KR101818565B1 - 전자 접촉기의 아크슈트 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전자 접촉기의 아크슈트는 가동부의 고정 접점 및 가동 접점의 상태가 변경될 때 발생하는 아크에 의해 동작하여 자계를 형성하는 블로아웃 코일, 소호실 내부에 특정 간격으로 적층되며 상기 아크를 냉각 및 확산시켜 소호하는 그리드 및 상기 블로아웃 코일에서 형성된 자계를 이용하여 상기 아크를 상기 그리드로 안내하는 아크 혼을 포함한다. 따라서, 본 발명은 그리드가 부채꼴 형상으로 구현되어 그리드 각각과 아크와의 거리를 동일하게 유지되어 아크의 소호력이 증가시킬 수 있다는 장점이 있다.

Description

전자 접촉기의 아크슈트{ARC CHUTE OF MAGNETIC CONTACTOR}

본 발명의 실시예들은 전자 접촉기의 아크슈트에 관한 것이다.

통상적으로 해외 철도 차량 가선 직류전압은 1.5kV를 표준으로 사용하고 있으나 일부 국가에서는 3kV를 사용하고 있다. 가선전압이 높을수록 열차의 차량 수 증가와 장대 편성화와 같은 이점을 갖고 있어 DC 3kV와 1.5kV를 겸용으로 사용되는 개발이 필요할 것으로 보인다.

높은 가선전압뿐만 아니라 표준전압에서도 철도기기 대전류 차단은 빠른 시간내에 안정적으로 이루어져야 하며, 만약 전류를 빠른 시간내에 차단하지 못하게 되면 재점호로 인한 큰 사고로 이어질 수 있다.

이와 같은 사고를 방지하기 위해서는 DC 1.5kV 이상의 송전 전압에서도 사용될 수 있는 접촉기를 설계하기 위한 연구 및 설계 기술의 향상이 필요하다. 이를 위하여 접촉기의 접점 개방시에 발생하는 아크 형성에 대한 효과적인 소호방식 정립 및 자기 구동력 해석의 필요성이 증대되고 있다.

본 발명은 그리드가 부채꼴 형상으로 구현되어 그리드 각각과 아크와의 거리를 동일하게 유지되어 아크의 소호력이 증가시킬 수 있도록 하는 전자 접촉기의 아크슈트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 가선 전압에 따라 아크슈트의 그리드의 개수를 증가시킴으로써 아크의 전압이 높아져 차단 성능을 높일 수 있도록 하는 전자 접촉기의 아크슈트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 그리드를 비대칭 형상으로 적층함으로써 자속 밀도와 로렌츠력을 높일 수 있도록 하는 전자 접촉기의 아크슈트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

실시예들 중에서, 전자 접촉기의 아크슈트는 가동부의 고정 접점 및 가동 접점의 상태가 변경될 때 발생하는 아크에 의해 동작하여 자계를 형성하는 블로아웃 코일, 소호실 내부에 특정 간격으로 적층되며 상기 아크를 냉각 및 확산시켜 소호하는 그리드 및 상기 블로아웃 코일에서 형성된 자계를 이용하여 상기 아크를 상기 그리드로 안내하는 아크 혼을 포함한다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

본 발명에 따르면, 그리드가 부채꼴 형상으로 구현되어 그리드 각각과 아크와의 거리를 동일하게 유지되어 아크의 소호력이 증가시킬 수 있다는 장점이 있다.

또한 본 발명에 따르면, 가선 전압에 따라 아크슈트의 그리드의 개수를 증가시킴으로써 아크의 전압이 높아져 차단 성능을 높일 수 있다는 장점이 있다.

또한 본 발명에 따르면, 그리드를 비대칭 형상으로 적층함으로써 자속 밀도와 로렌츠력을 높일 수 있다는 장점이 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 접촉기를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 내지 도 5는 도 1의 전자 코일의 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 1의 아크슈트를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 1의 아크슈트의 자속 밀도를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 1의 가동부에 발생한 아크에 의한 자속 밀도를 설명하기 위한 그래프이다.
도 9는 도 1의 아크슈트의 역로렌츠력 및 순로렌츠력 사이의 자속 밀도 차이를 설명하기 위한 그래프이다.
도 10은 도 1의 아크슈트의 그리드의 비대칭 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 도 6(b)의 비대칭 형상에 대한 로렌츠력을 나타내는 그래프이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전자 접촉기는 철도 차량에 적용될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어 중 “가선 전압”은 철도 차량에 인가되는 전압을 의미한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 접촉기를 설명하기 위한 도면이다. 도 1에 개시된 전자 접촉기는 전자 코일에 의해 접점을 개폐하는 장치를 의미한다.

