KR20110098813A - 전기 장치 작동용 구동 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 장치의 작동을 위한 구동 시스템 (1) 에 관한 것이다. 구동 시스템 (1) 은 제한된 각 회전에 의해 전기 장치의 작동을 제어하기 위하여 전기 장치에 접속가능한 영구 자석 로터 (6) 를 구비한 전기 모터 (3) 를 포함한다. 전기 모터 (3) 는 고정자 권선부 (8) 를 더 포함한다. 구동 시스템 (1) 은 고정자 권선부 (8) 에 접속되는 구동 회로 (2) 를 포함한다. 구동 시스템 (1) 은 영구 자석 로터 (6) 가 구동 회로 (2) 로부터 전류가 공급될 때 고정자 권선부 (8) 에 의해 생성되는 자기장에 정렬되도록 구성되어서, 최대 토크가 로터 (6) 에 가해지고, 이에 따라 상기 로터 (6) 의 상기 제한된 각 회전의 양 최종 위치 사이의 중간 위치 주위로 ±25 도의 간격 내에서 가동부에 최대 토크가 가해진다.

Description

전기 장치 작동용 구동 시스템{DRIVE SYSTEM FOR OPERATING AN ELECTRIC DEVICE}

본 발명은 전기 장치를 작동시키기 위한 구동 시스템의 기술분야와 관련된다. 특히, 본 발명은 청구함 1의 전제부에 정의된 바와 같은 전기 장치의 가동부에 작용함으로써 고전압 회로 차단기 등의 전기 장치를 작동시키는 구동 시스템에 관한 것이다.

회로 차단기는 예컨데 과부하 또는 단락 등에 의해 야기되는 손상으로부터 회로망을 보호하기 위하여 전력 분배 회로망 전체에 걸쳐 이용된다. 회로 차단기는 회로 차단기의 개방 및 접속을 실시하는 구동 시스템에 의해 작동된다. 회로 차단기는 고장을 감지한 경우에 빠르게 개방 (차단) 되어야 하고, 이는 회로 차단기의 작동을 위한 구동 시스템에 높은 부담을 가하게 된다. 회로 차단기의 접촉부의 개방 및 접속은 빠르고 신뢰성 있게 이루어져야 한다.

그러한 구동 시스템의 예에는 기계적 스프링의 사용을 포함한다. 스프링에 저장된 에너지가 방출되어 회로 차단기 접촉부재를 개방하기 위해 사용된다.

국제특허공보 WO 2005/024877 은 회로 차단기를 작동시키기 위한 그러한 구동 시스템의 다른 예를 개시한다. 특히, 구동 시스템은 커패시터 뱅크 및 사이리스터 (thyristor) 등의 전자부품을 포함하는 구동 회로에 의해 에너지가 공급되는 전기 모터를 포함한다.

사이리스터 및 관련 전자 구성요소는 잘 작동하는 해결방법에 해당하지만, 비용이 많이 드는 방법이다. 그러므로, 회로 차단기의 작동을 위한 대안적인 수단, 특히 비용이 적게드는 방법을 제공하는 것이 바람직하다.

전기 모터를 사용하는 다른 구동 시스템이 GB 2226453 에 개시되어 있다. 상기 공보에서는 두 개의 스위치 위치 사이에서 회전가능한 스위칭 부재에 접속되어 있는 스위치 구동 축을 포함하는 전자석 스위치 구동부가 개시되어 있다. 막대 형상 2 극성 영구자석이 스위치 구동 축에 회전가능하게 강성적으로 설치되어 있다. 자석은 스위치 구동 축에 90 도의 각으로 자화되고, 접합점에 의해 한정되는 2 개의 극단 위치 사이에서 극성변환가능한 DC 전압으로 작동되는 코일의 자기장에 의해 회전가능하게 된다. 상기 공보에서, 접합점은 중간 위치를 한정하는 코일의 횡단 축의 일측에서 영구 자석의 회전 각을 최대 60 도로 한정하기 위하여 배치되는 것으로 기재되어 있다.

US 4227164 는, 회복 스프링 또는 다른 유사한 수단을 이용하지 않고, 양쪽 방향으로 대략 180 도의 각도 범위에 걸쳐 부드럽게 회전할 수 있는 회전 솔레노이드 또는 유사한 전자기 회전 장치를 개시한다.

