KR101211304B1 - 전자접촉기 - Google Patents

Abstract

전자마그넷(13)과, 전자마그넷(13)의 여자에 의해서 구동되는 가동자(12)와, 가동자(12)의 구동에 연동하여 구동되어 접리하는 한 쌍의 주접점을 내장한 진공밸브(1)를 구비한 전자접촉기에 있어서, 전자마그넷(13)은 양단에 칼라부(17a)를 가지는 보빈(17)에 감긴 전자코일(18)과, 보빈(17)에 삽입 통과되어 일단 측에 가동자(12)와 대향하는 자극헤드(19a)가 형성된 철심(19)과, 철심(19) 외단 측에 고착되어 전자코일(18)의 측부를 둘러싸도록 설치된 요크(20)를 가지고, 자극헤드(19a) 측의 보빈(17)의 칼라부(17a)에 자극헤드(19a)를 덮도록 차자판(22)을 설치했다.

Description

전자접촉기{ELECTROMAGNETIC CONTACTOR}

본 발명은, 예를 들면, 강압(降壓)모터나 역률(力率) 개선용 콘덴서 등의 전력기기의 개폐제어를 행하는 전자접촉기에 관한 것이고, 특히, 주(主)접점의 입절(入切, ON/OFF)조작을 행하는 전자마그넷부에 관한 것이다.

전자접촉기는 전자마그넷의 흡인력을 이용하여 주접점이 투입 및 차단된다. 종래의 전자접촉기로서는, 예를 들면, 도 5에 나타내는 것이 알려져 있다. 철심(鐵心)(31)과 그 철심(31)에 감긴 코일(32)과 요크(33)로 이루어지는 전자마그넷(34)을 구비하고, 코일(32)이 여자(勵磁)되면, 가동철판(35)이 흡인되고, 가동철판이 장착된 회전축(36)이 회동하며, 이것에 연동하여 지지판(37)이 위쪽으로 회동하고, 지지판에 연결된 진공밸브(vacuum valve)(38)의 작동로드가 위쪽으로 이동하여, 진공밸브(38)에 내장된 주접점이 투입된다. 코일(32)의 여자가 해제되면, 도시하지 않은 스프링 부재에 의해서, 회전축(36)이 반시계방향으로 회동함으로써, 주접점이 개로(開路)한다.

전자마그넷(34)의 철심(31)부와 가동철판(35)의 사이의 틈새에는 차자판(遮磁板)(39)이 설치되어 있다. 이 차자판(39)은 자로의 단면적을 감소시켜 잔류자기에 의한 오동작을 막기 위한 것으로, 실질적으로 공극(空隙)의 역할을 한다. 도 5의 경우는 가요성 부재로 이루어지는 차자판(39)이 와셔에 끼워져 철심(31)에 볼트 체결되어 있다(특허문헌 1 참조).

특허문헌 1 : 일본국 실개소61-151305호 공보(제2-4페이지, 제1도)

전자마그넷의 흡인력은 가동자(가동철판)와 요크(또는 철심)와의 접촉부의 공극에 의해 크게 변화한다. 가동자와 요크(또는 철심)는 주접점이 온(ON) 상태가 될 때마다 충돌하고, 접촉부 상태는 충돌 회수에 의해서 변화하기 때문에, 흡인력은 전자마그넷의 개폐 회수에 의해서 크게 변화한다. 이 때문에, 공극에 차자판이 삽입되어 있는 경우는, 느슨해지지 않고 강고하게 장착되며, 개폐시의 충격에 의해서도 치수 변화가 적고, 또, 충돌의 반복에 의해 차자판이 마모하거나 열화한 경우는 용이하게 교체할 수 있는 것이 바람직하다.

