KR101954915B1

KR101954915B1 - 3점절 아암 구동장치

Info

Publication number: KR101954915B1
Application number: KR1020180095389A
Authority: KR
Inventors: 최승현; 박진용
Original assignee: 주식회사 스위코
Priority date: 2018-08-16
Filing date: 2018-08-16
Publication date: 2019-03-08

Abstract

진공부하 개폐기의 전력 차단부를 구성하는 두 전극 사이의 전기적인 연결을 끊거나, 반대로 전력 공급을 위해 두 전극을 전기적으로 연결시키기 위해 구동되는 3점절 아암 구동장치가 개시된다. 본 발명에 따른 3점절 아암 구동장치는, 진공부하 개폐기 본체 외부의 조작핸들에 연결된 조작축 상에 일체 회전 가능하게 설치되는 구동캠과, 조작축 상에 회전 자유롭게 설치되고 탄성 매체를 통해 구동캠의 회전운동에 연동하여 제한된 각도 범위 내에서 회전운동을 하는 종동캠과, 일측의 출력단이 전극 구동축에 연동 가능하게 연결되며 제1 피봇점을 중심으로 피봇 작동되는 출력 레버와, 종동캠과 일체로 회전운동을 하는 출력 아암과 출력 레버 타측의 입력단 사이를 3절 링크구조로 연결하는 연결 링크부와, 종동캠의 회전에 따른 연결 링크부의 링크 운동을 견인하는 견인 레버와, 일 측면부에 직선상의 릴리즈 면과 종동캠에 의해 연결 링크부가 전극 투입 측으로 이동했을 때 걸림핀이 걸려 고정되는 걸림턱이 형성된 래치 및 조작축 상에 회전 자유롭게 설치되며 구동캠의 전극 개방 측 회전에 연동하여 걸림핀을 릴리즈시키는 방향으로 래치를 밀어내는 개방 레버를 포함하는 것을 구성의 요지로 한다.

Description

3점절 아암 구동장치{3-Position Arm device unit}

본 발명은 3점절 아암 구동장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 진공부하 개폐기의 전력 차단부를 구성하는 두 전극 사이의 전기적인 연결을 끊거나, 반대로 전력 공급을 위해 두 전극을 전기적으로 연결시키기 위해 구동되는 3점절 아암 구동장치에 관한 것이다.

고압 수용가 수배전반(수전설비)의 선로구분, 분기 및 변압기 1차측 등의 송배전 계통상 적합한 위치에 설치되어 광범위한 수용가에 전력을 공급, 및 중단하기 위하여 부하개폐기(LBS, Load Break Switch)가 널리 사용되고 있다. 부하개폐기는 전력계통의 원활한 운전 및 계통상태의 계측 및 감시, 그리고 이상 발생시 전력 공급을 신속히 차단하여 해당 구간의 전력계통을 보호한다.

부하개폐기는 대부분 두 개의 전극을 포함하는 전력 차단부를 개방 및 투입, 그리고 접지 등 3개의 위치로 구동시켜 전력 공급을 제어하도록 구성된다. 다양한 유형의 부하개폐기 중에서도 전극 개폐 시 발생하는 고온의 열기나 아크를 절연 가스로 소호(消弧)시키는 방식인 가스 절연 방식이 이미 잘 알려져 있다.

가스 절연 방식에 사용되는 절연 가스로는 SF6가 주로 사용된다. 절연 가스로 사용되는 SF6는 불연성이므로 화재로부터 안전하고, 옥내 및 옥외의 어느 장소에서도 사용 가능하며, 인체에 무해하다는 장점이 있다. 그러나 SF6와 같은 절연 가스는 대기 중에 누설되는 경우 이산화탄소보다 훨씬 높은 지구 온실 효과를 유발하여 대기 환경에 악영향을 미치는 문제가 있다.

이에 따라 전 세계적으로 SF6 가스의 사용을 규제하는 추세에 있으며, 이에 최근 전력기기의 시장 흐름이 SF6 가스를 사용하는 가스 절연 방식에서, 에폭시를 이용하여 절연시키고 전극 주변을 진공환경으로 유지시켜 전극 개폐 시 발생하는 고온의 열기나 아크를 진공 내에서 소호하는 진공부하(VI; Vacuum Interrupter) 방식으로 급격히 변화하는 추세에 있다.

진공부하 방식은 방식은 그 특성상 짧은 거리(150kV: 약 12mm)에서 절연을 유지하기 위하여 진공으로 내부가 이루어졌다. 진공부하 방식은 차단성능이 뛰어나고 짧은 거리에서 절연성능이 매우 우수한 장점이 있으나, 진공밸브 내부의 개극 거리(스트로크)가 너무 가까워 사용조건에 따라 절연 성능에 많은 변화가 발생한다.

진공부하 방식에서 두 전극 사이에 전류가 안정적으로 흐르게 하기 위해서는 두 전극 사이의 안정적인 접촉이 필요하다. 좀 더 구체적으로는, 두 전극 중 고정 전극에 대해 상대적인 움직임을 갖는 가동 전극을 상기 고정 전극 측으로 소정의 하중으로 밀고 있어야 두 전극이 안정적으로 접촉되고, 이로 인해 원하는 전기적 특성이 발휘될 수 있다.

종래 진공부하 방식의 개폐기 대부분은 링크방식의 개폐기 구동장치를 채택하고 있다. 링크방식의 개폐기 구동장치는, 본체 외부로 노출된 조작핸들을 투입(전극 접촉) 또는 개방(전극 분리) 측 작동에 연동하여 중간에 스프링을 포함하는 링크부가 가동 전극을 고정 전극 측에 밀착시켜 전력 공급을 허용하거나 반대로 두 전극을 분리시켜 전력 공급을 차단하도록 구성된다.

