KR101192305B1 - 오작동 방지 기능을 구비하는 전력 개폐 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 하부 케이스 내에서 권회되는 투입측 코일(1140)을 포함하는 고정자 요소(1101)와; 상기 투입측 코일(1140)의 하부에 고정되는 영구자석(1210)을 가지고 있고 상기 투입측 코일(1140) 쪽으로 당겨지는 투입방향과 투입측 코일(1140)로부터 멀어지는 개방방향으로 운동하는 가동자 요소(1201)와; 상기 가동자 요소(1201)를 개방방향으로 탄성 지지하는 개방 스프링(2001)을 포함하는 조작기(1001)와; 상기 가동자 요소(1201)가 단일체로 결합하는 피동요소(151)를 포함하는 전력 개폐 장치로서, 상기 피동요소(151)는 상호 이동 가능하게 결합되되 투입 방향과 개방 방향으로 이동하는 가동자 요소로서의 내부 케이지(1205)와, 이 내부 케이지(1205)를 감싸는 외부 케이지(1203)를 구비하고, 상기 고정자 요소(1101)의 일측에 상기 자로형성부재로서의 고정자 코일(1130)에 제어전류가 인가되어 생성되는 자기장에 의해, 상기 외부 케이지(1203) 내에 일부 돌출되도록 고정되는 내부 케이지(1205)가 상기 투입측 코일(1140)을 향해 당겨져서 투입완료위치를 유지하고, 상기 고정자 코일(1130)에 설정 역기전력을 흘릴 경우, 상기 영구자석(1210)의 흡인력을 극복하고, 상기 투입완료위치로부터 복귀되어 접점 투입 작동을 개방 해제하도록 구성되어, 오작동 방지 기능을 구비한다.

Description

오작동 방지 기능을 구비하는 전력 개폐 장치{ELECTRIC POWER SWITCHING APPARATUS PROTECTABLE MALFUNCTION}
본 발명은 오작동 방지 기능을 구비하는 전력 개폐 장치에 관한 것이다.
본 명세서에서의 '전력 개폐 장치'라 함은, 전력 계통에서 부하에 공급되는 주전원을 개방(차단) 하거나 투입(연결)하는 장치로서, 전자 접촉기, 전자 개폐기 등을 포괄한다.
예를 들어, 전자 접촉기(電磁接觸器)(MC; Magnetic Contactor 또는 electroMagnetic Contactor)는 모터 등의 구동회로에 연결된 전력공급회로를 개폐하는데 사용된다. 이것은 통상적으로는 과부하계전기(過負荷繼電器, Thermal Overload Relay)와 함께 전자개폐기(電磁開閉器)(MS; Magnetic Switch 또는 electroMagnetic Switch)를 구성한다.
전자 접촉기는, 큰 접점 용량과 내압을 가진 전자 계전기의 일종으로 전자력을 이용하여 접점을 열고 닫음으로써 대전류의 개폐나 전동기의 시동, 정지 등의 제어에 주로 사용된다.
본 출원인 등은 구조가 간단하고 조작력을 극대화할 수 있는 구조의 전력 개폐 장치에 대한 연구뿐만 아니라, 특히 동작 완료 후에 전력 공급을 필요로 하지 않음으로써 전력 소모를 줄일 수 있는 전력 개폐 장치에 대한 연구를 진행해 오고 있다.
그 연구의 결과로서, 본 출원인 등이 출원 또는 등록받은 대한민국 특허공개10-2011-0028871 (2011.03.22), 절전형 전자 접촉기 (Magnetic Contactor), 특허공개 10-2007-0105637 (2007.10.31)에는, 가동자를 이동시키고, 이동 완료된 시점에서는 별도의 제어전류의 공급 없이도 걸림돌기 또는 영구자석의 자력에 의해 이동된 상태를 지속적으로 유지하도록 한 전력 개폐 장치가 개시되어 있다.
상기한 출원 등에 개시된 종래의 전력 개폐 장치의 일례를 도 1 및 도 2에 도시하였다. 도 1에는 종래의 전력 개폐 장치의 일례를 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1의 측단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 케이스(111, 112)의 내부에 조작기(1001)와 가동 접점 조립체(150)가 설치된다. 조작기(1001)의 가동자 요소(1201)는 피동 요소인 가동 접점 조립체(150)의 홀더(151)에 결합되어 있다.
가동 접점 조립체(150)의 홀더(151)에는 가동 접점(161, 162)이 형성된 복수의 가동 접촉자(160)가 설치되고, 케이스(111, 112)의 양측에는 가동 접점(161, 162)에 대응하는 고정 접점(181, 182)을 가지는 전원측 단자(171) 및 부하측 단자(172)가 설치되어 있다.