US 4795929 는 두 개의 고정자 사이에서 자유롭게 회전가능한 영구 자석 전기자가 구비된 회전 액추에이터를 개시한다. 적어도 하나의 고정자는 전기자가 회전하는 것을 야기하기 위해 전기자의 자기장에 작용하는 비대칭 자속 자계를 발생한다.

EP 0800195 는 릴레이를 이용한 회로 차단기를 작동시키는 구동 시스템을 개시한다.

본 발명의 목적은 전술한 종래 기술의 단점을 해결하고, 비용 효율이 높은 설계를 가진 회로 차단기 등의 전기 장치를 작동시키기 위한 구동 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 전기 장치의 신뢰성 있고 빠른 작동을 가능하게 하는 회로 차단기 등의 전기 장치를 작동시키기 위한 구동 시스템을 제공하는 것이다.

이러한 목적은 무엇보다도 첨부된 청구범위의 독립청구항에 기재된 회로 차단기 등의 전기 장치용 구동 시스템에 의해 달성된다.

본 발명에 따르면, 회로 차단기 등의 전기 장치의 가동부에 작용함으로써 전기 장치를 작동시키기 위한 구동 시스템이 제공된다. 구동 시스템은 제한된 각 운동에 의해 전기 장치의 작동을 제어하기 위하여 전기 장치의 가동부에 연결가능한 영구 자석 로터를 구비한 전기 모터를 포함한다. 또한, 전기 모터는 고정자 권선부를 포함한다. 또한, 구동 시스템은 고정자 권선부에 연결되는 구동 회로를 포함한다. 또한, 구동 시스템에서 영구 자석 로터는 구동 회로로부터 전기가 공급될 때 고정자 권선부에 의해 생성되는 자기장에 정렬되도록 구성되어서, 최대 토크가 로터에 가해지고, 이에 따라 상기 로터의 상기 제한된 각 회전의 양 최종 위치 사이의 중간 위치 주위에서 ±25 도의 간격 내에서 가동부에 최대 토크가 가해질 수 있게 된다. 구동 시스템은, 전기 구동 회로가 병렬로 접속된 적어도 세 개의 분기를 포함하고, 각각의 분기가 직렬로 접속된 커패시터 뱅크 및 기계적 릴레이를 포함하고, 전기 구동 회로는 전류 방향의 전환을 가능하게 하기 위하여 네 번째 기계적 릴레이를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하여, 전기 모터는 각각의 작동에 대하여 하나의 전류 펄스만을 필요로 한다. 따라서, 로터의 위치에 따라 양 또는 음의 전류를 공급하기 위해 필요한 전자부품과 관련된 종래 기술의 방식에 드는 비용을 없앨 수 있다. 또한, 본 발명에 의하여, 매우 비용 효율적인 방식이 가능하고, 매우 신뢰성 있는 회로 차단기의 작동이 가능하게 된다. 또한, 본 발명에서는 0 의 토크 교차를 피할 수 있다.

본 발명의 실시형태에서, 최대 토크가 로터에 가해지고, 이에 따라 로터의 제한된 각 회전에서 대략 중간 위치에서 가동부에 가해지게 된다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 로터의 방향은 작동을 실시하기 위하여 필요한 기계적인 각도에 대하여 고정되어 있다. 사용되는 새로운 설계의 전기 모터, 및 특히 단일의 전류 펄스가 작동을 위해 필요하다는 사실은 사이리스터 및 관련된 전자 부품 대신에 기계적인 릴레이를 사용하는 것을 가능하게 한다. 작동을 실시하는 소정의 이동을 얻기 위한 전류 전환이 필요없기 때문에, 구동 회로가 덜 복잡하게 만들어질 수 있고, 따라서 제작이 용이하다. 또한, 종래의 방식에 비하여 구동 시스템을 더욱 비용 효율적으로 만들 수 있다.

본 발명의 다른 특징 및 장점은 첨부된 청구항에 기재되어 있고, 본 명세서의 설명에 의해 명확하게 이해될 수 있다.

