KR20100114526A

KR20100114526A - 열응동 개폐기

Info

Publication number: KR20100114526A
Application number: KR1020107018609A
Authority: KR
Inventors: 도모히로 호리; 아츠시 치바
Original assignee: 가부시키가이샤 우부카타 세이사쿠쇼
Priority date: 2008-02-08
Filing date: 2008-02-08
Publication date: 2010-10-25
Also published as: CA2715130C; WO2009098735A1; CN101990694A; EP2242075A1; KR101117885B1; CA2715130A1; BRPI0822256A2; CN101990694B; BRPI0822256B1; JPWO2009098735A1; EP2242075B1; MX2010007915A; EP2242075A4; JP5001383B2; US20100315193A1; US8717140B2

Abstract

본 발명은 금속제의 하우징(3)과 덮개판(4)으로 이루어지는 밀폐용기(2)와, 덮개판(4)에 기밀(氣密)하게 고정된 도전단자핀(10A, 10B)과, 도전단자핀(10A)에 고정된 고정접점(8)과, 일단이 밀폐용기(2)의 내면에 도전적으로 접속고정되어 소정의 온도에서 그 만곡(彎曲)방향이 반전(反轉)하는 열응동판(熱應動板)(6)과, 열응동판(6) 타단에 고착된 가동접점(7)을 구비하고, 가동접점(7)과 고정접점(8)은 은-산화 주석계 접점으로 구성되며, 밀폐용기(2)의 내부에는 50％ 이상 95％ 이하의 헬륨을 포함하는 기체가 상온에서 0.3기압 이상 0.8기압 이하가 되도록 봉입(封入)되어 있는 열응동 개폐기(1)이다.

Description

열응동 개폐기{THERMALLY-ACTUATED SWITCH}

본 발명은 밀폐용기 내에 바이메탈(bimetal) 등의 열응동판(熱應動板)을 이용한 접점개폐기구를 가지는 열응동 개폐기에 관한 것이다.

이런 종류의 열응동 개폐기는 일본 특허공보 제2519530호(선행기술문헌 1), 일본 특허공개공보 평10-144189호(선행기술문헌 2), 일본 2002-352685호(선행기술문헌 3), 일본 2003-59379호(선행기술문헌 4) 등에 개시되어 있다. 이들에 기재된 열응동 개폐기는 모두 금속제의 하우징과 덮개판으로 이루어지는 밀폐용기의 내부에 소정의 온도에서 그 만곡(彎曲)방향을 반전(反轉)시키는 열응동판을 구비하고 있다. 덮개판에는 도전단자핀이 삽입통과되고, 유리 등의 전기절연성의 충전재에 의해 기밀(氣密)하게 고정되어 있다. 이 도전단자핀의 밀폐용기 내의 선단부에는 직접 또는 지지체를 통하여 고정접점이 취착(取着)되어 있다. 또, 열응동판의 일단은 지지체를 통하여 밀폐용기의 내면에 접속고착되어 있으며, 열응동판의 타단에는 가동접점이 고착되고, 상기 고정접점과 함께 개폐접점을 구성하고 있다.

이 열응동 개폐기는 밀폐형 전동압축기의 밀폐하우징 내에 장착되어 압축기용 전동기의 서멀 프로텍터로서 이용된다. 이 경우, 도전단자핀 또는 덮개판에 전동기의 각 권선이 접속된다. 열응동 개폐기의 주변이 비정상인 고온으로 되었을 때 혹은 전동기에 비정상인 전류가 흘렀을 때에 열응동판이 반전하여 접점간이 개방되고, 온도가 소정값 이하로 저하하면 다시 접점간이 닫혀져 통전(通電)상태가 된다.

일본 특허공보 제2519530호 일본 특허공개공보 평10-144189호 일본 2002-352685호 일본 2003-59379호

이 열응동 개폐기는 압축기가 조립된 냉동기나 공기조절기 등이 제품수명을 다할 때까지 동안 상기 비정상 발생시마다 접점간을 개방하는 것이 필요하게 된다. 특히, 전동기의 회전자가 구속된 상태에서 전동기를 구동했을 때 혹은 전동기의 코일간에 단락이 발생했을 때 등에는 전동기의 정격(定格)전류를 훨씬 넘는 전류를 차단하는 것이 필요하다. 이러한 유도성이 큰 전류를 접점의 개방에 의해 차단하면, 접점간에 아크가 발생하여 그 열에 의해 접점의 표면이 손상된다. 그리고, 접점개폐의 보증동작회수를 넘으면, 접점의 용착이 발생하게 된다. 다만, 접점의 용착이 일어났을 때에도 전로(電路)를 차단하여 이차적인 이상발생을 방지할 수 있도록 필요에 따라서 이중의 안전보호대책이 시행되고 있다(예를 들면 선행기술문헌 1, 2에 기재된 히터의 용단부(溶斷部)).

