KR101410031B1 - 절연유를 이용한 아크 소호수단을 갖는 전자접촉기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내부에 절연유가 충진되어 절연유 속에서 단자의 개폐가 이루어지도록 하여 아크 발생을 효율적으로 방지할 수 있는 전자접촉기의 아크 소호장치에 관한 것으로, 상부 프레임과 하부 프레임으로 구분되는 케이스; 코일을 구비하여 하부 프레임에 고정되는 고정코어; 상기 고정코어의 상측에 배치되어 상기 고정코어의 여자에 따라 상기 고정코어에 흡착 또는 이격되는 가동코어; 상기 가동코어에 고정되는 하부 가동바, 상기 하부 가동바와 일정 간격 이격되어 배치되는 상부 가동바 및 상기 하부 가동바와 상부 가동바를 연결하는 연결바로 구성되어, 상기 가동코어와 함께 이동하는 가동모듈; 내부에는 절연유가 충진되고 상기 하부 가동바와 상기 상부 가동바 사이에서 상기 상부 프레임에 고정되는 오일박스; 상기 상부 가동바에 고정되며, 상기 오일박스의 상부를 밀폐하면서 상기 오일박스 상단에 체결되는 크로스바; 일 측 단부는 상기 오일박스 내부로 인입되고, 타측 단부는 상기 상부 프레임 외부로 노출되도록 상기 오일박스와 상부 프레임에 고정되는 고정단자; 및, 상기 오일박스 내부에서 상기 크로스바의 하측 단부에 고정되어, 상기 가동모듈의 이동에 따라 상기 고정단자와 접촉 및 이격되는 가동단자;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

절연유를 이용한 아크 소호수단을 갖는 전자접촉기{Magnetic Contactor having Arc Control Device using Insulating Oil}

본 발명은 전자접촉기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내부에 절연유가 충진되어 절연유 속에서 단자의 개폐가 이루어지도록 하여 아크 발생을 효율적으로 방지할 수 있는 전자접촉기의 아크 소호장치에 관한 것이다.

일반적으로 전자접촉기(Magnetic Contactor)란 작동체에 의해 회로의 개폐가 작동되도록 하는 장치로서, 모터, 용접기 및 변압기 등의 각종 개폐 장치의 제어에 이용된다. 이러한 전자접촉기는 주요 구성부로 전자석부와, 접점부 및 프레임부로 구성되며, 전자석부의 코일을 여자시켜 접점부의 가동접점과 고정접점을 폐로하고, 소자시켜 접점부의 가동접점과 고정접점을 개로하여 부하의 개폐를 행한다. 이러한 부하의 개폐를 이용하여 장치의 제어가 가능하다.

도 1은 종래의 기술에 따른 전자접촉기를 나타낸 사시도이고, 도 2는 종래의 기술에 따른 전자접촉기의 내부 구조를 나타낸 단면도이다. 종래의 전자접촉기(10)는 도시된 바와 같이, 케이스를 이루는 하부프레임(1) 및 상부프레임(2)과, 하부프레임(1)에 고정된 고정코어(3)와, 고정코어(3)를 여자시키는 코일(4)과, 고정코어(3)가 여자될 때 고정코어(3)에 흡착되고 고정코어(3)의 자기력이 상실되면 스프링(5)의 힘에 의해 고정코어(3)로 부터 떨어지는 가동코어(6)와, 가동코어(6)에 일체형으로 고정되어 가동코어(6)와 함께 이동하는 크로스바(7)와, 크로스바(6)에 고정된 가동단자(8)와, 상부프레임(2)에 고정된 고정단자(9) 등으로 구성되어 있다. 또한, 가동단자(8)와 고정단자(9) 주위에는 소호공간이 마련된다.

상기와 같은 구조의 전자접촉기(10)는 코일(4)에 전류가 인가되면 고정코어(3)가 여자됨과 동시에 가동코어(6)가 고정코어(3)쪽으로 접근하고, 가동코어(3)에 고정된 크로스바(7)와 가동단자(8)가 가동코어(6)와 함께 이동하면서 가동단자(8)가 고정단자(9)에 접촉되어 폐로를 구성한다. 또한, 고정코어(3)의 자기력이 상실되면 스프링(5)의 힘에 의해 가동코어(6)가 고정코어(3)로 부터 이격되고, 크로스바(7)와 가동단자(8)가 가동코어(6)와 함께 이동하면서 가동단자(8)와 고정단자(9)가 서로 분리되어 개로를 구성하게 된다.

