KR101151439B1 - 밀봉 접점 장치 및 밀봉 접점의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기밀공간에 소호가스를 주입하여 밀봉하는 전자개폐기장치에 관한 것으로, 소호부 내에 가스가 주입될 수 있도록 파이프 형태로 이루어진 샤프트와, 샤프트의 다른 측단에 장착되는 가동접점을 갖는 소호부를 포함하여, 공간을 밀봉하여 제품의 단가를 낮추고, 밀봉의 신뢰성을 높일 수 있는 방법을 제공할 수 있다.

Description

밀봉 접점 장치 및 밀봉 접점의 제조방법{Sealed contactor and Manufacturing method of Sealed contactor}

본 발명은 전자개폐장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자개폐장치의 기밀공간에 소호가스를 주입하여 밀봉하는 전자개폐장치에 관한 것이다.

직류전력을 개폐하는 전자개폐장치는 하이브리드(Hybrid) 자동차, 연료전지 자동차, 골프 카트 및 전동 지게차와 같은 전기 자동차에 있어서, 축전지와 직류 전력 변환장치 사이에 설치되어 축전지로부터의 직류전력을 직류 전력변환장치에 공급 또는 차단하는 기능을 수행한다.

또한, 직류전력을 개폐하는 전자개폐장치는, 태양광 발전 시스템과 풍력발전 시스템 등 친환경 발전 시스템에 있어서, 직류 발전기와 직류 발전 전력을 상용 주파수와 전압의 교류전력으로 변환하는 인버터의 사이에 설치되어, 직류 발전 전력을 인버터에 공급 또는 차단하는 기능을 수행하기도 한다.

전자개폐장치는, 고정접점 및 가동접점을 구비하고 접점의 개폐 제어가 가능하게 가동접접을 구동시키는 액추에이터(Actuator)를 포함하여 구성될 수 있다.

특히, 전기 자동차에 사용되는 직류전력을 개폐하는 전자개폐장치는, 가동접점이 고정접점으로부터 순간적으로 이탈되는 경우, 즉 접점이 오프(off)시 아크(arc)가 발생될 수 있고 아크를 신속하게 소호하기 위해 접점이 배치된 공간은 기밀공간을 구성하고 기밀공간 내에는 소호가스로 채워져야 한다.

소호가스는 일정 수준 이상의 전자부품으로서의 수명을 유지하고 신뢰성있는 기능유지를 위해, 기밀공간 내에 일정 수준 이상 유지될 필요가 있으며 이를 위해 소호가스 밀봉을 위한 기술을 필요로 하게 되었다.

본 발명은 전자개폐장치의 접점의 오프시 발생하는 아크를 소호하기 위한 소호가스를 담을 수 있는 공간을 밀봉할 수 있는 전자개폐장치 및 전자개폐장치의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 전자개폐장치의 기밀공간 생성시 부재료를 사용하지 않고 공간을 밀봉할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 양상에 따른 밀봉 접점 장치는 여자용 코일과, 여자용 코일에서 발생하는 자속을 통과시키는 고정철심과, 여자용 코일이 통전되어 고정 철심에 흡인되는 방향으로 직선 운동하는 가동철심을 갖는 가동부 및 고정철심을 관통하여 일측단에 가동철심이 결합되는 샤프트와, 샤프트의 다른 측단에 장착되는 가동접점을 갖는 소호부를 포함하고, 샤프트는 소호부 내에 가스가 주입될 수 있도록 파이프 형태로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 양상에 따른 밀봉 접점 방법은 고정철심을 관통하여 일측단에 가동철심이 결합되고 파이프 형태로 이루어진 샤프트와, 샤프트의 다른 측단에 장착되는 가동접점을 갖는 소호부를 형성하는 단계, 샤프트를 통하여 소호부에 수소(H₂) 가스를 채우는 단계 및 샤프트를 밀봉하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명은 전자개폐장치의 접점의 오프시 발생하는 아크를 소호하기 위한 소호가스를 담을 수 있는 공간을 밀봉할 수 있는 전자개폐장치를 얻을 수 있다.