링크방식의 개폐기 구동장치에 적용되는 스프링은, 두 전극이 서로 접촉될 때 그 접촉 상태가 더욱 안정적으로 유지되도록 두 전극을 더욱 밀착시키는 방향으로 탄성 가압하고, 반대로 전극이 분리될 때 하나의 전극(고정 전극)에 대해 다른 전극(가동 전극)을 신속하게 이격시키는 방향으로 복원력을 제공하여 아크가 발생하지 않도록 방지하는 역할을 한다.

그러나 종래 링크방식의 개폐기 구동장치에서는 개폐 구동장치를 투입(전극 접촉) 측으로 작동시킬 때, 두 전극 맞닿는 순간 가동 전극이 고정 전극으로부터 이격되려는 방향으로 작용하는 힘에 의한 반동이나 외부 충격 등에 의하여 투입 완료 상태로 멈추어 있지 못하고 다시 개방(전극 분리) 측으로 작동되어 전력 공급을 허용하지 못하는 문제가 있다.

한국등록특허 제10-0319407호(등록일 2001. 12. 18.) 한국등록특허 제10-1271146호(등록일 2013. 05. 29.) 한국등록특허 제10-1857143호(공고일 2018.05.04.)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 3절 링크구조로서 진공부하 개폐기의 전력 차단부 주요 구성인 진공밸브를 누르는 힘(가동 전극이 고정 전극을 누르는 힘)을 분산시켜 안정적인 전극 간 접촉을 구현할 수 있는 3점절 아암 구동장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 래치(Latch)를 적용하여 투입(전극 접촉) 완료 시 3절 링크부가 진공밸브의 투입 완료 상태를 안정적으로 유지할 수 있고, 개방(전극 분리) 동작 시 래치에 의한 3절 링크부의 구속을 자연스럽게 해제하는 등 안정적인 개폐 성능을 발휘할 수 있는 3점절 아암 구동장치를 제공하고자 하는 것이다.

과제의 해결 수단으로서 본 발명의 실시 예에 따르면,

진공부하 개폐기 본체 외부의 조작핸들에 연결된 조작축 상에 일체 회전 가능하게 설치되는 구동캠;

상기 조작축 상에 회전 자유롭게 설치되고, 탄성 매체를 통해 상기 구동캠의 회전운동에 연동하여 제한된 각도 범위 내에서 회전운동을 하는 종동캠;

일측의 출력단이 전극 구동축에 연동 가능하게 연결되며, 제1 피봇점을 중심으로 피봇 작동되는 출력 레버;

상호 굴절 가능하게 연결되는 중간 레버와 연결 아암으로 구성되며, 상기 종동캠과 일체로 회전운동을 하는 출력 아암과 상기 출력 레버 타측의 입력단 사이를 3절 링크구조로 연결하는 연결 링크부;

일측이 상기 제1 피봇점으로부터 이격된 제2 피봇점에 연결되고 타측은 상기 중간 레버의 중앙 절곡부에 걸림핀을 통해 힌지 구조로 연결되어 종동캠의 회전에 따른 상기 연결 링크부의 링크 운동을 견인하는 견인 레버;

상기 제1 피봇점과 제2 피봇점 사이의 제3 피봇점을 중심으로 피봇 작동되며, 일 측면부에 직선상의 릴리즈 면과 상기 종동캠에 의해 연결 링크부가 전극 투입 측으로 이동했을 때 상기 걸림핀이 걸려 고정되는 걸림턱이 형성된 래치; 및

상기 조작축 상에 회전 자유롭게 설치되며, 상기 구동캠의 전극 개방 측 회전에 연동하여 상기 걸림핀을 릴리즈시키는 방향으로 래치를 밀어내 상기 연결 링크부가 전극을 개방시키는 쪽으로 움직일 수 있도록 하는 개방 레버;를 포함하는 3점절 아암 구동장치를 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따른 개폐 구동장치는 또한, 상기 조작축의 정/역 회전에 따른 구동캠의 시계/반시계 방향 회전운동을 정해진 각도 범위로 제한하는 스토퍼를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 적용된 상기 탄성 매체는 상기 구동캠의 회전에 따라 일측 고정점을 중심으로 피봇 운동과 함께 압축 및 복원되는 축방향 탄성운동을 하면서 상기 종동캠을 시계 또는 반시계 방향으로 회전시키는 구성일 수 있다.

여기서, 상기 탄성 매체는 신축 가능한 스프링 가이드와 스프링 가이드를 에워싸는 압축 코일 스프링으로 구성되며, 상기 고정점의 스프링 받침 지지대에 상기 스프링 가이드의 일측 단부가 피봇 가능하게 접속되어 지지되고, 상기 조작축 상에 회전 자유롭게 설치되는 스프링 받침 힌지에 타측 단부가 굴절 가능하게 연결되는 구성일 수 있다.

본 발명의 실시 예는 또한, 상기 제3 피봇점을 기준으로 릴리즈 면 반대쪽에 형성된 스프링 연결구에 일단이 연결되고, 상기 걸림핀을 걸림턱에 구속시키는 방향으로 상기 래치에 탄성을 부여하는 래치 스프링을 더 포함할 수 있다.

또한 상기 개방 레버는, 상기 래치의 릴리즈 면을 따라 상대운동을 하는 작동단과, 상기 구동캠이 전극 투입 위치에서 개방 위치로 회전할 때 상기 구동캠 일측의 개방핀을 통해 구동캠으로부터 회전력을 입력 받는 입력단과, 상기 구동캠의 회전에 따라 래치를 밀어내는 방향으로 회전된 개방 레버를 초기 위치로 리턴시키는 리턴 스프링 연결을 위한 스프링 연결단을 포함하는 구성일 수 있다.