이러한 접자접촉기(10)는 가동단자(8)와 고정단자(9)가 접촉 및 분리될 때, 각 단자의 접점 사이에서 아크(Arc)가 발생하게 된다. 이때 발생하는 아크는 각 단자의 접점을 쉽게 마모시켜 장시간 사용시 접촉 불량과 같은 오동작을 초래하고, 전자접촉기의 수명을 단축시키게 된다. 이를 방지하기 위하여 각 단자의 접촉과 분리시 발생하는 아크를 소호공간 내에서 효과적으로 소호시키기 위한 수단이 필요하다.

이러한 소호수단이 구비되는 전자접촉기의 선행기술로는 국내공개특허 10-2002-0069727호(선행기술1) 및 국내공개실용신안 20-2008-0000473호(선행기술2) 등이 공개되어 있다. 상기 선행기술1의 아크소호장치는 영구자석과 자성측면판에 의하여 자속을 형성시킴으로써 아크를 소호시키는 기술을 개시하고 있으며, 선행기술2의 아크소호구조는 다수의 판재가 일정 간격으로 적층되는 상태로 설치된 아크소호기를 구비하는 기술을 개시하고 있다. 이러한 선행기술들에서는 각 접촉단자 주위에 아크를 소호하기 위하여 소호공간 내에 별도의 구성을 설치하여야 하는 구조적인 복잡함을 초래하는 문제점이 있다. 또한, 상기 선행기술에서는 발생된 아크를 유도하여 소호하는 효과는 나타내지만, 아크 발생을 방지하거나 저하시키는 효과는 나타내지 못하는 문제점이 있다.

또한, 아크소호수단을 구비하는 선행기술로서 절연유를 이용한 전자접촉기도 개시되고 있으나, 절연유를 이용한 소호수단을 구비하는 종래의 전자접촉기는 수만 볼트의 고전압에만 적용되고 있고, 일반적인 저전압(600~700V 미만)으로 구동되는 전자접촉기에는 적용되지 못하고 있다.

[선행특허문헌]

1. 국내공개특허 제10-2002-0069727호

2. 국내공개실용신안 20-2008-0000473호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 가동단자 및 고정단자의 접촉이 절연유 내부에서 이루어지도록 함으로써, 각 단자의 접촉에 의한 아크 발생을 방지할 수 있는 전자접촉기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 아크 발생에 의한 접점의 마모를 최소로 하여, 오동작을 방지하고 수명을 연장시킬 수 있는 전자접촉기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

특히, 본 발명은 저전압 조건에서 아크를 효율적적으로 소호시킬 수 있는 전자접촉기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전자접촉기는, 상부 프레임과 하부 프레임으로 구분되는 케이스; 코일을 구비하여 하부 프레임에 고정되는 고정코어; 상기 고정코어의 상측에 배치되어 상기 고정코어의 여자에 따라 상기 고정코어에 흡착 또는 이격되는 가동코어; 상기 가동코어에 고정되는 하부 가동바, 상기 하부 가동바와 일정 간격 이격되어 배치되며 중앙부가 함몰되어 하측으로 돌출된 홈부가 형성되는 상부 가동바 및, 상기 하부 가동바와 상부 가동바를 연결하는 연결바로 구성되어, 상기 가동코어와 함께 이동하는 가동모듈; 내부에는 절연유가 충진되고 상기 하부 가동바와 상기 상부 가동바 사이에서 상기 상부 프레임에 고정되는 오일박스; 상기 오일박스의 상부를 밀폐하면서 상기 오일박스 상단에 체결되되, 가장자리에는 주름부가 형성되어 상기 오일박스와는 신축가능하도록 체결되는 크로스바; 일 측 단부는 상기 오일박스 내부로 인입되고, 타측 단부는 상기 상부 프레임 외부로 노출되도록 상기 오일박스와 상부 프레임에 고정되는 고정단자; 상기 오일박스 내부에서 상기 크로스바의 하측 단부에 고정되어, 상기 가동모듈의 이동에 따라 상기 고정단자와 접촉 및 이격되는 가동단자;를 포함하여, 상기 가동모듈의 상하 이동에 따라 상기 상부 가동바의 홈부가 상기 크로스바를 가압하여, 상기 가동단자와 고정단자가 접촉 및 이격되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

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상기와 같은 구성의 본 발명은 가동단자 및 고정단자의 접촉이 절연유 내부에서 이루어짐으로써, 각 단자의 접촉에 의한 아크 발생을 최소로 할 수 있으며, 이로 인하여 단자 접점의 마모를 방지하여 전자접촉기의 오동작을 방지하고 수명을 연장시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 크로스바와 오일박스가 주름 구조로 체결되어 가동단자의 상하 이동이 원할히 이루어져 접점 불량을 방지할 수 있다.

