을 자계에 직교하는 방향(도면상 상,하 방향)으로 이동시키는 힘이 발생하여, 상기 코일(189)을 가지는 가동자(188)가 통로(183)의 길이 방향(상,하 방향)으로 직선 운동하게 된다.

그리고, 상기 가동자(188)에 있어서, 상기 코일(189)과 자성체(190)를 단일 몸체의 가동자(188)로 구현하는 방법으로서는, 상기 코일(189)과 자성체(190)를 비자성체의 하우징(194) 내부에 매립시킨 형태로 구현할 수 있다. 이는 코일(189)과 자성체(190)를 가운데 두고 일체로 몰딩(molding)하여 하우징(194)을 성형하는 등의 방법으로 쉽게 구현할 수 있다.

특히, 상기 외측 보조 영구자석(186)과 내측 보조 영구자석(187)의 서로 마주하는 쪽이 동일극으로 이루어진다. 상기 외측 보조 영구자석(186)과 내측 보조 영구자석(187)의 서로 마주하는 쪽의 극성이 모두 S극으로 설정된 형태를 보여준다. 이와는 달리, 외측 보조 영구자석(186)과 내측 보조 영구자석(187)의 마주하는 쪽의 극성이 모두 N극으로 설정되어도 좋다.

이와 같이, 상기 외측 보조 영구자석(186)과 내측 보조 영구자석(187)의 서로 마주하는 쪽의 극성을 동일극으로 구성하면, 자기력선이 상기 외측 보조 영구자석(186)과 내측 보조 영구자석(187) 사이의 통로(183)를 가로질러서 흐르지는 못하게 된다.

따라서, 상기 가동자(188)의 자성체(190)가 상기 외측 보조 영구자석(186)과 내측 보조 영구자석(187) 사이에 위치한 때에, 상기 자성체(190)의 종단면상 좌우 방향 중간 부분을 기준으로 한 좌우 양쪽(즉, 안쪽과 바깥쪽)에 각각 서로 독립된 자계(磁界)가 형성된다. 상기 외측 보조 영구자석(186)과 내측 보조 영구자석(187)의 마주하는 쪽의 극성을 모두 S극으로 설정하면, 상기 자성체(190)의 종단면상 좌우 방향 중간 부분을 기준으로 하여 바깥쪽에 형성되는 자기력선은, 외측 보조 영구자석(186) → 고정 철심(181) → 가동자(188)의 자성체(190) → 외측 보조 영구자석(186)을 순환하는 방향으로 흐르게 된다. 또한 안쪽의 자기력선은, 내측 보조 영구자석(187) → 고정 철심(181) → 가동자(188)의 자성체(190) → 내측 보조 영구자석(187)을 순환하는 방향으로 흐르게 된다.

상기 외측 보조 영구자석(186)과 내측 보조 영구자석(187)의 마주하는 쪽의 극성을 모두 N극으로 설정하면, 자기력선의 흐름 방향은 위와 반대 방향이 된다.

만일, 상기 외측 보조 영구자석(186)과 내측 보조 영구자석(187)의 서로 마주하는 쪽의 극성을 동일극으로 형성하지 않고 서로 반대극으로 형성하면, 자계는 자성체(190)의 종단면상 좌우 방향 중간 부분을 기준으로 하여 내측과 외측에 2개가 독립적으로 형성되지 못하고, 외측 주 영구자석(184)과 내측 주 영구자석(185)의 경우와 마찬가지로 어느 한 방향의 흐름을 가지는 하나의 큰 자계를 형성하게 된다.

예컨대, 상기 외측 주 영구자석(184)과 내측 주 영구자석(185)은, 서로 마주하는 쪽의 극성이 서로 반대극으로 이루어지기 때문에, 자기력선은 외측 주 영구자석(184) → 통로(183) → 내측 주 영구자석(185) → 고정 철심(181) → 외측 주 영구자석(184)을 크게 순환하는 형태를 이루게 된다.