여기서, 상기 작동단에는 래치의 릴리즈 면을 따라 구름운동을 하는 로울러가 설치될 수 있다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 조작핸들을 전극 투입 측으로 전환시키면, 구동캠에 연동되는 탄성 매체의 작동으로 종동캠 및 출력 아암이 전극 투입 방향으로 회전하고, 상기 출력 아암의 전극 투입 방향 회전에 따라 상기 연결 링크부가 전극을 투입시키는 쪽으로 링크 운동을 하며, 상기 연결 링크부에 의해 전극 투입이 완료되는 순간 상기 걸림핀이 래치의 걸림턱에 걸려 연결 링크부의 움직임이 구속될 수 있다.

반대로, 전극 투입 측에 위치하던 상기 조작핸들을 전극 개방 측으로 전환시키면, 구동캠에 의해 개방 레버가 상기 걸림핀을 릴리즈시키는 방향으로 래치를 밀어내 연결 링크부의 구속이 풀리고, 상기 구동캠에 연동되는 탄성 매체의 작동으로 종동캠 및 출력 아암이 전극 개방 측으로 회전하며, 상기 출력 아암의 전극 개방 측 회전에 따라 상기 연결 링크부가 전극을 개방시키는 쪽으로 링크 운동을 함으로써 개폐기가 개방되고 전원 공급이 차단된다.

본 발명의 실시 예에 따른 3점절 아암 구동장치에 의하면, 3절 링크구조로서 진공부하 개폐기의 전력 차단부 주요 구성인 진공밸브를 누르는 힘(가동 전극이 고정 전극을 누르는 힘)을 분산시켜 안정적인 전극 간 접촉을 구현할 수 있어 접촉 불량 및 그에 따른 아크 발생, 아크에 의한 전극 간 고착 등을 방지할 수 있다.

특히, 투입(전극 접촉) 완료 시 3절 링크부(3절 링크구조의 연결 링크부)가 래치(Latch)에 구속되어 두 전극 맞닿는 순간 반동이나 외부 충격 등에도 진공밸브의 투입 완료 상태가 안정적으로 유지될 수 있으며, 반대로 개방(전극 분리) 동작 시 개방 레버의 동작에 따라 3절 링크부가 래치로부터 자연스럽게 릴리즈되는 등 안정적인 개폐 성능이 발휘될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 개폐 구동장치의 정면 구성도.
도 2는 도 1에 도시된 개폐 구동장치의 측면 구성도.
도 3은 도 1에서 탄성 매체를 종동캠을 회전시키는 탄성 매체를 생략 도시한 개폐 구동장치의 정면 구성도.
도 4는 구동캠과 종동캠, 그리고 탄성 매체 사이의 연결 및 작동 관계를 설명하기 위한 도면.
도 5는 종동캠과 연결 링크부, 그리고 출력 레버 사이의 연결 및 작동 관계를 설명하기 위한 도면.
도 6은 연결 링크부와 래치, 그리고 개방 레버 사이의 연결 및 작동 관계를 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명 실시 예에 따른 개폐 구동장치의 구성 요소 간 연결 및 작동 상태를 종합적으로 도시한 본 발명의 작동 상태도.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.

이하 본 발명을 설명함에 있어 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.

본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

더하여, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일도면 참조부호를 부여하기로 하며 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하 본 발명을 설명함에 있어 사용되는 용어 중 '개폐'는 전력 공급을 차단하기 위해 두 전극 사이의 전기적인 연결을 끊거나, 반대로 전력 공급을 위해 두 전극을 전기적으로 연결시켜 통전 가능한 상태가 되도록 하는 것을 말하며, '개방'은 두 전극 사이의 전기적인 연결을 끊는 동작을 의미하며, '투입'은 두 전극을 전기적으로 연결시키는 동작을 의미하는 것으로 사용된다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 개폐 구동장치의 정면도이며, 도 2는 도 1에 도시된 개폐 구동장치의 측면 구성도이다. 그리고 도 3은 도 1에서 탄성 매체를 종동캠을 회전시키는 탄성 매체를 생략 도시한 개폐 구동장치의 정면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 3점절 아암 구동장치(1)는, 하나의 조작축(10) 상에 설치되는 구동캠(20)과 종동캠(40), 그리고 개방 레버(90)를 포함한다. 또한 전극 구동축(100)을 회전시키는 출력 레버(50) 및 종동캠(40)과 상기 출력 레버(50) 사이를 연동 가능하게 연결하는 3절 링크구조의 연결 링크부(60) 및 래치(80), 그리고 구동캠(20)과 종동캠(40) 사이의 탄성 매체(30)를 포함한다.

조작축(10)은 진공부하 개폐기 본체 외부의 조작핸들에 연결되어 조작핸들의 개폐 조작에 따라 시계/반시계 방향으로 회전운동을 하며, 상기 구동캠(20)이 조작축(10)의 회전운동과 일체 회전 가능하도록 상기 조작축(10)에 설치된다. 구동캠(20)은 상기 조작축(10)에 의해 시계 또는 반시계 방향으로 회전운동을 하면서 상기 탄성 매체(30)를 작동시켜 종동캠(40)을 같은 방향으로 회전시킨다.