도 1은 종래의 기술에 따른 전자접촉기를 나타낸 사시도,
도 2는 종래의 기술에 따른 전자접촉기의 내부 구조를 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전자접촉기를 나타낸 사시도,
도 4는 도 3의 전자접촉기 내부의 주요 구성을 개략적으로 나타낸 단면도, 및
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전자접촉기의 동작을 나타낸 단면도이다.

본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 바람직한 실시예들에 의해 명확해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 살펴보기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전자접촉기를 나타낸 사시도이고, 도 4는 도 3의 전자접촉기 내부의 주요 구성을 나타낸 단면도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 전자접촉기(100)는 상부 프레임(110)과 하부 프레임(120)으로 구분되어 외부 하우징을 구성하는 케이스(110,120), 상기 케이스(110,120)의 내부 공간에 배치되는 고정코어(130), 상기 고정코어(130)의 상측에 배치되는 가동코어(140), 상기 가동코어(140) 상측에서 체결되는 가동모듈(200), 상기 가동모듈(200) 내부에 배치되는 오일박스(240), 상기 오일박스(240)의 상부를 밀폐하는 크로스바(250), 상기 오일박스(240) 내부에서 고정되는 고정단자(150) 및 상기 고정단자(150)의 상측에서 상기 크로스바(250)에 고정되는 가동단자(160)를 포함한다.

구체적으로 살펴보면, 케이스(110,120)는 전자접촉기(100)의 외형을 형성하는 하우징으로 상부 프레임(110)과 하부 프레임(120)이 물리적으로 분리될 수 있으며, 내부에는 각종 소자들이 고정될 수 있는 수납공간을 형성한다. 이러한 상부 프레임(110)과 하부 프레임(120)은 고경도의 절연 수지를 이용한 사출 성형으로 제조될 수 있으며, 스크류 체결 등으로 체결될 수 있다. 또한, 상부 프레임(110)과 하부 프레임(120)에는 전기적 접속을 위한 다수의 전극단자(130',150,150')들이 노출되는 구조를 가진다(도면부호 130'는 도정코어의 코일에 전원을 인가하기 위한 제어단자를 나타낸다).

고정코어(130)와 가동코어(140)는 외부에서 공급되는 전기적인 제어 신호에 의하여 동작하는 솔레노이드 밸브를 구성한다. 이를 위하여 고정코어(130)에는 여자(勵磁)를 위한 코일(131)이 구비되고, 고정코어(130)와 가동코어(140) 사이에는 탄성 스프링(170)이 개입되어, 전원이 인가되지 않는 경우 가동코어(140)를 원위치로 복귀시킨다. 즉, 가동코어(140)는 고정코어(130)의 상측에서 탄성스프링(170)에 의하여 고정코어(130)와는 일정 간격을 확보하면서 위치한다. 이러한 상태에서 가동코어(140)는 고정코어(130)의 코일(131)을 통하여 전원이 인가되는 경우 발생되는 자기장에 의하여 고정코어(130)에 접근하고, 전원이 차단되는 경우 원위치로 복귀하게 된다.

가동모듈(200)은 가동코어(140)에 일체로 체결되어 가동코어(140)와 함께 이동하여 가동단자(160)가 고정단자(150)에 접촉 및 이격되도록 한다. 이러한 가동모듈(200)은 가동코어(140)에 고정되는 하부 가동바(210)와 하부 가동바(210)와 일정 간격 이격되어 배치되는 상부 가동바(220)로 구성되며, 하부 가동바(210)와 상부 가동바(220)는 연결바(230)에 의하여 일체로 연결된다. 가동모듈(200)은 하부 가동바(210)가 가동코어(140)에 고정 체결되고, 하부 가동바(210), 연결바(230) 및 상부 가동바(220)가 서로 일체로 연결됨으로써, 가동코어(140)의 이동에 따라 모듈 전체가 동시에 이동한다. 이때, 하부 가동바(210)와 상부 가동바(220)는 플레이트(plate) 형상을 이룰 수 있다. 또한, 상부 가동바(220)는 중앙부가 함몰된 홈부(221)를 가져, 위치가 고정된 오일박스(240)에 대하여 상하 이동을 위한 유격 공간을 확보한다. 이때, 홈부(221)에 의한 유격 간격은 적어도 가동단자(160)와 고정단자(150) 사이에 확보되는 간격보다는 큰 간격이어야 한다.