도 1 은 회로 차단기를 작동시키기 위해 사용되는 본 발명을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2a 및 도 2b 는 본 발명에 따라 사용되는 전기 단상 모터를 도시하는 도면이다.
도 3 은 토크 출력을 영구 자기장 및 자기장 방향 사이의 각도의 함수로서 나타내는 도면이다.
도 4 는 스위치 및 스위치를 작동시키는 모터 사이의 운동 전달 매커니즘에 관한 종래 기술을 도시하는 도면이다.
도 5 는 종래 방법에서 사용되는 모터용 전류 프로파일을 도시하는 도면이다.
도 6a 및 도 6b 는 본 발명에 따른 시작 위치 및 최종 위치에 대한 자기 각도를 도시하는 도면이다.
도 7a 는 운동 전달 매커니즘의 각도로 전환된 기계적 각도를 도시하는 도면이다.
도 7b 및 도 7c 는 접속 및 개방 위치 각각에 대하여 본 발명에 따른 운동 전달 매커니즘을 도시하는 도면이다.
도 8 은 본 발명에 따른 전기 모터를 작동시키기 위한 전기 구동 회로를 나타내는 도면이다.
도 9 는 본 발명에 따른 구동 시스템을 충전하기 위한 충전 유닛을 도시하는 도면이다.

도 1 은 고전압 회로 차단기 등의 전기 장치를 작동시키기 위한 본 발명에 따른 구동 시스템 (1) 을 개략적으로 도시하는 도면이다. 이하에서, 구동 시스템 (1) 에 의해 작동되는 전기 장치를 설명하기 위한 예로서 회로 차단기가 이용된다. 따라서, 구동 시스템 (1) 이 회로 차단기를 개방 또는 접속하기 위하여 회로 차단기의 가동부, 예컨데 접촉 부재를 작동시키기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 구동 시스템 (1) 은 예컨데 빨리 작용하는 (fast-acting) 밸브의 개방 및 접속 등과 같은 다른 전기 장치의 작동을 위해서도 사용될 수 있다.

구동 시스템 (1) 은 전기 액추에이터 (3) 의 작동을 제어하기 위한 전기 구동 회로 (2) 를 포함한다. 본 발명에서 사용되는 전기 액추에이터 (3) 는 전기 단상 모터를 포함하고, 이후에 전기 모터 (3) 로 나타낸다. 전기 모터 (3) 는 출력 축 (4) 에 연결가능한 로터 (6) 를 포함한다. 출력 축 (4) 은 도면부호 7 로 개략적으로 도시되어 있는 고전압 회로 차단기 등의 전기 장치의 가동부에 기계적 링크 장치 (5) 를 통하여 연결되어 있다.

도 2a 및 도 2b 는 전기 모터 (3) 을 더욱 자세히 나타내는 도면이다. 전기 모터 (3) 는 예컨데 로터 튜브로 나타낸 중공 실린더를 포함하고 또한 영구 자석을 포함하는 영구 자석 로터인 로터 (6) 를 포함한다. 로터 (6) 는 출력 축 (4) 에 연결가능하여서, 회로 차단기의 개방 및 접속을 제어할 수 있다. 전기 모터 (3) 는 2 개의 고정자 반체 (9a, 9b) 에 의해 형성되고 고정자 (9a, 9b) 상의 단일 권선부를 구비한 고정자를 또한 포함한다. 코일 권선부 (8) 는 전기 구동 회로 (2) 에 연결되어 있다. 전류를 코일 권선부 (8) 에 인가함으로써, 로터 (6) 의 영구 자석이 정렬되기를 원하는 자기장이 생성된다. 도 2b 의 문자 F 는 코일 권선부 (8) 로부터의 자속을 개략적으로 나타내고, 문자 M 은 로터 (6) 의 자기장 선을 나타낸다. 로터 (6) 의 자기장 (M) 과 함께 코일 권선부 (8) 에서 전류에 의해 생성되는 자기장 (F) 은 로터 (6) 에 가해지는 토크를 발생시킨다. 로터 (6) 가 출력 축 (4) 및 링크 장치 (5) 를 통하여 회로 차단기 (7) 의 가동부에 연결되기 때문에, 토크가 가동부에도 가해질 수 있고, 이에 따라 원하는 작동을 가능하게 한다.

