KR102518006B1 - 중전압 스위칭 장치 - Google Patents

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라르스 이 욘손
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에이비비 슈바이쯔 아게
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Abstract

중전압 전기 시스템들용의 스위칭 장치 (1) 로서, 상기 스위칭 장치는 하나 이상의 전기 폴들 (2) 을 포함하고, 각각의 전기 폴은 상응하는 전기 라인과 전기적으로 커플링 가능한 ,
상기 스위칭 장치는,
- 각각의 전기 폴에 대해, 고정된 접촉부 (3) 및 상응하는 이동 가능한 접촉부 (4) 로서, 상기 이동 가능한 접촉부는 상기 고정된 접촉부로부터의 디커플링된 포지션과 상기 고정된 접촉부와 커플링된 포지션 사이에서 상응하는 병진 운동 변위 축선 (A1) 을 따라 가역적으로 이동 가능한, 상기 고정된 접촉부 (3) 및 상응하는 이동 가능한 접촉부 (4);
- 각각의 전기 폴에 대해, 상기 스위칭 장치의 폐쇄하는 동작 또는 개방하는 동작 중에 회전 축선 (A2) 주위로 회전하는 작동 샤프트 (52) 를 갖는 작동 어셈블리 (5);
- 각각의 전기 폴에 대해, 상기 작동 샤프트 (52) 와 작동 커플링된 편심 메카니즘 (6) 을 포함하는 모션 트랜스미션 어셈블리 (150) 를 포함한다.

Description

중전압 스위칭 장치
본 발명은 중전압 전기 시스템들용의 스위칭 장치에 관한 것이다.
본 출원의 목적에 대해, 용어 "중전압" (MV) 은 1 kV AC 및 1.5 kV DC 보다 더 높고, 최대 몇십 kV, 예를 들면 최대 72 kV AC 및 100 kV DC 의 전기 파워 분배 레벨에서의 작동 전압에 관한 것이다.
MV 전기 시스템들은 전형적으로 두개의 상이한 종류의 스위칭 장치들을 채용한다.
예를 들면 회로 차단기들 또는 디스커넥터들을 포함하는 제 1 타입의 스위칭 장치들은 보호 목적을 위해, 즉 특정한 비정상적인 회로 조건들, 예를 들면 단락 조건들 하에서 전류들을 유지하고 (특정한 시간 간격 동안) 차단하기 위해 기본적으로 구성된다.
예를 들면 컨택터들을 포함하는 제 2 타입의 스위칭 장치들은 동작 목적을 위해, 즉 과부하 조건들을 포함하는 정상적인 회로 조건들 하에서 전류를 유지하고 차단하기 위해 기본적으로 구성된다.
가장 전통적인 스위칭 장치들에서 공지된 바와 같이, 스프링 작동되는 메카니즘들 및/또는 전자기 액츄에이터들을 포함하는 구동 시스템들은 이동 가능한 접촉부들을 이동시키기 위해 전형적으로 채용된다.
이들 스위칭 장치들은 약간의 단점을 갖는다.
매우 종종, 스위칭 장치의 개방하는 동작 또는 폐쇄하는 동작 중에 전기 접촉부들의 안정적이고 반복 가능한 스위칭을 보장하는 것이 꽤 어렵다.
마찰 현상들, 환경 조건들에서의 변경들, 구성요소들의 작동 조건에서의 변경들 등은 실제로 이동 가능한 접촉부들을 이동시키는 구동 시스템의 작동에 강한 영향을 줄 수 있다.
상기 언급된 문제점들은 전기 접촉부들의 관련된 마모 현상을 발생시켜 이들 전기 접촉부들의 작동 수명의 감소 및 결국에 빈번한 보수 유지 개입의 필요성을 발생시킨다.
이들 전통적인 스위칭 장치들의 또 다른 단점은 이동 가능한 접촉부들 빈번한 오버 트레블 (over-travel) 또는 백 트레블 (back-travel) 현상들에 의해 대표되고, 이는 이동 가능한 접촉부들을 구동하는 운동학적 체인에 그리고, 진공 작동 타입의 스위칭 장치들에서 진공 벌브들을 시일링하는 벨로우즈에서 관련된 기계적 응력들을 발생시켜서, 결국 스위칭 장치의 이들 부분들의 작동 수명을 감소시킬 수 있다.
상기 언급된 단점들을 해결하거나 또는 완화할려는 시도에서, 전통적인 스위칭 장치들은 종종 스위칭 장치의 개방하는 또는 폐쇄하는 동작 중에 이동 가능한 접촉부들의 모션의 개선된 제어를 제공하도록 기계적 댐퍼들 또는 다른 기계적 배열체들을 채용한다.
그러나, 이들 해결책들은 일반적으로 이동 가능한 접촉부들과 작동 커플링된 운동학적 체인의 보다 높은 복잡성을 초래해서 결국에 전체적으로 점유된 체적들을 증가시키고 스위칭 장치의 비용 및 산업적 제조 시간을 증가시킨다.
보다 최근의 스위칭 장치들은 폐쇄된 제어 루프를 갖는 전기 모터들, 예를 들면 서보모터들을 포함하는 이동 가능한 접촉부들을 이동시키기 위한 구동 시스템들을 채용한다.
일반적으로, 이들 장치들은 스프링 작동되거나 또는 자기 작동되는 스위칭 장치들에 대해 중요한 개선점을 나타내는 데, 왜냐하면 그것들은 이동 가능한 접촉부들의 훨씬 더 높은 정도의 모션 제어를 제공할 수 있기 때문이다.
그러나, 이러한 타입의 현재 사용 가능한 스위칭 장치들은 이동 가능한 접촉부들과 전기 모터를 기계적으로 커플링하도록 복잡한 해결책을 채택하고, 이는 여전히 이동 가능한 접촉부들에 모션을 전달하는 데 신뢰성의 관점 및 구조적 컴팩트성의 관점에서 양호하지 못한 성능을 제공한다.
본 발명의 주목적은 상기 언급된 문제점들을 해결하거나 또는 완화하는 것을 허용하는 MV 전기 시스템들용의 스위칭 장치를 제공하는 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명의 목적은 개방하는 동작 또는 폐쇄하는 동작 중에 이동 가능한 접촉부들을 작동하는 데 개선된 모션 제어, 높은 정확성 및 신뢰성을 제공하는 이동 가능한 접촉부들을 위한 개선된 구동 시스템을 갖는 스위칭 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 또 다른 목적은 높은 컴팩트성 및 구조적 간단성을 갖는 구동 시스템이 제공되는 스위칭 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 종래 기술 분야의 해결책에 대해 경쟁력있는 비용으로 산업적 레벨로 용이하게 제조될 수 있는 스위칭 장치를 제공하는 것이다.
이들 목적 및 목적들을 완수하도록, 본 발명은 다음의 청구항 1 및 관련된 종속항들에 따른 스위칭 장치를 제공한다.
본 발명의 특징들 및 이점들은 바람직한 설명이지만 본 발명에 따른 스위칭 장치의 비배타적인 실시형태, 첨부된 도면들에 제공된 비제한적인 예들로부터 도출될 것이다.
- 도 1-도 2, 도 2a, 도 3-도 8 은 본 발명에 따른 스위칭 장치의 개략도들을 도시한다;
- 도 9-도 13 은 본 발명에 따른 스위칭 장치를 작동을 예시하는 개략도들을 도시한다.
도면들을 참조하면, 본 발명은 중전압 (MV) 전기 시스템들용의 스위칭 장치 (1) 에 관한 것이다.
스위칭 장치 (1) 는 회로 차단기, 디스커넥터, 컨택터, 또는 또 다른 유사한 디바이스일 수 있다.
스위칭 장치 (1) 는 인용된 도면들에 도시된 바와 같은 진공 작동 타입, 또는 가스 절연 스위칭 디바이스일 수 있다.
스위칭 장치 (1) 는 스위칭 장치의 전기 폴들 및 메인 작동 구성요소들을 각각 포함하는 폴 섹션 (11) 및 기부 (12) 를 포함한다.
도 1 내지 도 3 에 도시된 스위칭 장치 (1) 의 정상적인 설치 포지션을 참조하면, 폴 섹션 (11) 은 기부 (12) 에 오버랩된다.
종래에, 스위칭 장치 (1) 는 공지된 타입의 전기적 절연 재료로 적어도 부분적으로 제조될 수 있는 외부 프레임 (10) 을 포함한다.
외부 프레임 (10) 은 스위칭 장치 (1) 의 설치 중에 지지부 (도시 생략) 를 고정하도록 되어 있다.
스위칭 장치 (1) 는 하나 이상의 전기 폴들 (2) 을 포함한다.
바람직하게, 스위칭 장치 (1) 은 다-위상 (예를 들면 세개의-위상) 타입이고, 이로써 복수의 (예를 들면 세개의) 전기 폴들 (2) 을 포함한다.
바람직하게, 각각의 전기 폴 (2) 은 종래에 스위칭 장치의 기부 (12) 에 고정되는 상응하는 절연 하우징 (23) 을 포함한다.