최근, 환경상의 이유로부터 카드뮴을 포함하는 접점의 사용이 제한되고 있다. 예를 들면 은-산화 카드뮴(Ag-CdO)계 접점은 용착력이 작고 아크에 의한 손모(損耗)가 적기 때문에 다용되어 왔지만, 향후는 이것에 대신하는 접점재료를 이용하여 종래와 동등한 내구성 및 전류차단능력을 확보해야 한다. 은-산화 카드뮴계 접점을 단지 카드뮴 없는 접점으로 바꾸는 것만으로는 전류차단능력은 반감해 버린다.

전류차단능력을 높이려면, 접점의 사이즈를 크게 하여 열용량을 높이고, 아크가 발생해도 용착이 발생하기 어렵게 하는 구성, 열응동판의 사이즈를 크게 하여 당겨 벗기는 힘을 높이는 구성 등을 고려할 수 있다. 그러나, 이러한 구성을 채용하면 열응동 개폐기가 대형화하여 압축기의 밀폐하우징 내로의 장착이 곤란하게 된다.

본 발명의 목적은 카드뮴 없는 접점을 이용하여 소형이고 또한 높은 내구성과 전류차단능력을 가지는 열응동 개폐기를 제공하는 것이다.

본 발명의 열응동 개폐기는, 금속제의 하우징과 그 개구단에 기밀하게 고착된 덮개판으로 구성되는 밀폐용기와, 상기 덮개판에 형성된 관통구멍에 삽입통과되어 전기절연성의 충전재에 의해서 기밀하게 고정된 적어도 1개의 도전단자핀과, 상기 밀폐용기 내에서 상기 도전단자핀에 고정된 고정접점과, 일단이 상기 밀폐용기의 내면에 도전적으로 접속고정되고, 접시 모양으로 드로잉(drawing) 성형되어 소정의 온도에서 그 만곡방향이 반전하는 열응동판과, 이 열응동판의 타단에 고착되어 상기 고정접점과 함께 적어도 1쌍의 개폐접점을 구성하는 적어도 1개의 가동접점을 구비하며, 압축기용 전동기에 흐르는 교류전류를 차단하는 용도에 이용되는 열응동 개폐기에 있어서, 상기 고정접점과 가동접점은 은-산화주석계 접점으로 구성되고, 상기 밀폐용기의 내부에는 50% 이상 95% 이하의 헬륨을 포함하는 기체가 상온에서 0.3기압 이상 0.8기압 이하, 보다 바람직하게는 0.35기압 이상 0.7기압 이하가 되도록 봉입(封入)되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 접점개방에 의해 발생한 아크가 접점상을 이동하여 아크에 의한 국부적인 손상이 발생하기 어렵기 때문에, 카드뮴 없는 접점을 이용해도 소형이고 내구성이 뛰어나며 또한 높은 전류차단능력을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예를 나타내는 열응동 개폐기의 종단면도이다.
도 2는 도 1에서의 II-II선에 따른 횡단면도이다.
도 3은 열응동 개폐기의 측면도이다.
도 4는 열응동 개폐기의 평면도이다.
도 5는 기체의 봉입압력을 변화시켰을 경우의 내구시험의 결과를 나타내는 도면이다.
도 6은 봉입압력이 0.6기압인 경우의 내구시험 종료 후의 가동접점(A)과 고정접점(B)의 표면상태를 나타내는 도면이다.
도 7은 봉입압력이 1.0기압인 경우의 도 6 상당도이다.

이하, 본 발명을 압축기용 전동기의 서멀 프로텍터에 적용한 일실시예에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.

도 3 및 도 4는 열응동 개폐기의 측면도 및 평면도이며, 도 1은 그 종단면도, 도 2는 도 1의 II-II선에 따른 횡단면도이다. 열응동 개폐기(1)의 밀폐용기(2)는 금속제의 하우징(3)과 덮개판(4)으로 구성되어 있다. 하우징(3)은 철판 등을 프레스에 의해 드로잉 성형하여 만들어져 있고, 길이방향의 양단부가 대략 구면모양으로 성형되며, 그 양단부를 연결하는 중앙부가 반원모양 단면을 가지도록 성형된 길이가 긴 돔형상을 이루고 있다. 덮개판(4)은 하우징(3)보다 두꺼운 철판을 타원형으로 성형하여 만들어져 있고, 하우징(3)의 개구단에 링 프로젝션 용접 등에 의해 기밀하게 봉착(封着)되어 있다.