도 3 은 종래 기술의 모터에 대한 전류로 인가될 때 코일 권선부에 의해 생성되는 자기장 방향 및 영구 자석 자계 선 사이의 각도의 함수로서 토크 출력을 도시하는 도면이다. 영구 자석 자계가 코일 권선부의 자기장과 동일한 방향으로 정렬되어 있을 때, 토크는 0 이 된다. 영구 자석 방향이 코일 권선부의 자계와 수직이면, 토크가 최대가 된다. 따라서, 자계 선이 서로 수직이면 토크가 최대가 되고, 자계 선이 서로 일렬로 되면 최소가 된다. 최대와 최소 사이에, 주어진 자속에 대하여 이론적으로 사인곡선형 토크 출력이 존재한다.

본 발명의 완벽한 이해를 돕기 위하여, 이하 종래 기술에 대해서 설명한다. 도 4 는 본 출원과 동일한 출원인에게 양도된, 앞서 언급된 국제특허공보 WO 2005/024877 에 기재되어 있는 바와 같이, 회로 차단기 (도면에 미 도시) 등의 장치 및 회로 차단기를 작동시키는 모터 사이의 운동 전달 매커니즘의 종래 기술을 개략적으로 도시한다. 전술한 토크 출력이 여기 개시된 모터에 적용된다. 특히, 작동 로드 (31) 가 회로 차단기의 가동부에 연결되어 있고, 수직 방향으로 상하 이동하도록 배열되어 있다. 링크 장치 (32, 33) 는 작동 로드 (31) 를 로터의 출력 로터 축 (34) 에 연결한다. 회로 차단기는 출력 로터 축 (34) 에 연결된 링크 장치 부 (33) 가 작동 로드 (31) 및 다른 링크 장치 부 (32) 와 정렬될 때, 즉 편향각 θ = 0°일 때 접속된다. 회로 차단기가 개방될 때 출력 로터 축 (34) 은 θ = 0°에서 θ = 180°로 회전된다. 회전은 단시간 동안 로터의 고정자 권선부를 통하여 전류를 흘려보냄으로써 가능하다.

종래 구성에서, 자기 각도의 작용 영역은 대략 65 내지 280 도, 즉 토크가 0 인 지점이 180 도에서 지나게 되고, 180 도 이후에는 자기장이 동일한 방향을 가지면 모터가 감속되기 시작한다. 전류가 대신하여 역으로 바뀌면, 자기장은 부호를 바꾸게 되고 연속된 양의 토크가 주어지게 된다. 알려진 방식에서, 토크가 0 인 지점은 로터의 운동 에너지에 의해 통과된다.

도 5 는 전술한 모터의 전류 프로파일을 도시하는 도면이다. 특히, 도면은 가속 단계를 시작으로하여 개방 작동을 위하여 모터에 공급되는 전류를 도시하고, 가속 단계 후에는 양의 전류 펄스가 감속을 가능하게 하고, 이어 음의 전류 펄스가 회로 차단기의 접속 부재를 완전히 개방하기 위하여 최종 밀기 모드를 제공한다.

그러나, 본 명세서의 배경기술에서 언급된 바와 같이, 이러한 종래 기술 시스템의 구동 회로는 고가의 전자 구성요소를 포함한다. 이러한 설계는 또한 로터의 위치에 따라 모터에 공급되는 양 또는 음의 전류를 매우 복잡한 순서로 배치하는 것이며, 많은 전자 부품을 필요로 한다.

본 발명에 따라 자기 각도의 작용 영역이 변화된다. 자기 각도는 로터 (6) 의 영구 자석의 자기장 선 및 고정자 권선부 (8) 에 의해 생성되는 자기장 선 사이의 각도로 이해된다. 본 발명에 따라, 이러한 자기 각도는 시작 위치에서 150° - 170°의 범위 내, 예를 들어 160°또는 155°에 있고, 이는 약 270°를 가진 종래 기술의 방법과 비교될 수 있다. 시작 위치 및 최종 위치에 대한 자기 각도는 도 6a 및 6b 에 각각 도시되어 있다. 도 2b 에서와 같이, 문자 M 은 로터 (6) 의 자기장 선을 나타내고, 문자 F 는 코일 권선부 (8) 로부터의 자속을 나타낸다.