종동캠(40)은 구동캠(20)과 함께 조작축(10) 상에 설치되되, 조작축(10)과 일체 회전 운동을 하는 상기 구동축과는 달리 조작축(10)의 회전운동에 영향을 받지 않는 구조, 즉 조작축(10)에 회전 자유롭게 설치된다. 종동캠(40)은 구동캠(20)에 의해 정해진 고정점(F)을 기준으로 마치 커넥팅 로드와 같은 움직임을 갖는 탄성 매체(30)를 통해 구동캠(20)의 회전에 연동하여 제한된 각도 범위 내에서 회전을 한다.

조작축(10)의 회전운동에 구속을 받지 않는 상기 종동캠(40)의 조작축(10) 상에서의 시계/반시계 방향 회전운동은 스토퍼(S)에 의해 제한된다. 스토퍼(S)는 도 1 내지 도 2와 같이, 개폐 구동장치가 진공밸브의 전극을 개방(전극 분리)시키는 작동 상태에서 상기 종동캠(40)의 일측 캠면의 가장자리가 접하는 위치에 설치되어 종동캠(40)의 회전을 정해진 각도 범위로 제한한다.

종동캠(40)은 상기 연결 링크부(60)를 통해 출력 레버(50)에 다관절 링크구조로 연동 가능하게 연결된다. 출력 레버(50)는 일측의 출력단(54)가 전극 구동축(100)에 연동 가능하게 연결되고 제1 피봇점(P1)을 중심으로 피봇 작동 가능하게 구비된다. 출력 레버(50)의 상기 출력단(54)가 연결되는 전극 구동축(100)은 진공부하 개폐기의 전력 차단부 주요 구성인 진공밸브(도시 생략)를 작동시킨다.

전극 구동축(100)은 밀폐된 진공환경으로 유지되는 상기 진공밸브 내 두 전극 중 상대적인 움직임을 갖는 가동 전극을 승강시킬 수 있도록 가동 전극과 연결된다. 전극 구동축(100)과 가동 전극 사이의 연결 및 작동 구조는 동일 출원인에 의해 기 출원된 선행특허(한국등록특허 제10-1857143호)를 통해 공지된 기술이므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.

전극 구동축(100)과 연결된 상기 출력 레버(50)와 종동캠(40)을 연동 가능하게 연결하는 상기 연결 링크부(60)는, 상호 굴절 가능하게 연결되는 중간 레버(62)와 연결 아암(64)으로 구성되며, 상기 종동캠(40)과 일체로 회전운동을 하는 출력 아암(42)과 상기 출력 레버(50) 타측의 입력단(94)(52) 사이를 도면의 예시와 같이 3절 링크구조로 연결하는 구성을 가진다.

연결 링크부(60)를 구성하는 상기 중간 레버(62)의 중앙 절곡부에는 견인 레버(70)가 연결된다. 견인 레버(70)는 상기 종동캠(40)의 회전에 따른 상기 연결 링크부(60)의 링크 운동을 견인하는 역할을 하며, 일측이 상기 제1 피봇점(P1)으로부터 이격된 제2 피봇점(P2)에 연결되고 타측은 중간 레버(62)의 상기 중앙 절곡부에 걸림핀(72)을 통해 힌지 구조로 연결된다.

연결 링크부(60)의 움직임은 본 발명의 실시 예에 따른 개폐 구동장치가 특정 방향으로 작동된 때 래치(80)에 의해 억제된다. 특정 방향은 진공밸브의 상기 두 전극을 상호 접촉시키는 투입 방향이며, 투입(전극 접촉)이 완료된 시점에 연결 링크부(60)의 움직임을 래치(80)가 구속함으로써 두 전극 맞닿는 순간 반동이나 외부 충격에도 진공밸브의 투입 완료 상태는 안정적으로 유지된다.

래치(80)는 상기 제1 피봇점(P1)과 제2 피봇점(P2) 사이의 제3 피봇점을 중심으로 피봇 작동할 수 있도록 구비된다. 래치(80)의 일 측면부, 좀 더 구체적으로는 도면의 예시와 같이 종동캠(40)과 대면하는 측면부에는 직선상의 릴리즈 면(82)과, 연결 링크부(60)가 전극 투입 측으로 이동했을 때 상기 걸림핀(72)이 걸려 연결 링크부(60)가 임의로 움직이지 않도록 구속하는 걸림턱(84)이 형성된다.

전극 투입 완료 후 래치(80)에 의해 움직임이 구속된 연결 링크부(60)는 상기 구동캠(20)의 개방(전극 분리) 측 회전에 연동한 상기 개방 레버(90)의 동작에 의해 릴리즈된다. 개방 레버(90)는 종동캠(40)을 사이에 두고 구동캠(20) 후방의 상기 조작축(10) 상에 회전 자유롭게 설치되며, 상기 구동캠(20)의 전극 개방 측 회전에 연동하여 걸림핀(72)을 릴리즈시키는 방향으로 래치(80)를 밀어낸다.

구동캠(20)의 전극 개방 측 회전에 연동하여 걸림핀(72)을 릴리즈시키는 방향으로 개방 레버(90)가 회전하면, 개방 레버(90)의 회전중심(조작축(10))으로부터 반경 방향으로 연장되고 상기 래치(80)의 릴리즈 면(82)과 접하도록 구성된 작동단(92)에 의해 래치(80)가 걸림핀(72)을 릴리즈시키는 방향으로 밀려나, 결국 연결 링크부(60)는 전극을 개방시키는 쪽으로 움직일 수 있게 된다.

개방 레버(90)는 바람직하게, 상기 래치(80)의 릴리즈 면(82)을 따라 상대운동을 하는 작동단(92)과, 상기 구동캠(20)이 전극 투입 위치에서 개방 위치로 회전할 때 상기 구동캠(20) 일측의 개방핀(22)을 통해 구동캠(20)으로부터 회전력을 입력 받는 입력단(94)과, 스프링 연결단(96)을 포함한다. 이때 스프링 연결단(96)에는 래치(80)를 밀어내는 방향으로 회전된 개방 레버(90)를 초기 위치로 리턴시키는 리턴 스프링(98)이 연결된다.