전기 폴들 (2) 의 절연 하우징들 (23) 은 스위칭 장치의 폴 섹션 (11) 에서 외부 프레임 (10) 의 상응하는 부분들을 형성한다.
바람직하게, 각각의 절연 하우징 (23) 은 공지된 타입의 전기적 절연 재료의 세장형 (예를 들면 원통형) 중공 본체에 의해 형성된다.
바람직하게, 각각의 절연 하우징 (23) 은 상응하는 전기 폴 (2) 의 구성요소들이 수용되는 내부 체적을 규정한다.
유리하게, 각각의 전기 폴 (2) 은 적절한 플랜지들에 의해 하우징 (23) 에 기계적으로 고정될 수 있는 제 1 폴 단자 (21) 및 제 2 폴 단자 (22) 를 포함한다.
폴 단자들 (21, 22) 은 전기 라인의 상응하는 전기 컨덕터 (예를 들면 위상 컨덕터) 와 전기적으로 연결되도록 되어 있다.
스위칭 장치 (1) 의 전기 폴들 (2) 의 폴 단자들 (21, 22) 및 절연 하우징 (23) 은 공지된 타입일 수 있고 간략화를 위해 보다 상세하게 설명되지 않는다.
각각의 전기 폴 (2) 에 대해, 스위칭 장치 (1) 는 각각 제 1 및 제 2 폴 단자들 (21, 22) 과 전기 연결되는 고정된 접촉부 (3) 및 이동 가능한 접촉부 (4) 를 포함한다.
각각의 이동 가능한 접촉부 (4) 는 종래에 상응하는 전기 폴 (2) 의 메인 종방향 축선들을 형성하는 상응하는 변위 축선 (A1) 을 따라 가역적으로 이동 가능하다 (도 5, 도 6).
바람직하게, 이동 가능한 접촉부들 (4) 의 변위 축선들 (A1) 은 공통적인 변위 평면에 놓이고 상호 평행하다.
특히, 각각의 이동 가능한 접촉부들 (4) 은 상응하는 고정된 접촉부 (3) 로부터 디커플링된 포지션 (개방하는 포지션) 과 상응하는 고정된 접촉부 (3) 와의 커플링된 포지션 (폐쇄하는 포지션) 사이에서 가역적으로 이동 가능하다 (도 3 의 상응하는 양방향의 변위 화살표를 참조).
상응하는 고정된 접촉부들 (3) 로부터, 커플링된 포지션으로부터 디커플링된 포지션으로의 이동 가능한 접촉부들 (4) 의 통로는 스위칭 장치 (1) 의 개방하는 동작을 나타내고 디커플링된 포지션으로부터 상응하는 고정된 접촉부들 (3) 와 커플링된 포지션으로의 이동 가능한 접촉부들 (4) 의 통로는 스위칭 장치 (1) 의 폐쇄하는 동작을 나타낸다.
스위칭 장치 (1) 의 전기 접촉부들 (3, 4) 은 공지된 타입일 수 있고 본원에서 간략성을 위해 보다 상세하게 설명되지 않을 것이다.
바람직하게, 스위칭 장치 (1) 는 인용된 도면들에 도시된 바와 같이 진공 작동 타입이다.
이러한 경우에, 각각의 전기 폴 (2) 에 대해, 스위칭 장치 (1) 는 상응하는 쌍의 이동 가능하고 고정된 접촉부들 (3, 4) 이 위치되고 상호 커플링되고/디커플링될 수 있는 진공 챔버 (25) 를 포함한다.
진공 챔버들 (25) 은 공지된 타입일 수 있고 본원에서 간략성을 위해 보다 상세하게 설명되지 않을 것이다.
스위칭 장치 (1) 는 이동 가능한 접촉부들 (4) 을 작동시키도록 작동력들을 제공하는 작동 어셈블리 (5) 를 포함한다 (도 6).
특히, 작동 어셈블리는 각각의 전기 폴에 대해, 스위칭 장치의 개방하는 동작 또는 폐쇄하는 동작 중에 이동 가능한 접촉부들 (4) 을 작동시키도록 기계력들을 제공할 수 있는 작동 샤프트 (52) 를 포함한다.
각각의 회전 샤프트 (52) 는 바람직하게 이동 가능한 접촉부들 (4) 의 변위 축선 (A1) 에 직각인 회전 축선 (A2) 주위로 회전한다.
각각의 회전 샤프트 (52) 는 따라서 스위칭 장치의 개방하는 동작 또는 폐쇄하는 동작 중에 상응하는 전기 폴 (2) 의 이동 가능한 접촉부 (4) 를 작동시키도록 기계적 회전력들을 제공한다.
바람직하게, 인용된 도면들에 도시된 바와 같이, 작동 어셈블리 (5) 는 각각의 전기 폴에 대해, 출력 샤프트 (인용된 도면들에 도시된 바와 같이) 로서 작동 샤프트 (52) 또는, 대안적으로 적절한 기어 메카니즘에 의해 상응하는 작동 샤프트 (52) 에 기계적으로 커플링된 그 출력 샤프트를 갖는 전기 모터 (51) 를 포함한다.
본 발명의 대안적인 실시형태들 (도시 생략) 에서, 그러나, 작동 어셈블리 (5) 는 적절한 기어 메카니즘들에 의해 각각의 전기 폴 (2) 에 상응하는 작동 샤프트 (52) 에 기계적으로 커플링된 그 출력 샤프트를 갖는 단일한 전기 모터를 포함할 수 있다.
바람직하게, 인용된 도면들에 도시된 바와 같이, 작동 어셈블리 (5) 는 각각의 전기 모터 (51) 에 대해, 파워 및 제어 유닛 (53) 을 포함한다 (도 2a).
바람직하게, 각각의 파워 및 제어 유닛 (53) 은 상응하는 전기 모터 (51) 에 공급하도록 적절한 전기 회로들 및 상응하는 전기 모터 (51) 의 작동을 제어하도록 적절한 전자 회로들 (예를 들면 마이크로프로세서들과 같은 하나 이상의 디지털 프로세싱 유닛을 포함함) 을 포함한다.
본 발명의 대안적인 실시형태들 (도시 생략) 에서, 그러나, 작동 어셈블리 (5) 는 모든 전기 모터 (51) 에 대해 단일한 파워 및 제어 유닛 (53) 을 포함할 수 있다.
각각의 전기 폴에 대해, 스위칭 장치 (1) 는 상응하는 편심 메카니즘 (6) 및 상응하는 트랜스미션 메카니즘 (7) 을 포함하는 모션 트랜스미션 어셈블리 (150) 를 포함한다.
바람직하게, 각각의 모션 트랜스미션 어셈블리 (150) 는 종래에 스위칭 장치의 외부 프레임 (10) 에 고정된 상응하는 지지 프레임 (151) 을 포함한다.
스위칭 장치 (1) 가 각각의 전기 폴 (2) 에 대해 전기 모터 (5) 를 포함하는 실시형태들에서, 인용된 도면들에 도시된 바와 같이 각각의 전기 모터 (5) 가 상응하는 모션 트랜스미션 어셈블리 (150) 의 지지 프레임 (151) 에 고정될 수 있다.
상기 언급된 바와 같이, 스위칭 장치 (1) 는 각각의 전기 폴에 대해, 이러한 작동 샤프트 (52) 에 의해 작동되도록 상응하는 작동 샤프트 (52) 와 작동 커플링된 편심 메카니즘 (6) 을 포함한다.
각각의 편심 메카니즘 (6) 은 상응하는 작동 샤프트 (52) 에 의해 제공된 기계적 회전력들에 의해 작동하는 방식으로 배열되고 차례로 스위칭 장치의 개방하는 동작 또는 폐쇄하는 동작 중에 상응하는 전기 폴 (2) 의 이동 가능한 접촉부 (4) 를 작동시키도록 기계적 병진 운동력들을 제공한다.
상기 언급된 바와 같이, 스위칭 장치 (1) 는 각각의 전기 폴에 대해, 이러한 편심 메카니즘 (6) 에 의해 작동되도록 상응하는 편심 메카니즘 (52) 과 작동 커플링된 트랜스미션 메카니즘 (7) 을 포함한다.
각각의 트랜스미션 메카니즘 (7) 은 상응하는 편심 메카니즘 (6) 에 의해 제공된 기계적 병진 운동력들에 의해 작동되는 방식으로 배열되고, 차례로 스위칭 장치의 개방하는 동작 또는 폐쇄하는 동작 중에 상응하는 전기 폴 (2) 의 이동 가능한 접촉부 (4) 에 기계적 병진 운동력들을 전달한다.
스위칭 장치의 개방하는 동작 또는 폐쇄하는 동작 중에, 각각의 편심 메카니즘 (6) 은 상응하는 이동 가능한 접촉부 (4) 가 각각의 고정된 접촉부 (3) 로부터 디커플링되는 제 1 엔드-오브-런 포지션 (P1) (도 9) 과 상응하는 이동 가능한 접촉부 (4) 가 각각의 고정된 접촉부 (3) 에 커플링되는 제 2 엔드-오브-런 포지션 (P2) (도 13) 사이에서 이동 가능하다.