도 1을 참조하면, 전자 접촉기는 전자 코일(110), 가동부(120) 및 아크슈트(130)를 포함한다.

전자 코일(110)은 코어(111) 및 로드(112)를 포함한다. 코어(111)는 전자 코일(110)과 접촉된 상태에서 고정되어 있는 고정 코어(111a) 및 전자 코일(110)과 접촉되며 전자 코일(110)로부터 전자기력을 받아 고정 코어(111a)가 있는 방향으로 이동하는 이동 코어(111b)를 포함한다. 여기에서, 로드(112)는 이동 코어(111b)와 연결되어 있다.

상기와 같이, 전자 코일(110)에 전원이 인가되면 이동 코어(111b)가 전자기력을 받게 되어 로드(112)가 접점 부분으로 밀려 나오게 된다. 상기와 같이, 이동 코어(111b)가 전자기력을 받게 되어 로드(112)가 접점 부분으로 밀려나옴으로써 가동부(120)의 주 접점(121) 및 아크 접점(122)이 접촉하게 되고, 이에 따라 제1 주 단자(123) 및 제2 주 단자(124)가 접촉하게 된다. 이와 같이, 제1 주 단자(123) 및 제2 주 단자(124)가 접촉함에 따라 도 2와 같이 가선 전압이 흐르게 되어 릴레이 역할을 하게 된다.

한편, 전자 코일(110)에 인가되는 전원이 차단되면 이동 코어(111b)가 원래의 위치로 이동하며 이에 따라 로드(112) 또한 원래의 위치로 이동하게 되어 가동부(120)의 주 접점(121) 및 아크 접점(122)이 순차적으로 개방되고, 이에 따라 제1 주 단자(123) 및 제2 주 단자(124)가 개방된다.

상기와 같이, 전자 코일(110)에 인가되는 전원이 차단됨에 따라 가동부(120)의 주 접점(121) 및 아크 접점(122)이 개방됨과 동시에 아크가 발생한다. 이러한 아크는 아크슈트(130)로 이동되어 소호되며 이러한 과정은 이하에서 보다 상세하게 설명하기로 한다.

상기의 전자 코일(110)에 인가되는 전압은 전자 접촉기가 적용되는 시스템의 제어 전압에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 전자 접촉기가 철도 차량 시스템에 적용되는 경우 전자 코일(110)에 인가되는 전압은 철도 차량 시스템의 제어 전압에 따라 변경될 수 있다.

상기와 같이, 전자 코일(110)의 전자기력은 단순한 전자 접촉기의 투입 및 석방뿐만 아니라 전자 접촉기의 투입 및 석방 전압 및 전자 접촉기의 투입 및 석방 시간에 영향을 미치기 때문에, 제어 전압에 따른 전자 접촉기의 필요 구동력의 설정이 필요하다.

가동부(120)는 주 접점(121), 아크 접점(122), 제1 주 단자(123) 및 제2 주 단자(124)를 포함한다.

가동부(120)의 주 접점(121) 및 아크 접점(122)은 개방되어 있는 상태를 유지하는 상태에서 전자 코일(110)에 전압이 인가되면 전자 코일(110)의 이동 코어(111b)가 전자 코일(110) 내부의 전자기력을 받게 되어 로드(112)가 접점 부분으로 밀려나옴으로써 접촉 상태로 변경된다. 상기와 같이, 가동부(120)의 주 접점(121) 및 아크 접점(122)이 접촉되면, 제1 주 단자(123) 및 제2 주 단자(124)가 접촉하게 된다. 이와 같이, 제1 주 단자(123) 및 제2 주 단자(124)가 접촉함에 따라 릴레이 역할을 하게 된다.

한편, 가동부(120)의 주 접점(121) 및 아크 접점(122)은 접촉되어 있는 상태를 유지하는 상태에서 전자 코일(110)에 인가되는 전압이 차단되면 전자 코일(110)의 이동 코어(111b)가 원래의 위치로 이동하게 됨에 따라 로드(112)도 원래의 위치로 이동하게 됨에 따라 개방 상태로 변경된다. 상기와 같이, 가동부(120)의 주 접점(121) 및 아크 접점(122)의 상태가 접촉 상태에서 개방 상태로 변경되면, 아크가 발생하게 된다.