본 발명의 실시 예에 따른 3점절 아암 구동장치의 구성을 구성요소 별로 좀 더 구체적으로 살펴보기로 한다.

구동캠-종동캠-탄성 매체

도 4는 구동캠과 종동캠, 그리고 탄성 매체 사이의 연결 및 작동 관계를 설명하기 위한 도면이다.

도 4 및 앞선 도 2를 함께 참조하면, 구동캠(20)은 조작축(10)에 일체 회전 가능하게 배치되어 조작축(10)의 회전력을 직접 입력 받아 회전운동을 한다. 그리고 탄성 매체(30)는 상기 구동캠(20)의 회전에 따라 일측 고정점(F)을 중심으로 피봇 운동과 함께 압축 및 복원되는 축방향 탄성운동을 하면서 조작축(10)에 대해 회전 자유로운 종동캠(40)을 시계 또는 반시계 방향으로 회전시킨다.

탄성 매체(30)는 신축 가능한 스프링 가이드(32)와 스프링 가이드(32)를 에워싸는 압축 코일 스프링(34)으로 구성되며, 상기 고정점(F)의 스프링 받침 지지대에 상기 스프링 가이드(32)의 일측 단부가 피봇 가능하게 접속되어 지지되고, 상기 조작축(10) 상에 회전 자유롭게 설치되는 스프링 받침 힌지(36)에 타측 단부가 굴절 가능하게 연결된다.

구동캠(20)과 종동캠(40) 각각에는 상기 스프링 받침 힌지(36)와 스프링 가이드(32)의 타측 단부를 굴절 가능하게 연결하는 작동핀(38)의 외면부 일부가 접하는 한 쌍의 캠면(C1, C2)(C3, C4) 대향되는 구조로 형성되고, 탄성 매체(30)는 상기 고정점(F)을 기준으로 상기 스프링 받침 힌지(36)와 함께 상기 종동캠(40)에 대하여 마치 차량 엔진의 커넥팅 로드와 크랭크 축의 조합과 같이 움직인다

도 4의 (a)와 같은 개방 상태에서, 작동핀(38)의 일측 외면 일부와 타측 외면 일부는 구동캠(20)과 종동캠(40)의 일측 캠면(C1, C2)에 접한 상태로 유지되며, 구동캠(20)은 앞서도 언급했듯이 본체 외부의 조작핸들에 의해 시계/반시계 방향으로 회전운동을 하는 상기 조작축(10) 상에 이 조작축(10)과 일체 회전 가능하게 배치되어 조작축(10)의 회전력을 직접 입력 받도록 구성된다

이와 같은 구성에 따라, 개방 위치에 있던 개폐 구동장치를 투입 위치로 전환시키기 위해 조작핸들을 통해 조작축(10)을 전극을 접촉시키는 투입 방향(도면상 시계 방향)으로 회전시키면, 탄성 매체(30)를 밀면서 구동캠(20)이 같은 방향(시계 방향)으로 회전을 하게 되며, 탄성 매체(30)는 도 4의 (b)와 같이 사점까지 탄성 압축된다(파선으로 도시된 부분 참조).

구동캠(20)의 계속된 미는 힘에 의해 사점을 지나는 순간 탄성 매체(30)는 자체 복원력에 의해 순간 신장되면서 종동캠(40)의 반대쪽 캠면(C4)에 접하면서 종동캠(40)에 회전토크를 발생시키며, 따라서 종동캠(40)도 조작축(10) 상에서 투입 방향(도면상 시계 방향)으로 회전운동을 하고, 그 회전력은 결국 출력 아암(42)을 통해 연결 링크부(60)를 작동시키는 힘으로 출력된다.

탄성 매체(30)에 의한 종동캠(40)의 투입 방향 회전은 탄성 매체(30)의 상기 작동핀 반대편에 위치하는 스토퍼(S)에 의해 일정 각도로 제한되며, 투입 방향에서 다시 전극을 분리시켜 전원 공급을 차단하는 개방 방향(도면상 반시계 방향)으로의 조작 및 그에 따른 구동캠(20)과 종동캠(40), 그리고 탄성 매체(30)의 동작은 상기 투입 방향의 동작과 회전 방향만 반대일 뿐 원리는 동일하다.

종동캠-연결 링크부-출력 레버

도 5는 종동캠과 연결 링크부, 그리고 출력 레버 사이의 연결 및 작동 관계를 설명하기 위한 도면이다.

도 5 및 앞서 첨부된 도 2를 함께 참조하면, 종동캠(40)은 상기 연결 링크부(60)를 통해 출력 레버(50)에 다관절 링크구조로 연동 가능하게 연결된다. 출력 레버(50)는 일측의 출력단(54)가 전극 구동축(100)에 연동 가능하게 연결되고 제1 피봇점(P1)을 중심으로 피봇 작동 가능하게 구비된다. 출력 레버(50)의 출력단(54)가 연결되는 전극 구동축(100)은 진공부하 개폐기의 전력 차단부 주요 구성인 진공밸브를 작동시킨다.

도시하지는 않았으나, 전극 구동축(100)은 밀폐된 진공환경으로 유지되는 상기 진공밸브 내 두 전극 중 상대적인 움직임을 갖는 가동 전극을 승강시킬 수 있도록 가동 전극과 연결되며, 연결 링크부(60)는, 상호 굴절 가능하게 연결되는 중간 레버(62)와 연결 아암(64)으로 구성되며, 종동캠(40)과 일체로 회전운동을 하는 출력 아암(42)과 출력 레버(50) 타측의 입력단(94)(52) 사이를 3절 링크구조로 연결한다.