본 발명은 전자개폐장치의 기밀공간 생성시 부재료를 사용하지 않고 공간을 밀봉하여 제품의 단가를 낮추고, 밀봉의 신뢰성을 높일 수 있는 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전자개폐장치를 나타낸 도면이다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전자개폐장치의 개폐상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전자개폐장치의 소호가스가 주입되는 기밀공간을 나타낸 도면이다.
도 4a 및 4b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 밀봉 접점 구조를 나타내는 도면이다.
도 5a 및 5b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 소호가스 통로를 나타내는 도면이다.
도 6는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 소호가스 통로의 밀봉구조를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전자개폐장치를 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 전자개폐장치(100)는 소호부(110)와 구동부(120)를 포함하여 구성된다.

소호부(110)는 고정접점(111) 및 가동접점(112)을 구비하여, 전자개폐장치(100)와 연결된 외부 장치에 대한 스위칭이 이루어지도록 접점의 개폐구조를 포함한다.

구동부(120)는 전기적 신호를 이용하여 접점의 개폐를 제어가 가능하도록 하는 액추에이터를 포함한다. 전자개폐장치(100)는 통상적으로 액추에이터를 통한 구동부(120)의 상하운동으로 전자개폐장치(100)와 연결된 외부 장치를 스위칭한다.

구동부(120)는 전기적 신호에 의한 자기력을 발생시켜 접점의 구동력을 생성하는 여자용 코일(121), 여자용 코일(121)의 내부에 고정되어 배치된 고정철심(122), 고정철심(122)에 맞대어지도록 배치된 가동철심(123)를 갖는다.

여자용 코일(121)과 고정철심(122) 및 가동철심(123) 사이에는 여자용 코일(121)이 권장되는 코일보빈(124)이 구비되며, 코일보빈(124)의 축방향을 따라 상하방향으로 고정철심(122) 및 가동철심(123)이 배치된다. 고정철심(122)과 가동철심(123)은 여자용 코일(121)에 의하여 발생하는 자속(磁束, magnetic flux density)을 통과시키는 자로(磁路, magnetic path)를 형성한다. 여자용 코일(121)에 의하여 발생하는 자속에 의해 가동철심(123)이 상하방향으로 운동하는 구동력을 갖는다.

코일보빈(124)과 고정철심(122) 및 가동철심(123) 사이에는 비자성재료로 이루어지며, 소호부(110) 측의 면이 개구되고 타측면의 바닥이 막혀있는 원통형으로 형성되는 플런져 캡 또는 실린더(125)를 구비한다.

플런져 캡 또는 실린더(125)는 고정철심(122) 및 가동철심(123)이 수납되는 용기와 같은 형태를 가지며, 고정철심(122) 및 가동철심(123) 각각의 외경은 플런져 캡(125) 내의 내경과 동일한 정도의 지름을 갖는 원통형으로 형성된다. 가동철심(123)은 플런져 캡(125)의 축방향으로 이동 가능하다.

가동철심(123)의 이동범위는 고정철심(122)에 접합하는 접합 위치와 플런져 캡(125)의 타측면의 바닥면과 떨어지는 초기 위치와의 사이로 결정된다. 가동철심(123)이고정철심(122)과 접합하는 접합력은 여자용 코일(121)에 의한 코일 스프링에 의해 제공되며, 가동철심(123)이 초기 위치에 복귀하는 방향의 용수철력은 복귀스프링(126)에 의해 제공된다.

구동부(120)의 중앙부에는 고정철심(122)이 끼워 관통시켜지는 삽통 구멍(127)이 설치되어 있고, 고정철심(122)은 삽통 구멍(127)에 끼워 관통시켜지는 상태로 구동부(120)에 고정된다.

구동부(120)의 중앙부에는 고정철심(122)에 대하여 접근 및 이격되는 가동철심(123)이 구비된다. 중앙부의 코어보빈(124) 내측에는 가동철심((123)의 이동을 안내하는 가이드가 구비될 수 있다.

또한, 고정철심(122) 및 가동철심(123)의 중앙부에는 축방향으로 소호부(110) 및 구동부(120)를 관통하여 연결되는 샤프트(130)가 설치되는 관통구(128)를 갖는다. 관통구(128)를 통하여 샤프트(130)가 축방향으로 관통하여 형성되어 있으며, 샤프트(130)는 상단에 가동접점(112)이, 하단에는 가동철심(123)이 결합되어 가동철심(123)의 상하운동을 가동접점(112)에 전달한다.

