KR20120091272A - 전기 스위칭 장치용 스프링 작동식 엑츄에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 스위칭 장치용 스프링 작동식 엑츄에이터에 관한 것이다. 이는 개방 스프링 수단 및 폐쇄 스프링 수단을 갖고, 적어도 이들 스프링 중 하나는 토션 스프링 (3, 4) 을 포함한다. 본 발명에 따르면 토션 스프링 (3, 4) 은 풀림 방향에서 충전되고 감김 방향에서 방출된다.

Description

전기 스위칭 장치용 스프링 작동식 엑츄에이터{A SPRING OPERATED ACTUATOR FOR AN ELECTRICAL SWITCHING APPARATUS}

본 발명은 전기 스위칭 장치용 스프링 작동식 엑츄에이터에 관한 것으로, 상기 스프링 작동식 엑츄에이터는 스위칭 장치 폐쇄용 폐쇄 스프링 수단 및 스위칭 장치 개방용 개방 스프링 수단을 포함하고, 적어도 상기 스프링 수단 중 하나는 스프링 수단의 감김 방향 및 풀림 방향을 정의하고, 기계적 에너지를 저장하고 방출하기 위해 기계적 에너지가 충전되도록 배열되는 토션 (torsion) 스프링을 포함한다.

송전 또는 배전 네트워크에서, 비정상적 부하 조건에 반응하여 자동 보호를 제공하기 위해서 또는 네트워크 일부분의 개방 또는 폐쇄 (스위칭) 를 허용하기 위해서 스위칭 장치가 네트워크 안에 포함된다. 따라서 스위칭 장치는 단말기 고장 (terminal fault) 또는 근거리 선로 고장 (short line fault) 의 차단, 작은 유도 전류 (conductive current) 의 차단, 용량성 전류 (capacitive current) 의 차단, 이상 (out of phase) 스위칭 또는 무부하 (no load) 스위칭과 같은 다수의 상이한 작동을 수행하도록 요청받고, 모든 작동은 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 잘 공지되어 있다.

스위칭 장치에서 실제의 개방 또는 폐쇄 작동은 통상적으로 하나는 고정식이고 다른 하나는 이동식인 2 개의 접점에 의해서 수행된다. 이동식 접점은 엑츄에이터 및 메커니즘을 포함하는 작동 장치에 의해서 작동되고, 상기 메커니즘은 엑츄에이터를 이동식 접점에 작동식으로 연결시킨다.

중전압 및 고전압 스위치 그리고 회로 차단기를 위한 공지된 작동 장치의 엑츄에이터는 스프링 작동식, 유압식 또는 전자기식 타입이다. 이후에서, 작동 장치가 차단기를 작동시키는 것이 설명될 것이지만 유사한 공지된 작동 장치가 또한 스위치를 작동시킬 수 있다.

스프링 작동식 엑츄에이터, 또는 일반적으로 또한 소위 스프링 구동 유닛은 회로 차단기를 작동시키기 위해서 회로 차단기 개방용 개방 스프링 및 회로 차단기 폐쇄 및 개방 스프링 재장전용 폐쇄 스프링 이렇게 2 개의 스프링을 사용한다. 개방 스프링 및 폐쇄 스프링 각각에 단지 하나의 스프링 대신에 때로는 개방 스프링 및 폐쇄 스프링 각각에 스프링 세트가 사용될 수 있다. 예를 들어, 이러한 스프링 세트는 더 큰 스프링 안쪽에 배열된 작은 스프링 또는 평행하게 나란히 배열된 2 개의 스프링을 포함할 수 있다. 이후에서, 각각의 개방 스프링 및 폐쇄 스프링의 스프링이 참조될 때, 이러한 스프링이 스프링 세트도 포함할 수 있음이 이해되어야 한다. 다른 메커니즘은 스프링의 운동을 이동식 접점의 병진 운동 (translation movement) 으로 변환한다. 네트워크의 폐쇄 위치에서 회로 차단기의 이동식 접점 및 고정식 접점은 서로 접촉되어 있고 작동 장치의 개방 스프링 및 폐쇄 스프링은 충전된다. 개방 명령에 따라 개방 스프링이 회로 차단기를 개방하고, 접점을 분리시킨다. 폐쇄 명령에 따라 폐쇄 스프링이 회로 차단기를 폐쇄하고, 동시에, 개방 스프링을 충전한다. 개방 스프링은 이제 필요할 때 제 2 개방 작동을 수행할 준비가 되었다. 폐쇄 스프링이 회로 차단기를 폐쇄하면, 작동 장치의 전기 모터가 폐쇄 스프링을 재충전한다. 이 재충전 작동은 몇 초가 걸린다.