연결 링크부(60)를 구성하는 상기 중간 레버(62)의 중앙 절곡부에는 견인 레버(70)가 연결되되, 견인 레버(70)는 상기 종동캠(40)의 회전에 따른 상기 연결 링크부(60)의 링크 운동을 견인하는 역할을 한다. 견인 레버(70)의 일측은 상기 제1 피봇점(P1)으로부터 이격된 제2 피봇점(P2)에 피봇 가능하게 연결되고 타측은 중간 레버(62)의 상기 중앙 절곡부에 걸림핀(72)을 통해 힌지 구조로 연결된다.

이와 같은 구성에 따라, 도 5의 (a)와 같은 개방 상태에서, 전술한 도 4의 (b)와 같이 종동캠(40)이 투입 방향(도면상 시계 방향)으로 회전하면, 도 5의 (b)와 같이 연결 링크부(60)가 전극을 투입시키는 쪽으로 링크 운동을 하며(도면의 화살표 방향 참조), 이에 따라 출력 레버(50)가 전극 구동축(100)을 전극 투입 방향으로 회전시켜 진공밸브 내 전극 간 전기적인 접속이 구현된다.

종동캠(40)의 회전에 따른 연결 링크부(60)의 링크 운동은 상기 견인 레버(70)를 통해 흔들림 없이 안정적으로 이루어지며, 투입 방향에서 다시 전극을 분리시켜 전원 공급을 차단하는 개방 방향(도면상 반시계 방향)으로의 조작 및 그에 따른 종동캠(40)과 연결 링크부(60), 그리고 출력 레버(50)의 동작은 상기 투입 방향의 동작과 회전 및 작동 방향만 반대일 뿐 원리는 동일하다.

연결 링크부-래치-개방 레버

도 6은 연결 링크부와 래치, 그리고 개방 레버 사이의 연결 및 작동 관계를 설명하기 위한 도면이다.

도 6 및 앞서 첨부된 도 2를 함께 참조하면, 래치(80)는 제3 피봇점을 중심으로 피봇 작동할 수 있도록 구비된다. 래치(80)의 일 측면부, 좀 더 구체적으로는 도면의 예시와 같이 종동캠(40)과 대면하는 측면부에는 직선상의 릴리즈 면(82)과, 연결 링크부(60)가 전극 투입 측으로 이동했을 때 상기 걸림핀(72)이 걸려 연결 링크부(60)가 임의로 움직이지 않도록 구속하는 걸림턱(84)이 형성된다.

래치(80)는 제3 피봇점을 기준으로 릴리즈 면(82) 타측에 형성된 스프링 연결구(86)에 일단이 연결되고 타단은 개폐 구동장치의 측면 브라켓(110)의 지정된 위치에 연결되는 래치 스프링(88)에 의해 상기 걸림턱(84)에 걸린 걸림핀(72), 나아가서는 연결 링크부(60)를 구속하는 방향으로 탄성을 부여 받는다. 즉 래치 스프링(88)은 상기 걸림핀(72)을 걸림턱(84)에 구속시키는 방향으로 래치(80)에 탄성을 부여한다.

래치(80)에 의해 움직임이 구속된 연결 링크부(60)는 상기 구동캠(20)의 개방(전극 분리) 측 회전에 연동한 상기 개방 레버(90)의 동작에 의해 릴리즈된다. 개방 레버(90)는 종동캠(40)을 사이에 두고 구동캠(20) 후방의 상기 조작축(10) 상에 회전 자유롭게 설치되며, 상기 구동캠(20)의 전극 개방 측 회전에 연동하여 걸림핀(72)을 릴리즈시키는 방향으로 래치(80)를 밀어낼 수 있도록 구성된다.

개방 레버(90)는 래치(80)의 릴리즈 면(82)을 따라 상대운동을 하는 작동단(92)과, 상기 구동캠(20)이 전극 투입 위치에서 개방 위치로 회전할 때 상기 구동캠(20) 일측의 개방핀(22)을 통해 구동캠(20)으로부터 회전력을 입력 받는 입력단(94), 그리고 스프링 연결단(96)을 포함한다. 이때 스프링 연결단(96)에는 래치(80)를 밀어내는 방향으로 회전된 개방 레버(90)를 초기 위치로 리턴시키는 리턴 스프링(98)이 연결된다.

도면부호 93은 작동단(92)과 상기 래치(80)의 릴리즈 면(82) 사이에서 상기 작동단(92)이 릴리즈 면(82)을 따라 원활하게 이동될 수 있도록 구름운동을 하는 로울러를 가리킨다. 로울러(93)는 상기 작동단(92)의 선단에 회전 가능하게 설치되되, 도면의 예시와 같이 외면 일부가 상기 작동단(92)의 선단부보다 바깥쪽으로 노출되어 상기 릴리즈 면(82)과 접하는 구성이기만 하면 된다.

구동캠(20)의 일부는 도면의 예시와 같이, 종동캠(40)의 최외면보다 조작축(10)을 기준으로 반경방향으로 더 돌출되는 구성일 수 있으며, 이때 종동캠(40)의 최외면보다 바깥쪽으로 더 돌출된 구동캠(20)의 일측 모서리에는 투입 위치에 있던 구동캠(20)이 다시 개방 위치로 회전할 때 상기 개방 레버(90)의 입력단(94)에 회전력을 전달하는 상기 개방핀(22)이 설치된다.

