KR20110087150A

KR20110087150A - 전자 개폐기

Info

Publication number: KR20110087150A
Application number: KR1020100006653A
Authority: KR
Inventors: 음영환
Original assignee: 엘에스산전 주식회사
Priority date: 2010-01-25
Filing date: 2010-01-25
Publication date: 2011-08-02
Also published as: CN102194610B; US8274347B2; JP2011155005A; ES2672618T3; EP2348521A2; KR101681591B1; JP5243565B2; EP2348521A3; US20110181382A1; CN102194610A; EP2348521B1

Abstract

본 발명은 전자개폐기에 관한 것으로, 고정전극; 상기 고정전극과 접촉 또는 분리되는 가동접촉자; 상기 가동접촉자에 상부가 고정되는 샤프트; 상기 샤프트의 하부에 부착되는 가동 코어; 상기 가동 코어와 대향하는 위치에서 샤프트를 둘러싸는 고정 코어; 상기 가동 코어와 고정 코어를 둘러싸는 여자 권선; 및 상기 여자 권선이 여자되었을 때, 상기 가동 코어 및 고정 코어와 함께 자속의 이동경로를 형성하는 상부요크 및 하부요크;를 포함하고, 상기 고정전극과 가동접촉자가 분리되는 순간 발생하는 아크로부터 상기 상부 요크 및 상기 샤프트를 보호하기 위한 아크보호구를 구비한 것을 특징으로 한다. 본 발명은 상기 구성에 의해서, 제1아크보호구 및 제2아크보호구를 구비함으로써, 전자개폐기의 오프 동작에서 발생하는 아크로부터 전자개폐기 내부의 부품을 안전하게 보호할 수 있어서 제품의 수명이 연장되고 제품의 신뢰도가 향상되는 유리한 효과가 발생한다.

Description

전자 개폐기{ELECTROMAGNETIC SWITCH}

본 발명은 고전압 직류전력을 개폐하는 전자 개폐기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 개폐과정에서 발생하는 아크로부터 내부 기기를 보호하기 위한 구조를 가진 전자개폐기에 관한 것이다.

전자 개폐기란 전선로의 전원을 개폐하기 위하여 사용되는 장치로 산업용, 가정용 및 자동차용등의 광범위한 활용도를 가지고 있으며, 특히 자동차용 전자 개폐기의 경우 하이브리드 자동차 또는 연료전지 자동차나 골프카트 등의 자동차에서 축전지에서 나오는 직류 전원을 공급하고 차단하기 위해서 사용된다.

이러한 전자 개폐기는 일반적으로 고정접점과 가동접촉자의 접촉에 의해 통전을 하게 되며 특히 고전압의 직류 전원을 차단시에 발생하는 아크를 제어하기 위해서 영구자석을 이용하게 된다. 영구자석을 아크가 발생하는 고정접점과 가동접촉자 인근에 적절히 배치 시키고, 영구자석에서 발생되는 자속의 세기, 방향 및 전류방향, 아크의 신장길이에 따라 결정되는 힘을 이용하여 아크를 제어하고, 냉각시켜 소호하는 차단 메카니즘을 이용하게 된다. 이때 발생하는 아크에 의해 소호부 및 구동 전자석 장치에 소손을 일으키는 경우가 발생하므로, 전자 개폐기의 동작신뢰도를 높이기 위해서는 아크를 소호 할 뿐만 아니라 발생된 아크로 부터 전자 개폐기를 보호 할 필요가 있다. 본 발명은 고전압 직류 개폐기의 동작 신뢰도 향상을 제공하기 위한 것으로 수지물의 보호 장치를 이용하여 상기의 요구사항을 만족함에 있다.