이와 같은 경우에는 자성체(190)를 그의 이동 방향으로 이동시키려는 힘은 거의 없고, 상기 자성체(190)를 단순히 외,내측 주 영구자석(184,185)의 길이 방향 중간 지점으로 위치시키려는 힘이 대부분을 차지하게 되는 것이다.

상술한 바와 같이, 상기 외측 보조 영구자석(186)과 내측 보조 영구자석(187)의 서로 마주하는 쪽의 극성이 서로 동일극으로 이루어져 있으므로, 자계는 자성체(190)의 종단면상 좌우 중간 부분을 기준으로 내,외 양측에 독립적으로 형성된다. 따라서, 각 자계를 이루는 자기력선들은, 상기 자성체(190)의 종단면상 좌우 방향 중간 부분에서 수직한 흐름을 가지게(수직하게 경유하게) 됨으로써, 상기 자성체(190)를 외측 및 내측 보조 영구자석(186,187)의 길이 방향 중간 지점에 위치시키려는 힘이 아니라, 자성체(190)를 그의 이동 방향으로 더욱 당기려는 힘을 작용하게 된다.

이와 더불어, 자계가 자성체(190)의 종단면상 중간 부분을 기준으로 내,외측에 독립적으로 형성되면, 자기력선들의 흐름 경로의 길이 즉, 자로(磁路)가 짧아지게 됨으로써, 그만큼 자성체(190)를 당기는 힘이 강력해지게 된다. 이와 같이 자성체(190)를 당기는 힘은, 상기 가동자(188)를 이동된 상태로 계속적으로 유지시키려고 하는 홀딩력이 되고, 차단기와 같은 피동 요소에 적용한 경우에는 압점력이 된다.

한편, 전자기력을 이용한 EMFA(180)는, 도면상 상측(위쪽 방향)으로만 큰 홀딩력이 작용할 필요가 있는 경우에 대응하여, 외측 및 내측 보조 영구자석(186,187)과 자성체(190)를 상측에만 설치한 형태로 도시되었다. 그렇기 때문에, 상측 방향과 하측 방향 모두에 큰 홀딩력을 필요로 하는 경우에는, 외측 및 내측 보조 영구자석(186,187)과 자성체(190)를 상하 방향에 모두 설치하면 된다.

이와 같이 이루어진 전자기력을 이용한 EMFA(180)의 작동 과정을 설명한다.

도 9a 및 도 9b는 전자식 자동 ON/OFF형 배선용 차단기에서 전자기력을 이용한 EMFA의 작동 위치에 따른 자계 분포에 대한 시뮬레이션 결과를 보여주는 개략 단면도이다.

먼저, 도 9a에 도시한 바와 같이, 가동자(188)가 아래쪽으로 최대한 이동된 상태가 도시되어 있다. 이 경우에는, 가동자(188)가 위쪽으로 최대한 이동된 상태에서 가동자(188)의 코일(189)에 가동자(188)를 아래로 이동시키기 위한 방향으로 전류가 공급되면, 외측 주 영구자석(184)과 내측 주 영구자석(185) 사이에 발생하는 자속밀도와 코일(189)의 의해 발생하는 전류밀도와의 관계에서 전자 반발력이 작용하게 되어 코일(189)을 아래쪽으로 이동시키게 되므로, 코일(189)과 일체화된 가동자(188)가 아래쪽으로 이동한다. 이때, 상기 코일(189)을 아래 방향으로 이동시키려는 힘은, 외,내측 보조 영구자석(186,187)에 의하여 가동자(188)의 자성체(190)를 잡아 두는 홀딩력보다 충분히 큰 힘이다.