본 발명의 발명가는 전기 모터 (3) 의 자기 각도의 작용 영역을 변경함으로써 각각의 개방/접속 작동에 대한 단일 전류 펄스로 전류 펄스가 변경될 수 있다는 것을 발견하였다. 65°내지 280°의 종래 기술 대신에 10°내지 170°의 작용 영역이 토크 및 에너지 출력이 그렇게 많이 낮아지지 않는 방법을 제공한다는 것이 발견되었다. 실제로, 토크 및 에너지 출력의 감소는 약 10% 로 제한되면서, 여전히 완전하게 작동하고 신뢰성있는 방법을 제공하였다. 언급된 작용 영역, 즉 10° 내지 170°는 대략적인 것이지만, 0°< 작용 영역 < 180°이라는 조건은 달성되어야 한다는 것이 중요하다.

또한, 본 발명에 따라서, 영구 자석 방향은 작동에 필요한 기계적 각도에 대하여 고정된다. 기계적 각도는, 회로 차단기의 접속 부재를 이동시키기 위하여, 출력 축 (4) 의 소정의 운동을 위해 필요하고 기계적 링크장치 (5) 에 연결되는 로터 (6) 에 의해 만들어지는 회전 각도를 나타낸다. 기계적 각도는 기계적 링크장치 (5) 의 시작 위치 (θ = 0) 및 도 7a 에서 θ 로 지칭된 바와 같은 출력 축 (4) 의 현재 위치 사이의 각도로 전환될 수 있다.

도 7b 및 7c 는 본 발명에 따른 기계적 각도 변경의 대응하는 변화를 도시하는 도면이다. 특히, 도면은 접속 위치 및 개방 위치 각각에 있어서 본 발명에 따른 운동 전달 메커니즘 및 기계적 링크장치 (5) 를 도시한다. 자기 각도 작용 영역이 170°- 10°라고 가정하면, 기계적 시작 각도는 도 7b 에 도시된 바와 같이 접속 위치에서 -10°로 선택되어서, 자동 잠금을 달성할 수 있다. 도 7c 에 도시된 바와 같이 개방 위치, 또는 기계적 최종 위치는 따라서 약 150° 이며, 이는 상기 예에서는 160°에서 기계적 각도 및 자기 각도가 동일하게 큰 운동을 하기 때문이다. 기계적 시작 각도는 임의의 바람직한 각도로 선택될 수 있다는 것을 유념해야 한다.

본 발명에 따라, 최대 토크가 로터 (6) 에 가해지고, 이에 따라 로터 (6) 의 제한된 각도의 회전에서 대략 중간 지점에서 회로 차단기 (7) 의 가동부에 가해진다. 이는 최대 토크가 시작 위치에서 가해지는 종래 기술의 방법, 즉 영구 자석 로터의 자기장 선이 고정자 권선부의 전류 흐름에 의해 생성되는 자기장에 수직인 종래 기술의 방법과 대조적이다. 최대 토크는, 대략 중간 지점이 대부분의 경우에 있어서 신뢰성 있는 결과를 제공함에도 불구하고, 제한된 각 회전의 중간 위치를 중심으로 대략 ±30 도, 또는 ±25 도의 간격 내, 더욱 바람직하게는 약 ±22.5 도의 간격 내에서 로터에 가해질 수 있다. 중간 위치는 제한된 각 회전의 두 최종 위치 사이의 중간 지점으로 이해된다.

본 발명에 따른 복잡하지 않은 구동 시스템 (1) 의 구성 때문에, 스트로크의 종료 시에 전기적 제동을 달성하기가 어렵다. 따라서, 기계적 댐퍼 (D) 또는 다른 최종 멈춤부가 스트로크의 종료 시에 제공되는 것이 바람직하며, 예를 들어, 종래 스프링 작동되는 메커니즘용으로 사용되는 것과 유사한 댐퍼를 사용할 수 있다.