도 1은, 종래기술에 따른 전자 개폐기를 도시하고 있다. 이를 보면, 전자개폐기는 접점을 가지고 이동가능한 가동부와, 아크 소호를 위한 소호 가스 충진 공간을 밀폐하기 위한 가스 밀폐 부와, 상기 가동부를 구동하기 위한 구동력을 제공하는 자기(磁氣) 구동부로 크게 구분되어 구성된다. 여기서, 가동부는, 샤프트(16)와, 샤프트(16)와 함께 직선이동가능하게 샤프트(16)의 하부에 접속되고 상기 자기 구동부로부터의 자기 흡인력에 의해 직선이동 가능한 실린더 형의 가동 코어(15)와, 샤프트(16)의 상측단부에 접속되어 전기적 접점부를 형성하는 가동접촉자(17)를 포함하여 구성된다. 상기 가동 코어(15)를 대향하는 위치에 샤프트(16)를 둘러싸게 고정 코어(14)가 마련되며, 고정 코어(14)와 가동 코어(15)는 후술하는 자기 구동부의 상부 및 하부 요크와 함께 자속의 이동 회로를 형성한다.

상기 가스 밀폐부는 전자개폐기의 소호 가스를 밀폐하여 내장하는 소호 가스 실(20)을 형성하도록 상기 가동부의 상부 주위에 마련되며, 관(tube) 형의 절연 부재(22)와, 절연 부재(22)를 관통하여 절연 부재(22)의 내 외부를 연장하게 설치되고 절연 부재(22)에 기밀하게 결합되는 한 쌍의 고정전극(18)과, 절연 부재(22)와 후술할 상부 요크(yoke)(12)의 사이를 기밀하게 밀폐하는 단차 형성되는 관(tube) 형의 기밀 부재(23)와, 상기 가동 코어(15)와 고정 코어(14)를 둘러 싸며 밀폐하게 설치되는 비자성체로 형성되는 밀봉 캔(can)(24)을 포함한다. 여기서 상기 한 쌍의 고정전극(18)에는 직류 전원 측과 부하 측이 각각 전기적으로 예컨대 전선을 통해 접속된다.

자기 흡인력을 발생시켜 후술하는 가동코어(15)와 가동접촉자(17)를 구동함으로써 전자개폐기를 개폐구동하는 상기 자기 구동부는, 여자 권선(11)과, 상부 요크(12)와, 하부 요크(13)를 포함하여 구성된다. 여기서, 여자 권선(11)은 전자 개폐기의 하부에 마련되는 구동 권선(coil)로서, 전류를 흘려주면 여자(magnetization)되고 전류의 인가를 차단하면 소자(demagnetization)되며, 전자개폐기에 있어서 자기 흡인력을 발생시켜 접점 개폐를 위한 상기 가동부에 구동력을 제공한다. 상부 요크(12)는 여자 권선(11)의 상부에 설치되고, 여자 권선(11)이 여자되었을 때 상기 가동 코어(15) 및 고정 코어(14)와 함께 자속의 이동경로 중 일부를 구성한다. 하부 요크(13)는 여자 권선(11)이 여자되었을 때 상부 요크(12)와 상기 가동 코어(15) 및 고정 코어(14)와 함께 자속의 이동 경로를 형성한다.

도 1에서 미 설명 부호 21은 여자 권선(11)을 주위에 감을 수 있고 여자 권선(11)을 지지하는 보빈(bobbin)이고, 미 설명 부호 25는 여자 권선(11)이 소자되었을 때 가동 코어(15)를 원위치 즉 고정 코어(14)로부터 이격된 위치로 복귀시키는 탄성력을 제공하도록, 가동 코어(15)와 고정 코어(14) 사이에 설치되는 복귀 스프링이다. 도 1에서 미 설명 부호 26은 가동접촉자(17)가 고정전극(18)에 접촉하는 전자개폐기의 온(on) 위치에 있을 때 접점 간 접촉압력을 유지하기 위한 접압 스프링이다. 도 1에서 미 설명 부호 30은 종래기술에 따른 전자 개폐기를 수용하는 외함이다.

상기와 같이 구성되는 종래기술에 따른 전자 개폐기의 동작을 간단히 설명한다.