특허문헌 1에 나타내는 전자마그넷을 이용한 전자접촉기에서는 차자판이 볼트에 의해 철심에 고정되어 있으므로, 반복의 충격에 의해 볼트가 느슨해져 탈락할 가능성이 있다고 하는 문제점이 있었다. 또, 교체하는 경우는 볼트를 떼내어 교체해야 하므로, 교체가 수고스럽다는 문제점이 있었다. 또한, 자극(磁極)헤드가 되는 와셔부가 노출되어 있으므로, 이물이나 분진이 부착하기 쉽다고 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해서 이루어진 것으로, 반복의 충격에 강하고, 자극부에 이물이나 분진이 부착하기 어려우며, 또, 장착의 용이한 차자판을 구비한 전자접촉기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 전자접촉기는, 전자마그넷과, 전자마그넷의 여자에 의해서 구동되는 가동자와, 가동자의 구동에 연동하여 구동되어 접리(接離)하는 한 쌍의 주접점을 내장한 진공밸브를 구비한 전자접촉기에 있어서, 전자마그넷은 양단에 칼라(collar)부를 가지는 보빈(bobbin)에 감긴 전자코일과, 보빈에 삽입 통과되어 일단 측에 가동자와 대향하는 자극헤드가 형성된 철심과, 철심의 타단 측에 고착되어 전자코일의 측부를 둘러싸도록 설치된 요크를 가지고, 자극헤드의 측의 보빈의 칼라부에 자극헤드를 덮도록 차자판이 설치되어 있는 것이다.

본 발명의 전자접촉기에 의하면, 주접점을 구동하는 전자마그넷에는 자극헤드의 측의 보빈의 칼라부에 자극헤드를 덮도록 차자판이 설치되어 있으므로, 자극헤드부 전체가 노출부가 없도록 큰 차자판으로 덮이게 되어, 반복의 충격에 대해서 변형이나 마모가 적고, 또, 자극헤드부에 금속 이물이나 분진 등이 침입하거나 부착하거나 하는 것을 억제할 수 있기 때문에, 신뢰성이 높은 전자접촉기를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태 1에 의한 전자접촉기의 구성을 나타내는 도면으로서, (a)는 측면 측 단면, (b)는 (a)의 화살표 b로부터 본 전자마그넷부의 부분 정면도이다.
도 2는 도 1의 전자마그넷부의 사시도이다.
도 3은 도 1의 전자마그넷의 전자코일의 차자판 장착방법을 설명하는 사시도이다.
도 4는 가동자와 자극헤드와의 갭과 전자력의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 종래의 전자접촉기의 구성을 나타내는 도면이다.

실시형태 1.

이하, 실시형태 1에 따른 전자접촉기를 도면에 근거하여 설명한다.

먼저, 도 1에 근거하여 전체의 구성부터 설명한다. 고정접점(1a)과 가동접점(1b)으로 이루어지는 주접점이 내장된 진공밸브(1)가 절연프레임(2)의 내측에 3상(相)분 수용되어 있다. 고정접점(1a)은 고정로드(1c)에 접속되고, 고정로드(1c)는 진공밸브(1)의 용기의 외부로 도출되어 고정 측 단자(3)에 접속됨과 아울러 절연프레임(2)에 고정되어 있다. 한편, 가동접점(1b)은 접점의 접리방향으로 이동 가능한 가동로드(1d)에 접속되어 있다. 가동로드(1d)는 외부로 도출되어 가요(可撓)도체(4)를 통하여 가동 측 단자(5)와 접속됨과 아울러, 가동로드(1d)와 동축상에 있는 절연로드(6)의 한쪽과 연결되어 있다. 절연로드(6)의 다른 쪽은 양(兩) 접점 사이에 접촉압력을 주는 접압스프링(7)을 통하여 개폐레버(8)의 일단에 연결되어 있다.

개폐레버(8)의 타단은 회동축(9)에 고착되어 있고, 회동축(9)의 축심을 지점(支点)으로 회동함으로써, 접압스프링(7)을 통해 절연로드(6) 및 그것에 연결된 가동로드(1d)를 양 접점(1a, 1b)의 접리방향으로 왕복이동시키도록 되어 있다. 이 회동축(9)은, 도 1의 (b)에 나타내는 바와 같이, 베이스(10)에 고착된 절연프레임(2)의 양측면에 베어링(11)을 통하여 회동 가능하게 지지되어 있다.