밀폐용기(2)의 내측에는 금속판으로 만들어진 지지체(5)를 통하여 열응동판(6)의 일단이 접속고정되어 있다. 이 열응동판(6)은 바이메탈이나 트리메탈(trimetal) 등의 열에 의해서 변형하는 부재를 얕은 접시 모양으로 드로잉 성형한 것으로, 소정의 온도에 이르면 그 만곡방향이 급도(急跳)반전하게 되어 있다. 열응동판(6)의 타단에는 가동접점(7)이 고착되어 있다. 밀폐용기(2) 중 지지체(5)를 고정한 부분을 외측으로부터 찌그러트려 변형함으로써, 가동접점(7)과 고정접점(8)(후술)과의 접촉압력을 조정할 수 있어, 상기 열응동판(6)의 반전동작온도를 소정값으로 교정(較正)할 수 있다.

덮개판(4)에는 관통구멍(4A, 4B)이 형성되어 있다. 이들 관통구멍(4A, 4B)에는 열팽창계수를 고려한 유리 등의 전기절연성의 충전재(9)에 의해, 각각 도전단자핀(10A, 10B)이 주지의 컴프레션(compression) 타입의 밀봉씰(hermetic sealing)에 의해 기밀하게 절연고정되어 있다. 도전단자핀(10A)의 밀폐용기 내측의 선단 근방에는 접점 지지체(11)가 고착되어 있고, 그 접점 지지체(11)에는 상기 가동접점(7)과 대향한 위치에 고정접점(8)이 고착되어 있다.

후술하는 바와 같이, 가동접점(7)과 고정접점(8)은 금속산화물을 11.7중량% 포함하는 은-산화주석(Ag-SnO₂)계 접점이며, 동(銅)으로 이루어지는 중간층과 철로 이루어지는 하층을 적층한 3층 구조를 가지고 있다. 그 형상은 직경 3㎜ 이상 5㎜ 이하의 원판 모양이며, 접점표면은 약간 볼록곡면(본 실시예에서는 반경 8㎜의 구면(球面))을 이루고 있다.

도전단자핀(10B)의 밀폐용기 내측의 선단 근방에는 발열체인 히터(12)의 일단이 고정되어 있다. 히터(12)의 타단은 덮개판(4)상에 고정되어 있다. 이 히터(12)는 도전단자핀(10B)의 주위를 따라 열응동판(6)과 대략 평행하게 배치되어 있으며, 히터(12)에 의한 발열이 열응동판(6)에 효율적으로 전달되도록 되어 있다.

히터(12)에는 단면적이 다른 부분보다 작은 용단부(12A)가 마련되어 있다. 제어대상 기기인 압축기의 통상 운전시에는 전동기의 운전전류에서 용단부(12A)가 용단하지 않는다. 또, 전동기가 구속상태가 되었을 때에는 단시간에 열응동판(6)이 반전하여 접점(7, 8)간을 개방하기 때문에, 이 경우도 용단부(12A)가 용단하지 않는다. 열응동 개폐기(1)가 장기간에 걸쳐 개폐를 반복하여 보증동작회수를 넘으면, 가동접점(7)과 고정접점(8)이 용착하여 개리(開離) 불능이 되는 경우가 있다. 이 경우에 전동기의 회전자가 구속되면, 과대한 전류에 의해 용단부(12A)의 온도가 상승해 이윽고 용단에 이르기 때문에, 전동기로의 통전을 확실히 차단할 수 있다.

후술하는 바와 같이, 밀폐용기(2)의 내부에는 50% 이상 95% 이하의 헬륨(He)을 포함하는 기체가 상온에서 0.3기압 이상 0.8기압 이하가 되도록 봉입되어 있다. 봉입된 기체 중 나머지는 질소, 건조공기, 이산화탄소 등이다. 불활성가스 중에서도 헬륨을 봉입하는 것은, 선행기술문헌 2에 기재되어 있는 바와 같이, 헬륨이 가지는 양호한 열전도율에 의해 전동기의 회전자의 구속시 등 과대한 전류가 흘렀을 때에 주로 히터(12)로부터의 열에 의해 접점(7, 8)간을 개방할 때까지의 시간(Short Time Trip : S/T)을 단축할 수 있음과 아울러, 종래의 것보다도 최소동작 전류값(Ultimate Trip Current : U.T.C.)을 끌어올릴 수 있기 때문이다. 또, 열응동판(6)의 저항값을 높여 그 발열량을 증대시킨 구성으로 하면, 헬륨의 봉입에 의해 열응동판(6)에서 생긴 열을 효율적으로 배출시킬 수 있어, 상기 Short Time Trip(S/T)을 길게 할 수 있다. 다만, 헬륨의 봉입비율이 증가하면 내전압이 저하하는 경향을 가지므로, 교류 100V ~ 260V 정도의 통상의 상용 전원에 대해서는 헬륨의 봉입비율을 30% 이상 95% 이하, 특히 50% 이상 95% 이하로 하는 것이 바람직하다.