각각의 편심 메카니즘 (6) 은 스위칭 장치의 개방하는 동작의 마지막에 그 제 1 엔드-오브-런 포지션 (P1) 에 도달하고 스위칭 장치의 폐쇄하는 동작이 실행될 때까지 상기 제 1 엔드-오브-런 포지션을 안정적으로 유지한다.
각각의 편심 메카니즘 (6) 은 스위칭 장치의 폐쇄하는 동작의 마지막에 그 제 2 엔드-오브-런 포지션 (P2) 에 도달하고 스위칭 장치의 개방하는 동작이 실행될 때까지 상기 제 2 엔드-오브-런 포지션을 안정적으로 유지한다.
바람직하게, 스위칭 장치의 개방하는 동작 또는 폐쇄하는 동작 중에, 각각의 편심 메카니즘 (6) 은 제 1 데드로크 포지션 (PD1) 을 통과하고 (도 10), 제 1 데드로크 포지션 (PD1) 에서 상응하는 이동 가능한 접촉부 (4) 는 각각의 고정된 접촉부 (3) 로부터 디커플링되고 상기 고정된 접촉부로부터 최대 거리의 지점에 도달한다.
바람직하게, 스위칭 장치의 개방하는 동작 또는 폐쇄하는 동작 중에, 각각의 편심 메카니즘 (6) 은 제 2 데드로크 포지션 (PD2) 을 통과하고 (도 12), 제 2 데드로크 포지션 (PD2) 에서 상응하는 이동 가능한 접촉부 (4) 는 각각의 고정된 접촉부 (3) 와 커플링되고 상기 이동 가능한 접촉부와 작동 커플링된 트랜스미션 메카니즘 (7) 의 상응하는 접촉 스프링 (71) 은 최대 양의 탄성 에너지를 저장한다 (도 3).
바람직하게, 스위칭 장치의 폐쇄하는 동작 중에, 각각의 편심 메카니즘 (6) 은:
- 제 1 엔드-오브-런 포지션 (P1) 를 떠나고, 제 1 엔드-오브-런 포지션 (P1) 에서 상응하는 이동 가능한 접촉부 (4) 는 고정된 접촉부 (3) 로부터 디커플링되고 편심 메카니즘 (6) 이 제 1 데드로크 포지션 (PD1) 에 존재할 때에 이동 가능한 접촉부 (4) 에 의해 도달된 최대 거리보다 더 짧은 거리의 상기 고정된 접촉부로부터 이격되고;
- 제 1 데드로크 포지션 (PD1) 을 통과하고;
- 이동 가능한 접촉부 (4) 가 고정된 접촉부 (3) 와 커플링된 제 1 중간 포지션 (PI1) 을 통과하고;
- 제 2 데드로크 포지션 (PD2) 을 통과하고;
- 제 2 엔드-오브-런 포지션 (P2) 에 도달하고, 제 2 엔드-오브-런 포지션 (P2) 에서 상응하는 이동 가능한 접촉부 (4) 는 각각의 고정된 접촉부 (3) 와 (주어진 커플링 압력으로) 커플링되고 상기 이동 가능한 접촉부와 커플링된 각각의 접촉 스프링 (71) 은 편심 메카니즘 (6) 이 제 2 데드로크 포지션 (PD2) 에 존재할 때 저장되는 최대 양의 탄성 에너지보다 낮은 양의 탄성 에너지를 저장한다.
바람직하게, 스위칭 장치의 개방하는 동작 중에, 각각의 편심 메카니즘 (6) 은:
- 제 2 엔드-오브-런 포지션 (P2) 을 떠나고, 제 2 엔드-오브-런 포지션 (P2) 에서 상응하는 이동 가능한 접촉부 (4) 는 각각의 고정된 접촉부 (3) 와 커플링되고 상기 이동 가능한 접촉부와 커플링된 각각의 접촉 스프링 (71) 는 편심 메카니즘 (6) 이 제 2 데드로크 포지션 (PD2) 에 존재할 때 저장되는 최대 양의 탄성 에너지보다 낮은 양의 탄성 에너지를 저장하고;
- 제 2 데드로크 포지션 (PD2) 을 통과하고;
- 이동 가능한 접촉부 (4) 가 고정된 접촉부 (3) 로부터 디커플링되는 제 2 중간 포지션 (PI2) 을 통과하고 (도 11);
- 제 1 데드로크 포지션 (PD1) 을 통과하고;
- 제 1 엔드-오브-런 포지션 (P1) 에 도달하고, 제 1 엔드-오브-런 포지션 (P1) 에서 상응하는 이동 가능한 접촉부 (4) 는 고정된 접촉부 (3) 로부터 디커플링되고 편심 메카니즘 (6) 이 제 1 데드로크 포지션 (PD1) 에 존재할 때에 이동 가능한 접촉부 (4) 에 의해 도달된 최대 거리보다 더 짧은 (재-타격 또는 아칭 (arching) 현상을 회피하는 데 충분한) 거리의 상기 고정된 접촉부로부터 이격된다.
다음에, 스위칭 장치의 각각의 전기 폴에 배열된 편심 메카니즘 (6) 이 인용된 도면들에 도시된 특히 바람직한 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 설명된다.
바람직하게, 편심 메카니즘 (6) 은 이러한 작동 샤프트 (52) 와 확고하게 회전하도록 상응하는 작동 샤프트 (52) 와 기계적으로 커플링된 편심 본체 (61) 를 포함한다.
바람직하게, 편심 메카니즘 (6) 은 상응하는 편심 본체 (61) 와 작동 샤프트 (52) 사이에 기계적 커플링을 위해 클램핑 요소 (68) 를 포함한다. 이러한 방식으로 편심 본체 (61) 및 상응하는 작동 샤프트 (52) 는 단일한 피스로서 함께 회전할 수 있다.
종래에, 편심 본체 (61) 는 회전 축선 (A2) 에 평행하고 회전 축선 (A2) 으로부터 이격된 편심 축선 (A5) 을 포함한다 (도 6).
작동 샤프트 (52) 의 회전 축선 (A2) 에 직각인 평면 (π) (예를 들면 변위 축선 (A1) 을 포함함) 에서, 편심 본체 (52) 의 편심 축선 (A5) 은 편심 본체 (52) 편심 센터 (EC) 를 규정한다 (도 5, 도 8, 도 11).
종래에, 편심 본체 (61) 는 이러한 회전 축선 (52) 에 직각인 평면 (π) 에서 편심 센터 (EC) 및 회전 축선 (52) 을 통과하는 크랭크 축선 (A3) 을 포함한다 (도 5, 도 11).
다음에 보다 양호하게 설명되는 바와 같이, 크랭크 축선 (A3) 은 편심 메카니즘 (6) 이 데드로크 포지션들 (PD1, PD2) 에 존재할 때 변위 축선 (A1) 과 정렬된다.
바람직하게, 편심 본체 (61) 는 작동 샤프트 (52) 와, 특히 이러한 작동 샤프트 (52) 의 회전 축선 (A2) 과 동축방향인 제 1 성형된 공동 (611) 을 포함한다 (도 6).
바람직하게, 제 1 성형된 공동 (611) 은 원통형 형상을 갖는 블라인드 공동이다.
바람직하게, 작동 샤프트 (52) 는 편심 본체 (61) 와 기계적 커플링을 위한 제 1 공동 (611) 내에 적어도 부분적으로 삽입된다.
인용된 도면들에서, 그러한 편심 본체 (61) 에 대해 바람직한 실시형태가 도시된다 (도 6, 도 8).
그러한 실시형태에 따르면, 편심 본체 (61) 는 편심 축선 (A5) 을 따라 연장되는 메인 부분 (613) 을 포함한다.
바람직하게, 메인 부분 (613) 은 편심 축선 (A5) 을 따라 원통형 대칭을 갖는 재료 (예를 들면 강) 의 중실 피스에 의해 제조된다.
작동 샤프트 (52) 를 향하는 메인 부분 (613) 의 제 1 측에서, 편심 본체 (61) 는 바람직하게 제 1 성형된 공동 (611) 을 포함한다.
상기 제 1 측에 대향하는 메인 부분 (613) 의 제 2 측에, 편심 본체 (61) 는 바람직하게 회전 축선 (52) 을 따라 그 안에 수용된 상응하는 작동 샤프트 (52) 및 제 1 공동 (611) 과 동축방향인 성형된 돌출부 (612) 를 포함한다.
바람직하게, 성형된 돌출부 (612) 는 원통형 형상을 갖고 상기 메인 부분 (613) 을 갖는 단일한 피스를 형성한다.
바람직하게, 편심 메카니즘 (6) 은 성형된 돌출부 (612) 가 메인 부분 (613) 으로부터 원위 단부에 기계적으로 커플링된 고정된 포지션 (예를 들면 종래에 지지 프레임 (151) 에 고정됨) 에서 베어링 요소 (69) 를 포함한다.
종래에, 성형된 돌출부 (612) 는 편심 본체 (61) 및 작동 샤프트 (52) 와 함께 자유롭게 회전하는 방식으로 베어링 요소 (69) 와 기계적으로 커플링된다.