상기와 같이, 가동부(120)의 주 접점(121) 및 아크 접점(122)이 개방됨과 동시에 아크가 발생하고, 발생한 아크가 블로아웃 코일(131)을 동작시켜 자계를 형성한다. 전류에 의한 자속과 블로아웃 코일(131)의 자속으로 인해 상단으로 힘이 발생하여 아크가 그리드(133)쪽으로 이동하게 된다.

전자 코일(110)에 인가되는 전원이 차단됨에 따라 가동부(120)의 주 접점(121) 및 아크 접점(122)이 개방됨과 동시에 아크가 발생하며, 발생한 아크가 블로아웃 코일(131)을 동작시켜 자계를 형성한다.

이러한 아크는 블로아웃 코일(131)을 동작시켜 형성된 자계에 의해 아크 혼(132)을 따라 아크슈트(130)로 향하게 된다. 아크는 자기 로렌츠력에 따라 아크 혼(132)을 따라 아크슈트(130)로 흡입된 후에, 그리드(133)를 통해 직렬 분할되어 소호된다. 이로 인해, 아크 전압이 커지게 되며 주 아크의 직경은 감소하게 되고 전류는 차단되게 되는 것이다.

아크는 자기 로렌츠력에 따라 이동 경로가 길어지게 되므로 발생전류는 감소하게 되고 차단 성능은 높아진다고 볼 수 있다. 즉, 전류에 의한 자속은 들어가는 방향으로부터 항상 시계방향으로 회전을 하며 주변 영향에 따라 자속 밀도 차와 로렌츠력이 발생한다. 전류는 자력을 띄게 되는데 전류의 밀도 변화와 자속 밀도를 이용하여 차단성능 평가가 가능하다.

: 전류밀도,

: 자속 밀도

[수학식 1]과 같이 전자력에 의해 구동력의 세기를 결정하게 되는 데 아크의 위쪽, 즉 그리드(133)에 가까운 영역에서는 전류가 발생하는 역구동력을 형성하게 되며 아래쪽은 전류가 발생하는 순구동력을 형성하게 된다.

상부로 이동한 아크는 아크혼(132)이 그리드(133)로 안내하여 아크를 확산 및 냉각시켜 아크를 소호시킨다. 즉, 아크는 아크슈트(130)의 그리드(133)로 흡입된 후에 그리드(133)를 통해 직렬 분할되어 소호된다. 이로 인해, 아크 전압이 커지게 되며 주 아크의 직경은 감소하게 되고 전류는 차단되게 되는 것이다.

아크슈트(130)는 부하 전류의 차단 시 발생하는 아크를 소호한다. 이를 위해, 아크슈트(130)는 소호실 내부에 특정 간격으로 그리드(133)가 적층되며 가동부(120)에 의해 발생된 아크를 냉각 및 확산시켜 소호한다.

이러한 아크슈트(130)는 그리드(133)가 비대칭 형상으로 적층되어 생성된다. 이와 같은 이유는, 그리드(133)는 비대칭인 형상으로 적층되어 있을 때 자속 밀도와 로렌츠력이 높기 때문이다.

또한, 그리드(133)의 형상은 아크와의 거리에 따라 동일한 길이로 결정될 수 있다. 즉, 그리드(133) 형상이 아크와의 거리에 따라 동일한 길이로 형성되어 있는 경우 그리드(133) 각각이 아크에 균일하게 영향을 미칠 수 있어 아크의 소호력이 증가된다.

만일, 그리드(133) 형상이 서로 다른 길이로 형성되어 있는 경우, 그리드(133) 각각이 아크에 균일하게 영향을 미칠 수 없어 아크의 소호력이 감소된다. 예를 들어, 그리드(133) 형상이 긴 그리드 및 짧은 그리드로 적층되어 있는 경우, 긴 그리드에 분포된 자속에 비해 짧은 그리드에 분포된 자속이 낮기 때문에, 긴 그리드는 아크에 영향을 미칠 수 있지만 짧은 그리드는 아크에 영향을 미치지 않을 것이다.

결론적으로, 본 발명은 그리드(133)의 형상이 아크와의 거리에 따라 동일한 길이로 형성되어 있기 때문에 그리드 각각이 아크에 균일하게 영향을 미칠 수 있어 아크의 소호력을 증가시킬 수 있다.