자기 각도의 작용 영역을 변경함으로써 단일 전류 펄스, 회로 차단기의 개방을 위한 양의 전류, 및 회로 차단기의 접속을 위한 음의 전류를 구비한 회로 차단기의 작동이 가능하게 된다. 이러한 변경은 차례로 구동 회로 (2) 에서 기계적인 릴레이를 사용하여 모터 (3) 에 전류를 공급하는 것을 가능하게 한다. 기계적 릴레이는 더욱 비용 효율적이고 신뢰성이 있어서 사이리스터를 사용하는 종래의 방법에 비하여 구동 회로 (2) 를 더욱 저렴하게 만들 수 있다. 도 7 을 참조하여 이하 설명되는 것처럼 세 개의 별도의 커패시터 뱅크로부터 모터 (3) 에 전류를 공급하기 위해 네 개의 기계적 릴레이가 필요하다.

도 8 은 본 발명에 따라 전기 모터를 작동시키기 위한 전기 구동 회로 (2) 를 도시하는 도면이다. 구동 회로 (2) 는 병렬로 연결된 세 개의 분기 (17, 18, 19) 를 포함한다. 각각의 분기 (17, 18, 19) 는 커패시터 뱅크 (14, 15, 16) 에 직렬로 연결된 기계적 릴레이 (10, 11, 12) 를 포함한다.

네 번째 기계적 릴레이 (13) 는 전류의 방향 전환을 위하여 제공된다.

기계적 릴레이 (10, 11, 및 12) 는, 임의의 단순한 온-오프 스위치, 즉 SPST (Single Pole, Single Throw) 릴레이일 수 있다. 기계적 릴레이 (13) 는 단순한 양방향 릴레이 (체인지오버 릴레이), 즉 SPDT (Single Pole, Double Throw) 릴레이이다.

기계적 릴레이 (10, 11 및 12) 는 각각의 커패시터 뱅크 (14, 15, 16) 과 함께 두 개의 개방 작동 및 하나의 접속 작동을 위해 전류를 제공하도록 배열된다. 기계적 릴레이 (10) 는 제 1 커패시터 뱅크 (14) 와 직렬로 연결된다. 고장이 검출되고 회로 차단기가 개방 (차단) 되려고 하면, 기계적 릴레이 (10) 가 접속 위치로 전환되고, 기계적 릴레이 (13) 가 위치 (P1) 로 전환된다. 기계적 릴레이 (13) 를 전환함으로써, 전류는 자기장 (F) 를 생성하는 코일 권선부 (8) 를 통하여 흐르고 이에 따라 필요한 기계적 각도로 모터 (3) 의 로터 (6) 를 회전시킨다.

다음으로, 회로 차단기가 접속되려고 하면, 제 2 커패시터 뱅크 (16) 와 직렬로 연결되어 있는 기계적 릴레이 (12) 는 접속되고, 기계적 릴레이 (13) 는 위치 (P2) 로 전환되어, 전류가 코일 권선부 (8) 를 통하여 역방향으로 흘러들어가게 하고 이에 대응하여 로터 (6) 를 역방향으로 회전시킨다.

마지막으로, 회로 차단기를 개방되는 것을 야기하는 고장이 계속하여 존재하는 경우, 제 2 개방 작동이 수행된다. 즉, 제 3 커패시터 뱅크 (15) 와 직렬로 연결되어 있는 기계적 릴레이 (11) 이 접속되고, 기계적 릴레이 (13) 이 위치 (P1) 으로 전환되고, 기계적 릴레이 (10) 에 대하여 전술한 바와 같은 작동이 일어난다.

따라서, 기계적 릴레이 (11, 12, 13, 14) 는 세 개의 별개의 커패시터 뱅크 (14, 15, 16) 로부터 모터 (3) 에 전류를 공급하고, 커패시터 뱅크는 개방-접속-개방 동작을 위한 에너지를 공급할 수 있도록 용량이 정해진다. 예를 들어, 통상적인 고전압 회로 차단기를 이용하는 경우에, 개방 작동에 적합한 커패시터 (커패시터 뱅크 14, 15) 는 400 V 의 전압 용량으로 1.2 mF 이고, 접속 작동에 적합한 커패시터 (커패시터 뱅크 16) 는 400 V 의 전압 용량으로 0.7 mF 이다.

구동 시스템 (1) 은 구동 시스템 (1) 을 제어하는 제어 장치를 또한 포함하며, 제어 장치는 도 1 에 개략적으로 도시되어 있고 도면부호 30 으로 나타내었으며, 구동 시스템 (1) 을 제어하기 위해 구성된다. 예를 들어, 제어 장치 (30) 는 각 운동을 실시하도록 전기 모터 (3) 을 제어하기 위해 구성되며, 예컨대 상기 각 운동은 기계적 스위치 등을 전환하기 위해 배치된 전기 장치 (7) 를 작동하기 위해서 대략 10°- 170°의 간격 내에서 이루어진다.