하부가 개구되어 있는 상자 모양으로 형성되는 하우징(114)이 구동부(120)의 상방에 얹어진 형태로 설치되고, 하우징(114)의 상부에는 단자 구멍이 구비되고 단자 구멍을 통하여 고정접점(111) 및 고정단자(115)가 삽입된다.

하우징(114) 내부에는 고정접점(111) 하단에 샤프트(130)와 결합되고 스위칭을 위한 고정접점(111)과의 접촉 및 분리를 수행하는 공간을 갖는 가동접점(112)이 배치된다.

가동접점(112)의 하부에는 가동접점(112)이 고정접점(111)과 접촉될 때 탄성력을 갖도록 하는 접압스프링(113)이 구비된다. 접압스프링(113)을 통해, 가동접점(112)은 고정접점(111)과 일정 이상의 압력으로 접촉상태를 유지할 수 있게 된다. 또한, 접압스프링(113)은 가동접점(112)이 고정접점(111)과 분리될 때 가동철심(123) 및 샤프트(130)의 이동 속도를 저감시켜 가동철심(123)이 플런져 캡(125)과 접촉시 충격력을 완화하여 소음, 진동 발생을 억제할 수 있다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전자개폐장치의 개폐상태를 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 도 2의 (a)는 전자개폐장치의 닫힘상태를, (b)는 전자개폐장치의 열림상태를 나타낸다.

도 1에서 상술된 구조에 의하면, 여자용 코일(121)의 통전시, 여자용 코일(121) 주변에서 자속이 발생한다. 이러한 자속에 의해 고정철심(122)과 가동철심(123)이 서로 다른 극성이 되고, 가동철심(123)은 고정철심(122)에 흡인되어 가동철심(123)과 고정철심(122)은 서로 접촉한다. 이처럼 가동철심(123)이 고정철심(122)과 접합위치에 있는 때에는 고정접점(111)과 가동접점(112)이 접촉된다. 고정접점(111)과 가동접점(112)이 접촉되면 외부장치에 전력을 공급하게 되며, 이러한 상태가 도 2의 (a)의 닫힘상태이다.

또한, 여자용 코일(121)의 단락시, 여자용 코일(121)의 자기력 발생이 중지되고 가동철심(123)의 구동력이 상실되어 가동철심(123)은 복귀스프링(126)의 탄성력에 의해 초기위치로 복귀된다. 가동철심(123)이 초기위치로 복귀됨과 동시에 샤프트(130)가 이동되고, 가동접점(112)은 고정접점(111)으로부터 분리된다.

이때, 복귀스프링(126)은 고정철심(122)에 설치된 스프링 수납홈(201)안에 수납되어 설치되고, 가동철심(123)이 도 2의 (a)의 닫힘상태(접합 위치에 이동한 때)에는 복귀스프링(126)이 압축되고 복귀스프링(126) 전체가 스프링 수납홈(201) 안에 수납되기 때문에, 복귀스프링(126)이 가동철심(123)이 고정철심(122)의 결합에 방해가 되지 않는다. 가동철심(123)이 초기위치로 복귀하면 외부장치에 전력공급이 중단되며, 이러한 상태가 도 2의 (b)의 열림상태이다.

전자개폐장치는 이러한 도 2의 (a)의 닫힘상태 및 도 2의 (b)의 열림상태가 반복적으로 수행됨으로써 외부장치를 스위칭하게 된다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전자개폐장치의 소호가스가 주입되는 기밀공간을 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 전자개폐장치의 소호부(110)와 고정철심(122) 및 가동철심(123)은 기밀 공간에 수납되도록, 하우징(114)과 연결체(301), 상판(302) 및 플런져 캡(125)을 설치하고 기밀 접합하여 하우징(114), 연결체(301) 및 플런져 캡(125)로 둘러싸인 공간을 기밀 공간으로 형성한다.

하우징(114)은, 세라믹(ceramic) 등과 같은 내열성 재료로 상자 모양으로 형성된다. 하우징(114)의 하부에는 개구(310)가 형성되어 있다. 또한 하우징(114)의 상부(320)에는 2개의 단자 구멍(321, 322)이 형성되어 있다.

연결체(301)는 금속 재료 등으로 형성되어 하우징(114)의 개구(310)와 기밀 접합되어 연결체(301)의 하부에 개구부(330)를 형성하고, 용접 등의 접합 방법을 통하여 연결체(301)의 개구부(330)와 상판(302)이 기밀 접합하게 된다.

