KR101109741B1

KR101109741B1 - 개폐장치용 영구자석 조작기

Info

Publication number: KR101109741B1
Application number: KR1020110099119A
Authority: KR
Inventors: 홍춘근
Original assignee: (주)서전기전
Priority date: 2011-09-29
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2012-02-24

Abstract

본 발명은 가동자를 이동시키기 위한 추진력을 한층 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 조작기의 전체 사이즈를 컴팩트하게 축소시킬 수 있는 개폐장치용 영구자석 조작기에 관한 것으로, 내부에 이동공간을 형성한 몸체부; 상기 몸체부의 이동공간 내에 설치되는 영구자석; 상기 몸체부의 이동공간 내에서 직선이동하는 가동자; 상기 몸체부의 이동공간 내에 설치되며, 전류 통전과 더불어 상기 영구자석과 상호 작용하여 상기 가동자를 이동시키는 제1 코일 및 제2 코일; 상기 제1 코일 및 제2 코일에 전류를 통전시키며, 자기력 방향을 전환시키는 전환스위치를 구비한 DC전류공급기를 포함하되, 상기 제1 코일은 상기 가동자와 함께 직선이동하도록 상기 제1 코일과 가동자를 일체화시키는 결합가이드부재를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하므로, 초기 가동자의 이동방향에 대한 움직임을 딜레이 없이 신속히 이동시킬 수 있을 뿐만 아니라, 가동자의 이동거리가 길어져도 충분히 감당할 수 있어 큰 동력과 이동거리가 요구되는 고전압 및 초고전압용의 개폐장치에 개폐구동력을 제공하는 조작기로 사용될 수 있는 효과가 있다.

Description

개폐장치용 영구자석 조작기{permanent magnetic actuator for switchgear}

본 발명은 개폐장치용 영구자석 조작기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가동자를 이동시키기 위한 추진력을 한층 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 조작기의 전체 사이즈를 컴팩트하게 축소시킬 수 있는 개폐장치용 영구자석 조작기에 관한 것이다.

일반적으로, 영구자석 조작기(PMA : Permanent Magnetic Actuator)는 영구자석의 자계와 코일에서 여자된 자계의 힘에 의해 가동자가 직선 운동하도록 한 조작기로서, 주로 송,배전용 차단기(Circuit Breaker) 등의 기계 요소를 동작시키는 액추에이터로서 사용된다.

이하, 도 1을 참조하여 종래기술에 따른 개폐장치용 영구자석 조작기에 대하여 설명한다.

도시한 바와 같이, 종래기술에 따른 개폐장치용 영구자석 조작기는, 내부에 이동공간(11)을 형성한 몸체부(10)와, 상기 몸체부(10)의 이동공간(11)에서 직선으로 이동가능한 가동자(20)와, 상기 가동자(20)를 구동시키도록 몸체부(10)의 내부 일측과 타측에 각각 설치되는 제1 코일(40) 및 제2 코일(50)과, 상기 가동자(20)가 위치를 유지하도록 가동자(20)에 자기 유지력(magnetic holding force)을 제공하는 영구자석(30)을 포함하여 구성된다.

그리고, 상기 가동자(20)의 일단과 타단에는 각각 가동축(21)이 돌출형성된다.

즉, 도면에 도시한 바와 같이 제1 방향에 위치한 가동축(21)은 차단기가 정상적인 송,배전을 수행하도록 하는 개방된 상태이며, 제2 방향에 위치한 가동축(21)은 사고 전류가 감지되어 차단기를 송,배전 전류를 차단시키는 폐쇄 방향이다.