또한, 세 개의 분기 (17, 18, 19) 가 설명되었지만, 일부 다른 경우에서는 추가적인 분기가 사용될 수도 있다. 예를 들어, 회로 차단기가 개방-접속-개방-접속-개방 작동을 실시할 수 있을 것을 요구하는 경우가 있으며, 이 경우에는 두 개의 추가적인 분기 (도면에 나타내지 않음) 가 필요하다. 더 많은 분기를 사용하는 것이 고려될 수도 있으며, 이는 본 발명의 범위 내에 포함된다.

요약하면, 기계적 릴레이 (10, 11, 12, 13) 의 사용은, 전기 모터의 설계에 있어서 전술한 변형, 및 영구 자석 방향을 작동에 필요한 기계적 각도에 대하여 어떻게 고정하는가에 의해 가능하게 된다. 전체 회전 각도의 중간 어딘가에서 0 의 토크를 부여하는 영구 자석의 정렬을 가지고 있는 종래의 단상 제한 각도 모터와 대조적으로, 본 발명은 전체 회전 각도의 중간에서 최대 토크를 가지고 있다. 따라서, 최대 토크가 시작 위치에서 로터에 가해지는 종래 기술과 대조적으로, 본 발명의 시작 위치에서의 토크는 최대가 아니다. 이러한 변화의 장점은 공지된 모터는 소정의 운동을 얻기 위해 서로 다른 극성을 가진 두 개의 전류 펄스를 필요로 하는 반면, 전기 모터가 각각의 작동에 있어서 하나의 전류 펄스 만을 필요로 한다는 것이다. 이러한 변경에 의하여 더 비싼 전자 부품을 대신에 기계적 릴레이를 이용하는 것이 가능하게 되기 때문에, 더욱 비용 효율적인 해결 방안이 가능하게 된다.

종래 기술과 비교하여 달라진 최대 토크 출력을 가진 전술한 방식은 사이리스터 스위치를 이용하여 구현될 수도 있다는 것에 유념해야 한다. 오늘날 사이리스터를 사용하는 것은 기계적 릴레이를 사용하는 것보다 더욱 비싼 방식이기 때문에 가급적 이용하지 않는 것이 바람직하지만, 미래 언젠가는, 예컨데 대량 판매에 의해 사이리스터 스위치가 저렴하게 되었을 때에는, 사이리스터를 사용하는 것도 비용 효율적인 방식을 제공하는 것으로 인식될 수도 있을 것이다. 그러므로, 대안적인 실시형태에서, 기계적 릴레이는 사이리스터 스위치로 교체된다. 전술한 장점이 사이리스터 기반 방식에서도 또한 적용된다.

본 발명의 실시형태에서, 개선된 커패시터 충전장치 (20) 가 전술한 구동 시스템 (1) 을 충전하기 위해 제공된다. 도 9 를 참조하면, 전체 커패시터 뱅크는 회로 차단기의 개방-접속-개방 작동 (즉, 차단-이음-차단 작동) 을 위해 에너지를 제공할 수 있도록 용량이 정해진다. 본 실시형태에 따라, 커패시터 뱅크 (20) 는 더 작은 저전압 유닛 (21, 22, 23, 24) 으로 나뉘어진다. 저전압 커패시터 유닛 (21, 22, 23, 24) 은 병렬로 충전된다. 작동 중에, 에너지가 커패시터 뱅크로부터 충전되어야 할 때, 저전압 커패시터 유닛 (21, 22, 23, 24) 은 필요한 출력 전압을 얻기 위해 직렬로 연결된다. 커패시터 유닛 (21, 22, 23, 24) 의 병렬 연결에서 직렬 연결로의 변경은, 예컨데 기계적 릴레이 (11, 12, 13, 14) 와 동일한 종류의 기계적 릴레이 (25, 26, 27, 28) 로 제작된다. 이러한 구성에 의하여, 전압 설정 장치가 필요없이 저전압 커패시터 유닛을 직접 충전하도록, 일반적으로 110 V DC 인 보조 전압을 사용하는 것이 가능하게 된다.