이와 같은 구성에 따라, 도 6의 (a)와 같은 개방 상태에서, 전술한 도 4의 (b)와 같이 종동캠(40)이 투입 방향(도면상 시계 방향)으로 회전하면, 전술한 도 5의 (b)와 같이 연결 링크부(60)가 전극을 투입시키는 쪽으로 링크 운동을 하고, 연결 링크부(60)가 투입 완료 위치에 도달하는 순간 도 6의 (b)와 같이, 걸림핀(72)이 래치(80)의 걸림턱(84)에 걸려 링크 연결부의 움직임이 구속된다.

반대로, 도 6의 (b)와 같은 투입 상태에서, 조작축(10)을 통해 구동캠(20)을 다시 전극 개방 측으로 회전(도면상 반시계 방향)시키면, 전술한 도 4와 같이 구동캠(20)에 의해 탄성 매체(30)가 작동하면서 사점 위치까지는 탄성 압축되며, 탄성 매체(30)가 사점에 도달하는 순간 상기 구동캠(20)의 개방핀(22)이 개방 레버(90)의 입력단(94)과 기구적으로 접하게 됨으로써, 이 시점부터 개방 레버(90)가 회전을 한다.

개방 레버(90)가 회전(도면상 반시계 방향 회전)하면, 상기 래치(80)의 릴리즈 면(82)에 기구적으로 접하는 개방 레버(90)의 작동단(92) 선단의 로울러(93)에 의해 래치(80)가 걸림핀(72)을 릴리즈시키는 방향으로 밀려나고 따라서 연결 링크부(60)의 구속상태가 풀리게 된다(도 6의 (a)와 같은 상태). 이에 따라 종동캠(40)의 회전에 따라 연결 링크부(60)는 전극을 개방시키는 쪽으로 움직일 수 있게 된다.

도 7은 앞서 살펴본 본 발명 실시 예에 따른 개폐 구동장치의 구성 요소 간 연결 및 작동 상태(도 4 내지 도 6 참조)를 종합적으로 도시한 본 발명의 작동 상태도로서, 도 7의 (a)는 개방 상태를 도시한 작동 상태도이며, 도 7의 (b)는 투입 상태를 도시한 작동 상태도이다.

도 7의 (a)와 같은 개방 상태에서, 조작핸들을 전극 투입 측으로 전환시키면, 구동캠(20)에 연동된 탄성 매체(30)의 작동으로 종동캠(40)과 출력 아암(42)이 조작축(10)을 중심으로 전극 투입 방향(도면상 반시계 방향)으로 회전하고, 상기 출력 아암(42)의 전극 투입 방향 회전에 따라 상기 연결 링크부(60)가 전극을 투입시키는 쪽으로 링크 운동을 한다(도 5의 (b) 참조).

연결 링크부(60)의 링크 운동에 따라 전극 투입이 완료되는 순간 상기 걸림핀(72)이 래치(80)의 걸림턱(84)에 걸려 연결 링크부(60)의 움직임이 구속된다(도 7의 (b) 및 앞선 도 6의 (a) 참조). 즉 투입(전극 접촉)이 완료된 시점에 연결 링크부(60)의 움직임을 래치(80)가 구속함으로써 두 전극 맞닿는 순간 반동이나 외부 충격에도 진공밸브의 투입 완료 상태가 안정적으로 유지되고 전원이 2차 측에 공급된다.

반대로, 도 7의 (b)와 같은 투입 상태에서 조작핸들을 전극 개방 측으로 전환시키면, 구동캠(20)에 의해 개방 레버(90)가 상기 걸림핀(72)을 릴리즈시키는 방향으로 래치(80)를 밀어내 연결 링크부(60)의 구속이 풀리고(도 6의 (b) 참조), 종동캠(40) 및 출력 아암(42)이 전극 개방 측으로 회전한다. 이에 따라 연결 링크부(60)가 전극을 개방시키는 쪽으로 링크 운동을 하며, 결국 개폐기가 개방되고 전원 공급이 차단된다.

이상의 본 발명의 실시 예에 따른 3점절 아암 구동장치에 의하면, 3절 링크구조로서 진공부하 개폐기의 전력 차단부 주요 구성인 진공밸브를 누르는 힘(가동 전극이 고정 전극을 누르는 힘)을 분산시켜 안정적인 전극 간 접촉을 구현할 수 있어 접촉 불량 및 그에 따른 아크 발생, 아크에 의한 전극 간 고착 등을 방지할 수 있다.

이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

1 : 개폐 구동장치 10 : 조작축
20 : 구동캠 22 : 개방핀
30 : 탄성 매체 32 : 스프링 가이드
34 : 압축 코일 스프링 36 : 받침 힌지
40 : 종동캠 42 : 출력 아암
50 : 출력 레버 52 : 입력단
54 : 출력단 60 : 연결 링크부
62 : 중간 레버 64 : 연결 아암
70 : 견인 레버 72 : 걸림핀
80 : 래치 82 : 릴리즈 면
84 : 걸림턱 86 : 스프링 연결구
88 : 래치 스프링 90 : 개방 레버
92 : 작동단 93 : 로울러
94 : 입력단 96 : 스프링 연결단
98 : 리턴 스프링 P1, P2, P3 : 피봇점
S : 스토퍼