구체적으로, 상기 종래기술에 따른 개폐장치용 영구자석 조작기의 동작을 살펴보면, 하부에 위치한 제2 코일(50)에 전류를 흘려서 제2 코일(50)을 자화(magnetizing)하면, 자화된 제2 코일(61)로부터 자기 흡인력에 의해서, 가동자(20)가 영구자석(30)으로부터의 자기 유지력을 극복하고 제2 코일(50) 쪽으로 이동한다. 반대로, 상부에 위치한 제1 코일(40)에 전류를 흘려서 제1 코일(40)를 자화(magnetizing)하면, 자화된 제1 코일(40)로부터 자기 흡인력에 의해서, 가동자(20)는 영구자석(30)으로부터의 자기 유지력을 극복하고 제1 코일(40) 쪽으로 이동하는 원리이다.

그러나, 종래기술에 따른 개폐장치용 영구자석 조작기는 제1 코일(40)과 제2 코일(50)이 영구자석(30)을 사이에 두고 이격 배치되는 구조로 이루어져 있기 때문에, 제1 코일(40) 또는 제2 코일(50)과 영구자석(30)이 상호 연계되어 발생되는 자계의 힘이 초기 가동자(20)의 이동방향에 대하여 신속히 전달하지 못하고 딜레이를 발생시키는 문제점이 있었다.

또한, 상기 제1 코일(40)과 제2 코일(50)은 영구자석(30)을 사이에 두고 이격 배치됨으로써, 차단기의 적용 위치 또는 규격 크기에 의해 가동자(20)의 이동거리를 길게 구성해야할 경우, 자속 경로(path) 즉 자기장의 길이가 가동자(20)를 이동시키기 위한 길이에 미치지 못해 큰 전기 에너지의 투입이 요구되어 고전압 또는 초고전압용 차단기에 적용하기에 부적합한 문제점이 있다.

아울러, 상기 영구자석을 사이에 두고 제1 코일과 제2 코일이 이격된 상태로 배치되는 구조는 길이방향으로 수직한 형태를 갖추기 때문에 조작기의 사이즈를 소형화하기 어려운 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 발명의 목적은 조작기의 구성 및 결합구조를 개선하여 가동자를 이동시키기 위한 추진력을 한층 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 조작기의 전체 사이즈를 컴팩트하게 축소시킬 수 있는 개폐장치용 영구자석 조작기를 제공하는 데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 개폐장치용 영구자석 조작기는,

내부에 이동공간을 형성한 몸체부;

상기 몸체부의 이동공간 내에 설치되는 영구자석;

상기 몸체부의 이동공간 내에서 직선이동하는 가동자;

상기 몸체부의 이동공간 내에 설치되며, 전류 통전과 더불어 상기 영구자석과 상호 작용하여 상기 가동자를 이동시키는 제1 코일 및 제2 코일;

