KR101697864B1 - 소음과 진동을 저감한 진공 전자 접촉기 - Google Patents

Abstract

진공 전자 접촉기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전류의 변화에 의하여 발생하는 소음과 진동을 저감할 수 있는 진공 전자 접촉기에 관하여 개시한다.
본 발명은 고정접점과 가동접점을 포함하는 주회로부; 인가되는 전원에 의하여 흡입력을 발생하는 솔레노이드 코일; 상기 솔레노이드 코일의 흡입력에 따라 작동하여 상기 가동접점을 개폐 작동하는 작동편; 및 상기 작동편에 연결되어 외부에 동작상태를 표시하는 인디게이터;를 포함하며, 상기 인디게이터는 상기 작동편에 고정되는 고정부와, 동작상태를 표시하는 표시부와, 상기 고정부와 상기 표시부를 연결하는 연결부를 포함하되, 상기 연결부의 단면은 절곡된 형상을 가지도록 하고, 상기 연결부의 고유 진동수가 상기 솔레노이드 코일에서 발생하는 흡인력 변동 주파수의 3배 이상이 되도록 한 것을 특징으로 하는 진공 전자 접촉기를 제공한다.

Description

소음과 진동을 저감한 진공 전자 접촉기{VACUUM CONTACTOR HAVING REDUCED NOISE AND VIBRATION}

본 발명은 진공 전자 접촉기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전류의 변화에 의하여 발생하는 소음과 진동을 저감할 수 있는 진공 전자 접촉기에 관한 것이다.

일반적으로 고압 진공 전자 접촉기는 고압 관련 전기기기인 고압 모터, 변압기, 콘덴서 등을 온/오프하기 위한 산업용 기기이다.

도 1 및 도 2는 고압용 진공 전자 접촉기의 작동 구조를 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이, 고압용 진공 전자 접촉기는 고정접점(22)과 가동접점(24)을 구비하는 주회로부(20)와, 상기 가동접점(24)을 승하강 동작시키는 기구부를 포함한다.

기구부는 솔레노이드 코일(12)과 솔레노이드 코일(12)의 흡인력에 의하여 개폐 동작하는 작동편(14)을 포함하며, 상기 작동편(14)은 가동접점(24)에 연결된다.

또한, 작동편(14)에는 외부에 동작상태를 알리기 위한 인디게이터(30)가 연결되어 있다.

고압용 전자 접촉기의 구동 메커니즘은 솔레노이드 코일(12)에 의하여 기계적 에너지가 발생되며, 솔레노이드 코일(12)에 의한 기계적인 힘과 에너지는 솔레노이드 코일(12)의 전류와 코일 턴수의 곱에 의하여 흡인력이 발생한다.

솔레노이드 코일(12)의 전원으로는 직류 또는 교류가 공급될 수 있다.

직류 전원은 ON 상태에서 전류크기가 일정하지만, 전류가 교류일 경우 전류 크기가 시간에 따라서 사인(sine)파 형상으로 변동되므로, 전류의 변동에 따라 솔레노이드 코일에서 발생하는 흡입력도 사인파(sine wave) 형상으로 변화하게 된다.

한편, 교류를 직류로 변환하는 컨버터가 고압용 전자 접촉기에 내장되는 경우도 있는데, 이 경우에도 컨버터에서 나오는 전류에는 맥류가 혼입되어 있어서, 맥류로 인하여 맥류의 형상과 동일하게 솔레노이드 코일의 흡입력도 변화하게 된다.

따라서, 교류방식이나 컨버터가 내장된 고압용 전자 접촉기는 시간에 따라서 흡입력의 변화가 발생하게 되고, 흡입력의 변화는 제품 전체로 전달된다.

흡입력의 변화가 제품에 전달 될 때 흡입력의 주파수는 전원 주파수의 2배로 전달된다. 이는 전류가 사인파 형상으로 변화하게 될 때 흡입력 크기는 전류의 절대값의 크기에 따라 변화하기 때문이다. .

전달되는 흡입력의 주파수와 구조물의 기계적인 주파수가 일치하거나 유사한 범위에 있을 경우에는 기계적인 진동의 강도는 증폭되어 소음이 진동이 발생되는 문제점이 발생한다.

본 발명은 전기적인 성분에 의하여 발생하는 흡입력의 주파수와 구조물의 기계적인 공진 주파수를 제어하여 소음이나 진동을 저감하기 위한 것으로, 특히 구조물의 고유 주파수에 변화를 주어 구조물에 공진이 발생하는 주파수가 흡인력의 주파수와 달라지게 함으로써 공진 현상을 감소시키기 위한 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이 가동접점(24)이 고정접점(22)에서 분리된 상태에서, 솔레노이드 코일(12)에 전원이 인가되면 도 1에 도시된 바와 같이 작동편(14)이 솔레노이드 코일(12)측으로 흡인되어 가동접점(24)이 고정접점(22)에 접속하도록 투입된다.