또한, 그리드(133)는 세라믹, 코발트, 니켈 및 철 중 적어도 하나를 포함하는 강자성체로 구현될 수 있다. 이와 같은 이유는, 강자성체가 자기 포화능력이 높기 때문이다. 따라서, 특정 간격으로 적층된 그리드(133)에 자속 밀도가 분포되면 아크의 역로렌츠력에 의한 전류가 발생하는 영역인 아크 기둥의 상단부의 자속 밀도가 낮아지게 된다.

또한, 그리드(133)는 가선 전압에 따라 많은 적층이 요구되거나 적은 적층이 요구된다. 즉, 그리드(133)는 가선 전압이 높을수록 많은 적층이 요구되고, 가선 전압이 낮을수록 적은 적층이 요구된다.

이와 같이, 아크슈트 내부에서 아크 소호에 필수적인 그리드(133)는 가선 전압이 높을수록 많은 적층을 요구하게 되고, 가선 전압이 낮을수록 적은 적층을 요구하게 되는 것이다. 상기와 같이, 그리드의 개수가 증가함에 따라서 아크를 흡입하려는 힘은 강해져 로렌츠력이 높게 나타난다. 즉, 그리드의 개수의 증가로 인해 간극이 줄어들며 그리드 사이에 분포되는 아크의 전자력이 증가하여 로렌츠력이 향상되는 것이다.

또한, 그리드(133) 각각의 자속 밀도는 아크와의 거리에 따라 변경된다. 즉, 그리드(133) 각각의 자속 밀도는 아크와 가까운 곳일수록 증가하고, 아크와 멀수록 감소할 것이다. 그리드(133)의 자속 밀도가 낮다는 것은 아크의 순구동력이 낮음을 의미하며, 이는 그리드(133)의 소호 능력이 낮다는 것을 의미한다.

도 3 내지 도 5는 도 1의 전자 코일의 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 전자 코일(110)은 코어(111) 및 로드(112)를 포함한다. 코어(111)는 전자 코일(110)과 접촉된 상태에서 고정되어 있는 고정 코어(111a) 및 전자 코일(110)과 접촉되며 전자 코일(110)로부터 전자기력을 받아 고정 코어(111a)가 있는 방향으로 이동하는 이동 코어(111b)를 포함한다.

전자 코일(110)에 전원이 인가되면 도 4와 같이, 이동 코어(111b)가 전자기력을 받게 되어 로드(112)가 접점 부분으로 밀려 나오게 된다. 상기와 같이, 이동 코어(111b)가 전자기력을 받게 되어 로드(112)가 접점 부분으로 밀려나온다.

이에 따라, 도 4(a)와 같이 가동부(120)의 주 접점(121) 및 아크 접점(122)이 개방되어 있는 상태에서 도 4(b)와 같이 가동부(120)의 아크 접점(122)이 접촉되고 도 4(c)와 같이 가동부(120)의 주 접점(121)이 접촉됨으로써 가동부(120)의 주 접점(121) 및 아크 접점(122)이 접촉 상태를 유지하게 된다.

한편, 전자 코일(110)에 인가되는 전원이 차단되면 도 5와 같이, 이동 코어(111b)가 원래의 위치로 이동하며 이에 따라 로드(112) 또한 원래의 위치로 이동하게 된다.

이에 따라, 도 5(a)와 같이 가동부(120)의 주 접점(121) 및 아크 접점(122)이 접촉되어 있는 상태에서 도 5(b)와 같이 가동부(120)의 주 접점(121)이 개방되고 도 5(c)와 같이 가동부(120)의 주 접점(121)이 개방됨으로써 가동부(120)의 주 접점(121) 및 아크 접점(122)이 개방 상태를 유지하게 된다.

상기와 같이, 전자 코일(110)에 인가되는 전원이 차단됨에 따라 가동부(120)의 주 접점(121) 및 아크 접점(122)이 개방됨과 동시에 아크가 발생한다. 이러한 아크는 아크슈트(130)로 이동되어 소호되며 이러한 과정은 이하에서 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 6은 도 1의 아크슈트를 설명하기 위한 도면이다.

도 6을 참조하면, 참조번호(a)의 아크슈트는 서로 다른 길이의 두 개의 그리드가 일정 간격을 두어 적층되어 있다. 참조번호(b)의 아크슈트는 같은 길이의 그리드가 서로 비대칭 형상으로 적층되어 있다.

