KR102406038B1 - 철도 차량용 주회로차단기의 전자식 액추에이터 및 그 구동회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철도 차량용 주회로차단기의 전자식 액추에이터 및 그 구동회로에 관한 것으로, 구동 플런저와 가동 플런저를 감싸는 솔레노이드 코일을 포함하는 전자식 액추에이터에서, 상기 솔레노이드 코일은, 각각 전류의 선택적 공급이 가능한 제1솔레노이드 코일과 제2솔레노이드 코일을 포함할 수 있다.

Description

철도 차량용 주회로차단기의 전자식 액추에이터 및 그 구동회로{Electronic actuator for main circuit breaker of railway vehicle and driving circuit thereof}

본 발명은 철도 차량용 주회로차단기의 전자식 액추에이터 및 그 구동회로에 관한 것으로, 더 상세하게는 소형화 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 액추에이터 및 그 구동회로에 관한 것이다.

일반적으로, 철도 차량용 주회로차단기(MCB)는 평상시에는 철도의 궤도 상부에 설치되어 있는 전차선과 고속차량에 설치된 팬터그라프(Pantagraph)를 경유한 전차선 전원(단상 27.5KV)계통을 개폐하고, 고속차량 내부에 탑재된 주변압기 2차측 이후의 차량 내부 전기회로에 이상이 발생되었을 때, 이를 신속히 차단하여 주 회로를 보호하는 역할을 한다.

주회로차단기는 단로 스위치의 조작을 위한 솔레노이드 코일을 포함하는 전자식 액추에이터를 포함하고 있으며, 전자식 액추에이터는 솔레노이드 코일의 전류 공급상태에 따라 투입 또는 개방 상태를 나타내는 플런저를 포함한다.

도 1은 종래 철도 차량용 주회로차단기 액추에이터의 구동상태에 따른 단면 구성도이다.

도 1의 (a)는 개방상태, 도 1의 (b)는 투입 및 투입 유지 상태를 나타낸다.

도 1을 참조하면 종래 철도 차량용 주회로 차단기의 액추에이터는 하우징(1)과, 하우징(1)의 내측에 설치되어 전류가 공급되는 솔레노이드 코일(2)과, 상기 솔레노이드 코일(2)의 내경부 일부에 접하는 구동 플런저(3)와, 스프링(5)에 의해 개방상태로의 복원력을 가지며, 상기 구동 플런저(3)의 내경부에 일부가 삽입되는 가동 플런저(4)를 포함하여 구성된다.

먼저, 도 1의 (a)와 같은 개방상태에서는 솔레노이드 코일(2)에 전류가 흐르지 않는 상태이며, 도 1의 (b)와 같은 투입상태로 동작을 제어하기 위해서는 솔레노이드 코일(2)에 전류를 흐르게 한다.

개방상태에서 투입상태로 만들기 위한 전류를 작동 전류라고 정의하며, 작동 전류는 이후에 설명될 유지 전류에 비하여 상대적으로 큰 값의 전류이다.

솔레노이드 코일(2)에 작동 전류가 공급되면, 전자기장이 발생되며, 코어의 역할을 하는 연자성체 구동 플런저(3)에 자력이 발생되어, 가동 플런저(4)에 인력을 제공하여 가동 플런저(4)를 가동시킨다.

이처럼 투입 상태로 상태가 변경된 상태에서 상기 솔레노이드 코일(2)에는 구동 플런저(3)의 자력을 유지하기 위한 유지 전류를 공급한다.

앞서 설명한 바와 같이 유지 전류는 작동 전류에 비하여 더 작은 값의 전류이다.

솔레노이드 코일(2)에 공급되는 유지 전류가 차단되면, 가동 플런저(4)는 스프링(5)의 복원력에 의해 원래의 위치로 복귀하여, 개방 상태가 된다.

이처럼 종래에는 전류의 가변을 통해 솔레노이드 코일(2)에 서로 다른 전류값을 가지는 작동 전류와 유지 전류를 공급해야 한다.