또한, 회동축(9)에는 개폐레버(8)와 연동하여 회동하는 가동자(12)가 고착되어 있다. 그리고, 가동자(12)를 전자력에 의해서 흡인하고, 회동축(9)을 접점이 투입되는 방향으로 회동시키는 전자마그넷(13)이 가동자(12)에 대향하여 베이스(10)에 배치되어 있다. 전자마그넷(13) 및 전자마그넷(13)과 가동자(12)와의 맞닿음부 근방의 상세한 내용에 대해서는 후술한다.

또한, 회동축(9)에는, 도 1의 (b)에 나타내는 바와 같이, 접점 개방용의 레버(14)가 설치되어 있고, 레버(14)에 대향하여 개방스프링(15)이 배치되어 있다. 이 개방스프링(15)은 가동자(12)의 흡인(吸引)방향과는 반대 방향으로 가압되어 있으며, 레버(14)를 가압하여 회동축(9)을 회동시킴으로써 주접점을 개방하는 작동을 한다.

레버(14)가 개방스프링(15)에 가압되어 회동축(9)이 회동해도 소정의 각도 이상은 회동하지 않도록, 가동자(12)의 흡인 측과는 반대 측에 스토퍼(16)가 설치되어 있다.

상기와 같이, 전자접촉기는 전자마그넷(13)의 여자에 의해서 가동자(12)를 구동하고, 가동자(12)의 구동에 연동하여 진공밸브(1)의 주접점의 가동접점(1b)을 구동하여 접리시킴으로써, 주접점(1a, 1b)을 개폐하는 것이지만, 진공밸브(1)로부터 회동축(9)에 이르는 주회로부의 구성은 일례를 나타내는 것이며, 도 1의 형상에 한정하는 것은 아니다.

다음으로, 전자마그넷(13)과 가동자(12) 근방의 상세한 내용에 대해서, 도 1의 (a)의 단면도와, 도 2 및 도 3에 근거하여 설명한다.

도 1의 (a)의 단면도에 나타내는 바와 같이, 전자마그넷(13)은 양단에 칼라부(17a)를 가지는 보빈(17)의 몸통부에 감긴 전자코일(18)과, 보빈(17)의 몸통부에 삽입 통과되어 일단 측에 가동자(12)와 대향하는 자극헤드(19a)가 형성된 원기둥 모양의 철심(19)과, 철심(19)의 타단 측에 볼트 체결 등에 의해서 고착되고, 전자코일(18)의 측부를 둘러싸도록 설치된 요크(20)(도 2도 참조)를 가지고 구성되어 있다. 요크(20)는 하부 측에 설치된 장착다리(20a)가 볼트 체결되어 베이스(10)에 고정된다.

철심(19)의 자극헤드(19a) 측에는 가동자(12)를 흡인하여 진공밸브(1)의 주접점의 투입상태를 유지하기 위한 영구자석(21)이 배치되어 있다. 영구자석(21)의 크기는 철심(19)의 외경과 대략 동일하다.

도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 철심(19)의 자극헤드(19a) 측의 보빈(17)의 칼라부(17a)에 자극헤드(19a)를 덮는 크기의 차자판(22)이 착탈 가능하게 설치되어 있다. 영구자석(21)이 설치되어 있는 경우는, 당연, 영구자석(21)을 덮는 크기이다. 차자판(22)은 흡인력을 안정화시키기 위해서 설치된 것이지만, 작용의 상세한 내용에 대해서는 후술한다.

차자판(22)은, 예를 들면, 황동(黃童) 또는 인청동(燐靑銅)으로 이루어지는 직사각형 모양의 박판을 사용한다. 두께는 예를 들면, 0.26㎜, 폭은 상기와 같이 자극헤드(19a)(또는, 영구자석(21))가 가려지는 치수로 하고, 대향하는 2변 측에 직각으로 절곡한 절곡면(22a)이 형성되어 있다. 그리고, 각 절곡면(22a)에는 직사각형 모양의 장착구멍(22b)이 형성되어 있다.