참조번호(a)의 아크슈트는 긴 그리드 및 짧은 그리드로 적층되어 있는데 긴 그리드에 분포된 자속에 비해 짧은 그리드는 자속이 낮아 아크에 영향을 미치지 못한다.

즉, 그리드 형상이 참조번호(a)와 같이 서로 다른 길이로 형성되어 있는 경우, 그리드 각각이 아크에 균일하게 영향을 미칠 수 없어 아크의 소호력이 감소되는 것이다.

예를 들어, 참조번호(a)와 같이 그리드 형상이 긴 그리드 및 짧은 그리드로 적층되어 있는 경우, 긴 그리드에 분포된 자속에 비해 짧은 그리드에 분포된 자속이 낮기 때문에, 긴 그리드는 아크에 영향을 미칠 수 있지만 짧은 그리드는 아크에 영향을 미치지 않을 것이다.

그에 반하여, 참조번호(b)의 아크슈트는 일정 간격으로 서로 동일한 길이의 그리드가 적층되어 있는데, 이러한 경우 서로 동일한 길이의 그리드와 아크와의 거리가 동일하기 때문에 그리드 각각이 아크에 균일하게 영향을 미칠 수 있어 소호력이 증가될 수 있다.

예를 들어, [표 1]과 같이 참조번호(a)는 그리드의 개수가 52개인 경우 로렌츠력이 61.98이고, 참조번호(b)는 그리드의 개수가 45개인 경우 로렌츠력이 124.46이다.

참조번호(a) 및 참조번호(b)를 비교하면, 참조번호(a)의 경우 그리드 개수가 많음에도 불구하고 참조번호(b)의 사양이 2배 이상 높게 측정되었다. 참조번호(a)의 경우 긴 그리드와 짧은 그리드가 적층되어 있는데 긴 그리드에 분포된 자속에 비해 짧은 그리드는 자속이 낮아 아크에 영향을 미치지 못한 것이며, 에 반해 참조번호(b)의 경우 일정간격으로 아크와의 거리는 동일하게 적층되어 있으므로 모든 그리드가 아크에 균일하게 영향을 미칠 수 있어 소호력 면에서 뛰어나게 나타났다.

도 7은 도 1의 아크슈트의 자속 밀도를 설명하기 위한 도면이다.

도 7을 참조하면, 아크슈트의 그리드는 세라믹, 코발트, 니켈 및 철 중 적어도 하나를 포함하는 강자성체로 구현될 수 있다. 이와 같은 이유는, 강자성체가 자기 포화능력이 높기 때문이다. 따라서, 특정 간격으로 적층된 그리드에 자속 밀도가 분포되면 아크의 역로렌츠력에 의한 전류가 발생하는 영역인 아크 기둥의 상단부의 자속 밀도가 낮아지게 된다.

도 7과 같이 일정 가격으로 적층된 그리드에 자속 밀도가 분포되면 아크의 역로렌츠력에 의한 전류가 발생하는 영역이 아크 기둥의 상단부의 자속 밀도가 낮아지게 된다.

도 8은 도 1의 가동부에 발생한 아크에 의한 자속 밀도를 설명하기 위한 그래프이다.

도 6 및 도 8을 참조하면, 도 8의 참조번호(a)의 그래프는 도 6의 참조번호(a)의 아크슈트의 그리드에 작용하는 자속 밀도를 나타내는 그래프이고, 도 8의 참조번호(b)의 그래프는 도 6의 참조번호(b)의 아크슈트의 그리드에 작용하는 자속 밀도를 나타내는 그래프이다.

본 발명에서는 아크슈트의 그리드 각각에 작용하는 자속 밀도를 확인하기 위해서 도 6의 참조번호(a)의 기준선(①, ②, ③, ④) 및 도 6의 참조번호(b)의 기준선(①, ②, ③, ④, ⑤, ⑥)을 만들어 해당 기준선에서의 자속 밀도를 측정하였다. 먼저, 도 6의 참조번호(a) 및 도 8의 참조번호(a)를 함께 설명하면, 도 6의 참조번호(a)의 아크슈트의 그리드의 기준선(①, ②, ③, ④) 각각에서 작용하는 자속 밀도는 도 8의 참조번호(a)의 그래프의 상에 표현하였다. 도 8의 참조번호(a)의 그래프 상에서 자속 밀도는 기준선 ① → ② → ③ → ④ 순으로 높게 나타났다.