이 때 솔레노이드 코일(12)에 교류 전원이 인가되면 전류는 교류가 되어 1초에 120회 변동이 발생되며, 또한 교류를 직류로 변환하여 투입하는 경우에도 직류는 큰 맥류를 포함한 직류로 양질의 직류가 아니다. 교류 성분이나 직류에 큰 맥류가 포함될 경우 솔레노이드 코일(12)의 흡입력은 입력되는 전류의 주파수에 따라 변동이 발생하게 되고, 전원의 주파수가 60Hz인 경우라면 흡입력의 변동 주파수는 120Hz가 된다.

이 때 작동편에 연결된 구조물의 기계적 공진 주파수가 120Hz 나 240Hz 근처의 주파수를 가지는 경우에는 솔레노이드 코일(12)에서 발생하는 120Hz의 흡입력의 변동이 연결된 구조물을 기계적으로 공진시켜 증폭 진동이 발생하게 되고, 이러한 진동은 소음을 발생시키게 된다.

특히 문제가 되는 구조물은 작동편에 직접 연결된 인디게이터(30)이다. 인디게이터는 박판의 금속판을 절곡하여 제조하는 것이 일반적인데 그 고유 주파수가 120~240Hz 범위 내에 존재하는 경우가 많다.

본 발명의 목적은 진공 전자 접촉기의 전원의 주파수 또는 맥류로 인하여 발생하는 소음과 진동을 저감하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 진공 전자 접촉기의 인디게이터의 고유 진동수를 솔레노이드 코일의 흡인력의 변동 주피수와 공진되지 않도록 함으로써, 인디게이터의 공진으로 인한 소음과 진동을 저감하기 위한 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 고정접점과 가동접점을 포함하는 주회로부; 인가되는 전원에 의하여 흡입력을 발생하는 솔레노이드 코일; 상기 솔레노이드 코일의 흡입력에 따라 작동하여 상기 가동접점을 개폐 작동하는 작동편; 및 상기 작동편에 연결되어 외부에 동작상태를 표시하는 인디게이터;를 포함하며, 상기 인디게이터는 상기 작동편에 고정되는 고정부와, 동작상태를 표시하는 표시부와, 상기 고정부와 상기 표시부를 연결하는 연결부를 포함하되, 상기 연결부의 단면은 절곡된 형상을 가지도록 하는 진공 전자 접촉기를 제공한다.

상기 연결부의 고유 진동수가 상기 솔레노이드 코일에서 발생하는 흡인력 변동 주파수의 3배 이상이 되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 연결부의 단면형상은 수평부와 상기 수평부에서 절곡된 형태로 형성된 수직부를 구비할 수 있다.

상기 연결부의 단면형상은 상기 수직부를 복수개 구비할 수 있다.

상기 연결부는 길이 방향을 형성된 요철을 구비할 수 있다.

상기 연결부의 수직부 높이는 상기 연결부의 두께의 3~10배 범위인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 진공 전자 접촉기는 전자석의 흡인력 변동 주파수와 유사한 고유 주파수를 가지던 인디게이터의 형상을 변경하여, 인디게이터의 공진주파수가 상기 변동 주파수의 3배 이상이 되도록 함으로써 공진 현상 발생을 억제하는 효과를 가져온다.

따라서, 본 발명에 따른 진공 전자 접촉기는 전원에 교류 성분이나 맥류가 포함되어 있더라도 구조물에서 공진 현상이 발생하지 않아, 작동시 발생하는 소음과 진동을 저감하는 효과를 가져온다.

도 1 및 도 2는 고압용 진공 전자 접촉기의 작동 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 일반적인 진공 전자 접촉기의 인디게이터를 나타낸 사시도이다.
도 4는 일반적인 진공 전자 접촉기의 인디게이터의 측면도이다.
도 5는 인디게이터의 역학적인 등가 구조를 나타낸 개념도이다.
도 6은 종래의 인디게이터의 연결부 단면을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 인디게이터 연결부의 단면 형상을 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 인디게이터를 나타낸 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 인디게이터 연결부의 단면 형상을 나타낸 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 인디게이터를 나타낸 사시도이다.
도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 인디게이터 연결부의 단면 형상을 나타낸 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제3실시예에 따른 인디게이터를 나타낸 사시도이다.

본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 3은 일반적인 진공 전자 접촉기의 인디게이터를 나타낸 사시도이고, 도 4는 일반적인 진공 전자 접촉기의 인디게이터의 측면도이고, 도 5는 인디게이터의 역학적인 등가 구조를 나타낸 개념도이다.

도시된 바와 같이, 진공 전자 접촉기의 인디게이터(100)는 작동편에 부착되는 고정부(120)와, 외부에 진공 전자 접촉기의 동작 상태를 표시하는 표시부(160)와, 상기 고정부(120)와 표시부(160)를 연결하는 연결부(140)를 포함한다.

이러한 인디게이터(100)의 형상을 역학적인 등가 구조로 단순화 시키면, 도 5에 도시된 바와 같이 등분포 하중을 가진 외팔보의 형태가 된다.

도 6은 종래의 인디게이터의 연결부 단면을 나타낸 도면이다.