편심 본체 (61) 에 대해 상기 설명된 실시형태는 현저하게 감소된 가능한 기계적 유극들을 허용함으로써 회전 축선 (A2) 을 따라 편심 본체 (61) 의 안정적이고 정확한 위치 설정을 허용한다.
추가로, 편심 본체 (61) 및 작동 샤프트 (52) 에 의해 형성된 어셈블리는 구조적 지점의 관점으로부터 특히 튼튼하고 컴팩트하다.
바람직하게, 스위칭 장치의 각각의 편심 메카니즘 (6) 은 이러한 편심 본체 (61) 에 대해 회전 가능하게 이동 가능하도록 편심 본체 (61) 와 기계적으로 커플링된 커넥팅 로드 본체 (620) 를 포함한다.
바람직하게, 커넥팅 로드 본체 (620) 는 작동 샤프트 (52) 의 회전 축선 (A2) 에 직각인 평면 (π) 에서 커넥팅 로드 축선 (A4) 을 포함한다 (도 11).
다음에 보다 양호하게 설명되는 바와 같이, 커넥팅 로드 축선 (A4) 은 편심 메카니즘 (6) 이 데드로크 포지션들 (PD1, PD2) 에 존재할 때 변위 축선 (A1) 과 정렬된다.
다음에 보다 양호하게 설명되는 바와 같이, 편심 축선 (A3) 및 커넥팅 로드 축선 (A4) 은, 편심 메카니즘 (6) 이 각각 제 1 엔드-오브-런 포지션 (P1) 또는 제 2 엔드-오브-런 포지션 (P2) 에 도달할 때에, 회전 축선 (A2) 에 직각인 평면 (π) 을 따라, 몇도의 절대 값 (예를 들면 5 ° 이하) 을 갖는 제 1 각도 (α) 또는 제 2 각도 (α') (바람직하게 α = α') 를 형성한다.
다음에 보다 양호하게 설명되는 바와 같이, 제 1 데드로크 포지션 (PD1) 또는 제 2 데드로크 포지션 (PD2) 을 넘어 편심 메카니즘 (6) 의 오버 회전 덕분에 각각 얻어진 이러한 특징은, 제 1 엔드-오브-런 포지션 (P1) 또는 제 2 엔드-오브-런 포지션 (P2) 이 스위칭 장치의 폐쇄하는 또는 개방하는 동작의 마지막에서 편심 메카니즘 (6) 에 의해 안정적으로 유지되는 것을 보장하는 데 기여한다.
편심 메카니즘 (6) 이 제 1 엔드-오브-런 포지션 (P1) 에 있을 때에, 작은 각도 (α) 의 오버 회전은, 편심 메카니즘 (6) 이 제 1 데드로크 포지션 (PD1) 에 있을 때에 도달된 최대 행정에 대해 전기 접촉부 (3) 와 이동 가능한 접촉부 (4) 사이의 거리의 작은 감소를 암시한다는 것이 증명된다.
편심 메카니즘 (6) 이 제 2 엔드-오브-런 포지션 (P2) 에 있을 때에, 작은 각도 (α') 의 오버 회전은 편심 메카니즘 (6) 이 제 2 데드로크 포지션 (PD2) 에 있을 때에 저장된 최대 탄성 에너지에 대해 접촉 스프링 (71) 에 의해 저장된 탄성 에너지의 작은 감소를 암시한다는 것이 추가로 증명된다.
바람직하게, 커넥팅 로드 본체 (620) 는 편심 본체 (61), 특히 이러한 편심 본체 (61) 의 편심 축선 (A5) 과 동축방향인 제 2 성형된 공동 (621) 을 포함한다 (도 6).
바람직하게, 제 2 성형된 공동 (621) 은 원통형 형상을 갖는 관통 공동이다.
바람직하게, 편심 본체 (61) (특히 그 메인 부분 (613)) 는 로드 본체 (62) 와 기계적 커플링을 위해 제 2 공동 (621) 내에 적어도 부분적으로 삽입된다.
바람직하게, 커넥팅 로드 본체 (620) 는 편심 본체 (61), 특히 이러한 편심 본체 (61) 의 메인 부분 (613) 과 기계적 커플링을 위해 제 2 공동 (621) 에서 (예를 들면 볼 베어링, 니들 베어링 또는 롤러 베어링 타입의) 베어링 커플링 배열체를 포함한다.
이러한 방식으로, 편심 본체 (61) 가 작동 샤프트 (52) 와 함께 회전될 때에, 커넥팅 로드 본체 (620) 는 이러한 편심 본체 (61) 의 편심 축선 (A5) 주위로 편심 본체 (61) (동일한 상대적인 방향) 에 대해 스윙할 수 있다.
바람직하게, 커넥팅 로드 본체 (620) 는 힌지 지점 (65) 에서 트랜스미션 메카니즘 (7) 과 회전 가능하게 커플링된다.
바람직하게, 편심 메카니즘 (6) 은 예를 들면 종래에 지지 프레임 (151) 에 고정된, 고정된 포지션에서 엔드-오브-런 요소 (66) 를 포함한다.
다음에 보다 양호하게 예시된 바와 같이, 커넥팅 로드 본체 (62) 는 편심 메카니즘 (6) 이 제 1 엔드-오브-런 포지션 (P1) (도 9) 또는 제 2 엔드-오브-런 포지션 (P2) (도 13) 에 도달할 때에 엔드-오브-런 요소 (66) 에 대해 맞닿는다.
엔드-오브-런 요소 (66) 의 배열은 제 1 엔드-오브-런 포지션 (P1) 또는 제 2 엔드-오브-런 포지션 (P2) 이 스위칭 장치의 폐쇄하는 또는 개방하는 동작의 마지막에서 편심 메카니즘 (6) 에 의해 안정적으로 유지되는 것을 보장하는 데 기여한다.
바람직하게, 편심 메카니즘 (6) 에서, 작동 샤프트 (52) 의 회전 축선 (A2) 에 직각인 평면 (π) 을 따라 편심 본체 (61) 의 편심 센터 (EC) 와 트랜스미션 메카니즘 (7) 과의 기계적 연결부의 힌지 지점 (65) 사이의 거리는 이동 가능한 접촉부 (4) 가 스위칭 장치의 폐쇄하는 또는 개방하는 동작 중에 고정된 접촉부 (3) 에 대해 도달할 수 있는 최대 거리 (최대 행정) 보다 훨씬 더 길다.
예로서, 그러한 거리는 이동 가능한 접촉부 (4) 에 대해 이용 가능한 최대 행정보다 적어도 10 배 더 길 수 있다.
그러한 해결책은 편심 메카니즘 (6) 에서 현저하게 감소된 기계적 응력들 (특히 커넥팅 로드 본체 (620) 에 작용하는 측방향 힘들의 존재) 을 허용한다는 것이 발명자들에 의해 확인되었다.
추가로, 길어진 커넥팅 로드 본체 (620) 의 제공은 작동 어셈블리 (5) 가 이동 가능한 접촉부들 (4) 을 이동시키는 데 제공되어야만 하는 기계적 에너지의 감소를 허용한다.
인용된 도면들에서, 커넥팅 로드 본체 (620) 에 대해 바람직한 실시형태가 도시된다 (도 6, 도 8, 도 11).
그러한 실시형태에 따르면, 커넥팅 로드 본체 (620) 는 재료 (예를 들면 강) 의 중실 피스에 의해 제조되고 바람직하게 커넥팅 로드 축선 (A4) 를 따라 사면체 대칭으로 연장되는 메인 부분 (62) 을 포함한다.
메인 부분 (62) 은 상기 메인 부분의 두께를 통과되는 제 2 성형된 공동 (621) 을 포함한다.
제 2 공동 (621) 에 대해 원위 단부에서, 커넥팅 로드 본체 (620) 는 커넥팅 로드 축선 (A4) 를 따라 연장되는 세장형 부분 (63) 을 포함한다.
바람직하게, 커넥팅 로드 본체 (620) 의 세장형 부분 (63) 은 인용된 도면들에 도시된 바와 같이 커넥팅 로드 축선 (A4) 를 따라 종방향으로 연장되는 성형된 로드에 의해 형성된다.
일단부에서, 성형된 로드 (63) 는 커넥팅 로드 본체 (620) 의 메인 부분 (62) 과 확고하게 커플링된다.
메인 부분 (62) 으로부터 원위로 대향하는 단부 (632) 에서, 성형된 로드 (63) 는 힌지 지점 (65) 에서 트랜스미션 메카니즘 (7) 과 회전 가능하게 커플링된다.
대안예로서, 세장형 부분 (63) 은 커넥팅 로드 본체 (620) 의 메인 부분 (62) 과 하나의 피스로 제조된 돌출부에 의해 형성될 수 있다.
다음에, 스위칭 장치의 각각의 전기 폴에 배열된 트랜스미션 메카니즘 (7) 이 인용된 도면들 (도 3, 도 6) 에 도시된 특히 바람직한 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 설명된다.
바람직하게, 트랜스미션 메카니즘 (7) 은 플런저 부재 (72) 및 접촉 스프링 (71) 을 포함한다.