이와 같이 하여, 가동자(188)가 아래로 최대한 이동하면 코일(189)에 공급되는 전류가 차단된다. 전류가 차단되면, 코일(189)과 내,외측 주 영구자석(184,185)에 의한 이동력은 사라지게 되고, 외측 주 영구자석(184)과 내측 주 영구자석(185)의 자계(m1)에 의한 힘(자력)이 가동자(188)의 자성체(190)에 미치게 된다. 이 힘은 상기 자성체(190)를 붙잡아 두는 홀딩력으로 작용하게 되어, 가동자(188)는 아래로 이동된 상태를 지속적으로 유지할 수 있다. 도 9a에 있어서, 상기 가동자(188)의 자성체(190)는 상기 외,내측 주 영구자석(184,185)의 길이 방향(상하 방향) 중간 지점보다 위쪽에 위치하고 있다.

여기서, 상기 자성체(190)는 상기 외,내측 주 영구자석(184,185)의 자력에 의해 외,내측 주 영구자석(184,185)의 길이 방향 중간 지점에 위치하려는 힘을 받게 된다. 따라서, 도 9a와 같이, 가동자(188)가 최대한 아래로 이동된 상태에서 그의 자성체(190)가 외,내측 주 영구자석(184,185)의 길이 방향(상하 방향) 중간 지점보다 위쪽에 위치하도록 설정하여 두면, 자성체(190)는 외,내측 주 영구자석(184,185)의 길이 방향 중간 지점으로 이동되려는 힘을 계속적으로 받게 됨으로써, 이 힘만큼의 홀딩력으로 아래로 이동되려는 상태를 계속적으로 유지할 수 있다.

도 9b는 가동자(188)가 위쪽으로 최대한 이동된 상태가 도시되어 있다. 도 9a와 같이 가동자(188)가 최대한 아래쪽으로 이동된 상태에서, 가동자(188)의 코일(189)에 상술한 방향의 역방향으로 전류를 흘려주면, 외측 주 영구자석(184)과 내측 주 영구자석(185) 사이에 발생하는 자속밀도와 코일(189)의 의해 발생하는 전류밀도와의 관계에서 전자 반발력이 작용하게 되어 코일(189)을 위쪽으로 이동시키게 되므로, 코일(189)과 일체화 된 가동자(188)가 위쪽으로 이동한다. 가동자(188)가 위쪽으로 최대한 이동되면 코일(189)에 흐르는 전류가 차단된다.

이와 같이 가동자(188)가 위쪽으로 최대한 이동된 상태에서는, 자성체(190)의 종단면상 좌우 방향 중간 부분을 기준으로 한 내,외측에 독립적인 자계가 형성된다. 상기 각 자계를 이루는 자기력선(m2)(m3)들은, 상기 자성체(190)의 종단면상 좌우 방향 중간 부분을 수직하게 경유함으로써, 상기 자성체(190)를 이동 방향 즉, 위쪽으로 당기려는 힘으로 작용하게 된다.

이와 더불어, 자계가 자성체(190)의 종단면상 좌우 양측에 독립적으로 형성됨으로써, 각 자기력선(m2, m3)들의 자로(磁路)가 매우 짧아지게 됨으로써, 짧아진 만큼 위쪽으로 당기는 힘이 배가된다. 따라서, 자성체(190)를 위쪽으로 당기는 힘에 의해 가동자(188)는 위쪽으로 더 이동되려는 힘 즉, 홀딩력을 계속적으로 받을 수 있게 된다.

따라서 본 발명에 의한 전자식 자동 ON/OFF형 배선용 차단기에 EMFA(180)를 구성함으로써 과부하 단락 또는 지락 단락으로부터 접점의 아크 작용으로 인한 가동자 접점단자의 아크 폭발로부터 아크를 완벽하게 차단함으로써 가동 접점 회전자가 초기압력을 지속적으로 유지시키는 접촉압력 바란싱 동작장치를 아크로부터 완벽하게 차단하여 차단기 본연의 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 아크의 순간 압력으로부터 2단 개극되는 구조로 전자력의 흡입력으로 인한 고정접점과 가동접점의 2차 접촉으로 인한 2차 아크 폭발을 방지하고, 양방향 접점 구조방식으로 접점부가 앞, 뒤 독립방식의 위치결정 구조로 이루어진 압력 바란싱 동작장치의 구조로서, 접점의 수명과 접촉신뢰성을 확보하여 미세한 접점 통전 상태를 해결하고, 이로 인하여 접촉 동작시 아크로 소손되는 접점의 비산을 예방할 수 있다.