한편, 보빈(17)의 자극헤드(19a) 측의 칼라부(17a)의 상하에는 장착구멍(22b)에 맞물리는 돌기부(17b)가 형성되어 있다. 상하의 돌기부(17b)의 외측 단면 사이의 치수는 차자판(22)의 절곡면(22a) 사이의 치수보다도 조금 길게 설정되어 있다.

차자판(22)의 장착은, 도 3에 나타내는 바와 같이, 절곡면(22a)의 한쪽의 장착구멍(22b)에 한쪽의 돌기부(17b)를 맞물리게 하여, 다른 쪽을 화살표와 같이 밀어넣고, 절곡면(22a)부의 탄성을 이용하여, 다른 쪽의 장착구멍(22b)에 다른 쪽의 돌기부(17b)를 삽입하여 맞물리게 한다. 맞물리게 한 상태가 도 2이다.

상기와 같이 구성된 전자마그넷(13)과 차자판(22)과 가동자(12)의 관계는 자극헤드(19a)에 가동자(12)가 흡인되었을 때, 가동자(12)의 자극헤드(19a)에 대향하는 면은 차자판(22)의 면에 대략 동일하게 대향하여 틈새가 없어지도록 상호의 배치관계가 이루어져 있다.

가동자(12)가 흡인되었을 때, 가동자(12)의 면은 직접 차자판(22)에 맞닿도록 해도 되지만, 요크(20)의 개구 측(자극헤드(19a) 측)의 단면에 맞닿게 하는 쪽이 장기간 사용해도 자극헤드(19a)와의 평행도(平行度)에 이상이 생기기 어렵다.

다음으로, 전자접촉기의 동작에 대해서 설명한다.

진공밸브(1)의 접점이 열려 있을 때에는, 가동자(12)는 개방스프링(15)으로 가압되어 스토퍼(16)에 맞닿은 상태에 있다. 전자접촉기에 투입지령이 나오면, 전자코일(18)이 여자되어 철심(19)과 요크(20)와 가동자(12)를 주회(周回)하는 자속이 발생하여 전자마그넷(13)에 흡인력이 발생한다. 이 흡인력에 의해, 가동자(12)는 자극헤드(19a) 측에 흡인되어 회동축(9)을 지점으로 도 1에서 시계방향으로 회동한다. 그것에 연동하여, 개폐레버(8)가 접압스프링(7)을 통하여 절연로드(6)와 가동로드(1d)를 밀어올려, 진공밸브(1)의 가동접점(1b)이 고정접점(1a)에 맞닿는다. 또한 접압스프링(7)이 압축되어 도 1과 같은 상태가 되어 투입이 완료된다. 양 접점(1a, 1b)은 접압스프링(7)의 접압력에 의해서 접점에 필요한 접촉압이 부가되어 있다. 투입완료 후에는, 가동자(12)는 영구자석(21)의 흡인력에 의해 흡인되어, 투입상태가 유지된다.

차단동작은 차단지령에 의해 전자코일(19)이 투입과 역방향으로 여자되면, 영구자석(21)의 흡인력을 이기는 반발력이 가동자(12)에 작용하고, 접압스프링(7)의 힘과 개방스프링(15)이 레버(14)를 가압하는 힘에 의해서, 회동축(9)이 도 1에서 반시계방향으로 회동하여 개폐레버(8)가 눌러내려지고, 가동접점(1b)이 고정접점(1a)으로부터 떨어져 차단상태가 된다. 이 때, 가동자(12)는 스토퍼(16)에 맞닿아 그 이상 회동하지 않도록 되어 있다.

다음으로, 차자판(22)의 작용에 대해서 설명한다.