하우징(114)은 연결체(301) 및 상판(302)이 기밀 접합되는 것에 의해 고정접점(111) 및 가동접점(112)을 수용하는 기밀 공간(340)을 형성한다. 기밀 공간(340)에는 수소를 주성분으로 하는 절연성 가스가 밀봉되어 있다.

기밀 공간(340) 내에 각 고정 단자(350)는 동계(銅系) 재료 등의 도전체로 원통형으로 형성되고, 하단에 고정접점을 구비하고 상단에 외부장치가 연결될 수 있도록 차양부를 구비한다. 가동 접촉자(360)는 동계 재료 등의 도전체로 평판상에 형성되고 상부면에 가동접점이 형성된다. 가동접점은 가동 접촉자(360)에 일체로 형성된다.

도 4a 및 4b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 밀봉 접점 구조를 나타내는 도면이다. 도 4a 및 4b를 참조하면, 밀봉 접점 구조는 고정접점(401), 가동접점(402), 샤프트(403), 가동철심(404), 고정철심(405)을 포함하여 구성된다.

고정접점(401) 및 가동접점(402)이 배치된 기밀공간은 하우징(410), 연결체(420) 및 플레이트(430)로 결합되어 밀봉구조를 형성한다.

가동접점(402)은 샤프트(403)의 일측단에 고정되고 플레이트(430)를 관통하여 고정철심(405) 및 가동철심(404)과 결합되어 있다.

밀봉구조 내부에는 고정접점(401)과 가동접점(402) 및 샤프트(403)의 일부가 가동접점과 결합한 형태로 배치되는데, 이러한 구조에서 샤프트가 파이프 형태로 구성되어 있어 밀봉구조의 내부와 외부가 샤프트(403)를 통하여 기체가 이동할 수 있도록 연결되게 된다.

따라서, 샤프트(403)를 통하여 소호가스를 주입하고, 기밀공간에 소호가스를 채울 수 있다.

도 5a 및 5b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 소호가스 통로를 나타내는 도면이다. 도 5a 및 5b는 도 4b의 구조를 상세하게 나타낸 것이다.

가동접점(402)과 결합된 샤프트(403)는 파이프 형태로 내부가 뚫려 있어 기체를 통과시킬 수 있는 관(管) 구조를 갖는다.

도 5a 및 5b는 중력 방향으로 생각했을 때 샤프트(403)의 정상부에는 가동접점(402)과 결합되어 있으며 가동접점과 결합된 부분에 파이프의 입구가 돌출되어 있으며, 샤프트(404)의 말단부에는 가동철심이 결합될 수 있으며 가동철심의 하단으로 파이프의 입구가 형성되는 기본적인 구조를 나타내고 있으나, 사프트(403)의 정상부의 파이프의 입구와 연결된 파이프 라인(管)이 샤프트의 측면부에서 벤트를 형성하는 형태 등도 소호가스의 주입의 가능하다면 모두 본 발명의 일 실시예에 해당된다할 것이다.

도 6는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 소호가스 통로의 밀봉구조를 나타내는 도면이다.

도 4a 및 4b에서 나타난 것처럼, 고정접점(401) 및 가동접점(402)이 배치된 기밀공간은 하우징(410), 연결체(420) 및 플레이트(430)로 결합되어 밀봉구조를 형성하고, 가동접점(402)은 샤프트(403)의 일측단에 고정되고 플레이트(430)를 관통한다. 이러한 구조를 소호부라 할 수 있다.

소호부의 기밀공간은 밀봉구조를 형성하고 있으므로, 파이프 형태를 갖는 샤프트(403)를 통하여 급배기가 가능하므로, 샤프트(403)를 통하여 기밀공간의 내부에 남아있는 공기를 배기하고 수소(H₂) 가스를 포함하는 소호가스를 급기하여 기밀공간의 내부를 소호가스로 채울 수 있다.

이 경우 샤프트(403)의 파이프 라인을 통하여 가스 펌프 등을 이용하여 직접 가스의 급배기를 수행하거나, 소호부를 소호가스 분위기로 형성된 챔버 내에 배치하여 가스 순환 과정을 통하여 기밀공간을 소호가스로 채울 수 있을 것이다.