도전단자핀(10A, 10B)을 고정하고 있는 충전재(9)상에는 세라믹스, 지르코니아(zirconia)(산화지르코늄) 등으로 이루어지는 내열성 무기절연부재(13)가 틈새 없이 밀착하여 고정되어 있다. 이 내열성 무기절연부재(13)는 미리 설정된 연면방전(沿面放電)에 대한 전기적 강도나 스퍼터(sputter)에 대한 내열성 등의 물리적 강도를 고려한 형상으로 되어 있다. 그 결과, 히터(12)의 용단시에 발생하는 스퍼터가 내열성 무기절연부재(13)의 표면에 부착해도 충분한 절연성을 유지할 수 있어 용단부간에서 발생한 아크가 도전단자핀(10B)과 덮개판(4)과의 사이 또는 도전단자핀(10A, 10B)간에 전이(轉移)하는 것을 방지할 수 있다.

전동기에 흐르는 전류가 단시간의 기동(起動)전류를 포함하여 통상의 운전전류인 경우에는 열응동 개폐기(1)의 접점(7, 8)은 닫은 채로 있어 전동기는 운전을 계속한다. 이것에 대해, 전동기의 부하 증대에 의해 통상보다도 큰 전류가 계속해서 흘렀을 경우, 전동기가 구속되어 지극히 큰 구속전류가 몇 초 이상 계속해서 흘렀을 경우, 압축기의 밀폐 하우징 내의 냉매가 비정상인 고온이 되었을 경우 등에는 열응동판(6)의 만곡방향이 반전하여 접점(7, 8)이 열려 전동기의 전류를 차단한다. 그 후, 열응동 개폐기(1)의 내부 온도가 저하하면, 열응동판(6)은 만곡방향을 다시 반전하여 접점(7, 8)이 닫혀 전동기로의 통전이 개시된다.

다음으로, 열응동 개폐기(1)의 내구시험에 근거하는 구성의 최적화에 대해 설명한다.

압축기용 전동기의 서멀 프로텍터로서 이용되는 열응동 개폐기(1)는 회전자의 구속시에 흐르는 구속전류, 전동기의 코일 사이에서 단락이 발생했을 때에 흐르는 단락전류 등의 지극히 큰 전류를 차단하는 능력이 필요하게 된다. 또, 보호대상인 압축기가 조립된 냉동기나 공기조절기 등의 제품수명보다 긴 내구성이 필요하게 된다. 또한, 밀폐형 전동압축기의 밀폐하우징 내에서 사용되기 때문에, 설치 스페이스 및 열응답성의 관점으로부터 소형화도 필요하게 된다.

전동기에 상기 구속전류, 단락전류 등의 과대한 유도성 전류가 흐르고 있는 상태에서 접점(7, 8)간을 개방하면, 접점(7, 8)간에 아크가 발생한다. 열응동 개폐기(1)의 내구성(접점개폐의 보증동작회수) 및 전류차단능력을 높이려면, 아크의 소호(消弧)시간을 단축하는 것, 또는 아크에 의한 손상을 저감하는 것이 유효하게 된다. 아크에 의한 손상은 접점(7, 8)뿐만 아니라 접점(7, 8)의 외부 예를 들면 열응동판(6)에 미치는 경우도 있다.

아크의 소호시간을 단축하려면, 봉입기체의 고압화, 봉입기체의 극단적인 저압화(진공화), 접점 간격의 확대, 아크 혼(arcing horn)의 설치, 자석에 의한 아크의 유도, 아크의 블로우아웃(blowout) 등의 수단이 알려져 있다. 그러나, 이들 수단은 생산효율의 현저한 저하, 구성의 복잡화, 사이즈의 대형화 등을 초래하기 때문에, 압축기에 이용되는 비교적 소형의 전동기를 보호하는 열응동 개폐기에는 적용하기 어렵다.

본 실시예의 열응동 개폐기(1)는 상용 전원에 의해 구동되는 교류전동기를 보호하는 것이기 때문에, 아크의 지속시간은 길어도 수십 m초(반(半)주기)로서 평균적으로는 수 m초이다. 그래서, 아크의 소호시간을 단축하는 것이 아니라, 아크에 의한 손상을 최대한 저감함으로써 높은 내구성과 전류차단능력을 얻을 수 있도록 내구시험을 실시해 그 결과에 근거하여 구성의 최적화를 행했다.