Claims (10)

1. 고전압 회로 차단기 등의 전기 장치 (7) 의 가동부에 작용함으로써 상기 전기 장치 (7) 를 작동시키기 위한 구동 시스템 (1) 으로서, 상기 구동 시스템 (1) 은 :
   제한된 각 회전에 의해 상기 전기 장치 (7) 의 작동을 제어하기 위하여 상기 전기 장치 (7) 의 상기 가동부에 연결가능한 영구 자석 로터 (6) 를 구비하고, 고정자 권선부 (8) 를 또한 포함하는 전기 모터 (3), 및
   상기 고정자 권선부 (8) 에 접속되는 구동 회로 (2) 를 포함하고,
   상기 영구 자석 로터 (6) 는, 최대 토크가 상기 로터 (6) 에 가해지고, 이에 따라 상기 로터 (6) 의 상기 제한된 각 회전의 양 단부 위치 사이의 중간 위치 주위로 ±25 도의 간격 내에서 상기 가동부에 최대 토크가 가해지도록, 상기 구동 회로 (2) 로부터 전류가 공급될 때 상기 고정자 권선부 (8) 에 의해 생성되는 자기장에 정렬되도록 구성되는 구동 시스템에 있어서,
   상기 전기 구동 회로 (2) 는 서로 병렬로 접속된 적어도 세 개의 분기 (17, 18, 19) 를 포함하고, 상기 분기 (17, 18, 19) 는 직렬로 연결된 커패시터 뱅크 (13, 14, 15) 및 기계적 릴레이 (10, 11, 12) 를 포함하고, 상기 전기 구동 회로 (2) 는 전류 방향의 전환을 가능하게 하기 위한 네 번째 기계적 릴레이 (13) 를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 구동 시스템 (1).
2. 제 1 항에 있어서, 상기 최대 토크는 상기 로터 (6) 에 가해지고, 이에 따라 상기 로터 (6) 의 상기 제한된 각 회전에서 대략 중간 위치에서 상기 가동부에 가해지는 구동 시스템 (1).
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 각각의 분기 (17, 18, 19) 는 상기 전기 장치 (7) 의 작동을 수행하기 위해 상기 전기 모터 (3) 의 상기 고정자 권선부 (8) 에 에너지를 제공하도록 구성되는 구동 시스템 (1).
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제한된 각 회전은 약 10° 내지 170°의 간격 내에 있고, 상기 가동부는 약 -10° 내지 약 150°의 간격 내에서 운동하도록 구성되는 구동 시스템 (1).
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가동부의 전체 작동은 상기 구동 회로 (2) 에 의해 제공되는 단일의 전류 펄스에 의해 달성되는 구동 시스템 (1).
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 장치 (7) 는 회로 차단기를 포함하고, 상기 작동 사이클은 상기 회로 차단기 접속 부재의 접속 또는 상기 회로 차단기 접속 부재의 개방을 포함하는 구동 시스템 (1).
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 장치 (7) 의 작동을 위해 대략 10°- 170°의 간격 내에서 각 운동을 실시하도록 상기 전기 모터 (3) 를 제어하도록 구성된 제어 장치 (30) 를 더 포함하는 구동 시스템 (1).
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 영구 자석 로터 (6) 의 방향은 작동에 필요한 기계적 각도에 대하여 고정되는 구동 시스템 (1).
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   병렬로 충전되도록 구성된 복수의 커패시터 유닛 (21, 22, 23, 24) 을 포함하고, 또한 상기 전기 장치 (7) 의 작동에 에너지를 제공하기 위하여 직렬로 상기 커패시터 유닛 (21, 22, 23, 24) 을 접속하기 위한 수단 (25, 26, 27, 28) 을 포함하는 충전 장치 (20) 를 더 포함하는 구동 시스템 (1).
10. 제 9 항에 있어서, 상기 커패시터 유닛 (21, 22, 23, 24) 을 직렬로 접속하기 위한 상기 수단 (25, 26, 27, 28) 은 기계적 릴레이 (25, 26, 27, 28) 를 포함하는 구동 시스템 (1).
    

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