이를 위하여 솔레노이드 코일(2)에 서로 다른 전류를 공급하기 위한 저항 스위치 회로가 필요하다.

도 2는 종래 구동 회로도이다.

도 2를 참조하면, 전원부(6)의 전류를 공급 제어하는 제1스위치(7)와, 상기 제1스위치(7)와 솔레노이드 코일(2)의 사이에 상호 병렬연결된 전류강하용 저항(8) 및 제2스위치(9)를 포함한다.

먼저, 전자식 액추에이터의 개방상태에서는 제1스위치(7)가 열린 상태이며, 전원부(6)의 전류가 솔레노이드 코일(2)에 공급되는 것을 차단한다.

전자식 액추에이터의 투입을 위해서 상기 제1스위치(7)가 닫힌 상태로 전환되며, 이때 제2스위치(9)도 닫힌 상태가 된다.

따라서 전원부(6)의 전류는 제1스위치(7)와 제2스위치(9)를 통해 솔레노이드 코일(2)에 공급되며, 이때의 전류는 작동 전류가 된다.

작동 전류가 공급된 전자식 액추에이터는 투입 상태로 전환된다.

그 다음, 투입 상태의 유지를 위해서는 작동 전류에 비하여 더 작은 전류량을 가지는 유지 전류를 공급해야 하며, 이때에는 제2스위치(9)를 열어 저항(8)을 통해 전원부(6)의 전류가 솔레노이드 코일(2)에 공급되도록 한다.

이처럼 종래에는 저항(8)을 이용하여 전류값이 서로 다른 작동 전류와 유지 전류를 선택적으로 공급하는 방식을 사용하였으나, 대전류 회로에 적용되는 저항(8)은 그 크기가 매우 크기 때문에 이를 줄일 수 있는 방안이 모색되어야 한다.

또한, 저항(8)을 PCB 형태로 구현할 때 열차에서 발생하는 노이즈 등에 의해 오동작이 발생할 수 있으며, 따라서 별도의 전파 간섭 검증 요건을 갖추기 위하여 EMC, EMI를 위한 장치가 수반되어야 하는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명의 목적은, 철도 차량용 주회로차단기의 전자식 액추에이터 구동회로를 소형화할 수 있으며, 별도의 전파 간섭 검증이 요구되지 않는 철도 차량용 주회로차단기의 전자식 액추에이터 및 그 구동회로를 제공함에 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 철도 차량용 주회로차단기의 전자식 액추에이터는, 구동 플런저와 가동 플런저를 감싸는 솔레노이드 코일을 포함하는 전자식 액추에이터에서, 상기 솔레노이드 코일은, 각각 전류의 선택적 공급이 가능한 제1솔레노이드 코일과 제2솔레노이드 코일을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 전자식 액추에이터의 투입 동작은 상기 제1솔레노이드 코일과 제2솔레노이드 코일 모두에 전류를 공급하여 이루어지며, 투입 유지 동작은 상기 제1솔레노이드 코일에만 전류를 공급할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 제1솔레노이드 코일의 저항은 제2솔레노이드 코일의 저항보다 큰 것일 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 제1솔레노이드 코일에 공급되는 전류량은 상기 제2솔레노이드 코일에 공급되는 전류량에 비하여 더 작은 것일 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 철도 차량용 주회로차단기의 전자식 액추에이터 구동회로는, 전원부와, 상기 전원부의 전류를 제2항의 제1솔레노이드 코일과 제2솔레노이드 코일에 선택적으로 공급하는 제1스위치와 제2스위치를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 제1스위치는 상기 전원부의 전원을 상호 병렬연결되는 제1솔레노이드 코일과 제2솔레노이드 코일의 일단으로 공급하고, 상기 제2스위치는 상기 제1스위치와 상기 제2솔레노이드 코일 사이에서 전류를 선택적으로 공급할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 제1솔레노이드 코일의 저항은 제2솔레노이드 코일의 저항에 비하여 더 큰 것으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 전원부는, 상호 독립적인 제1전원부와 제2전원부를 포함하고, 상기 제1스위치는 제1전원부의 전류를 제1솔레노이드 코일에 공급제어하고, 상기 제2스위치는 제2전원부의 전류를 제2솔레노이드 코일에 공급제어하되, 상기 제1전원부의 공급 전류량은 상기 제2전원부의 공급 전류량에 비하여 더 작은 것으로 할 수 있다.