기계적인 공진 주파수는

이다.

도 5의 등가 구조이므로, 탄성계수 K 값은

가 된다. M은 구조물의 무게로, 부피(b*t*L)에 재질의 비중을 곱하여 구할 수 있다.

여기서, E는 재료의 종탄성계수이고, I는 2차 관성 모멘트이다.

도 6에 도시한 바와 같이 평판 형상인 경우 2차 관성 모멘트

이다.

이를 대입하여 공진 주파수를 구해보면

(여기서 q는 상수) 가 된다. 결국 고유 진동수는 단면적의 형상 계수에 의해서 결정되고 두께 t의 제곱에 비례함을 알 수 있다. 일반적으로 사용되는 인디게이터의 고유 주파수를 구해보면 120Hz 근처에 존재한다.

이러한 경우, 교류 성분의 전원이 솔레노이드 코일에 인가되는 경우 인디게이터가 공진에 의하여 진동과 소음을 유발하게 된다.

본 발명은 인디게이터 연결부의 단면형상이 큰 관성 모멘트 값을 가지도록 함으로써, 인디게이터의 공진주파수를 120Hz 에서 크게 벗어날 수 있도록 함으로써 인디게이터에서 공진 현상이 발생하지 않도록 한 것이다.

도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 인디게이터 연결부의 단면 형상을 나타낸 것이고, 도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 인디게이터를 나타낸 사시도이고, 도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 인디게이터 연결부의 단면 형상을 나타낸 것이며, 도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 인디게이터를 나타낸 사시도이고, 도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 인디게이터 연결부의 단면 형상을 나타낸 것이며, 도 12는 본 발명의 제3실시예에 따른 인디게이터를 나타낸 사시도이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 인디게이터의 연결부(142) 단면이 수평부와 수평부에서 절곡된 수직부로 형성되는 경우 관성 모멘트 값은

가 된다.

따라서 h값을 조절하는 것으로 관성 모멘트를 증가시면 그에 따라 고유 진동수를 증가시킬 수 있고, 120Hz 보다 현저히 큰 고유 진동수를 가지도록 함으로써 공진이 발생하지 않도록 할 수 있다. 여기서 현저히 큰 고유 진동수라 함은 3배 이상의 고유 진동수를 의미한다. 고유 진동수가 가진 주파수의 3배 이상이 되면 공진 현상이 발생하지 않기 때문이다.

이를 위해서 수직부의 높이(h)는 두께(t)의 3~10배 범위인 것이 바람직하다. 수직부 높이가 두께의 3배 이상이 되면, 관성 모멘트 값이 3배 이상으로 증가하게 되나, 두께의 10배를 초과하게 되면 물론 관성 모멘트 값이 커져 공진을 억제할 수 있는 효과는 있으나 불필요하게 재료가 소모되어 원가 상승의 요인이 될 수 있다.

이러한 방식으로 도 9에 도시된 바와 같이 인디게이터 연결부(144)가 수평부의 양측에 수직부를 구비하는 형태로 단면 형상에 변화를 주어 고유 진동수를 크게 할 수도 있으며, 도 11에 도시된 바와 같이 인디게이터 연결부(146)에 길이 방향의 요철을 형성하여 고유 진동수를 크게 할 수도 있다.

전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 후술될 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

12 : 솔레노이드 코일
14 : 작동편
20 : 진공 인터럽터
22 : 고정접점
24 : 가동접점
30 : 인디게이터
100 : 인디게이터
120 : 고정부
140, 142, 144, 146 : 연결부
160 : 표시부

Claims (6)

1. 고정접점과 가동접점을 포함하는 주회로부;
   인가되는 전원에 의하여 흡입력을 발생하는 솔레노이드 코일;
   상기 솔레노이드 코일의 흡입력에 따라 작동하여 상기 가동접점을 개폐 작동하는 작동편; 및
   상기 작동편에 연결되어 외부에 동작상태를 표시하는 인디게이터;를 포함하며,
   상기 인디게이터는 상기 작동편에 고정되는 고정부와, 동작상태를 표시하는 표시부와, 상기 고정부와 상기 표시부를 연결하는 연결부를 포함하고,
   상기 연결부의 단면은 절곡된 형상을 가지며, 상기 연결부의 고유 진동수는 상기 솔레노이드 코일에서 발생하는 흡입력 변동 주파수의 3배 이상인 것을 특징으로 하는 진공 전자 접촉기.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 연결부의 단면형상은
   수평부와 상기 수평부에 절곡된 수직부를 구비하는 것을 특징으로 하는 진공 전자 접촉기.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 연결부의 단면형상은 상기 수직부를 복수개 구비하는 것을 특징으로 하는 진공 전자 접촉기.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 연결부는 길이 방향으로 형성된 요철을 구비하는 것을 특징으로 하는 진공 전자 접촉기.
   
6. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
   상기 연결부의 수직부 높이는 상기 연결부의 두께의 3~10배 범위인 것을 특징으로 하는 진공 전자 접촉기.

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