플런저 부재 (72) 는 이동 가능한 접촉부 (4) 와 근위 포지션 및 그로부터 원위 포지션에서 각각 대향하는 제 1 및 제 2 단부들 (721, 722) 을 갖고 변위 축선 (A1) 을 따라 종방향으로 연장된다.
플런저 부재의 제 1 단부 (721) 는 힌지 지점 (65) 에서 편심 메카니즘 (6), 보다 구체적으로 이러한 편심 메카니즘 (6) 의 커넥팅 로드 본체 (620) 와 기계적으로 커플링된다.
플런저 부재 (72) 의 제 2 단부 (722) 는 이동 가능한 접촉부 (4) 및 트랜스미션 메카니즘 (7) 의 접촉 스프링 (72) 에 대해 맞닿는다.
접촉 스프링 (71) 은 플런저 부재 (72) 와 동축방향으로 변위 축선 (A1) 을 따라 배열된다.
이동 가능한 접촉부 (4) 에 근위에서, 접촉 스프링 (71) 은 상기 이동 가능한 접촉부와 기계적으로 커플링된 (예를 들면 확고하게 고정된) 제 1 단부 (711) 를 갖는 한편, 이동 가능한 접촉부 (4) 로부터 원위에서, 접촉 스프링 (71) 은 플런저 부재 (72) 에 대해, 특히 이러한 플런저 부재 (72) 의 제 2 단부 (722) 와 맞닿는 제 2 단부 (712) 를 갖는다.
스위칭 장치의 폐쇄하는 또는 개방하는 동작 중에, 플런저 부재 (72) 는 이러한 이동 가능한 접촉부 (4) 가 고정된 접촉부 (3) 와 커플링될 때에 이동 가능한 접촉부 (4) 에 대해 이동될 수 있다. 그러한 상대적인 이동은 실제적으로 압축 또는 해제를 거침으로써 탄성 에너지를 저장하거나 또는 해제하는 접촉 스프링 (71) 의 존재에 의해 가능하게 된다.
바람직하게, 접촉 스프링 (71) 은 이동 가능한 접촉부 (4) 가 고정된 접촉부 (3) 로부터 디커플링될 때조차 바이어싱 상태 (즉 약간 압축됨) 로 되는 방식으로 이동 가능한 접촉부 (4) 에 장착된다.
바람직하게, 플런저 부재 (72) 는 전기적 절연 재료로 적어도 부분적으로 제조된 성형된 로드에 의해 형성된다.
인용된 도면들에 도시된 바와 같이, 이동 가능한 플런저 (72) 는 변위 축선 (A1) 을 따라 정렬되고 그와 함께 결합되는 복수의 부분들 (심지어 상이한 재료들로 제조됨) 을 포함할 수 있다.
바람직하게, 플런저 부재 (72) 는 제 1 단부 (721) 를 포함하고 이동 가능한 접촉부 (4) 로부터 원위에 위치 설정된 제 1 부분 (72A) (예를 들면 강으로 제조됨) 을 포함한다.
종래에, 플런저 부재의 부분 (72A) 은 모션 트랜스미션 어셈블리 (150) 의 지지 프레임 (151) 에 의해 규정된 체적에 수용된다.
바람직하게, 플런저 부재 (72) 는 제 2 단부 (722) 를 포함하고 이동 가능한 접촉부 (4) 의 근위에 위치 결정된 제 2 부분 (72B) (예를 들면 전기적 절연 재료로 제조됨) 을 포함한다.
종래에, 플런저 부재의 부분 (72B) 은 모션 트랜스미션 어셈블리 (150) 의 지지 프레임 (151) 으로부터 돌출하고 전기 폴 (2) 의 하우징 부재 (23) 에 수용된다.
바람직하게, 플런저 부재의 제 2 단부 (722) (그 제 2 부분 (72B) 에서) 는적어도 부분적으로 접촉 스프링 (71) 을 수용하기 위해 규정되고 컵 형상이다.
바람직하게, 플런저 부재의 제 2 단부 (722) 는 스위칭 장치의 개방하는 동작 중에 이동 가능한 접촉부 (4), 특히 이러한 이동 가능한 접촉부 (4) 의 제 2 커플링 표면 (41) 과 기계적으로 커플링되는 제 1 커플링 표면 (723) 을 포함한다.
종래에, 상기 제 1 및 제 2 커플링 표면들은 스위칭 장치의 개방하는 동작 중에 상호 맞닿는 방식으로 배열된 플런저 부재의 제 2 단부 (722) 의 성형된 에지 (723) 및 이동 가능한 접촉부의 성형된 에지 (41) 에 의해 각각 형성된다.
바람직하게, 플런저 부재의 제 2 단부 (722) 는 스위칭 장치의 폐쇄하는 동작 중에 접촉 스프링 (71), 특히 이러한 접촉 스프링 (71) 의 제 2 단부 (712) 와 기계적으로 커플링되는 제 3 커플링 표면 (724) 을 포함한다.
종래에, 언급된 커플링 표면들 (724) 은 플런저 부재의 컵 형상의 단부 (722) 의 바닥 부분에 의해 형성된다.
바람직하게, 트랜스미션 메카니즘 (7) 은 변위 축선 (A1) 과 이러한 플런저 부재의 정확한 정렬을 보장하도록 플런저 부재와 슬라이딩 가능하게 커플링된 하나 이상의 안내 또는 축방향 베어링 요소들 (74) 을 포함한다.
전기 폴 (2) 에 대한 스위칭 장치 (1) 의 작동은 지금부터 보다 상세하게 설명된다.
스위칭 장치의 개방하는 상태
스위칭 장치 (1) 가 개방하는 상태일 때에, 이동 가능한 접촉부 (4) 는 고정된 접촉부 (3) 로부터 디커플링되고 상기 이동 가능한 접촉부 (도 2, 도 9) 에 의해 도달될 수 있는 최대 거리 (최대 행정) 보다 약간 더 짧은 거리 (몇백 mm) 의 고정된 접촉부로부터 이격된다.
접촉 스프링 (71) 은 (그 바이어싱 상태에 대해) 압축되지 않는다.
편심 메카니즘 (6) 은 제 1 엔드-오브-런 포지션 (P1) 에 있다.
편심 메카니즘 (6) 의 커넥팅 로드 본체 (620) 는 안내 요소 (66) 에 대해 맞닿는다.
커넥팅 로드 본체 (620) 의 커넥팅 로드 축선 (A4) 은 이동 가능한 접촉부의 변위 축선 (A1) 과 정렬되지 않는다.
편심 본체 (61) 의 편심 축선 (A3) 및 커넥팅 로드 본체 (620) 의 커넥팅 로드 축선 (A4) 은 몇도 (예를 들면 5° 이하) 의 제 1 각도 (α) 를 형성한다.
전기 모터 (5) 는 스위칭 장치의 폐쇄하는 동작이 실행될 때까지 편심 메카니즘 (6) 이 제 1 엔드-오브-런 포지션 (P1) 을 안정적으로 유지할 수 있기 때문에 스위치 오프될 수 있다.
엔드-오브-런 요소 (66) 에 대한 커넥팅 로드 본체 (620) 의 맞닿음은 회전 방향 (D1) 에서 편심 메카니즘 (6) 의 임의의 이동을 방지한다.
다른 한편으로, 편심 축선 (A3) 및 커넥팅 로드 축선 (A4) 이 상호 정렬되지 않기 때문에, 고정된 접촉부 (3) 를 향해 이동 가능한 접촉부 (4) 를 이동시키도록 지향된 임의의 힘 (예를 들면 진공 챔버의 내측과 외측 사이의 압력 차이로 발생된 진공력) 은 회전 방향 (D2) 에서 편심 메카니즘의 이동에 반대하는 측방향 성분을 갖는다.
그러한 측방향 성분은 전기 모터 (51) 가 폐쇄하는 동작을 실행하도록 활성화될 때까지 안내 요소 (66) 에 대해 맞닿음 포지션에서 커넥팅 로드 본체 (620) 를 안정적으로 유지한다.
폐쇄하는 동작
폐쇄하는 동작을 실행하도록, 전기 모터 (51) 는 활성화되고 작동 샤프트는 회전 방향 (D2) 을 따라 회전한다 (도 9).
커넥팅 로드 본체 (620) 는 회전 방향 (D2) 에서 편심 메카니즘 (6) 의 이동에 반대하는 임의의 힘이 작동 샤프트 (52) 에 의해 가해지는 힘들에 의해 극복되기 때문에 안내 요소 (66) 에 대해 그 맞닿음 포지션에서 떠나고 동일한 회전 방향 (D2) 을 따라 회전한다.
편심 메카니즘 (6) 은 따라서 제 1 데드로크 포지션 (PD1) 을 향해 이동한다 (도 9, 도 10).
제 1 엔드-오브-런 포지션 (P1) 과 제 1 데드로크 포지션 (PD1) 사이의 편심 메카니즘 (6) 의 이동 중에, 이동 가능한 플런저 (72) 는 병진 운동 방향 (D3) 을 따라 (변위 축선 (A1) 을 따라) 약간 (몇백 mm) 이동함으로써 고정된 접촉부 (3) 로부터 이동 가능한 접촉부 (4) 에 추가로 간격을 둔다 (도 10).