본 발명은, 액추에이터에 상호 저항성분이 다른 유지 코일과 작동 코일을 구성하고, 동작 상태에 따라 스위칭 제어를 통해 유지 코일과 작동 코일 모두에 전류를 공급하거나, 유지 코일에만 선택적으로 전류를 공급함으로써, 저항을 사용하지 않고도 전류량 제어가 가능하여, 소형화를 이룰 수 있으며, 전파 간섭 발생에 의한 오동작이 발생하지 않도록 하는 효과가 있다.

도 1은 종래 철도 차량용 주회로 차단기의 전자식 액추에이터의 구성도이다.
도 2는 도 1을 구동하는 구동회로도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 주회로 차단기의 전자식 액추에이터의 구성도이다.
도 4는 도 3의 구동 회로도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동 회로도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

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

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 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.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 철도 차량용 주회로차단기의 전자식 액추에이터의 구성도이다.

도 3을 참조하면 본 발명은, 하우징(10)과, 하우징(10)의 내측에 설치되는 제1솔레노이드 코일(20) 및 제2솔레노이드 코일(30)과, 상기 제1솔레노이드 코일(20) 및 제2솔레노이드 코일(30)의 내경부 일부에 접하는 구동 플런저(40)와, 스프링(60)에 의해 개방 상태로의 복원력을 가지며, 상기 구동 플런저(40)의 내경부에 일부가 삽입되는 가동 플런저(50)를 포함하여 구성된다.

즉, 본 발명은 솔레노이드 코일을 상호 병렬 분할 배치되는 제1솔레노이드 코일(20)과 제2솔레노이드 코일(30)을 포함하는 것에 특징이 있다.

또한, 제1솔레노이드 코일(20)은 독립적으로 전류가 공급될 수 있으며, 제2솔레노이드 코일(30)은 항상 제1솔레노이드 코일(20)과 함께 전류가 공급되거나 차단되는 종속적 제어가 수행되는 것으로 한다.

제1솔레노이드 코일(20)의 목적은 작동 전류의 공급과 유지 전류의 공급이며, 제2솔레노이드 코일(30)의 목적은 작동 전류의 공급인 것으로 하며, 제1솔레노이드 코일(20)의 저항은 제2솔레노이드 코일(30)의 저항에 비하여 더 큰 것으로 한다.

도 4는 도 3의 본 발명 전자식 액추에이터를 구동하기 위한 구동회로도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명 구동회로는 전원부(70)와, 상기 전원부(70)의 전류를 상호 병렬 연결된 상기 제1솔레노이드 코일(20)과 제2솔레노이드 코일(30)에 공급 제어하기 위한 제1스위치(80)와, 상기 제1스위치(80)와 제2솔레노이드 코일(30)을 전기적으로 연결제어하는 제2스위치(90)를 포함한다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 구성과 작용에 대하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 개방 상태에서 제1스위치(80)는 열린 상태이며 전원부(70)의 전류는 가동 플런저(50)의 가동을 위한 제1솔레노이드 코일(20)과 제2솔레노이드 코일(30)모두에 공급되지 않는다.

이때 가동 플런저(50)는 스프링에 의해 구동 플런저(40)로부터 가장 먼 위치에 위치하게 된다.