일반적으로, 본 실시형태와 같은 전자접촉기는 전력기기의 개폐스위치로서 사용되는 것이며, 따라서 몇십 만회와 개폐된다. 가동자(12)와 철심(19)의 자극헤드(19a)(영구자석(21)을 마련하고 있는 경우는 영구자석(21))는 틈새를 완전하게 0으로 하는 것은 어려워, 약간의 미소 틈새가 존재한다. 이 틈새가 상기와 같은 다수 회의 반복동작에 의해서 변화하면, 전자력도 변화하고, 변화의 정도에 의해서는 개폐에 지장을 초래하게 된다.

도 4는 전자마그넷의 자기회로 중의 가동자부의 갭과 전자력의 관계를 모식적으로 나타낸 도면이다. 예를 들면, 초기 갭이 0.2㎜이었던 것이 장기간의 개폐동작에 의해 맞닿음부 표면이 마모하는 등으로 0.1㎜로 감소했다고 하면, 전자력은 ΔF1만큼 변화한다. 만약, 초기값이 0.5㎜이었던 것이 0.4㎜로 감소한 경우에는, 전자력은 ΔF2만큼 변화한다. 갭의 감소량은 동일한 0.1㎜이라도 전자력의 변화량은 ΔF1>ΔF2로 되어 있어, 초기 갭에 의해서 크게 다른 것을 알 수 있다. 따라서, 전자력의 변화량을 줄이기 위해서는, 초기 갭이 큰 것이 바람직하지만, 갭이 커지면, 당연히 전자력이 저하한다.

그래서, 차자판(22)은 비자성 부재를 이용하여, 별로 전자력이 저하하지 않는 값의 자기적인 틈새를 미리 가동자(12)와 철심(19)의 자극헤드(19a)(또는 영구자석(21))의 사이로 설정해 두기 위한 것이다. 차자판(22)의 두께에 의해, 가동자(12)와 자극헤드(19a)(또는 영구자석(21))의 자기적 틈새는 거의 일정하게 유지되며, 복수 회의 반복 개폐동작에 의해서, 마모 등에 의해 약간의 치수가 감소해도 전자력의 변화량을 작게 억제할 수 있다. 이 틈새가 되는 차자판(22)의 두께는, 앞서 설명한 바와 같이, 예를 들면, 0.26㎜정도로 하고 있다.

또, 차자판(22)은 상기와 같이 다수 회의 개폐에 의해 충격이 가해지므로, 아무래도 오랜 세월의 사용에 의해 마모나 변형이 발생해 오기 때문에, 안정된 성능을 유지하기 위해서는 정기적으로 교체하는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서는 차자판(22)을 착탈 가능한 구조로 하고 있으므로, 차자판(22)을 교체하는 경우는, 도 3의 장착순서와 반대의 순서로 간단하게 떼어낼 수 있어, 볼트 등의 체결 부품을 필요로 하지 않으며, 또, 공구 등을 이용하지 않고 용이하게 신품과 교체할 수 있다.

또한, 영구자석(21)의 외경은 자극헤드(19a)의 외경과 거의 동일하게 하여, 보빈(17)의 몸통부 내경에 끼워 맞추게 하고 있지만, 당연, 조립상 약간의 틈새는 필요하므로, 조립 후에는 약간의 틈새가 존재한다. 이 틈새나 영구자석(21)의 표면에는 금속 이물이나 분진 등이 부착할 우려가 있다. 금속 이물이나 분진 등이 부착하면, 상술의 「틈새」가 변화하게 된다.

본 실시형태에서는 차자판(22)의 크기를 영구자석(21)의 외경(≒자극헤드(19a))이 가려지는 크기로 하고 있으므로, 영구자석(21)은 차자판(22)에 덮인 형태가 되어, 금속 이물이나 분진 등이 부착하는 것을 억제할 수 있다. 또, 차자판(22)은 넓은 면을 덮고 있기 때문에, 내충격성이 뛰어나 마모나 변형이 생기기 어렵다.