오일박스(Oil Box,240)는 가동모듈(200)의 상부 가동바(220)와 하부 가동바(210) 사이의 공간에 배치되며, 케이스를 구성하는 상부 프레임(110)에 일체로 연결되면서 고정된다. 오일박스(240)는 육면체의 함체 형상으로 내부에는 절연유(Insulating Oil, 260)가 채워진다. 절연유(260)로는 석유계나 불연성 합성 절연유로서 염화디페닐 등이 이용될 수 있다. 이러한 절연유(260)는 부피 전기저항이 크고 점도가 낮으며, 산화에 대한 안정성을 갖는다.

또한, 함체 형상의 오일박스(240) 상부에는 절연유(260)가 채워진 내부를 밀봉하기 위하여 크로스바(250)가 결합된다. 크로스바(250)는 사각의 플레이트 형상을 이루고, 오일박스(240)와 일체형 구조를 이루거나 분리형 구조를 이룰 수 있다. 크로스바(250)가 오일박스와 분리형 구조를 이루는 경우 크로스바(250)의 가장자리 단부는 밀봉재를 매개로 오일박스(240)의 상단부에 접합된다.

이러한 크로스바(250)는 오일박스(240)를 밀봉함과 동시에 가동단자(160)를 고정시키고, 가동모듈(200)의 이동에 따라 가동단자(160)가 고정단자(150)에 접촉 및 이격되도록 한다. 이를 위하여 본 발명에서는 크로스바(250)의 가장자리 측에는 신축성을 제공하기 위한 주름부(251)가 형성된다. 즉, 도시된 바와 같이 크로스바(250)는 가동단자(160)가 결합되는 중앙부와 오일박스(240)가 접합되는 단부 사이에 다수겹으로 굴곡을 이루는 주름부(251)가 형성됨으로써, 크로스바(250)는 단부를 축으로 중심부가 상하로 신축될 수 있다.

고정단자(150)와 가동단자(160)는 상호 간의 접촉과 이격으로 전원을 개폐시키기 위한 전극으로, 얇은 판상의 전도성 전극으로 접촉하는 양 단자의 단부에는 접촉접점(150a,160a)이 마련된다. 여기서, 고정단자(150)는 서로 분리되는 한 쌍의 전극으로 구성되며, 오일박스(240)와 상부 프레임(110)에 고정된 상태에서 일측 단부는 오일박스(240) 내부로 인입되고 타측 단부는 상부 프레임 외측으로 노출된다. 가동단자(160)는 소정의 길이를 갖는 단일 전극으로 구성되며, 오일박스(240) 내부에서 크로스바(250)의 중앙부에 고정되며, 고정단자(150)와 소정의 간격을 확보한 위치에 고정된다.

한편, 고정단자(150)는 복수개로 구성될 수 있으며, 가동단자(160)도 각 고정단자(150)에 대응하도록 복수개로 구성된다. 본 발명의 실시예에서는 3상의 전원을 공급하기 위하여 고정단자(150)와 가동단자(160)는 3쌍으로 구성된다. 또한, 본 발명에서는 상기 3개의 메인 고정단자(150) 외에 추가적인 보조 고정단자(150')가 더 구비된다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 메인 고정단자(150)의 일 측에 보조 고정단자(150')가 구비되고, 보조 고정단자(150')에 대응하는 보조 가동단자(미도시)도 함께 구비된다. 보조 고정단자(150')는 다수의 메인 고정단자(150) 중 하나가 기능을 못하는 경우 이를 대신하게 된다.

살펴본 바와 같이, 본 발명에서는 고정단자와 가동단자의 접촉과 이격이 오일박스 내부의 절연유 내부에서 이루어지도록 구성된다. 이러한 구성에 의하여 각 단자 접점의 접촉과 이격 과정에서 발생하는 아크 발생을 최소로 할 수 있으며, 발생되는 아크도 효율적으로 소호시킬 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전자접촉기의 동작을 나타낸 단면도이다. 본 발명에서의 고정단자(150)와 가동단자(160)의 접점과 이격을 솔레노이드 밸브를 구성하는 고정코어(130)와 가동코어(140)에 의하여 이루어진다.