제1솔레노이드 코일(20)과 제2솔레노이드 코일(30)은 구동 플런저(40)와 가동 플런저(50) 쌍이 수용되도록 배치되되, 상기 제1솔레노이드 코일(20)은 구동 플런저(40)의 일부를 감싸도록 배치되며, 제2솔레노이드 코일(30)은 구동 플런저(40)의 나머지 일부 및 가동 플런저(50)의 일부를 감싸도록 배치된다.

이와 같은 상태에서 투입 상태로의 전환을 위하여 제1스위치(80)가 닫힌 상태로 전환되어 전원부(70)의 전류를 공급한다. 이때 제2스위치(90)도 닫힌 상태가 된다.

따라서 제1솔레노이드 코일(20)과 제2솔레노이드 코일(30) 모두에는 전원부(70)의 전류가 공급되며, 전자기장이 발생하고, 자력에 의해 가동 플런저(50)가 구동 플런저(40)에 접하도록 가동하여 투입 상태가 된다.

그 다음, 투입 상태의 유지를 위하여 제2스위치(90)를 열린 상태로 전환시킨다.

이때, 제1스위치(80)는 닫힌 상태를 유지하여, 전원부(70)의 전류가 제1솔레노이드 코일(20)에만 공급되도록 하고, 제2솔레노이드 코일(30)에는 전류가 공급되지 않도록 제어한다.

실질적으로 제1솔레노이드 코일(20)에 공급되는 전류량은 투입 상태와 투입 유지 상태에서 차이가 있다. 즉, 제1스위치(80)가 닫힌 상태에서 제1솔레노이드 코일(20)에 공급되는 전류는 제2스위치(90)가 열린 상태에서 제1솔레노이드 코일(20)에 공급되는 전류에 비하여 더 작은 값이 된다.

따라서 제2스위치(90)를 열어 투입 유지 상태로 동작시키는 경우, 제1솔레노이드 코일(20)에는 더 많은 전류가 흐를 수 있으나, 제1솔레노이드 코일(20)의 저항을 충분히 크게 하여, 전체적으로 투입 상태로의 전환을 위한 작동 전류에 비하여 더 작은 값의 유지 전류가 공급되도록 할 수 있다.

즉, 제1솔레노이드 코일(20)의 저항은 적어도 제2솔레노이드 코일(30)의 저항에 비하여 2배 이상의 저항값을 가질 수 있다.

또한, 본 발명은 투입 동작을 분할하여 보다 안정적인 전자식 액추에이터의 구동이 가능하도록 할 수 있다.

도 4에서 투입 동작 전에 제1스위치(80)가 닫힌 상태에서 제2스위치(90)를 열어 제1솔레노이드 코일(20)에만 전류를 공급하는 투입 준비 상태를 가지도록 할 수 있다.

이는 실질적으로 앞서 설명한 투입 상태의 유지 상태와 동일한 전류 공급상태이며, 이 상태를 투입 준비 상태로 볼 수 있다.

이러한 투입 준비 상태에서 제2스위치(90)를 닫아 제2솔레노이드 코일(30)에 전류를 공급하여 가동 플런저(50)가 가동하도록 하여, 투입 상태가 되도록 할 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동회로도이다.

도 5를 참조하면 본 발명은 제1전원부(71)와 제2전원부(72)를 포함하여, 제1솔레노이드 코일(20)에 전류를 공급제어하는 제1회로와, 제2솔레노이드 코일(20)에 전류를 공급제어하는 제2회로를 포함하는 독립 제어 회로로 구성될 수 있다.

도 5의 예는 제1전원부(71)의 전류를 제1솔레노이드 코일(20)에 공급제어하는 제1스위치(80)와, 제2전원부(72)의 전류를 제2솔레노이드 코일(30)로 공급제어하는 제2스위치(90)를 분할한 것으로 실질적인 동작은 앞서 도 4를 참조하여 설명한 구동회로와 동일하다.