가동자 요소(1201)가 홀더(151)를 개방위치(도면상 위쪽) 또는 투입위치(도면상 아래쪽)로 이동시키는 것에 의해 가동 접점(161, 162)이 고정 접점(181, 182)으로부터 떨어지거나(접점 개방 상태) 가동 접점(161, 162)이 고정 접점(181, 182)에 붙어(접점 투입 상태) 부하측에 공급되는 전원을 차단하거나 연결하게 된다.
조작기(1001)는, 고정자 요소(1101)와 상술한 가동자 요소(1201)를 포함한다. 고정자 요소(1101)는, 고정 철심 코어(1120), 고정 철심 코어(1120)의 외주에 권회(捲回)되는 고정자 코일(1300)을 포함한다. 고정자 코일(1300)은 축방향으로 투입측 코일(1140) 및 개방측 코일(1150)로 나누어져서 보빈(1160)에 권회된 형태로 이루어져 있다.
조작기(1001)의 가동자 요소(1201)는, 투입측 코일(1140) 및 개방측 코일(1150)의 여자에 의해 생성되는 전자력과 조합해서 고정 철심 코어(1120)에 대해 인력 또는 척력이 작용하는 자기회로를 형성하는 영구자석(1210)을 포함한다.
또한, 가동자 요소(1201)를 고정자 요소(1101)로부터 멀어지는 방향으로 탄성 지지하는 개방 스프링(2001)이 설치되고, 고정자 요소(1101)의 저면과 측면을 감싸는 형태로 설치되어 자속의 흐름 경로를 이루는 자로 형성 부재(3000)를 포함한다.
이러한 전력 개폐 장치는, 투입측 코일(1140)에 제어전류가 인가되면 영구자석(1220)을 포함하는 가동자 요소(1200)가 고정 철심 코어(1120)로 당겨져서, 가동 접점(161, 162)이 고정 접점(181, 182)에 붙음으로써 주전원측과 주 부하측이 통전 되는 투입상태가 되고, 투입 완료 후 제어전류를 차단하더라도 고정 철심 코어(1120)와 영구자석(1220) 사이에 작용하는 인력에 의해 투입 상태를 지속적으로 유지한다.
또한, 개방측 코일(1150)에 제어전류가 인가되면 영구자석(1220)을 포함하는 가동자 요소(1200)가 고정 철심 코어(1120)를 이탈하게 되어, 가동 접점(161, 162)이 고정 접점(181, 182)으로 떨어짐으로써 주전원 측과 주 부하측이 단절되는 개방상태가 되고, 개방 완료 후 제어전류를 차단하더라도 개방 스프링(2001)의 탄성력에 의해 개방 상태를 지속적으로 유지한다.
이러한 전력 개폐 장치는, 투입(ON) 또는 개방(OFF) 동작 시에만 코일에 제어전류를 흘려주고, 가동자가 투입 또는 개방 위치에 이르러서는 코일에 제어전류를 공급하지 않더라도 그 상태를 영구자석과 개방 스프링이 지속적으로 유지시켜 줌으로써 동작 완료 후에는 별도의 전력이 필요치 않다는 큰 장점이 있다.
그렇지만, 개방 후 조작기에 제어전류가 인가되지 않는 상태에서는 외부로 돌출된 홀더(151)가 물리적으로 눌릴 염려가 있다. 예를 들어, 외부로 돌출된 홀더(151)를 개방 스프링(2001)의 탄성력 이상의 힘으로 누르면 홀더(151) 및 가동자 요소(1201)가 아래로 내려가게 되고, 그에 의해 영구자석(1210)과 고정 철심 코어(1120) 사이의 간격이 좁아진다. 만일 홀더(151)가 더욱 내려가 영구자석(1210)이 고정 철심 코어(1120)에 더욱 근접하여 영구자석(1210)과 고정 철심 코어(1120) 사이의 거리의 제곱에 비례하는 자력이 개방 스프링(2001)의 복원력을 넘어서면 그 자력에 의해 영구자석(1210)이 고정 철심 코어(1120)로 당겨져 붙게 됨으로써 의도하지 않게 접점이 투입되어 버린다. 따라서, 관리자의 실수나 어떠한 외부적 충격이나 진동 등에 의해 개방상태를 유지하여야 할 접점이 혹여 투입상태로 오작동할 어떠한 가능성도 미리 완벽하게 차단하여 두면 전력 개폐 장치의 효용성을 극대화할 수 있다.