여자 권선(11)이 전류를 공급받아 자화되면, 여자 권선(11)으로부터 발생된 자속은 가동 코어(15)와 고정 코어(14)와 상부 요크(12)와 하부 요크(13)로 형성되는 자속의 이동경로를 따라 이동하면서 자속의 폐 회로를 형성하고 이때 가동 코어(15)가 직선이동하여 고정 코어(14)에 접촉하고, 동시에 가동 코어(15)와 함께 이동하도록 접속된 샤프트(16)가 위로 이동한다. 그러면, 샤프트(16)의 상단부에 설치된 가동접촉자(17)가 고정전극(18)에 접촉하여 직류 전원 측과 부하 측이 접속되어 직류전력이 공급되는 온(ON) 상태가 된다.

그리고, 여자 권선(11)에 공급되는 전류를 차단하면 여자 권선(11)이 소자되고, 여자 권선(11)이 소자됨에 따라 가동 코어(15)는 복귀스프링(25)에 의해서 고정 코어(14)로부터 이격된 원 위치로 복귀한다. 그에 따라서 가동 코어(15)와 함께 이동하도록 접속된 샤프트(16)는 아래로 이동한다. 그러면, 샤프트(16)의 상단부에 설치된 가동접촉자(17)가 고정전극(18)으로부터 분리되어 직류 전원 측과 부하 측이 분리되고 직류전력의 공급은 차단되는 오프(OFF) 상태가 된다. 그런데, 가동접촉자과 고정접점이 분리되는 오프 상태에서 이들 사이에는 아크가 발생하게 되는데, 이하에서는 이에 대해 설명한다.

도 2는 도 1의 전자개폐기가 오프되는 순간 일부 구성을 도시한 그림이다. 가동접촉자(17)가 아래로 이동하여, 가동접촉자(17)와 고정전극(18)이 떨어지는 순간 가동접촉자(17)와 고정전극(18) 사이에는 아크(A)가 발생하게 되고 전압과 전류의 크기에 따라 아크의 신장길이 및 유지시간도 달라지게 된다. 경우에 따라서는 아크의 신장영역이 상부 요크(12) 및 샤프트(16)의 구조물 영역에까지 침투하여 손상을 줄 수 있으며, 또한 이때 발생되는 고전압 임펄스나 접점의 비산물 등이 상기 상부요크 및 샤프트 등의 전자 개폐기 내부 부품에 손상을 입히는 문제가 발생한다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전자개폐기에서 오프동작에서 발생하는 아크로 부터 전자개폐기 내부의 부품등을 보호하기 위한 수단을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 목적을 위해서, 고정전극; 상기 고정전극과 접촉 또는 분리되는 가동접촉자; 상기 가동접촉자에 상부가 고정되는 샤프트; 상기 샤프트의 하부에 부착되는 가동 코어; 상기 가동 코어와 대향하는 위치에서 샤프트를 둘러싸는 고정 코어; 상기 가동 코어와 고정 코어를 둘러싸는 여자 권선; 및 상기 여자 권선이 여자되었을 때, 상기 가동 코어 및 고정 코어와 함께 자속의 이동경로를 형성하는 상부요크 및 하부요크;를 포함하고, 상기 고정전극과 가동접촉자가 분리되는 순간 발생하는 아크로부터 상기 상부 요크 및 상기 샤프트를 보호하기 위한 아크보호구를 구비한 전자개폐기를 제공한다.

상기 아크보호구는, 상기 가동접촉자의 하부면과 접하면서, 상하방향으로 일정 길이를 가지고 샤프트를 감싸는 관 형상으로 이루어진 제1아크보호구; 및 상기 상부요크의 상부면에 구비되는 제2아크보호구;로 이루어진다.

또한, 가동접촉자가 고정전극에 접촉하는 위치에 있을 때, 접점 간 접촉압력을 유지하기 위한 접압스프링을 더 포함하고, 상기 제1아크보호구는 상기 접압스프링을 외부에서 감싸도록 배치될 수 있다.

또한, 상기 제1아크보호구를 상기 가동접촉자 방향으로 가압하여, 상기 제1아크보호구가 상기 가동접촉자의 하부면가 접촉을 유지하도록 하는 보조스프링을 더 포함하며, 상기 제1아크보호구의 상부에는 상기 보조스프링의 상단이 안착하는 스프링안착부가 구비될 수 있다.