즉, 기준선 중 아크와 가장 가까운 기준선 ①에서 자속 밀도가 가장 높게 나타났고, 기준선 중 아크와 가장 먼 기준선 ④에서 자속 밀도가 가장 낮게 나타났다. 결론적으로, 아크와 거리가 가까운 곳일수록 자속 밀도가 크게 나타나고, 아크와 거리가 멀수록 자속 밀도가 작게 나타난다.

또한, 기준선(①, ②, ③, ④) 각각 중 중간 부분과 양 끝점에서 자속 밀도가 높게 나타났다. 이와 같은 이유는, 기준선(①, ②, ③, ④) 각각 중 양끝 부분은 아크 혼에 의한 영향을 받게 되기 때문이다.

다음으로, 도 6의 참조번호(b) 및 도 8의 참조번호(b)를 함께 설명하면, 도 6의 참조번호(b)의 아크슈트의 그리드의 기준선(①, ②, ③, ④, ⑤, ⑥) 각각에서 작용하는 자속 밀도는 도 8의 참조번호(b)의 그래프의 상에 표현하였다. 도 8의 참조번호(b)의 그래프 상에서 자속 밀도는 기준선 ① → ② → ③ → ④ → ⑤ → ⑥순으로 높게 나타났다.

즉, 기준선 중 아크와 가장 가까운 기준선 ①에서 자속 밀도가 가장 높게 나타났고, 기준선 중 아크와 가장 먼 기준선 ⑥에서 자속 밀도가 가장 낮게 나타났다. 결론적으로, 아크와 거리가 가까운 곳일수록 자속 밀도가 크게 나타나고, 아크와 거리가 멀수록 자속 밀도가 작게 나타난다.

또한, 기준선(①, ②, ③, ④, ⑤, ⑥) 각각 중 중간 부분과 양 끝점에서 자속 밀도가 높게 나타났다. 이와 같은 이유는, 기준선(①, ②, ③, ④, ⑤, ⑥) 각각 중 양끝 부분은 아크 혼에 의한 영향을 받게 되기 때문이다.

도 8의 참조번호(a)의 그래프 및 도 8의 참조번호(b)의 그래프를 비교하면, 도 8의 참조번호(a)의 그래프 상의 자속 밀도는 도 8의 참조번호(b)의 그래프 상의 자속 밀도보다 전체적으로 낮게 나온다. 이러한 이유는 아크에 순로렌츠력이 낮음을 의미하며, 이는 소호 능력이 낮다고 판단할 수 있고 그리드의 형상에 대한 요인으로 볼 수 있다.

도 9는 도 1의 아크슈트의 역로렌츠력 및 순로렌츠력 사이의 자속 밀도 차이를 설명하기 위한 그래프이다.

도 9를 참조하면, 아크슈트의 그리드는 세라믹, 코발트, 니켈 및 철 중 적어도 하나를 포함하는 강자성체로 구현될 수 있다. 이와 같은 이유는, 강자성체가 자기 포화능력이 높기 때문이다. 따라서, 특정 간격으로 적층된 그리드에 자속 밀도가 분포되면 아크의 역로렌츠력에 의한 전류가 발생하는 영역인 아크 기둥의 상단부의 자속 밀도가 낮아지게 된다.

아크슈트의 그리드의 종류에 따라 로렌츠력은 서로 달라진다. 예를 들어, [표 2]와 같이 그리드의 종류가 세라믹으로 구현되는 경우 로렌츠력은 124.46이고, 그리드의 종류가 코발트로 구현되는 경우 로렌츠력은 112.14이고, 그리드의 종류가 니켈로 구현되는 경우 로렌츠력은 114.10이고, 그리드의 종류가 철로 구현되는 경우 로렌츠력은 103.60이다.

그리드가 세라믹으로 구현되고 그리드의 개수가 달라지는 경우 로렌츠력은 서로 달라진다. 예를 들어, [표 3]과 같이 그리드의 개수가 20개이면 로렌츠력은 111.58이고, 그리드의 개수가 45개이면 로렌츠력은 124.46이다. 즉, 그리드의 개수가 적을수록 로렌츠력이 작으며, 그리드의 개수가 많을수록 로렌츠력이 크다.