제 1 데드로크 포지션 (PD1) 이 편심 메카니즘 (6) 에 의해 도달될 때에, 편심 축선 (A3), 커넥팅 로드 축선 (A4) 및 변위 축선 (A1) 은 상호 정렬되고 이동 가능한 접촉부 (4) 는 고정된 접촉부 (3) 로부터 그 최대 거리에 도달된다.
그것이 작동 샤프트 (52) 에 의해 이동되기 때문에, 편심 메카니즘 (6) 은 제 1 데드로크 포지션 (PD1) 에 걸쳐 통과하고 제 2 데드로크 포지션 (PD2) 을 향해 이동한다.
이동 가능한 플런저 (72) 는 병진 운동 방향 (D4) 을 따라 (변위 축선 (A1) 을 따라) 이동함으로써 고정된 접촉부 (3) 를 향해 이동 가능한 접촉부 (4) 를 이동시킨다 (도 11).
제 1 데드로크 포지션 (PD1) 과 제 2 데드로크 포지션 (PD2) 사이의 그 이동 중에, 편심 메카니즘 (6) 은 이동 가능한 접촉부 (4) 가 고정된 접촉부 (3) 와 커플링되는 제 1 중간 포지션 (PI1) 에 도달한다.
제 1 엔드-오브-런 포지션 (P1) 과 중간 포지션 (PI) 사이에 편심 메카니즘 (6) 의 이동 중에, 이동 가능한 접촉부 (4) 가 고정된 접촉부 (3) 와 커플링되지 않기 때문에, 접촉 스프링 (71) 은 (그 바이어싱 상태에 대해) 압축되지 않고 그것은 이동 가능한 플런저 (72) 및 이동 가능한 접촉부 (4) 와 확고하게 이동한다.
그것이 작동 샤프트 (52) 에 의해 여전히 이동되기 때문에, 편심 메카니즘 (6) 은 제 1 중간 포지션 (PI1) 애 걸쳐 통과하고 제 2 데드로크 포지션 (PD2) 을 향해 연속해서 이동한다.
제 1 중간 포지션 (PI1) 과 제 2 데드로크 포지션 (PD2) 사이에서 편심 메카니즘 (6) 의 이동 중에, 플런저 부재 (72) 는 이동 가능한 접촉부 (4) 에 대해 상대적으로 (방향 (D4) 을 따라) 이동하고 접촉 스프링 (71) 은 압축을 받는다.
제 2 데드로크 포지션 (PD2) 이 편심 메카니즘 (6) 에 의해 도달될 때에, 편심 축선 (A3), 커넥팅 로드 축선 (A4) 및 변위 축선 (A1) 은 상호 정렬되고 접촉 스프링 (71) 은 그 최대 압축에 도달한다 (도 12).
그것이 작동 샤프트 (52) 에 의해 이동될 때에, 편심 메카니즘 (6) 은 제 2 데드로크 포지션 (PD2) 을 거쳐 통과하고 제 2 엔드-오브-런 포지션 (P2) (제 2 데드로크 포지션 (PD2) 에 대해 오버 회전) 을 향해 이동한다.
제 2 데드로크 포지션 (PD2) 과 제 2 엔드-오브-런 포지션 (P2) 사이의 편심 메카니즘 (6) 의 이동 중에, 이동 가능한 플런저 (72) 는 이동 가능한 접촉부 (4) 에 대해 상대적으로 방향 (D3) 을 따라 약간 (몇백 mm) 이동한다.
접촉 스프링 (71) 은 제 2 데드로크 포지션 (PD2) 에서 편심 메카니즘 (6) 에 있어서 최대 압축 상태에 대해 약간의 탄성 에너지를 해제한다.
폐쇄하는 동작은 편심 메카니즘 (6) 이 제 2 엔드-오브-런 포지션 (P2) 에 도달할 때에 종료된다 (도 12).
스위칭 장치의 폐쇄하는 상태
스위칭 장치 (1) 가 폐쇄하는 상태에 있을 때에, 이동 가능한 접촉부 (4) 는 고정된 접촉부 (3) 로부터 커플링된다 (도 13).
접촉 스프링 (71) 은 압축되지만 그것은 제 2 데드로크 포지션 (PD2) 에서 편심 메카니즘 (6) 에 있어서 저장된 탄성 에너지의 최대 양보다 더 낮은 탄성 에너지의 양을 저장한다.
편심 메카니즘 (6) 의 커넥팅 로드 본체 (620) 는 안내 요소 (66) 에 대해 맞닿는다.
커넥팅 로드 본체 (620) 의 커넥팅 로드 축선 (A4) 은 이동 가능한 접촉부의 변위 축선 (A1) 과 정렬되지 않는다.
편심 본체 (61) 의 편심 축선 (A3) 및 커넥팅 로드 본체 (620) 의 커넥팅 로드 축선 (A4) 은 몇도 (예를 들면 5° 이하) 의 제 2 각도 (α') 를 형성한다.
전기 모터 (5) 는 스위칭 장치의 개방하는 동작이 실행될 때까지 편심 메카니즘 (6) 이 제 2 엔드-오브-런 포지션 (P2) 을 안정적으로 유지할 수 있기 때문에 스위치 오프될 수 있다.
엔드-오브-런 요소 (66) 에 대해 커넥팅 로드 본체 (620) 의 맞닿음은 이러한 엔드-오브-런 요소 (66) 가 회전 방향 (D2) 으로 (작동 샤프트 (52) 에 대해 편심적으로) 이동하는 것을 방지한다.
다른 한편으로, 편심 축선 (A3) 및 커넥팅 로드 축선 (A4) 이 상호 정렬되지 않기 때문에, 고정된 접촉부로부터 멀리 이동 가능한 접촉부 (4) 를 이동시키도록 지향된 임의의 힘 (예를 들면 이동 가능한 플런저 (72) 의 하중) 은 회전 방향 (D1) 에서 편심 메카니즘 (6) 의 이동에 반대하는 방식으로 지향된 측방향 성분을 갖는다.
그러한 측방향 성분은 전기 모터 (51) 가 개방하는 동작을 실행하도록 활성화될 때까지 안내 요소 (66) 에 대해 맞닿음 포지션에서 커넥팅 로드 본체 (620) 를 안정적으로 유지한다.
개방하는 동작
개방하는 동작을 실행하도록, 전기 모터 (51) 는 활성화되고 작동 샤프트는 회전 방향 (D1) 을 따라 회전된다 (도 13).
커넥팅 로드 본체 (620) 는 커넥팅 로드 본체 (620) 의 이동에 반대하는 임의의 힘이 작동 샤프트 (52) 에 의해 가해진 힘들에 의해 극복되기 때문에 안내 요소 (66) 에 대해 그 맞닿음 포지션에서 떠나고 동일한 회전 방향 (D1) 으로 회전한다.
편심 메카니즘 (6) 은 제 2 데드로크 포지션 (PD2) 를 향해 이동한다 (도 12, 도 13).
제 2 엔드-오브-런 포지션 (P2) 과 제 2 데드로크 포지션 (PD2) 사이에 편심 메카니즘 (6) 의 이동 중에, 이동 가능한 플런저 (72) 는 병진 운동 방향 (D4) 에 따라 이동 가능한 접촉부 (4) 에 대해 상대적으로 약간 (몇백 mm) 이동한다.
접촉 스프링 (71) 은 제 2 엔드-오브-런 포지션 (P2) 에서 편심 메카니즘 (6) 에 있어서 도달된 압축 상태에 대해 약간 압축된다.
제 2 데드로크 포지션 (PD2) 이 편심 메카니즘 (6) 에 의해 도달될 때에, 편심 축선 (A3), 커넥팅 로드 축선 (A4) 및 변위 축선 (A1) 은 상호 정렬되고 접촉 스프링 (71) 은 그 최대 압축 상태에 도달한다.
그것이 작동 샤프트 (52) 에 의해 이동되기 때문에, 편심 메카니즘 (6) 은 제 2 데드로크 포지션 (PD2) 에 걸쳐 통과하고 제 2 데드로크 포지션 (PD1) 를 향해 이동한다.
제 2 데드로크 포지션 (PD2) 과 제 1 데드로크 포지션 (PD1) 사이에 편심 메카니즘 (6) 의 이동 중에, 이동 가능한 플런저 (72) 는 병진 운동 방향 (D3) 에 따라 이동 가능한 접촉부 (4) 에 대해 상대적으로 이동한다.
접촉 스프링 (71) 은 제 2 데드로크 포지션 (PD2) 에서 편심 메카니즘 (6) 에 있어서 최대 압축 상태에 대해 탄성 에너지를 해제한다.
제 2 데드로크 포지션 (PD2) 으로부터 제 1 데드로크 포지션 (PD1) 으로의 그 이동 중에, 편심 메카니즘 (6) 은 이동 가능한 접촉부 (4) 가 고정된 접촉부 (3) 로부터 디커플링되는 제 2 중간 포지션 (PI2) (이는 바람직하게 제 1 중간 포지션 (PI1) 과 일치함) 에 도달한다.