특허공개 제 10-2011-0028871 호 (2011.03.22) 특허공개 제 10-2007-0105637 호 (2007.10.31)
본 발명은 상기와 같은 필요에 부합하기 위해 개발한 것으로서, 본 발명의 목적은 조작기가 개방 위치로 동작하여 주전원이 개방되고 코일에 제어전류가 인가되지 않는 상태에서는 가동 접점 조립체의 피동요소 및 가동자가 눌리지 않도록 잠그고, 주전원의 투입을 위해 조작기에 제어전류가 인가되면 잠금이 자동으로 해제되도록 함으로써, 혹시 발생할지도 모르는 오작동에 대한 염려를 근본적으로 없앨 수 있는 오작동 방지 기능을 구비하는 전력 개폐 장치를 제공하는 것이다.
하부 케이스 내에서 권회되는 투입측 코일(1140)을 포함하는 고정자 요소(1101)와; 상기 투입측 코일(1140)의 하부에 고정되는 영구자석(1210)을 가지고 있고 상기 투입측 코일(1140) 쪽으로 당겨지는 투입방향과 투입측 코일(1140)로부터 멀어지는 개방방향으로 운동하는 가동자 요소(1201)와; 상기 가동자 요소(1201)를 개방방향으로 탄성 지지하는 개방 스프링(2001)을 포함하는 조작기(1001)와; 상기 가동자 요소(1201)가 단일체로 결합하는 피동요소(151)를 포함하는 전력 개폐 장치에 있어서,
상기 피동요소(151)는 상호 이동 가능하게 결합되되 투입 방향과 개방 방향으로 이동하는 가동자 요소로서의 내부 케이지(1205)와, 이 내부 케이지(1205)를 감싸는 외부 케이지(1203)를 구비하고,
상기 고정자 요소(1101)의 일측에 상기 자로형성부재로서의 고정자 코일(1130)에 제어전류가 인가되어 생성되는 자기장에 의해, 상기 외부 케이지(1203) 내에 일부 돌출되도록 고정되는 내부 케이지(1205)가 상기 투입측 코일(1140)을 향해 당겨져서 투입완료위치를 유지하고,
상기 고정자 코일(1130)에 설정 역기전력을 흘릴 경우, 상기 영구자석(1210)의 흡인력을 극복하고, 상기 투입완료위치로부터 복귀되어 접점 투입 작동을 개방 해제하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또, 상기 가동자 요소(1201)는 통형상으로서 하단에 내측으로 절곡된 절곡부를 갖는 외부 케이지(1203)와, 상기 외부 케이지(1203) 내에서 자유 이동 가능하되, 상기 외부 케이지(1203)의 하방을 향해 탄력적으로 돌출 가능하도록 상부에 플랜지를 가지고 탄성스프링에 의해 탄성지지되는 내부 케이지(1205)를 포함하는 구성으로 됨이 바람직하다.
또한, 상기 영구자석(1210)은 중앙을 관통하여 결합되는 체결부재를 매개로 상기 투입측 코일(1140)의 내측 저부에 고정되는 구조로 됨이 바람직하다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 투입측 코일의 고정철심코어에 전기가 흐르지 않으면, 가동버튼부재를 누르더라도, 상기 가동버튼부재의 하부에 결합된 외부 케이지로부터 내부 케이지가 돌출하지 않음으로써, 가동버튼부재에 의한 가동자와 고정 단자 간의 접점이 발생하지 않거나 또는 접점유지가 발생하지 않게 되고, 이 상태에서 1회 전원이라도 투입되면, 전기가 차단되되, 상기 내부 케이지가 일부 돌출되면서, 외부 케이지를 하방으로 함께 견인하고, 여기에서 영구자석에 의해 견인력이 유지됨으로써, 상기 접점을 유지케 하여 절전 기능을 도모할 수 있게 되는 등의 매우 뛰어난 효과가 있는 것이다.
더욱이, 조작기가 개방 위치로 동작하여 주전원이 개방되고 코일에 제어전류가 인가되지 않는 상태에서는 가동 접점 조립체의 피동요소 및 가동자가 눌리지 않도록 잠그고, 주전원의 투입을 위해 조작기에 제어전류가 인가되면 잠금이 자동으로 해제되도록 함으로써, 혹시 발생할지도 모르는 오작동에 대한 염려를 근본적으로 없앨 수 있는 오작동 방지 기능을 구비하는 전력 개폐 장치를 제공하는 효과가 있는 것이다.
도 1은 종래의 전력 개폐 장치의 일례를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 A-A 선에 따른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 전력 개폐 장치를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3의 정면도이다.