또한, 아크 독립 공간을 통해 전원측 아크의 부하와 부하측 아크 부하의 압력을 동일하게 유지하는 압력 가이드레일 구조로 설계하여 아크를 밖으로 밀어내는 역할을 동시에 하므로 단락시 효율을 극대화시킬 수 있다.

한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

100 : 하부 케이스 110 : 케이스
170 : 고정 취부대 180 : EMFA
200 : 상부 케이스 300 : EMFA 제어부

Claims

삭제
내부 수용공간이 형성된 하부 케이스와,
상기 하부 케이스의 내부 수용공간에 일정한 간격을 갖고 수납되고 내부 수용공간이 형성된 다수의 케이스와,
상기 다수의 케이스 중 적어도 어느 하나의 케이스 상부에 결합 고정되는 고정 취부대와,
상기 고정 취부대를 통해 상기 케이스 상부에 결합되어 홀딩력이 극대화된 전자기력을 발생하는 EMFA와,
상기 하부 케이스와 대응되게 구성되어 상기 다수의 케이스 및 EMFA를 커버하는 상부 케이스와,
상기 상부 케이스 상부에 결합되어 상기 EMFA를 구동하는 EMFA 제어부를 포함하여 구성되고,

상기 EMFA는
종단면상 내부 중간의 중간벽을 사이에 두고 좌우 양측에 상하 방향으로 일정길이를 가지는 통로가 형성되어 있는 고정 철심과,
상기 고정 철심의 좌,우의 통로의 종단면상 외벽면과 내벽면에 각각 배치되는 외측 주 영구자석 및 내측 주 영구자석과,
상기 외측 주 영구자석 및 내측 주 영구자석의 길이 방향 양단부중, 구동하여야 할 피동 요소와 연결된 때 보다 큰 홀딩력을 필요로 하는 방향에 대응하는 단부에 인접하여, 상기 외벽면과 내벽면에 각각 설치되는 외측 보조 영구자석 및 내측 보조 영구자석과,
상기 좌,우 양측의 내측 주 영구자석을 가운데에 두고서 상기 통로의 내부에 상기 외측 주 영구자석과 내측 주 영구자석에 직교하는 방향으로 권회되는 코일과, 상기 외측 및 내측 보조 영구자석에 의한 자력을 받도록 상기 외측 및 내측 보조 영구자석의 설치 위치에 대응한 상기 코일의 일단부에 인접하여 배치되는 자성체가 일체화된 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자식 배선용 차단기.
제 2 항에 있어서, 상기 외측 주/보조 영구자석과 내측 주/보조 영구자석 사이의 통로 내부에 직선 이동이 가능하게 삽입되고, 외부의 피동 요소와 연결되는 가동자를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전자식 배선용 차단기.
제 2 항에 있어서, 상기 외측 주 영구자석과 내측 주 영구자석의 극성은, 상기 통로를 사이에 두고 서로 마주하는 쪽이 서로 반대극으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자식 배선용 차단기.
제 2 항에 있어서, 상기 외측 보조 영구자석과 내측 보조 영구자석의 극성은, 상기 통로를 사이에 두고 서로 마주하는 쪽의 극성이 동일극으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자식 배선용 차단기.
제 3 항에 있어서, 상기 가동자의 자성체가 상기 외측 보조 영구자석과 내측 보조 영구자석 사이에 위치한 때에, 상기 자성체의 종단면상 좌우 방향 중간 부분을 기준으로 한 안쪽과 바깥쪽에 각각 서로 독립된 자계가 형성되어, 상기 각 자계를 이루는 자기력선들이, 상기 자성체의 종단면상 좌우 방향 중간 부분을 수직하게 경유하게 되는 것을 특징으로 하는 전자식 배선용 차단기.