편심 메카니즘 (6) 이 제 2 중간 포지션 (PI2) 에 도달할 때에, 플런저 부재 (73) 의 제 2 단부 (722) 가 이동 가능한 접촉부 (4) 와 커플링되고 이동 가능한 접촉부 (4) 는 병진 운동 방향 (D3) 을 따라 플런저 부재 (72) 에 의해 고정된 접촉부로부터 멀리 드래그됨으로써, 고정된 접촉부 (3) 로부터 디커플링된다.
그것이 작동 샤프트 (52) 에 의해 여전히 이동되기 때문에, 편심 메카니즘 (6) 은 제 2 중간 포지션 (PI2) 에 걸쳐 통과하고 제 2 데드로크 포지션 (PD2) 을 향해 연속해서 이동한다.
커넥팅 로드 본체 (620) 는 회전 방향 (D1) 에서 연속적으로 회전된다.
제 2 중간 포지션 (PI2) 및 제 1 엔드-오브-런 포지션 (P1) 으로부터 편심 메카니즘 (6) 의 이동 중에, 이동 가능한 접촉부 (4) 는 고정된 접촉부 (3) 와 더이상 커플링되지 않기 때문에, 접촉 스프링 (71) 은 (그 바이어싱 상태에 대해) 압축되지 않고 그것은 플런저 부재 (72) 및 이동 가능한 접촉부 (4) 와 확고하게 이동한다.
제 2 중간 포지션 (PI2) 및 제 1 데드로크 포지션 (PD1) 으로부터 편심 메카니즘 (6) 의 이동 중에, 플런저 부재 (72) 는 그것이 플런저 부재 (72) 에 의해 드래그될 때에 고정된 접촉부 (3) 에 대해 멀리 (방향 (D3) 을 따라) 이동한다.
제 1 데드로크 포지션 (PD1) 이 편심 메카니즘 (6) 에 의해 도달될 때에, 편심 축선 (A3), 커넥팅 로드 축선 (A4) 및 변위 축선 (A1) 은 상호 정렬되고 이동 가능한 접촉부 (4) 는 고정된 접촉부 (3) 로부터 그 최대 거리에 도달된다.
그것이 작동 샤프트 (52) 에 의해 이동될 때에, 편심 메카니즘 (6) 은 제 1 데드로크 포지션 (PD1) 을 거쳐 통과하고 제 1 엔드-오브-런 포지션 (P1) 을 향해 (제 1 데드로크 포지션 (PD1) 에 대해 오버 회전) 이동한다.
제 1 데드로크 포지션 (PD1) 과 제 1 엔드-오브-런 포지션 (P1) 사이에 편심 메카니즘 (6) 의 이동 중에, 이동 가능한 플런저 (72) 는 변위 축선 (A1) 을 따라 병진 운동 방향 (D4) 에 따라 약간 (몇백 mm) 이동한다.
이동 가능한 접촉부 (4) 는 따라서 고정된 접촉부 (4) 를 향해 약간 (몇백 mm) 이동한다.
개방하는 동작은 편심 메카니즘 (6) 이 제 1 엔드-오브-런 포지션 (P1) 에 도달할 때에 종료된다.
본 발명에 따른 스위칭 장치 (1) 는 종래 기술 분야에 공지된 장치들에 대해 현저한 이점을 제공한다.
스위칭 장치 (1) 에는 개방하는 동작 또는 폐쇄하는 동작 중에 이동 가능한 접촉부들을 작동시키는 데 탑 레벨의 성능을 보장하는 모션 트랜스미션 어셈블리 (150) 가 제공된다.
특히, 편심 메카니즘 (6) 은 이동 가능한 접촉부들의 높은 레벨의 모션 제어 및 높은 정확성 및 신뢰성을 보장한다.
상기 예시된 바와 같이 배열된 편심 메카니즘 (6) 은 종래 기술 분야의 전통적인 해결책들에 대해 모션 트랜스미션 어셈블리의 축방향 길이를 감소시키는 것을 허용하여, 기계적 응력들 및 진동들의 감소의 관점에서 관련된 이점들을 갖는다.
편심 메카니즘 (6) 은 이동 가능한 접촉부들을 이동시키도록 매우 컴팩트하고, 간단하고 튼튼한 모션 트랜스미션 어셈블리를 얻는 것을 허용하여 스위칭 장치의 전체 구조에 대해 크기 최적화의 관점에서 관련된 이점을 갖는다.
편심 메카니즘 (6) 으로 인해, 스위칭 장치는 작동 어셈블리 (5) 에 에너지를 공급하지 않고 폐쇄하거나 또는 개방하는 상태를 유지할 수 있어서 전력 소비의 결과적인 관련된 감소를 갖는다.
본 발명에 따른 스위칭 장치 (1) 는 따라서 의도된 적용예에 대해 높은 레벨의 신뢰성을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 스위칭 장치 (1) 는 본 기술 분야에서 상대적으로 용이하고 값싼 산업적 제조 및 설치가 가능하다.

Claims (15)

  1. 중전압 (medium voltage) 전기 시스템들용의 스위칭 장치 (1) 로서,
    상기 스위칭 장치는 하나 이상의 전기 폴들 (2) 을 포함하고, 각각의 전기 폴은 상응하는 전기 라인과 각각 전기적으로 커플링 가능하며,
    상기 스위칭 장치는,
    - 각각의 전기 폴에 대해, 고정된 접촉부 (3) 및 상응하는 이동 가능한 접촉부 (4) 로서, 상기 이동 가능한 접촉부는 상기 고정된 접촉부로부터의 디커플링된 포지션과 상기 고정된 접촉부와의 커플링된 포지션 사이에서 상응하는 병진 운동 변위 축선 (A1) 을 따라 가역적으로 이동 가능하고, 상기 이동 가능한 접촉부는 상기 스위칭 장치의 폐쇄하는 동작 (manoeuvre) 중에 상기 디커플링된 포지션으로부터 상기 커플링된 포지션으로 이동하고, 상기 이동 가능한 접촉부는 상기 스위칭 장치의 개방하는 동작 중에 상기 커플링된 포지션으로부터 상기 디커플링된 포지션으로 이동하는, 상기 고정된 접촉부 (3) 및 상기 상응하는 이동 가능한 접촉부 (4);
    - 적어도 하나의 전기 모터를 갖고, 각각의 전기 폴에 대해, 상기 스위칭 장치의 폐쇄하는 동작 또는 개방하는 동작 중에 회전 축선 (A2) 주위로 회전하는 작동 샤프트 (52) 를 갖는 작동 어셈블리 (5) 를 포함하고;
    상기 스위칭 장치는 각각의 전기 폴에 대해, 모션 트랜스미션 어셈블리 (150) 를 포함하고,
    상기 모션 트랜스미션 어셈블리 (150) 는,
    - 상기 작동 샤프트 (52) 와 작동 커플링된 편심 메카니즘 (6) 으로서, 상기 편심 메카니즘은 상기 스위칭 장치의 폐쇄하는 동작 또는 개방하는 동작 중에 상기 이동 가능한 접촉부 (4) 를 작동시키도록 상기 작동 샤프트에 의해 제공된 기계적 회전력들에 의해 작동되는, 상기 편심 메카니즘 (6);
    - 상기 편심 메카니즘 (6) 및 상기 이동 가능한 접촉부 (4) 와 작동 커플링된 트랜스미션 메카니즘 (7) 으로서, 상기 트랜스미션 어셈블리는 상기 스위칭 장치의 폐쇄하는 동작 또는 개방하는 동작 중에 상기 이동 가능한 접촉부를 작동시키도록 상기 편심 메카니즘에 의해 제공된 기계적 병진 운동력들에 의해 작동되는, 상기 트랜스미션 메카니즘 (7) 을 포함하고;
    상기 편심 메카니즘은, 상기 스위칭 장치의 개방하는 동작 또는 폐쇄하는 동작 중에 상기 이동 가능한 접촉부가 상기 고정된 접촉부로부터 디커플링되는 제 1 엔드-오브-런 포지션 (P1) 과 상기 이동 가능한 접촉부가 상기 고정된 접촉부에 커플링되는 제 2 엔드-오브-런 포지션 (P2) 사이에 이동 가능하고,
    상기 편심 메카니즘은 상기 스위칭 장치의 개방하는 동작의 마지막에 상기 제 1 엔드-오브-런 포지션 (P1) 에 도달하고, 상기 스위칭 장치의 폐쇄하는 동작이 실행될 때까지 상기 적어도 하나의 전기 모터가 스위치 오프되면서 상기 제 1 엔드-오브-런 포지션을 안정적으로 유지하고,