또한, 제2아크보호구의 가운데 부분에는 상기 샤프트와 접압스프링과 보조스프링을 감싸는 관형상 원통부가 구비될 수 있다.

상기 제1아크보호구와 상기 제2아크보호구는 별개의 부재로 제조될 수도 있고, 하나의 부재로 일체로 형성될 수도 있다.

본 발명은 상기 구성에 의해서, 제1아크보호구 및 제2아크보호구를 구비함으로써, 전자개폐기의 오프 동작에서 발생하는 아크로부터 전자개폐기 내부의 부품을 안전하게 보호할 수 있어서 제품의 수명이 연장되고 제품의 신뢰도가 향상되는 유리한 효과가 발생한다.

도 1은 종래 기술에 따른 전자 개폐기의 단면도이며,
도 2는 도 1의 전자 개폐기에서 아크가 발생하는 모습이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 기폐기의 단면도이며,
도 4는 도 3의 전자 개폐기에서 아크가 발생하는 모습이며,
도 5는 도 3의 일부 구성의 사시도이다.

아하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 전자개폐기에 대해서 설명한다. 다만, 종래의 전자개폐기와 유사한 부분에 대해서는 본 발명의 특징을 설명하는데 필요한 범위내에서 간략하게 설명도록 한다.

도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 개폐기를 도시하고 있다. 이를 보면, 상하방향으로 형성된 샤프트(116)와, 샤프트(116)와 함께 직선이동가능하게 샤프트(116)의 하부에 접속되고 상기 자기 구동부로부터의 자기 흡인력에 의해 직선이동 가능한 실린더 형의 가동 코어(115)와, 샤프트(116)의 상측단부에 접속되어 전기적 접점부를 형성하는 가동접촉자(117)를 포함하여 구성된다. 상기 가동 코어(115)와 대향하는 위치에 샤프트(116)를 둘러싸는 고정 코어(114)가 마련되며, 고정 코어(114)와 가동 코어(115)는 후술하는 자기 구동부의 상부 및 하부 요크와 함께 자속의 이동 회로를 형성한다.

또한, 전자개폐기의 소호 가스를 밀폐하여 내장하는 소호가스실(120)을 형성하도록 상기 가동부의 상부에 마련되는 관(tube) 형의 절연 부재(122)와, 절연 부재(122)를 관통하며 절연 부재(122)에 기밀하게 결합되는 한 쌍의 고정전극(118)과, 절연 부재(122)와 후술할 상부 요크(112)의 사이를 기밀하게 밀폐하는 단차 형성되는 관(tube) 형의 기밀 부재(123)와, 상기 가동 코어(115)와 고정 코어(114)를 둘러싸는 밀봉캔(124)을 포함한다.

자기 흡인력을 발생시켜 가동코어(115)와 가동접촉자(117)를 구동함으로써 전자개폐기를 개폐구동하기 위한 구성으로는, 여자 권선(111)과, 상부 요크(112)와, 하부 요크(113)를 포함하여 구성된다. 상부 요크(112)는 여자 권선(111)의 상부에 설치되고, 여자 권선(111)이 여자되었을 때 상기 가동 코어(115) 및 고정 코어(114)와 함께 자속의 이동경로 중 일부를 구성하며, 하부 요크(113)는 여자 권선(111)이 여자되었을 때 상부 요크(112)와 상기 가동 코어(115) 및 고정 코어(114)와 함께 자속의 이동 경로를 형성한다.

또한, 본 발명의 전자개폐기는, 여자 권선(111)이 소자되었을 때 가동 코어(115)를 원위치 즉 고정 코어(114)로부터 이격된 위치로 복귀시키기 위한 탄성력을 제공하는 가동코어 스프링(125)과, 가동접촉자(117)가 고정전극(118)에 접촉하는 위치에 있을 때 접점 간 접촉압력을 유지하기 위한 접압스프링(126)과, 전자 개폐기를 수용하는 외함(130)을 더 포함한다.