또한, 상기까지의 설명에서는 투입동작의 유지용으로서 영구자석(21)을 사용한 것에 대해서 설명했지만, 투입 후, 전자코일(18)에 전류를 계속 흘림으로써 투입을 유지하거나, 랫치(latch) 기구를 이용하여 투입을 유지하는 방식도 있으며, 그 경우는 영구자석(21)을 필요로 하지 않는다. 영구자석(21)이 없는 만큼, 금속 이물의 부착은 감소하지만, 자극헤드(19a)와 가동자(12)와의 틈새의 관계는 상기와 동등하며, 이물의 침입이나 표면에의 분진의 부착에 대해서, 동일한 작용효과를 기대할 수 있다.

이상과 같이, 실시형태 1의 전자접촉기에 의하면, 주접점을 구동하는 전자마그넷은 양단에 칼라부를 가지는 보빈에 감긴 전자코일과, 보빈에 삽입 통과되어 일단 측에 가동자와 대향하는 자극헤드가 형성된 철심과, 철심의 타단 측에 고착되어 전자코일의 측부를 둘러싸도록 설치된 요크를 가지고, 자극헤드의 측의 보빈의 칼라부에 자극헤드를 덮도록 차자판을 설치함으로써, 보빈의 칼라부를 거의 덮는 큰 면적의 차자판으로 하는 것으로, 반복의 충격에도 변형이나 마모가 적고, 또, 보빈과 철심의 틈새나 자극헤드에 금속 이물이나 분진 등이 부착하는 것을 억제할 수 있다.

또, 차자판은 직사각형 모양의 판재로 이루어지며, 대향하는 2변 측에 형성된 절곡면에 장착구멍을 형성하고 있고, 장착구멍을 보빈의 칼라부에 형성한 돌기부에 맞물리게 하여 착탈 가능하게 장착함으로써, 체결부재나 공구 등을 사용하지 않고 차자판을 용이하게 착탈할 수 있음과 아울러, 개폐진동에 의해서도 차자판이 탈락하지 않는 신뢰성이 높은 전자접촉기를 제공할 수 있다.

더욱이 또, 자극헤드와 차자판과의 사이에 주접점의 투입상태를 유지하기 위한 영구자석을 설치함으로써, 투입유지를 위한 특별한 랫치 기구를 필요로 하지 않는 구성이며, 영구자석부에 금속 이물이 부착하는 것을 억제할 수 있어, 신뢰성이 높은 전자접촉기를 제공할 수 있다.

Claims (3)

1. 전자마그넷과, 상기 전자마그넷의 여자(勵磁)에 의해서 구동되는 가동자와, 상기 가동자의 구동에 연동하여 구동되어 접리(接離)하는 한 쌍의 주(主)접점을 내장한 진공밸브(vacuum valve)를 구비한 전자접촉기에 있어서,
   상기 전자마그넷은 양단에 칼라(collar)부를 가지는 보빈(bobbin)에 감긴 전자코일과, 상기 보빈에 삽입 통과되어 일단 측에 상기 가동자와 대향하는 자극헤드가 형성된 철심(鐵心)과, 상기 철심의 타단 측에 고착되어 상기 전자코일의 측부를 둘러싸도록 설치된 요크를 가지고, 상기 자극헤드의 측의 상기 보빈의 상기 칼라부에 상기 자극헤드를 덮도록 차자판(遮磁板)이 설치되고, 상기 차자판의 외형 치수는, 상기 차자판이 덮는 면의 상기 자극헤드의 외경 치수보다 큰 것을 특징으로 하는 전자접촉기.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 차자판은 직사각형 모양의 판재로 이루어지고, 대향하는 2변 측에 형성된 절곡면에 장착구멍이 형성되어 있으며, 상기 장착구멍이 상기 보빈의 상기 칼라부에 형성된 돌기부에 맞물려 착탈 가능하게 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전자접촉기.
3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
   상기 자극헤드와 상기 차자판과의 사이에 상기 주접점의 투입상태를 유지하기 위한 영구자석이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전자접촉기.

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