상기 제1 코일 및 제2 코일에 전류를 통전시키며, 자기력 방향을 전환시키는 전환스위치를 구비한 DC전류공급기를 포함하되,

상기 제1 코일은 상기 가동자와 함께 직선이동하도록 상기 제1 코일과 가동자를 일체화시키는 결합가이드부재를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 가동자의 직선이동은, 상기 제1 코일과 영구자석에 의해 형성되는 플레밍의 왼손법칙에 따른 로렌츠 힘과 상기 제2 코일과 영구자석의 상호 작용으로 상기 가동자를 밀어내거나 당기는 방향으로 힘의 전달이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 영구자석은 가동자를 사이에 두고 일측과 타측에 각각 설치되는 제1 자석 및 제2 자석으로 구성되며, 상기 제1 자석 및 제2 자석 사이에는 상기 결합가이드부재가 끼워지는 이동통로가 형성된 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 결합가이드부재는 상기 가동자와 제1 코일의 전후,상하면에 대하여 각각 면접하는 상태로 마감하는 플레이트와, 상기 제1 코일과 가동자 사이에 개재되는 연결부재와, 상기 연결부재와 가동자를 상호 체결하는 체결수단으로 구성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 연결부재는 일단이 상기 플레이트에 고정되는 고정편과, 상기 고정편으로부터 직각하는 방향으로 절곡된 쐐기편으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 제1 코일은 영구자석의 길이방향 내에서 직선이동하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2 코일은 결합가이드부재의 하측에 배치되며 상기 몸체부에 고정설치되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 몸체부는 양측 단부가 일측으로 절곡된 형태의 2개의 부재가 서로 마주보는 방향으로 결합되는 조립체로 이루어진 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 몸체부의 마주보는 양측 단부 사이에는 상기 가동자에 설치되는 가동축의 미끄럼이동이 원활하게 이루어질 수 있도록 슬라이딩 안내부재가 개재되는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 제1 코일와 가동자가 함께 직선이동하도록 상기 제1 코일과 가동자를 일체화시키는 결합가이드부재를 구성하고 상기 제1 코어, 제2 코일 및 영구자석의 상호 작용에 의해 큰 구동력을 발휘하게 되므로 초기 가동자의 이동방향에 대한 움직임을 딜레이 없이 신속히 이동시킬 수 있을 뿐만 아니라, 가동자의 이동거리가 길어져도 충분히 감당할 수 있어 큰 동력과 이동거리가 요구되는 고전압 및 초고전압용의 개폐장치에 개폐구동력을 제공하는 조작기로 사용될 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 결합가이드부재의 제1 코일이 상기 영구자석의 이동통로를 따라 그 길이방향 내에서만 직선이동하는 구조로 이루어짐에 따라, 조작기의 전체 사이즈가 직사각형의 형태로 길어지지 않고 조작기의 전체 사이즈를 소형화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 개폐장치용 영구자석 조작기의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 개폐장치용 영구자석 조작기를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 정면도이다.
도 4는 도 2의 사시단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 개폐장치용 영구자석 조작기의 작용 상태를 나타낸 단면도이다.

이하, 첨부된 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 개폐장치용 영구자석 조작기(1000)는, 내부에 이동공간(101)을 형성한 몸체부(100)와, 상기 몸체부(100)의 이동공간(101) 내에 설치되는 영구자석(300)과, 상기 몸체부(100)의 이동공간(101) 내에서 직선이동하는 가동자(200)와, 상기 몸체부(100)의 이동공간(101) 내에 설치되며, 전류 통전과 더불어 상기 영구자석(300)과 상호 작용하여 상기 가동자(200)를 이동시키는 제1 코일(400) 및 제2 코일(500)과, 상기 제1 코일(400) 및 제2 코일(500)에 전류를 통전시키며, 자기력 방향을 전환시키는 전환스위치(710)를 구비한 DC전류공급기(700)와, 상기 제1 코일(400)과 가동자(200)를 일체화시키는 결합가이드부재(600)를 포함하여 구성된다.

먼저, 상기 결합가이드부재(600)는 후술할 몸체부(100)의 이동공간(101) 내에서 제1 코일(400)과 가동자(200)를 상호 일체화시킨 상태에서 함께 직선이동시키는 역할을 수행한다.

이러한 상기 결합가이드부재(600)는 상기 가동자(200)와 제1 코일(400)의 전후,상하면에 대하여 각각 면접하는 상태로 마감하는 플레이트(610)와, 상기 제1 코일(400)과 가동자(200) 사이에 개재되는 연결부재(620)와, 상기 연결부재(620)와 가동자(200)를 상호 체결하는 체결수단(630)으로 구성된다.

상기 연결부재(620)는 일단이 상면 플레이트(610)에 고정되는 고정편(621)과, 상기 고정편(621)으로부터 직각하는 방향으로 절곡된 쐐기편(622)으로 이루어진다(도 4참조).

여기서, 상기 결합가이드부재(600)는 제1 코일(400)을 직선이동 가능하게 함으로써, 상기 가동자(200)를 이동시키기 위한 추진력을 한층 향상시키는 기능을 수행한다.