Claims

진공부하 개폐기 본체 외부의 조작핸들에 연결된 조작축(10) 상에 일체 회전 가능하게 설치되는 구동캠(20);
상기 조작축(10) 상에 회전 자유롭게 설치되고, 탄성 매체(30)를 통해 상기 구동캠(20)의 회전운동에 연동하여 제한된 각도 범위 내에서 회전운동을 하는 종동캠(40);
일측의 출력단(54)가 전극 구동축(100)에 연동 가능하게 연결되며, 제1 피봇점(P1)을 중심으로 피봇 작동되는 출력 레버(50);
상호 굴절 가능하게 연결되는 중간 레버(62)와 연결 아암(64)으로 구성되며, 상기 종동캠(40)과 일체로 회전운동을 하는 출력 아암(42)과 상기 출력 레버(50) 타측의 입력단(94)(52) 사이를 3절 링크구조로 연결하는 연결 링크부(60);
일측이 상기 제1 피봇점(P1)으로부터 이격된 제2 피봇점(P2)에 연결되고 타측은 상기 중간 레버(62)의 중앙 절곡부에 걸림핀(72)을 통해 힌지 구조로 연결되어 종동캠(40)의 회전에 따른 상기 연결 링크부(60)의 링크 운동을 견인하는 견인 레버(70);
상기 제1 피봇점(P1)과 제2 피봇점(P2) 사이의 제3 피봇점을 중심으로 피봇 작동되며, 일 측면부에 직선상의 릴리즈 면(82)과 상기 종동캠(40)에 의해 연결 링크부(60)가 전극 투입 측으로 이동했을 때 상기 걸림핀(72)이 걸려 고정되는 걸림턱(84)이 형성된 래치(80); 및
상기 조작축(10) 상에 회전 자유롭게 설치되며, 상기 구동캠(20)의 전극 개방 측 회전에 연동하여 상기 걸림핀(72)을 릴리즈시키는 방향으로 래치(80)를 밀어내 상기 연결 링크부(60)가 전극을 개방시키는 쪽으로 움직일 수 있도록 하는 개방 레버(90);를 포함하며,
상기 개방 레버(90)는, 상기 래치(80)의 릴리즈 면(82)을 따라 상대운동을 하는 작동단(92)과, 상기 구동캠(20)이 전극 투입 위치에서 개방 위치로 회전할 때 상기 구동캠(20) 일측의 개방핀(22)을 통해 구동캠(20)으로부터 회전력이 입력되는 입력단(94)과, 상기 구동캠(20)의 회전에 따라 래치(80)를 밀어내는 방향으로 회전된 개방 레버(90)를 초기 위치로 리턴시키는 리턴 스프링(98)이 연결되는 스프링 연결단(96)을 포함하는 것을 특징으로 하는 3점절 아암 구동장치.
제 1 항에 있어서,
상기 조작축(10)의 정/역 회전에 따른 구동캠(20) 및 종동캠(40)의 시계/반시계 방향 회전운동을 정해진 각도 범위로 제한하는 스토퍼(S);를 더 포함하는 3점절 아암 구동장치.
제 1 항에 있어서,
상기 탄성 매체(30)는 상기 구동캠(20)의 회전에 따라 일측 고정점(F)을 중심으로 피봇 운동과 함께 압축 및 복원되는 축방향 탄성운동을 하면서 상기 종동캠(40)을 시계 또는 반시계 방향으로 회전시키는 것을 특징으로 하는 3점절 아암 구동장치.
제 3 항에 있어서,
상기 탄성 매체(30)는 신축 가능한 스프링 가이드(32)와 스프링 가이드(32)를 에워싸는 압축 코일 스프링(34)으로 구성되며,
상기 고정점(F)의 스프링 받침 지지대에 상기 스프링 가이드(32)의 일측 단부가 피봇 가능하게 접속되어 지지되고, 상기 조작축(10) 상에 회전 자유롭게 설치되는 스프링 받침 힌지(36)에 타측 단부가 굴절 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 3점절 아암 구동장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제3 피봇점을 기준으로 릴리즈 면(82) 반대쪽에 형성된 스프링 연결구(86)에 일단이 연결되고, 상기 걸림핀(72)을 걸림턱(84)에 구속시키는 방향으로 상기 래치(80)에 탄성을 부여하는 래치 스프링(88);을 더 포함하는 3점절 아암 구동장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 작동단(92)에는 래치(80)의 릴리즈 면(82)을 따라 구름운동을 하는 로울러(93)가 설치되는 것을 특징으로 하는 3점절 아암 구동장치.
제 1 항에 있어서,
상기 조작핸들을 전극 투입 측으로 전환시키면, 구동캠(20)에 연동되는 탄성 매체(30)의 작동으로 종동캠(40) 및 출력 아암(42)이 전극 투입 방향으로 회전하고,
상기 출력 아암(42)의 전극 투입 방향 회전에 따라 상기 연결 링크부(60)가 전극을 투입시키는 쪽으로 링크 운동을 하며,
상기 연결 링크부(60)에 의해 전극 투입이 완료되는 순간 상기 걸림핀(72)이 래치(80)의 걸림턱(84)에 걸려 연결 링크부(60)의 움직임이 구속되는 것을 특징으로 하는 3점절 아암 구동장치.
제 8 항에 있어서,
전극 투입 측에 위치하던 상기 조작핸들을 전극 개방 측으로 전환시키면, 구동캠(20)에 의해 개방 레버(90)가 상기 걸림핀(72)을 릴리즈시키는 방향으로 래치(80)를 밀어내 연결 링크부(60)의 구속이 풀리고,
상기 구동캠(20)에 연동되는 탄성 매체(30)의 작동으로 종동캠(40) 및 출력 아암(42)이 전극 개방 측으로 회전하며,
상기 출력 아암(42)의 전극 개방 측 회전에 따라 상기 연결 링크부(60)가 전극을 개방시키는 쪽으로 링크 운동을 하는 것을 특징으로 하는 3점절 아암 구동장치.