이와 같이, 그리드의 개수가 증가함에 따라서 아크를 흡입하려는 힘은 강해져 로렌츠력이 높게 나타난다. 결론적으로, 그리드의 개수의 증가로 인해 간극이 줄어들며 그리드 사이에 분포되는 아크의 전자력이 증가하여 로렌츠력이 향상되는 것이다.

도 10은 도 1의 아크슈트의 그리드의 비대칭 형상을 설명하기 위한 도면이다. 도 11은 도 6(b)의 비대칭 형상에 대한 로렌츠력을 나타내는 그래프이다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 아크슈트는 그리드가 비대칭 형상으로 적층되어 생성된다. 즉, 아크슈트는 도 10과 같이 제1 그리드(1001)가 적층된 후 제1 그리드(1001)를 기준으로 반대 방향으로 회전된 제2 그리드(1002)가 적층되기 때문에 그리드의 제1 그리드(1001) 및 제2 그리드(1002)는 비대칭 형상으로 적층되는 것이다.

상기와 같은 과정을 통해 생성된 그리드의 비대칭 형상에 따른 로렌츠력을 평가하기 위해서 도 10과 같이 그리드의 밑변 두께 t1, t2 및 두께 h를 고정하여 각도 Θ의 변화시켰다. 그 결과, [표 4]와 같이 그리드의 각도 Θ가 작을수록 로렌츠력은 크게 나타났고, 그리드의 각도 Θ가 클수록 로렌츠력은 작게 나타났다.

예를 들어, [표 4]에서 각도 Θ가 40˚에서 로렌츠력이 가장 크게 나타났고, 각도 Θ가 67˚에서 로렌츠력이 가장 작게 나타났다. 결론적으로, 각도 Θ증가하게 되면 비대칭성은 줄어들게 되고 [표 2]에서 보인 것과 같이 소호력은 감소되었다.

초기 설정 θ보다 더 작게 설계를 할 시 두께가 일정하지 않은 형상을 띄게 된다. 해석 결과 θ가 36˚ 일 경우 로렌츠력이 조금 향상 되었으나(92.2N), 이러한 형상은 설계 시 제작의 어려움이 있으며 아크 소호 과정에서 아크에 의한 열에 그리드가 휘게 되어 형상이 변하므로 초기 설정 값을 40˚가 적합하다.

도 11은 그리드의 비대칭 특성을 심층적으로 분석하기 위해 밑변 두께 비율(t1/t2)을 조정하여 진행하였다. t2의 길이가 줄어들 시 일정 길이 이하기 되어야 초기 형상 값보다 높은 로렌츠력을 확인할 수 있었고 t2의 값이 커지게 되면 로렌츠력이 향상 되는 것을 볼 수 있었다.

자속의 방향성에 의한 것으로 볼 수 있으며 소호능력은 t2가 가장 짧을 때가 뛰어나고 비율이 0.73일때 좋지 못할 것으로 판단된다. 또한 아크와 같은 플라즈마는 일정한 방향성을 갖지 않으므로 필수 부품들을 필요로 하게 된다.

이로 인해 아크가 상단으로 향하게 될 때 아크가 좌·우측으로 치우칠 우려가 있다. 그렇기 때문에 그리드는 교차로 적층해야할 것으로 판단되며 그리드를 교차 설계한 것이 소호능력을 높이는 것으로 확인하였다. 그리드는 전계를 통해 일정한 자계를 띄게 되며 비대칭성을 통해서 소호능력은 변화되는 것으로 확인할 수 있었고 설계 과정에 적용 가능할 것으로 보인다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

110: 전자 코일
111: 코어
111a: 고정 코어
111b: 이동 코어
112: 로드
120: 가동부
121: 주 접점
122: 아크 접점
123: 제1 주 단자
124: 제2 주 단자
130: 아크슈트
131: 블로아웃 코일
132: 아크 혼
133: 그리드

Claims (4)

1. 가동부의 고정 접점 및 가동 접점의 상태가 변경될 때 발생하는 아크에 의해 동작하여 자계를 형성하는 블로아웃 코일;
   소호실 내부에 특정 간격으로 적층되며 상기 아크를 냉각 및 확산시켜 소호하는 그리드; 및
   상기 블로아웃 코일에서 형성된 자계를 이용하여 상기 아크를 상기 그리드로 안내하는 아크 혼을 포함하고,
   상기 그리드는
   부채꼴 형상으로 구현되어 상기 아크와의 거리가 동일하게 유지되는 것을 특징으로 하는
   전자 접촉기의 아크슈트.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제

Images