소호가스가 소호부의 기밀공간 내에 채워지면 가스의 급배기가 더 이상 이루어지지 않도록 샤프트(403)의 파이프를 밀봉하여야 한다.

이렇게 샤프트(403)를 밀봉하는 일 실시예는 도 6의 601부분 및 602부분을 나누어 생각해 볼 수 있다.

먼저, 601부분은 샤프트의 말단부로 이동철심이 결합되는 부분에 해당하므로 기본적으로는 이동철심을 샤프트에 고정하는 과정에서 밀봉되도록 레이저, 프로젝션 용접 등을 통하여 수행할 수 있다. 물론 이 경우 별도의 파이프 마개 등을 통한 밀봉도 고려할 수 있다.

또한, 602부분의 경우 이동철심과 가동철심이 샤프트에 결합되는 구조를 고려하여 파이프를 핀치오프(pinch-off)하는 등의 파이프 밀봉 기법을 이용하여 밀봉할 수 있다.

샤프트(403)의 파이프 형태를 밀봉하는 과정은 이동철심과 가동철심을 결합하는 과정을 고려하여 어떠한 순서로도 구현가능할 것이며, 전자개폐장치의 제조공정에 있어 효율적인 방법으로 선정하면 된다.

기밀 공간 내에 절연성 가스가 채워지고, 밀봉 포장된 결합체에 전기 액추에이터가 포함된 구동부를 결합하여 전자개폐장치를 완성한다. 이러한 전자개폐장치는 직류전류를 공급 또는 차단하는 기능을 수행하는 직류 전력변환장치로 이용될 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허청구범위에 기재된 내용과 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.

401 고정접점
402 가동접점
403 샤프트
404 이동철심
405 고정철심
410 하우징
420 연결체
430 플레이트

Claims (7)

1. 여자용 코일과, 상기 여자용 코일에서 발생하는 자속을 통과시키는 고정철심과, 상기 여자용 코일이 통전되어 상기 고정 철심에 흡인되는 방향으로 직선 운동하는 가동철심을 갖는 가동부; 및
   상기 고정철심을 관통하여 일측단에 상기 가동철심이 결합되는 샤프트와, 상기 샤프트의 다른 측단에 장착되는 가동접점을 갖는 소호부;를 포함하고,
   상기 샤프트는 상기 소호부 내에 수소(H₂) 가스가 주입될 수 있도록 파이프 형태로 이루어지되, 상기 가동철심이 결합되는 일측단으로부터 상기 가동접점이 장착되는 측단으로 수소(H₂) 가스가 주입되고, 상기 소호부 내부가 상기 수소 가스로 채워지고 나면 상기 가동철심이 결합되는 일측단이 밀봉되는 밀봉 접점 장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 샤프트는
   상기 가동철심이 결합되는 일측단에 상기 가동철심이 결합되면서 밀봉되거나,
   상기 샤프트의특정 측단이 핀치오프(pinch-off)되어 밀봉되는 밀봉 접점 장치.
4. 고정철심을 관통하여 일측단에 가동철심이 결합되고 파이프 형태로 이루어진 샤프트와, 상기 샤프트의 다른 측단에 장착되는 가동접점을 갖는 소호부를 형성하는 단계;
   상기 샤프트를 통하여 상기 소호부에 수소(H₂) 가스를 채우는 단계; 및
   상기 샤프트를 밀봉하는 단계;를 포함하는 밀봉 접점 제조방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 소호부를 형성하는 단계는
   고정 접점과 가동 접점이 배치되는 기밀 공간을 형성하는 하우징, 연결체 및 플레이트를 결합하여 밀봉구조가 형성되도록 하는 밀봉 접점 제조방법.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 수소 가스를 채우는 단계는
   상기 샤프트에 형성된 파이프 라인을 통하여 수소 가스를 주입하거나, 수소 분위기가 형성된 챔버 내에서 수소 가스가 상기 샤프트의 파이프 라인을 통하여 이동되도록 하는 밀봉 접점 제조방법.
7. 제 4 항에 있어서, 상기 밀봉하는 단계는
   상기 샤프트의 일측단에 상기 가동철심을 결합하여 밀봉하거나, 상기 샤프트의 특정 측단이 핀치오프(pinch-off)되어 밀봉되는 밀봉 접점 제조방법.

Images