내구시험은 전동기가 조립된 압축기의 밀폐 하우징 상부를 절단하고, 열응동 개폐기(1)를 압축기 내부에 장착한 후, 압축기를 테스트 벤치에 설치하고, 전동기에 과대한 전류가 흐르는 조건하에서 열응동 개폐기(1)를 반복하여 개폐동작시키는 것에 의해 실시했다.

전동기는 정격전압 220V(50㎐), 정격전류 10.8A, 정격출력 2320W의 단상(單相)유도전동기이며, 회전자는 회전하지 않도록 구속되어 있다. 공시(供試)전원은 240V, 50㎐이다. 압축기는 상온(25℃)의 환경하에 설치되어 있고, 내구시험의 개시시(즉 전동기의 온도가 상온일 때)의 구속전류는 60A, 통단전의 반복에 의해 전동기의 온도가 상승하여 평형에 이르렀을 때의 구속전류는 52A이다. 또, 시험에 이용한 열응동 개폐기(1)는 최소동작전류값(U.T.C.)이 18.4A ~ 25.4A(120℃), 54A의 전류가 흘렀을 때에 3초 ~ 10초(S/T)에서 접점(7, 8)간을 개방하는 특성을 가지고 있다.

전동기의 구속전류는 정격전류보다 수 배 크고, 전동기 자체의 가열, 열응동 개폐기(1) 내의 히터(12)의 가열 및 열응동판(6)의 가열에 의해, 열응동 개폐기(1)의 접점(7, 8)간이 개방하기까지의 시간(S/T)은 상술한 바와 같이 수 초 정도로까지 짧아진다. 접점(7, 8)이 열리면, 열응동 개폐기(1)의 내부온도는 서서히 내려가고, 대략 2분 전후에서 다시 접점(7, 8)이 닫혀 통전상태가 된다. 내구시험에서는 이 열응동 개폐기(1)의 닫음동작에 의한 구속전류의 통전상태(수 초 간)와 열응동 개폐기(1)의 열림동작에 의한 단전상태(2분 전후)가 정상적으로 반복되는 개폐동작회수를 계수(計數)했다.

구속전류가 흐르고 있는 상태에서 접점(7, 8)이 개폐를 반복하면, 개방시에 생기는 아크에 의해 접점(7, 8)이 서서히 손상하고, 이윽고 접점끼리의 용착이 발생한다. 본 내구시험에서는 통전시간이 10초(S/T)를 넘었을 경우에 접점용착이 발생했다고 판단하고, 그 시점에서 시험을 종료했다. 또한, 접점간 거리에 따라서는 아크에 의해 열응동판(6)이 손상하는 경우도 보여졌다. 또, 열응동판(6)은 개폐할 때마다 급도반전동작을 반복하므로, 개폐동작회수가 극단적으로 커지면 접점용착이 생기기 전에 피로에 의해 파손되는 경우도 있었다.

도 5는 밀폐용기(2)의 봉입기체의 압력을 바꾸어 행한 내구시험의 결과를 나타내고 있다. 가로축은 압력(기압 : atm), 세로축은 용착할 때까지의 개폐동작회수이며, 복수 샘플에 대한 각 측정값과 그 샘플 내 최소값의 보간(補間)곡선을 나타내고 있다. 봉입기체의 조성은 헬륨 90%, 건조공기 10%이다. 가동접점(7)과 고정접점(8)은 11.7중량%의 산화금속을 포함하는 은-산화 주석계 접점이며, 동으로 이루어진 중간층과 철로 이루어진 하층을 적층하여 압착한 3층 구조를 가지고 있다. 그 형상은 직경 4㎜, 두께 0.9㎜의 원판 모양이며, 접점표면은 반경 8㎜의 구면(球面)을 이루고 있다. 접점간 거리는 1.0㎜이며, 열응동판(6)이 접점(7, 8)의 열림방향으로 반전하는 온도는 160℃, 접점(7, 8)의 닫힘방향으로 반전하는 온도는 90℃이다.

이 도 5에 나타내는 시험결과에 의하면, 개폐동작회수는 0.45기압 부근의 압력에서 최대(24000회 이상)가 되고, 그곳으로부터 압력이 상승함에 따라서 완만하게 감소한다. 0.7기압에서는 19000회 정도(샘플 내 최소값), 0.8기압에서는 15000회 정도(샘플 내 최소값)이며, 압력이 1.3기압 이상이 되면, 압력의 상승에 관계없이 개폐동작회수는 7000회(샘플 내 최소값)로 거의 일정하게 된다. 한편, 압력이 0.45기압 부근으로부터 저하하면, 개폐동작회수는 0.4기압 부근까지는 약간 완만하게 감소하고, 압력이 0.4기압 이하로 저하하면 급격하게 감소하며, 0.3기압에서는 15000회 정도(샘플 내 최소값), 0.2기압에서는 7500회 정도(샘플 내 최소값), 0.1기압에서는 2000회 정도(샘플 내 최소값)로까지 감소한다.