또한, 본 발명의 전자개폐기는 가동접촉자과 고정전극이 분리되는 순간에 이들 사이에는 발생하는 아크로부터 내부 부품을 보호하기 위해서, 제1아크보호구(200)와 제2아크보호구(250)로 이루어진 아크보호구(200,250)를 구비하고, 제1아크보호구(200)를 가동접촉자(117)와 연동하여 상하로 동작하게 하기 위한 보조스프링(128)을 구비하고 있다.

상기 제1아크보호구(200)는 상하부가 개방된 관 형상이며, 상부끝단에는 반경방향으로 수직연장되어 상기 보조스프링(128)이 안착되는 스프링안착부(200a)가 형성된다. 상기 제1아크보호구(200)는 상기 가동접촉자(117)의 하부면과 접하면서 상기 샤프트(116)와 접압스프링(126) 및 보조스프링(128)을 감싸서 아크로부터 이들을 보호한다. 그리고, 제1아크보호구(200)의 상부끝단의 스프링안착부(200a)에는 보조스프링(128)의 상부코일이 안착되어서, 상기 보조스프링은 상기 제1아크보호구을 상측으로 가압하여 제1아크보호구(200)가 가동접촉자(117)에 밀착되도록 한다. 다시 말하면, 전자개폐기의 온 동작시 가동접촉자가 고정전극쪽으로 이동하여 제1아크보호구와 가동접촉자 사이에 공간이 발생하면, 상기 제1아크보호구가 소정의 위치에서 이탈할 우려가 있기 때문에, 보조스프링이 가동접촉자를 상방으로 가압하여 가동접촉자와 연동하여 이동하도록 한 것이다. 그리고, 본 발명에 따른 제2아크보호구(250)는 상기 상부요크(112)의 상부면을 덮을 수 있도록 적절한 크기로 구성되며, 가운데 부분에는 상기 샤프트(116)와 접압스프링(126) 및 보조스프링(128)을 감싸는 관형상 원통부(250a)를 구비한다.

이와 같이 구성하여, 본 발명의 전자 개폐기의 경우, 상기 제1아크보호구(200)는 아크 및 아크로 인한 비산물로부터 샤프트(116)와 접압스프링(126) 등의 가동 장치들을 보호하고, 상기 제2아크보호구(250)는 아크로부터 상부요크(112)를 보호한다. 다만, 위 설명에서는 상기 제1아크보호구와 제2아크보호구가 각각 별개로 제작되어 장착되는 것에 대해서 설명하였으나, 아크보호구의 형상이 반드시 여기에 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기 제1아크보호구와 제2아크보호구가 서로 일체로 하나의 부품으로 제작되어 전자 개폐기 내부에 장착될 수도 있을 것이다.

상기와 같이 구성되는 전자 개폐기의 동작을 간단히 설명한다.

여자 권선(111)이 전류를 공급받아 자화되면, 여자 권선에서 발생된 자속은 가동 코어(115)와 고정 코어(114)와 상부 요크(112)와 하부 요크(113)로 형성되는 자속의 이동경로를 따라 이동하면서 자속의 폐 회로를 형성하고 이때 가동 코어(115)가 직선이동하여 고정 코어(114)에 접촉하고, 동시에 가동 코어(115)와 함께 이동하도록 접속된 샤프트(116)가 위로 이동한다. 그러면, 샤프트(116)의 상단부에 설치된 가동접촉자(117)가 고정전극(118)에 접촉하여 직류 전원 측과 부하 측이 접속되어 직류전력이 공급되는 온상태가 된다.

그리고, 여자 권선(111)에 공급되는 전류를 차단하면 가동 코어(115)는 스프링(125)에 의해서 고정 코어(114)로부터 이격된 원 위치로 복귀한다. 그러면, 샤프트(116)의 상단부에 설치된 가동접촉자(117)가 고정전극(118)으로부터 분리되는 오프 상태가 된다. 이때, 가동접촉자과 고정접점이 분리되는 순간 이들 사이에는 아크가 발생하게 된다(도 4참조).