구체적으로 살펴보면, (a)와 같이 고정코어(130)와 가동코어(140)가 소정 간격 이격된 상태에서 고정코어(130)의 코일(131)을 통하여 전원이 인가되는 경우 고정코어(130)는 여자되어 자기력에 의하여 (b)와 같이 가동코어(140)를 흡착하게 되고, 이에 따라 가동모듈(200)이 하측으로 이동하면서 상부 가압바(220)가 크로스바(250)를 가압한다. 이와 동시에 크로스바(250)에 고정된 가동단자(160)가 함께 하측으로 이동하여 고정단자(150)에 접촉된다. 또한, 고정코어(130)의 코일(131)에 전류가 차단되는 경우 고정코어(130)는 자기력이 상실되어 (a)와 같이 탄성 스프링(170)에 의하여 가동코어(140)는 원위치로 복귀하고 이와 동시에 가동단자(160)는 고정단자(150)로부터 이격된다. 즉, 외부에서 인가되는 제어 전원에 의하여 가동단자(160)가 고정단자(150)에 접촉 및 이격되는 과정이 반복된다. 이때, 본 발명에서는 가동단자(160)과 고정단자(150)의 접촉과 이격이 절연유(260) 내에서 이루어지므로, 아크를 효율적으로 소호시킬 수 있다.

한편, 오일박스(240)의 상단에 접합되는 크로스바(250)의 상하 이동은, 가장자리를 따라 형성되는 주름부(251)에 의하여 가능하도록 구성된다. 즉, 도시된 바와 같이, 크로스바(250)의 가장자리 단부는 오일박스(240)의 상단에 접합되고, 단부와 중앙부 사이는 주름 구조로 연결되어 주름부(251)의 펼침과 접힘으로 동작으로 크로스바(250)에 신축성을 제공한다. 주름부(251)에 의하여 크로스바(250)의 중앙부는 가장자리 단부를 축으로 상하 방향으로 신축 가능하고, 이에 따라 가동단자(160)가 고정단자(150)에 접촉 및 이격된다.

이상에서 본 발명에 있어서 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

100 : 전자접촉기
110 : 상부 프레임 120 : 하부 프레임
130 : 고정코어 140 : 가동코어
150 : 고정단자 160 : 가동단자
170 : 탄성 스프링
200 : 가동모듈
210 : 하부 가동바 220 : 상부 가동바
230 : 연결바 240 : 오일박스
250 : 크로스바

Claims (4)

1. 상부 프레임과 하부 프레임으로 구분되는 케이스;
   코일을 구비하여 하부 프레임에 고정되는 고정코어;
   상기 고정코어의 상측에 배치되어 상기 고정코어의 여자에 따라 상기 고정코어에 흡착 또는 이격되는 가동코어;
   상기 가동코어에 고정되는 하부 가동바, 상기 하부 가동바와 일정 간격 이격되어 배치되며 중앙부가 함몰되어 하측으로 돌출된 홈부가 형성되는 상부 가동바 및, 상기 하부 가동바와 상부 가동바를 연결하는 연결바로 구성되어, 상기 가동코어와 함께 이동하는 가동모듈;
   내부에는 절연유가 충진되고 상기 하부 가동바와 상기 상부 가동바 사이에서 상기 상부 프레임에 고정되는 오일박스;
   상기 오일박스의 상부를 밀폐하면서 상기 오일박스 상단에 체결되되, 가장자리에는 주름부가 형성되어 상기 오일박스와는 신축가능하도록 체결되는 크로스바;
   일 측 단부는 상기 오일박스 내부로 인입되고, 타측 단부는 상기 상부 프레임 외부로 노출되도록 상기 오일박스와 상부 프레임에 고정되는 고정단자;
   상기 오일박스 내부에서 상기 크로스바의 하측 단부에 고정되어, 상기 가동모듈의 이동에 따라 상기 고정단자와 접촉 및 이격되는 가동단자;를 포함하여,
   상기 가동모듈의 상하 이동에 따라 상기 상부 가동바의 홈부가 상기 크로스바를 가압하여, 상기 가동단자와 고정단자가 접촉 및 이격되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전자접촉기.
   
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