    상기 편심 메카니즘은 상기 스위칭 장치의 폐쇄하는 동작의 마지막에 상기 제 2 엔드-오브-런 포지션 (P2) 에 도달하고, 상기 스위칭 장치의 개방하는 동작이 실행될 때까지 상기 적어도 하나의 전기 모터가 스위치 오프되면서 상기 제 2 엔드-오브-런 포지션을 안정적으로 유지하는 것을 특징으로 하는, 중전압 전기 시스템들용의 스위칭 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭 장치의 개방하는 동작 또는 폐쇄하는 동작 중에, 상기 편심 메카니즘 (6) 은, 상기 이동 가능한 접촉부 (4) 가 상기 고정된 접촉부 (3) 로부터 디커플링되고 상기 고정된 접촉부로부터 최대 거리의 지점에 도달하는, 제 1 데드로크 포지션 (PD1) 을 통과하는 것을 특징으로 하는, 중전압 전기 시스템들용의 스위칭 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 스위칭 장치의 개방하는 동작 또는 폐쇄하는 동작 중에, 상기 편심 메카니즘 (6) 은 제 2 데드로크 포지션 (PD2) 을 통과하고, 상기 제 2 데드로크 포지션 (PD2) 에서 상기 이동 가능한 접촉부 (4) 가 상기 고정된 접촉부 (3) 와 커플링되고 상기 이동 가능한 접촉부와 작동 커플링되는 상기 트랜스미션 메카니즘 (7) 의 접촉 스프링 (71) 이 최대 양의 탄성 에너지를 저장하는 것을 특징으로 하는, 중전압 전기 시스템들용의 스위칭 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 스위칭 장치의 폐쇄하는 동작 중에, 상기 편심 메카니즘은 상기 제 1 엔드-오브-런 포지션 (P1) 을 떠나고, 상기 제 1 엔드-오브-런 포지션 (P1) 에서 상기 이동 가능한 접촉부 (4) 가 상기 고정된 접촉부 (3) 로부터 디커플링되고 최대 거리보다 더 짧은 거리의 상기 고정된 접촉부로부터 이격되고, 상기 제 1 데드로크 포지션 (PD1) 을 통과하고, 상기 제 2 데드로크 포지션 (PD2) 을 통과하고, 상기 제 2 엔드-오브-런 포지션 (P2) 에 도달하고, 상기 제 2 엔드-오브-런 포지션 (P2) 에서 상기 이동 가능한 접촉부는 상기 고정된 접촉부와 커플링되고 상기 접촉 스프링 (71) 은 최대 양의 탄성 에너지보다 더 적은 양의 탄성 에너지를 저장하는 것을 특징으로 하는, 중전압 전기 시스템들용의 스위칭 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 스위칭 장치의 개방하는 동작 중에, 상기 편심 메카니즘은 상기 제 2 엔드-오브-런 포지션 (P2) 을 떠나고, 상기 제 2 엔드-오브-런 포지션 (P2) 에서 상기 이동 가능한 접촉부 (4) 는 상기 고정된 접촉부 (3) 와 커플링되고 상기 접촉 스프링 (71) 은 최대 양의 탄성 에너지보다 더 적은 양의 탄성 에너지를 저장하고, 상기 제 2 데드로크 포지션 (PD2) 을 통과하고, 상기 제 1 데드로크 포지션 (PD1) 을 통과하고 상기 제 1 엔드-오브-런 포지션 (P1) 에 도달하고, 상기 제 1 엔드-오브-런 포지션 (P1) 에서 상기 이동 가능한 접촉부는 상기 고정된 접촉부로부터 디커플링되고 최대 거리보다 더 짧은 거리의 상기 고정된 접촉부로부터 이격되는 것을 특징으로 하는, 중전압 전기 시스템들용의 스위칭 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 편심 메카니즘 (6) 은,
    - 상기 작동 샤프트와 확고하게 회전하도록 상기 작동 샤프트 (52) 와 커플링된 편심 본체 (61) 로서, 상기 편심 본체는 상기 회전 축선 (A2) 에 수직한 평면 (π) 을 따라, 상기 회전 축선 (A2) 으로부터 이격된 편심 센터 (EC) 및 상기 회전 축선 및 상기 편심 센터 (EC) 를 통과하는 크랭크 축선 (A3) 을 갖는, 상기 편심 본체 (61);
    - 상기 편심 본체에 대해 회전 가능하게 이동 가능하도록 상기 편심 본체와 작동 커플링된 커넥팅 로드 본체 (620) 로서, 상기 커넥팅 로드 본체는 커넥팅 로드 축선 (A4) 를 따라 종방향으로 연장되고 상기 커넥팅 로드 본체 (620) 의 힌지 지점 (65) 에서 상기 트랜스미션 메카니즘 (7) 과 회전 가능하게 커플링되는, 상기 커넥팅 로드 본체 (620) 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 중전압 전기 시스템들용의 스위칭 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 크랭크 축선 (A3) 및 상기 커넥팅 로드 축선 (A4) 은, 상기 편심 메카니즘 (6) 이 상기 제 1 엔드-오브-런 포지션 (P1) 또는 상기 제 2 엔드-오브-런 포지션 (P2) 에 도달할 때에 상기 회전 축선 (A2) 에 수직한 평면 (π) 을 따라, 몇도의 절대 값을 갖는 각도 (α, α') 를 형성하는 것을 특징으로 하는, 중전압 전기 시스템들용의 스위칭 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 각도 (α, α') 는 5° 이하의 절대 값을 갖는 것을 특징으로 하는, 중전압 전기 시스템들용의 스위칭 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 힌지 지점 (65) 과 상기 편심 센터 (EC) 사이의 거리는, 상기 회전 축선 (A2) 에 수직한 평면 (π) 을 따라, 상기 이동 가능한 접촉부 (4) 가 상기 스위칭 장치의 폐쇄하는 동작 또는 개방하는 동작 중에 상기 고정된 접촉부 (3) 에 대해 도달할 수 있는 최대 거리보다 훨씬 더 긴 것을 특징으로 하는, 중전압 전기 시스템들용의 스위칭 장치.
  10. 제 6 항에 있어서,
    - 상기 편심 본체 (61) 는 상기 작동 샤프트 (52) 와 동축방향인 제 1 공동 (611) 을 포함하고, 상기 작동 샤프트는 상기 편심 본체와 기계적 커플링을 위해 상기 제 1 공동 내에 적어도 부분적으로 삽입되고;
    - 상기 커넥팅 로드 본체 (620) 는 상기 편심 본체와 동축방향인 제 2 공동 (621) 을 포함하고, 상기 편심 본체는 커넥팅 로드 본체와 기계적 커플링을 위해 상기 제 2 공동 내에 적어도 부분적으로 삽입되는 것을 특징으로 하는, 중전압 전기 시스템들용의 스위칭 장치.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 편심 메카니즘 (6) 은 고정된 포지션에서 엔드-오브-런 요소 (66) 를 포함하고, 상기 커넥팅 로드 본체 (620) 는 상기 편심 메카니즘 (6) 이 상기 제 1 엔드-오브-런 포지션 (P1) 또는 상기 제 2 엔드-오브-런 포지션 (P2) 에 도달할 때에 상기 엔드-오브-런 요소에 대해 맞닿는 것을 특징으로 하는, 중전압 전기 시스템들용의 스위칭 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 트랜스미션 메카니즘 (7) 은,
    - 상기 변위 축선 (A1) 을 따라 종방향으로 연장되고 대향하는 단부들 (721, 722) 를 갖는 플런저 부재 (72) 로서, 상기 플런저 부재의 제 1 단부 (721) 는 상기 편심 메카니즘 (6) 과 작동 커플링되는, 상기 플런저 부재 (72);
    - 상기 변위 축선 (A1) 을 따라 배열되고 대향하는 단부들 (711, 712) 을 갖는 접촉 스프링 (71) 으로서, 접촉 스프링의 제 1 단부 (711) 는 상기 이동 가능한 접촉부 (4) 와 작동 커플링되고, 상기 접촉 스프링의 제 2 단부 (712) 는 상기 플런저 부재의 제 2 단부 (722) 와 작동 커플링되는, 상기 접촉 스프링 (71) 을 포함하는 것을 특징으로 하는, 중전압 전기 시스템들용의 스위칭 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 플런저 부재 (72) 의 제 2 단부 (722) 는 상기 스위칭 장치의 개방하는 동작 또는 폐쇄하는 동작 중에 상기 이동 가능한 접촉부 (4) 에 대해 상대적으로 이동하고, 상기 접촉 스프링 (71) 은 상기 이동 가능한 접촉부에 대해 상기 플런저 부재 (72) 의 제 2 단부 (722) 의 상대적인 이동 중에 압축을 받거나 또는 해제되는 것을 특징으로 하는, 중전압 전기 시스템들용의 스위칭 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 플런저 부재 (72) 의 제 2 단부 (722) 는 상기 접촉 스프링 (71) 을 적어도 부분적으로 수용하기 위한 체적을 규정하도록 컵 형상이고, 상기 제 2 단부는 상기 스위칭 장치의 개방하는 동작 중에 상기 이동 가능한 접촉부 (4) 와 기계적 커플링을 위한 제 1 커플링 표면 (723) 을 포함하고, 상기 제 2 단부는 상기 스위칭 장치의 폐쇄하는 동작 중에 상기 접촉 스프링 (71) 과 기계적 커플링을 위한 제 3 커플링 표면 (724) 을 포함하는 것을 특징으로 하는, 중전압 전기 시스템들용의 스위칭 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스위칭 장치는 진공 작동 타입인 것을 특징으로 하는, 중전압 전기 시스템들용의 스위칭 장치.
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