다만, 공통의 전원부(70)를 별도의 제1전원부(71)와 제2전원부(72)로 분리하여 회로의 구성을 보다 유연하게 할 수 있다.

즉, 제1전원부(71)에서 공급되는 전류량이 제2전원부(72)의 전류량과 같거나 더 작은 것으로 할 수 있다.

따라서 앞서 전원부(70)를 공통으로 사용하는 회로의 구성 요건인 제1솔레노이드 코일(20)과 제2솔레노이드 코일(30)의 저항값 차이는 도 5의 회로에서는 적용되지 않을 수 있다.

즉, 제1솔레노이드 코일(20)과 제2솔레노이드 코일(30)의 저항이 동일한 것이더라도, 전원부의 차이에 의한 전류량 제어가 가능하다.

투입 상태의 전환을 위해서는 개별 독립 회로의 동기를 맞춰 제1스위치(80)와 제2스위치(90)를 모두 닫아 제1솔레노이드 코일(20)과 제2솔레노이드 코일(30)에 전류를 흐르게 할 수 있다.

앞서 설명한 투입 준비 상태를 위해서는 제1스위치(80)와 제2스위치(90)를 소정의 시간 간격으로 순차적으로 닫는 제어를 할 수 있다.

투입 유지 상태에서는 제2스위치(90)를 선택적으로 열어 제2솔레노이드 코일(30)에 공급되는 전류를 차단하고, 제1솔레노이드 코일(20)에만 제1전원부(71)의 전류가 공급되도록 할 수 있다.

이처럼 본 발명은 저항을 사용하지 않고도, 투입 상태 전환을 위한 작동 전류와 투입 상태 유지를 위한 유지 전류를 구분하여 공급할 수 있으며, 따라서 전체 회로의 크기를 소형화함과 아울러 전자파 간섭의 염려를 제거하여 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

10:하우징 20:제1솔레노이드 코일
30:제2솔레노이드 코일 40:구동 플런저
50:가동 플런저 60:스프링
70:전원부 71:제1전원부
72:제2전원부

Claims (8)

1. 구동 플런저와 가동 플런저를 감싸는 솔레노이드 코일을 포함하는 전자식 액추에이터에서,
   상기 솔레노이드 코일은,
   각각 전류의 선택적 공급이 가능한 제1솔레노이드 코일과 제2솔레노이드 코일을 포함하되,
   상기 제1솔레노이드 코일은 저항이 상기 제2솔레노이드 코일보다 크며, 상기 구동 플런저의 일부를 감싸도록 배치되고,
   상기 제2솔레노이드 코일은 구동 플런저의 나머지 일부 및 가동 플런저의 일부를 감싸도록 배치되어,
   전자식 액추에이터의 투입 동작은 상기 제1솔레노이드 코일과 제2솔레노이드 코일 모두에 전류를 공급하여 이루어지며,
   투입 유지 동작은 상기 제1솔레노이드 코일에만 전류를 공급하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자식 액추에이터.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1솔레노이드 코일에 공급되는 전류량은 상기 제2솔레노이드 코일에 공급되는 전류량에 비하여 더 작은 것을 특징으로 하는 전자식 액추에이터.
5. 전원부; 및
   상기 전원부의 전류를 제1항의 제1솔레노이드 코일과 제2솔레노이드 코일에 선택적으로 공급하는 제1스위치와 제2스위치를 포함하는 전자식 액추에이터 구동회로.
6. 삭제
7. 삭제
8. 제5항에 있어서,
   상기 전원부는, 상호 독립적인 제1전원부와 제2전원부를 포함하고,
   상기 제1스위치는 제1전원부의 전류를 제1솔레노이드 코일에 공급제어하고,
   상기 제2스위치는 제2전원부의 전류를 제2솔레노이드 코일에 공급제어하되,
   상기 제1전원부의 공급 전류량은 상기 제2전원부의 공급 전류량에 비하여 더 작은 것을 특징으로 하는 전자식 액추에이터 구동회로.

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