즉, 상술한 구성을 가지는 열응동 개폐기(1)에서는 도 5에 일점쇄선과 화살표로 나타낸 범위, 즉 0.3기압 이상 0.8기압 이하의 봉입압력으로 함으로써 적어도 15000회 이상의 개폐동작회수를 보증할 수 있고, 또한 0.35기압 이상 0.7기압 이하의 봉입압력으로 함으로써 적어도 19000회 이상의 개폐동작회수를 보증할 수 있다.

도 6, 도 7은 각각 봉입압력이 0.6기압, 1.0기압인 경우에서의 내구시험종료 후의 가동접점(7)(A-1, A-2)과 고정접점(8)(B-1, B-2)의 표면 사진이다. 1.0기압(도 7)과 같이 봉입압력이 높은 경우에는 아크가 한 개소에서 멈추기 때문에, 접점표면이 국부적으로 녹아 돌기가 형성되고, 그 부분에서 용착이 일어나기 쉬워져 내구성이 악화된다고 생각된다. 이것에 대해, 0.6기압(도 6)과 같이 봉입압력이 비교적 낮은 경우에는 아크가 한 개소에서 멈추지 않고 접점표면을 이동하기 때문에, 접점표면이 균일하게 손모해 돌기가 형성되기 어려워, 용착이 일어나기 어려워져 내구성이 향상한다고 생각된다.

다만, 봉입압력을 내려 아크가 이동하기 쉬워지면, 아크가 접점(7, 8)간으로부터 밖으로 튀어나올 우려가 생긴다. 접점(7, 8)간에 발생한 아크가 열응동판(6)으로 전이(轉移)하면, 열응동판(6)이 손상하여 내구성이 오히려 나빠진다. 또, 내압이 부족하여 전류의 제로 크로스에서도 아크가 계속하고, 이 경우, 내구성이 현저하게 저하한다. 도 5에서 0.1기압에서의 개폐동작회수가 극단적으로 저하되고 있는 것은 주로 이 2개의 원인이기 때문이다. 따라서, 접점간 거리의 상한은 봉입압력의 저하에 따라 아크의 접점 밖으로의 전이를 방지 가능한 값으로 하여 정해진다. 한편, 접점간 거리의 하한은 절연내압을 확보할 필요성으로부터 정해진다. 이 시험결과에 근거하는 검토결과로부터 본 실시예의 열응동 개폐기(1)에서는 0.7㎜ 이상 1.5㎜ 이하의 접점간 거리로 하는 것이 바람직하다.

또한, 접점(7, 8)이 개방동작할 때, 열응동판(6)의 가동접점 측 단부는 그 반전동작 도중에 하우징(3)의 내면에 맞닿아 그 이상의 반전동작이 규제된다. 이것에 대해, 하우징(3)의 내면과 열응동판(6)의 상면과의 간격을 넓혀 상기 반전동작 도중에 규제되지 않도록 구성하면, 열응동판(6)이 가지는 급도반전력을 이용하여 접점(7, 8)간을 보다 크게 떨어뜨려 놓을 수 있다. 이것은 아크의 소호에 유효하다고 생각되지만, 열응동판(6)은 맞닿음 규제되지 않으면 갈라지기 쉬워져, 내구성이 극단적으로 악화된다. 따라서, 상술한 접점간 거리의 상한값 1.5㎜는 열응동판(6)의 가동접점 측 단부가 그 개방동작 도중에 하우징(3)의 내면에 맞닿는데 필요한 거리로서 구조적으로 정해지는 값이기도 하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예의 열응동 개폐기(1)는 도전단자핀(10A)에 고정된 고정접점(8)과, 온도에 따라 그 만곡방향이 반전하는 열응동판(6)과, 열응동판(6)의 자유단 측에 고착된 가동접점(7)을 구비하고, 그들이 밀폐용기(2)에 수용되어 있다. 가동접점(7)과 고정접점(8)은 은-산화 주석계 접점으로 구성되며, 밀폐용기(2)에는 50% 이상 95% 이하의 헬륨을 포함하는 기체가 상온에서 0.3기압 이상 0.8기압 이하, 보다 바람직하게는 0.35기압 이상 0.7기압 이하가 되도록 봉입되어 있다.