구체적으로, 도 5(a)에 도시한 바와 같이 상기 몸체부(100)의 이동공간(101) 하부에 위치한 결합가이드부재(600)의 제1 코일(400)과, 제2 코일(500)에 전류를 통전시키면, 상기 제1 코일(400)에 형성되는 자계와, 상기 영구자석(300)의 자기장에 의해서 제1 코일(400)이 받는 플레밍(Fleming)의 왼손법칙에 따른 로렌츠 힘(Lorentz force)과 영구자석(300)의 자력의 힘이 함께 작용하는 동시에 상기 제2 코일(500)과 영구자석(300)이 상호 작용하는 힘이 상기 가동자(200)를 밀어내는 방향으로 전달하여 상기 가동자를 도면상 상방향으로 빠르게 이동시킨다.

즉, 상기 가동자(200)의 직선이동은 상기 제1 코일(400)과 영구자석(300)에 의해 형성되는 플레밍의 외손법칙에 따른 로렌츠 힘과, 상기 영구자석(300)에 대하여 상기 제2 코일(500)로 유도되는 극성변화(같은 극끼리 서로 밀어내고, 다른 극끼리 서로 잡아당김)에 의해 상기 가동자(200)를 밀어내는 방향으로 힘을 전달하는 원리이다.

상기 가동자(200)의 상방향 이동은 후술할 가동축(210)을 통해서 차단기(미도시)의 회로를 폐쇄시키는 기구적신호를 전달하게 된다.

이후, 상부에 위치한 결합가이드부재(600)의 제1 코일(400)과 제2 코일(500)로 통전되는 전류를 단절시키면, 상기 결합가이드부재(600)의 내,외부를 감싸는 상태의 영구자석(300)의 자력에 의해 결합가이드부재(600)의 위치를 홀딩시킨 상태로 유지하게 된다.

반대로, 도 5(b)에 도시한 바와 같이 상기 몸체부(100)의 이동공간(101) 상부에 위치한 결합가이드부재(600)의 제1 코일(400)과, 상기 제1 코일(400)의 하부에 고정배치된 제2 코일(500)에 전류를 통전시키면, 제1 코일(400)이 받는 플레밍(Fleming)의 왼손법칙에 따른 로렌츠 힘(Lorentz force)과 영구자석(300)의 자력의 힘이 함께 작용하는 동시에 상기 제2 코일(500)과 영구자석(300)이 상호 작용하는 힘이 상기 가동자(200)를 당기는 방향으로 전달하여 상기 가동자를 도면상 하방향으로 빠르게 이동시킨다.

상기 가동자(200)의 하방향 이동은 하측 가동축(210)을 통해서 차단기의 회로를 개방시키는 기구적신호를 전달하게 된다.

이후, 하부에 위치한 결합가이드부재(600)의 제1 코일(400)와, 제2 코일(500)로 통전되는 전류를 단절시키면, 상기 결합가이드부재(600)의 내,외부를 감싸는 상태의 영구자석(300)의 자력에 의해 결합가이드부재(600)의 위치를 홀딩시킨 상태로 유지하게 된다.

이와 같이 상기 결합가이드부재(600)를 사용한 제1 코일(400)과 가동자(200)의 직선이동은, 상기 제1 코일(400)과 영구자석(300)에 의해 형성되는 플레밍의 외손법칙에 따른 로렌츠 힘과, 상기 영구자석(300)에 대하여 상기 제2 코일(500)로 유도되는 극성변화(같은 극끼리 서로 밀어내고, 다른 극끼리 서로 잡아당김)에 의해 상기 가동자(200)를 밀어내거나 당기는 방향으로의 힘이 함께 작용하여 큰 구동력을 발휘하게 되므로 초기 가동자(200)의 이동방향에 대한 움직임을 딜레이 없이 신속히 이동시킬 수 있을 뿐만 아니라, 가동자(200)의 이동거리가 길어져도 충분히 감당할 수 있어 큰 동력과 이동거리가 요구되는 고전압 및 초고전압용의 개폐장치에 개폐구동력을 제공하는 조작기로 사용될 수 있는 장점이 있다.