도 5는 도 3의 선 B-B에 따른 단면도이다.
도 6은 도3에서 외부 케이스를 제외한 상태의 내부 구조 사시도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 구체적으로 설명한다. 이하의 설명과 청구범위 및 도면에서 정한 방향, 즉, '상방(위쪽)', '하방(아래쪽)', '좌측', '우측', '전방', '후방'은 장치에 대한 설명의 편의를 도모하는 한편 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위해 임의로 정한 것이지, 이들 방향이 절대적인 방향은 아니고 설치 조건에 따라 변화할 수 있다. 예를 들어, 조작기나 구동장치(예; 전자 접촉기 등)를 눕혀 놓았을 때에는 상기한 방향들은 그에 맞추어 바뀌게 된다.
또한, 투입위치와 개방위치라고 설명하는 것은, 이해의 편의를 위해 가동자 요소가 이동하는 두 가지의 방향 또는 위치를 구분하기 위해 임의로 설정한 위치이다. 따라서, 투입위치가 반드시 회로를 연결(Closing)하는 위치를 말하는 것도 아니며, 개방위치가 반드시 회로를 개방(Open)하는 위치를 말하는 것도 아니다.
이하, 상기한 도 1 및 도 2와 동일한 부분에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하여 설명한다.
본원 발명은, 오작동 방지 기능을 구비하는 전력 개폐 장치의 일환으로서 발명된 것으로서, 하부 케이스 내에서 권회되는 투입측 코일(1140)을 포함하는 고정자 요소(1101)와; 상기 투입측 코일(1140)의 하부에 고정되는 영구자석(1210)을 가지고 있고 상기 투입측 코일(1140) 쪽으로 당겨지는 투입방향과 투입측 코일(1140)로부터 멀어지는 개방방향으로 운동하는 가동자 요소(1201)와; 상기 가동자 요소(1201)를 개방방향으로 탄성 지지하는 개방 스프링(2001)을 포함하는 조작기(1001)와; 상기 가동자 요소(1201)가 단일체로 결합하는 피동요소(151)를 포함하는 구성으로 되어 있다.
상기 피동요소(151)는 상호 이동 가능하게 결합되되 투입 방향과 개방 방향으로 이동하는 가동자 요소로서의 내부 케이지(1205)와, 이 내부 케이지(1205)를 감싸는 외부 케이지(1203)를 구비하는 구조로 되어 있다.
상기 고정자 요소(1101)의 일측에 상기 자로형성부재로서의 고정자 코일(1130)에 제어전류가 인가되어 생성되는 자기장에 의해, 상기 외부 케이지(1203) 내에 일부 돌출되도록 고정되는 내부 케이지(1205)가 상기 투입측 코일(1140)을 향해 당겨져서 투입완료위치를 유지하는 구성으로 되어 있다.
상기 고정자 코일(1130)에 설정 역기전력을 흘릴 경우, 상기 영구자석(1210)의 흡인력을 극복하고, 상기 투입완료위치로부터 복귀되어 접점 투입 작동을 개방 해제하도록 구성되어 있다.
또한, 상기 가동자 요소(1201)는 통형상으로서 하단에 내측으로 절곡된 절곡부를 갖는 외부 케이지(1203)와, 상기 외부 케이지(1203) 내에서 자유 이동 가능하되, 상기 외부 케이지(1203)의 하방을 향해 탄력적으로 돌출 가능하도록 상부에 플랜지(1205a)를 가지고 상기 동작을 위한 설정 탄성계수를 갖는 탄성스프링(2002)에 의해 탄성지지되는 내부 케이지(1205)를 포함하는 구성으로 되어 있다. 이 내부 케이지(1205)의 저부는 설정 자기 폐회로에 따른 설정 흡인력을 선정하기 위해 외곽부의 일부가 함몰되어 형성되는 돌부(1205b)가 형성되어 있다.
또, 상기 영구자석(1210)은 중앙을 관통하여 결합되는 체결부재를 매개로 상기 투입측 코일(1140)의 내측 저부에 고정된 구조로 되어 있다.
조작기(1001)의 1회 전류 투입 후, 가동접점조립체(150)이 개방위치로 동작 완료한 시점부터는 고정자 코일, 즉, 투입측 코일(1140)에 제어전류를 차단한다. 따라서 피동요소(151)는 개방 스프링(2001)의 지지력에 의해 개방위치에 홀딩 된다. 피동요소(151)가 개방위치에 홀딩 됨에 따라 피동요소(151)도 개방위치에 홀딩 되며, 그로 인해 가동 접점(161, 162)은 고정 접점(181, 182)으로부터 이격 되므로 부하측에 공급되는 주전원은 차단된다.