이 구성에 의하면, 접점(7, 8)간의 개방시에 생기는 아크가 접점표면을 이동해 접점표면이 균일하게 손모하므로, 카드뮴 없는 접점이라도 용착이 발생하기 어려워져 내구성이 향상함과 아울러, 종래의 카드뮴을 이용한 접점(예를 들면 은-산화 카드뮴계 접점)과 동등한 내구성능을 가진다. 또, 열전도율이 양호한 헬륨을 봉입함으로써, 구속전류 등의 과대한 전류가 흘렀을 때의 접점(7, 8)간을 개방하기까지의 시간을 단축할 수 있음(구성에 따라서는 길게 할 수 있음)과 함께 정격운전 전류값을 인상할 수 있다. 또한, 헬륨의 봉입비율(%)이 내구성에 미치는 영향은 비교적 작았다.

이 경우, 접점간 거리는 0.7㎜ 이상으로 되어 있으므로, 상용 전원을 이용했을 경우의 절연내압을 확보할 수 있다. 또, 접점간 거리는 1.5㎜ 이하로 설정되어 있으므로, 아크가 접점(7, 8)간으로부터 밖으로 전이하는 것을 최대한 방지할 수 있어, 아크에 의한 열응동판(6) 등의 주위 부품의 손상을 억제하여 내구성의 저하를 방지할 수 있다. 또한, 접점간 거리가 1.5㎜ 이하로 설정되어 있으면, 열응동판(6)의 가동접점 측 단부가 그 개방동작 도중에 하우징(3)의 내면에 맞닿으므로, 급도반전동작에 의한 열응동판(6)의 과대한 변위 및 그것에 이은 진동의 발생을 억제할 수 있어, 내구성의 저하를 방지할 수 있다.

가동접점(7)과 고정접점(8)은, 직경 3㎜ 이상 5㎜ 이하의 원판 모양인 것을 이용하고 있다. 접점 사이즈를 크게 하면 아크의 열에 대한 접점의 내구성이 향상하지만, 주재료가 은이기 때문에 비용이 큰 폭으로 상승한다. 반대로 접점 사이즈가 작으면 코스트를 억제할 수 있다고 하는 점에서는 유리하지만, 60A 클래스의 내구성능을 확보하기 위해서는 최저라도 직경 3㎜의 사이즈가 필요한 것을 실험에 의해 확인했다. 이와 같이 직경 5㎜ 이상 예를 들면 직경 6㎜의 접점을 이용하는 것은 가능하여 내구성이 향상하지만, 비용이나 열응동 개폐기의 크기의 점에서 실용적이지 않다.

이와 같이, 열응동 개폐기(1)는 접점(7, 8)이나 열응동판(6)의 크기를 대형화하지 않고 내구성 및 전류차단능력을 높이고 있으므로, 압축기의 밀폐 하우징 내로의 수용이 용이하고, 압축기용 전동기의 서멀 프로텍터로서 적합하게 된다.

또한, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 예를 들면 다음과 같은 변형이 가능하다.

밀폐용기(2)에 50% 이상 95% 이하의 헬륨을 포함하는 기체가 상온에서 0.3기압 이상 0.8기압 이하가 되도록 봉입되어 있는 것은 필수의 구성 요건이지만, 접점간 거리, 접점(7, 8)의 형상과 크기 등은 상술한 수치 범위의 값에 한정되지 않는다.

밀폐용기(2)의 형상은 길이가 긴 돔형에 한정되는 것이 아니고, 예를 들면 용기의 길이방향에 따라서 리브를 마련하는 등에 의해 강도를 얻을 수 있으면, 반드시 길이가 긴 돔형상이 아니어도 된다.

지지체(5)를 밀폐용기(2)의 한쪽의 단부에 고정했지만, 보다 소형의 열응동 개폐기로 하는 경우 등에는 열응동판(6)을 밀폐용기(2)의 중앙 부근에 고정해도 된다. 지지체(5)를 버튼형의 형상으로 해도 되고, 지지체(5)를 생략해도 된다.

히터(12) 및 내열성 무기절연부재(13)는 필요에 따라서 마련하면 된다.

덮개판(4)에 2개의 도전단자핀(10A, 10B)을 마련했지만, 1개의 도전단자핀만을 마련하고, 금속성의 덮개판(4)을 또 하나의 단자로서 이용하는 구성으로 해도 된다.

가동접점(7)과 고정접점(8)으로 이루어지는 개폐접점을 2쌍 이상 마련해도 된다.

가동접점(7)과 고정접점(8) 중 적어도 한쪽의 표면을 볼록곡면으로 하면 된다. 또한, 그 볼록곡면의 정상부에 평단부를 마련해도 된다.