상기 제1 코일(400)과 제2 코일(500)에 대한 전류 통전은 DC전류공급기(700)에 의해 이루어지며, 상기 DC전류공급기(700)는 자기력 방향을 전환시키는 전환스위치(710)를 포함하여 구성된다.

이러한 상기 DC전류공급기(700)의 구성은 당업계에서 일반적으로 실시하는 공지된 기술이므로, 그외 구체적인 작용원리 대한 상세한 설명은 생략한다.

한편, 상기 몸체부(100)는 육면체의 박스 형태로 이루어지며, 내부에는 소정의 이동공간(101)이 관통형성된 구조이다.

이러한 상기 몸체부(100)는 양측 단부가 일측으로 절곡된 형태의 2개의 부재가 서로 마주보는 방향으로 결합되는 조립체로 구성하는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정하지 않으며 1개의 구조물로 형성될 수도 있다.

또한, 상기 몸체부(100)의 마주보는 양측 단부 사이에는 상기 가동자(200)에 설치되는 가동축(210)의 미끄럼이동이 원활하게 이루어질 수 있도록 슬라이딩 안내부재(120)를 개재하는 것이 좋다.

이는, 후술할 가동자(200)의 가동축(210)이 직선운동에 따른 마찰손실을 최소화하여 직선운동을 안정적으로 이루어질 수 있도록 하기 위함이다.

상기 가동자(200)는 몸체부(100)의 이동공간(101) 중앙에 배치되며 자계에 영향을 받아 직선이동하는 금속편이다.

또한, 상기 가동자(200)의 일측과 타측에는 각각 개폐기 회로에 연결되는 가동축(210)을 포함한다.

이러한 상기 가동자(200)는 결합가이드부재(600)에 고정설치된다.

상기 영구자석(300)은 상기 가동자(200)를 사이에 두고 일측과 타측에 각각 설치되는 제1 자석(310) 및 제2 자석(320)으로 구성되며, 상기 제1 자석(310) 및 제2 자석(320) 사이에는 상기 결합가이드부재(600)가 끼워지는 이동통로(301)를 형성한다.

즉, 상기 결합가이드부재(600)의 제1 코일(400)이 상기 영구자석(300)의 이동통로(301)를 따라 그 길이방향 내에서만 직선이동이 이루어진다. 따라서, 기존 조작기에서와 같이 영구자석을 사이에 두고 제1 코일과 제2 코일이 이격된 상태로 배치되는 구조에 의해 조작기의 전체 사이즈가 직사각형의 형태로 길어지지 않고 조작기의 전체 사이즈를 소형화할 수 있는 장점이 있다.

한편, 상기 제1 코일(400) 및 제2 코일(500)은 통전되는 전류에 의해 자계의 동력을 발생시키는 역할을 수행한다.

상기 제1 코일(400)은 가동자(200)를 감싸는 'ㅁ'자의 형태로 이루어지며 상기 결합가이드부재(600)에 고정설치된다.

상기 제2 코일(500)은 결합가이드부재(600)의 하측에 배치되며 상기 몸체부(100)에 고정설치된다.

이러한 상기 제1 코일(400) 및 제2 코일(500)의 구성은 당업계에서 일반적으로 실시하는 공지된 기술이므로, 그외 구체적인 작용원리 대한 상세한 설명은 생략한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 제1 코일(400)와 가동자(200)가 함께 직선이동하도록 상기 제1 코일(400)과 가동자(200)를 일체화시키는 결합가이드부재(600)를 구성하고 상기 제1 코어(400), 제2 코일(500) 및 영구자석(300)의 상호 작용에 의해 큰 구동력을 발휘하게 되므로 초기 가동자(200)의 이동방향에 대한 움직임을 딜레이 없이 신속히 이동시킬 수 있을 뿐만 아니라, 가동자(200)의 이동거리가 길어져도 충분히 감당할 수 있어 큰 동력과 이동거리가 요구되는 고전압 및 초고전압용의 개폐장치에 개폐구동력을 제공하는 조작기로 사용될 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 결합가이드부재(600)의 제1 코일(400)이 상기 영구자석(300)의 이동통로(301)를 따라 그 길이방향 내에서만 직선이동하는 구조로 이루어짐에 따라, 조작기의 전체 사이즈가 직사각형의 형태로 길어지지 않고 조작기의 전체 사이즈를 소형화할 수 있는 효과가 있다.