도 4를 보면, 본 발명에 따른 전자개폐기는 제1아크보호구(200) 및 제2아크보호구(250)를 구비하고 있어서, 오프 순간에 발생한 아크가 상부 요크(12) 내지 샤프트(16) 등의 구조물 영역에까지 침투하는 것을 방지하게 된다. 그러므로, 전자 개페기 오프시 발생하는 아크로 인한 손상을 방지할 수 있어서 전자 개폐기의 기계적 수명이 연장되고 및 동작 신뢰도가 향상된다.

도 5에서 보이는 미설명 부호 140은 영구자석으로서, 전자개폐기 오프시에 발생하는 아크의 아크플라즈마를 통해 흐르는 전류방향에 수직한 방향으로 배치되어서 아크플라즈마에 자기구동력을 가하게 된다. 이렇게 가해진 자기구동력은 상기 아크를 접점에서 이탈시켜 외부 방향으로 도 4에서 보이는 것과 같이 이동시키게 되며, 아크의 길이가 신장되게 된다. 길이가 신장된 아크는 주변의 가스(공기)에 의해 냉각되어 플라즈마 상태에서 절연상태로 변경되는 메카니즘을 갖게 되어, 전류를 차단하게 된다. 이러한 과정에서 아크가 영구자석 등의 영향으로 길이가 신장되더라도, 본 발명에 따른 전자 개폐기는 상기 제1 및 제2아크보호구로 인해서 내부 부품이 아크로 인해 손상되는 것을 방지할 수 있게 되는 것이다.

111: 여자 권선 112: 상부 요크
113: 하부 요크 114: 고정 코어
115: 가동 코어 116: 샤프트
117: 가동접촉자 118: 고정전극
120:소호가스실 122: 절연 부재
125: 가동코어 스프링 126: 접압스프링
128: 보조스프링: 200: 제1아크보호구
200a: 스프링 안착부 250: 제2아크보호구
250a: 원통부

Claims

고정전극;
상기 고정전극과 접촉 또는 분리되는 가동접촉자;
상기 가동접촉자에 상부가 고정되는 샤프트;
상기 샤프트의 하부에 부착되는 가동 코어;
상기 가동 코어와 대향하는 위치에서 샤프트를 둘러싸는 고정 코어;
상기 가동 코어와 고정 코어를 둘러싸는 여자 권선; 및
상기 여자 권선이 여자되었을 때, 상기 가동 코어 및 고정 코어와 함께 자속의 이동경로를 형성하는 상부요크 및 하부요크;를 포함하고,
상기 고정전극과 가동접촉자가 분리되는 순간 발생하는 아크로부터 상기 상부 요크 및 상기 샤프트를 보호하기 위한 아크보호구를 구비한 것을 특징으로 하는 전자개폐기.
제 1 항에 있어서, 상기 아크보호구는,
상기 가동접촉자의 하부면과 접하면서, 일정한 상하방향 길이를 가지고 샤프트를 감싸는 관 형상으로 이루어진 제1아크보호구; 및
상기 상부요크의 상부면에 구비되는 제2아크보호구;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자개폐기.
제 2 항에 있어서,
가동접촉자가 고정전극에 접촉하는 위치에 있을 때, 접점 간 접촉압력을 유지하기 위한 접압스프링을 더 포함하고,
상기 제1아크보호구는 상기 접압스프링을 감싸도록 배치되는 것을 특징으로 하는 전자개폐기.
제 3 항에 있어서,
상기 제1아크보호구를 상기 가동접촉자 방향으로 가압하여, 상기 제1아크보호구가 상기 가동접촉자의 하부면과 접촉을 유지하도록 하는 보조스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자개폐기.
제 4 항에 있어서,
상기 제1아크보호구의 상부에는 상기 보조스프링의 상단이 안착하는 스프링안착부가 구비되는 것을 특징으로 하는 전자개폐기.
제 5 항에 있어서,
제2아크보호구의 가운데 부분에는 상기 샤프트와 접압스프링과 보조스프링을 감싸는 관형상 원통부가 구비되는 것을 특징으로 하는 전자개폐기.
제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1아크보호구와 상기 제2아크보호구는 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 전자개폐기.