열응동 개폐기를 서멀 프로텍터로서 이용하는 전동기는 단상유도전동기에 한정되지 않고 삼상유도전동기라도 된다. 또, 그 외의 전동기 예를 들면 동기(同期)전동기 등의 교류전압이 인가되는 전동기이면 널리 적용할 수 있다.

<산업상의 이용 가능성>

이상과 같이, 본 발명의 열응동 개폐기는 압축기용 전동기의 서멀 프로텍터로서 유용하다.

1 : 열응동 개폐기 2 : 밀폐용기
3 : 하우징 4 : 덮개판
6 : 열응동판 7 : 가동접점
8 : 고정접점 9 : 충전재
10A, 10B : 도전단자핀

Claims

금속제의 하우징(3)과 그 개구단에 기밀(氣密)하게 고착된 덮개판(4)으로 구성되는 밀폐용기(2)와,
상기 덮개판(4)에 형성된 관통구멍(4A, 4B)에 삽입통과되어 전기절연성의 충전재(9)에 의해서 기밀하게 고정된 적어도 1개의 도전단자핀(10A, 10B)과,
상기 밀폐용기(2) 내에서 상기 도전단자핀(10A, 10B)에 고정된 고정접점(8)과,
일단이 상기 밀폐용기(2)의 내면에 도전적으로 접속고정되고, 접시 모양으로 드로잉(drawing) 성형되어 소정의 온도에서 그 만곡(彎曲)방향이 반전(反轉)하는 열응동판(熱應動板)(6)과,
이 열응동판(6) 타단에 고착되고, 상기 고정접점(8)과 함께 적어도 1쌍의 개폐접점을 구성하는 적어도 1개의 가동접점(7)을 구비하며,
압축기용 전동기에 흐르는 교류전류를 차단하는 용도로 이용되는 열응동 개폐기에 있어서,
상기 고정접점(8)과 가동접점(7)은 은-산화 주석계 접점으로 구성되고,
상기 밀폐용기(2)의 내부에는 50% 이상 95% 이하의 헬륨을 포함하는 기체가 상온에서 0.3기압 이상 0.8기압 이하가 되도록 봉입(封入)되어 있는 것을 특징으로 하는 열응동 개폐기.
청구항 1에 있어서,
상기 밀폐용기(2)의 내부에는 상기 기체가 상온에서 0.35기압 이상 0.7기압 이하가 되도록 봉입되어 있는 것을 특징으로 하는 열응동 개폐기.
청구항 1에 있어서,
상기 고정접점(8)과 가동접점(7)의 열림상태에서의 접점간 거리는 0.7㎜ 이상이고 또한 접점개방동작시에서 상기 열응동판(6)이 그 반전동작 도중에 상기 밀폐용기(2)의 내면에 맞닿아 그 이후의 동작이 규제되도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 열응동 개폐기.
청구항 2에 있어서,
상기 고정접점(8)과 가동접점(7)의 열림상태에서의 접점간 거리는 0.7㎜ 이상이고 또한 접점개방동작시에서 상기 열응동판(6)이 그 반전동작 도중에 상기 밀폐용기(2)의 내면에 맞닿아 그 이후의 동작이 규제되도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 열응동 개폐기.
청구항 1에 있어서,
상기 고정접점(8)과 가동접점(7)은 직경 3㎜ 이상 5㎜ 이하의 원판 모양을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 열응동 개폐기.
청구항 2에 있어서,
상기 고정접점(8)과 가동접점(7)은 직경 3㎜ 이상 5㎜ 이하의 원판 모양을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 열응동 개폐기.
청구항 3에 있어서,
상기 고정접점(8)과 가동접점(7)은 직경 3㎜ 이상 5㎜ 이하의 원판 모양을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 열응동 개폐기.
청구항 4에 있어서,
상기 고정접점(8)과 가동접점(7)은 직경 3㎜ 이상 5㎜ 이하의 원판 모양을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 열응동 개폐기.
청구항 5에 있어서,
상기 고정접점(8)과 가동접점(7) 중 적어도 한쪽의 표면이 볼록곡면을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 열응동 개폐기.
청구항 6에 있어서,
상기 고정접점(8)과 가동접점(7) 중 적어도 한쪽의 표면이 볼록곡면을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 열응동 개폐기.
청구항 7에 있어서,
상기 고정접점(8)과 가동접점(7) 중 적어도 한쪽의 표면이 볼록곡면을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 열응동 개폐기.
청구항 8에 있어서,
상기 고정접점(8)과 가동접점(7) 중 적어도 한쪽의 표면이 볼록곡면을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 열응동 개폐기.