100 : 몸체부
101 : 이동공간
120 : 슬라이딩 안내부재
200 : 가동자
210 : 가동축
300 : 영구자석
301 : 이동통로
310 : 제1 자석
320 : 제2 자석
400 : 제1 코일
500 : 제2 코일
600 : 결합가이드부재
610 : 플레이트
620 : 연결부재
630 : 체결수단
700 : DC전류공급기

Claims

내부에 이동공간을 형성한 몸체부;
상기 몸체부의 이동공간 내에 설치되는 영구자석;
상기 몸체부의 이동공간 내에서 직선이동하는 가동자;
상기 몸체부의 이동공간 내에 설치되며, 전류 통전과 더불어 상기 영구자석과 상호 작용하여 상기 가동자를 이동시키는 제1 코일 및 제2 코일;
상기 제1 코일 및 제2 코일에 전류를 통전시키며, 자기력 방향을 전환시키는 전환스위치를 구비한 DC전류공급기를 포함하되,
상기 제1 코일은 상기 가동자와 함께 직선이동하도록 상기 제1 코일과 가동자를 일체화시키는 결합가이드부재를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 개폐장치용 영구자석 조작기.
제1항에 있어서,
상기 가동자의 직선이동은, 상기 제1 코일과 영구자석에 의해 형성되는 플레밍의 왼손법칙에 따른 로렌츠 힘과 상기 제2 코일과 영구자석의 상호 작용으로 상기 가동자를 밀어내거나 당기는 방향으로 힘의 전달이 이루어지는 것을 특징으로 하는 개폐장치용 영구자석 조작기.
제1항에 있어서,
상기 영구자석은 가동자를 사이에 두고 일측과 타측에 각각 설치되는 제1 자석 및 제2 자석으로 구성되며, 상기 제1 자석 및 제2 자석 사이에는 상기 결합가이드부재가 끼워지는 이동통로가 형성된 것을 특징으로 하는 개폐장치용 영구자석 조작기.
제1항에 있어서,
상기 결합가이드부재는,
상기 가동자와 제1 코일의 전후,상하면에 대하여 각각 면접하는 상태로 마감하는 플레이트와,
상기 제1 코일과 가동자 사이에 개재되는 연결부재와,
상기 연결부재와 가동자를 상호 체결하는 체결수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 개폐장치용 영구자석 조작기.
제4항에 있어서,
상기 연결부재는 일단이 상기 플레이트에 고정되는 고정편과, 상기 고정편으로부터 직각하는 방향으로 절곡된 쐐기편으로 이루어진 것을 특징으로 하는 개폐장치용 영구자석 조작기.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 코일은 영구자석의 길이방향 내에서 직선이동하는 것을 특징으로 하는 개폐장치용 영구자석 조작기.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 코일은 결합가이드부재의 하측에 배치되며 상기 몸체부에 고정설치되는 것을 특징으로 하는 개폐장치용 영구자석 조작기.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 몸체부는 양측 단부가 일측으로 절곡된 형태의 2개의 부재가 서로 마주보는 방향으로 결합되는 조립체로 이루어진 것을 특징으로 하는 개폐장치용 영구자석 조작기.
제8항에 있어서,
상기 몸체부의 마주보는 양측 단부 사이에는 상기 가동자에 설치되는 가동축의 미끄럼이동이 원활하게 이루어질 수 있도록 슬라이딩 안내부재가 개재되는 것을 특징으로 하는 개폐장치용 영구자석 조작기.