상기 투입측 코일(1140)의 하부에는 개방측 코일을 배치하여, 서로 독립적인 제어전류 인가에 의해 반대방향의 전자기 회로를 생성하도록 함으로써, 역기전력을 발생시키도록 해도 좋다. 다만, 본원 발명에서는 콘덴서의 방전 전류를 이용하는 역기전력을 사용하여, 반대방향의 전자기회로를 생성한다.
이상의 설명에서는 첨부 도면에 도시된 구조를 가지는 전력 개폐 장치 한가지만을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명의 전력 개폐 장치는, 전자 접촉기(MC), 전자 개폐기(MS) 등을 위시한 모든 전력 개폐 장치에 활용할 수 있다.
본 발명에 의한 전력 개폐 장치를 산업 전분야에 적용하는 경우, 전력 낭비를 크게 줄여 국가적으로나 범세계적으로 많은 이득을 제공할 수 있다.
이상에서는 첨부 도면에 도시된 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명하였으나, 이는 본 발명의 바람직한 형태에 대한 예시에 불과한 것이며, 본 발명의 보호 범위가 이들에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이상과 같은 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 및 균등한 다른 실시가 가능한 것이며, 이러한 변형 및 균등한 다른 실시예들은 당연히 본 발명의 첨부된 특허청구범위에 속한다.
111 : 하부 케이스 112 : 상부 케이스
113 : 힌지 블록 114 : 힌지 핀
115 : 힌지축
150 : 가동 접점 조립체 151 : 피동요소(홀더)
160 : 가동 접촉자 161, 162 : 가동 접점
171 : 전원측 단자 172 : 부하측 단자
181, 182 : 고정 접점
200 : 계합요소
1001 : 조작기 1101 : 고정자 요소
1140 : 투입측 코일 1201 : 가동자 요소
1203 : 외부 케이지 1205 : 내부 케이지
1210 : 영구자석

Claims (3)

  1. 하부 케이스 내에서 권회되는 투입측 코일(1140)을 포함하는 고정자 요소(1101)와; 상기 투입측 코일(1140)의 하부에 고정되는 영구자석(1210)을 가지고 있고 상기 투입측 코일(1140) 쪽으로 당겨지는 투입방향과 투입측 코일(1140)로부터 멀어지는 개방방향으로 운동하는 가동자 요소(1201)와; 상기 가동자 요소(1201)를 개방방향으로 탄성 지지하는 개방 스프링(2001)을 포함하는 조작기(1001)와; 상기 가동자 요소(1201)가 단일체로 결합하는 피동요소(151)를 포함하는 전력 개폐 장치에 있어서,
    상기 피동요소(151)는 상호 이동 가능하게 결합되되 투입 방향과 개방 방향으로 이동하는 가동자 요소로서의 내부 케이지(1205)와, 이 내부 케이지(1205)를 감싸는 외부 케이지(1203)를 구비하고,
    상기 고정자 요소(1101)의 일측에 자로형성부재로서의 고정자 코일(1130)에 제어전류가 인가되어 생성되는 자기장에 의해, 상기 외부 케이지(1203) 내에 일부 돌출되도록 고정되는 내부 케이지(1205)가 상기 투입측 코일(1140)을 향해 당겨져서 투입완료위치를 유지하고,
    상기 고정자 코일(1130)에 설정 역기전력을 흘릴 경우, 상기 영구자석(1210)의 흡인력을 극복하고, 상기 투입완료위치로부터 복귀되어 접점 투입 작동을 개방 해제하도록 구성된 것을 특징으로 하는 오작동 방지 기능을 구비하는 전력 개폐 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가동자 요소(1201)는 통형상으로서 하단에 내측으로 절곡된 절곡부를 갖는 외부 케이지(1203)와, 상기 외부 케이지(1203) 내에서 자유 이동 가능하되, 상기 외부 케이지(1203)의 하방을 향해 탄력적으로 돌출 가능하도록 상부에 플랜지를 가지고 탄성스프링에 의해 탄성지지되는 내부 케이지(1205)를 포함하는 것을 특징으로 하는 오작동 방지 기능을 구비하는 전력 개폐 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 영구자석(1210)은 중앙을 관통하여 결합되는 체결부재를 매개로 상기 투입측 코일(1140)의 내측 저부에 고정된 것을 특징으로 하는 오작동 방지 기능을 구비하는 전력 개폐 장치.
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