회로 차단기용 스프링 작동식 엑츄에이터의 일례의 예시는 예를 들어 US 4,678,877, US 5,280,258, US 5,571,255, US 6,444,934 및 US 6,667,452 에서 발견될 수 있다.

공지된 스프링 작동식 엑츄에이터에서 축선 방향의 작용 스프링, 즉 압축 또는 인장 헬리컬 (helical) 스프링이 사용된다. 또한 토션 바 (bar), 헬리컬 스프링 및 클락 (clock) 스프링과 같은 토션 스프링이 개방 및 폐쇄 이동의 작동에 사용된다.

헬리컬 스프링 및 클락 스프링과 같은 토션 스프링의 사용은 이러한 스프링의 단부가 예를 들어 프레임인 지지부 및 예를 들어 주 구동 샤프트인 구동 연결부에 각각 단단하게 연결되어야 하는 것을 요구한다. 장착이 갑작스런 높은 작동력을 견디고 힘을 엑츄에이터로 전달해야 하기 때문에 이 장착은 엑츄에이터의 기능에 결정적이다.

헬리컬 토션 스프링에 관련된 용어 "단부" 는 이 출원에서 스프링 재료의 끝, 즉 스프링 나선 방향의 끝을 의미한다. 축선 방향의 끝에는 용어 "축선 단부" 가 사용된다.

본 발명의 목적은 토션 스프링과 협동 작용하는 구성 요소에의 토션 스프링의 개선된 연결부를 스프링 작동식 엑츄에이터에 제공하는 것이다.

이 목적은 본 발명에 따라 처음에 명시된 종류의 스프링 작동식 엑츄에이터가 적어도 상기 스프링 수단 중 하나에서 토션 스프링이 풀림 방향에서 기계적 에너지가 충전되고 감김 방향에서 기계적 에너지를 방출하도록 배열되는 구체적인 특성을 포함하는 것에서 달성된다.

이는 스프링이 에너지를 저장할 때 토션 스프링이 스프링의 나선 방향으로 압축된다는 것과, 스프링의 단부가 종래의 헬리컬 토션 스프링에서처럼의 당김 (pulling) 대신에 누름 (pushing) 에 의해서 작용한다는 것을 의미한다. 따라서 지지부 및 구동 샤프트에의 스프링 단부의 연결부는 압력 대신 장력 하에서 장착하는 것과 비교해서 덜 복잡해진다.

토션 스프링이 협동 작용하는 구성 요소에 압력 힘에 의해서 스프링 단부가 작용하기 때문에, 논의 중인 스프링 단부 및 구성 요소가 이들을 측면으로 제자리에 유지시키는 아마도 일종의 안내 장치를 제외하고 어떠한 추가적인 연결 수단 없이 이 힘에 의해서 서로 유지된다. 이는 장력에 의해 작동하는, 상당히 강력하고 안정적인 연결 수단을 필요로 하는 토션 스프링과 비교해서 장착을 실질적으로 간단하게 한다.

따라서 장치의 조립은 매우 더 간단해지고, 더 적은 구성 요소가 요구된다. 게다가 기능 고장의 잠재적 원인이 제거된다. 따라서 본 발명에 따른 장치는 생산 및 유지보수가 더 값싸지고 또한 더 안정적이게 된다.

바람직한 실시예에 따르면 개방 스프링 수단 및 폐쇄 스프링 수단 둘 다 토션 스프링을 포함한다.

작동용 토션 스프링의 사용은 엑츄에이터의 컴팩트한 구성을 허용하고 특히 이는 스프링 둘 다 토션 스프링인 경우이다.

스프링이 둘 다 토션 타입일 때, 바람직하게는 이들 둘 다 풀림 방향에서 충전되고 감김 방향에서 방출되도록 배열된다.

따라서 이 배열의 장점은 충분하게 사용된다.

더 바람직한 실시예에 따르면, 적어도 토션 스프링 중 하나는 헬리컬 스프링이다.

대부분의 경우의 헬리컬 스프링은 본 발명에서와 같이 응용에서 기계적 에너지를 저장하고 공급하기 위한 가장 효율적인 타입이다. 예를 들어 클락 스프링과 비교해서 헬리컬 스프링은 스프링의 최적화된 상대 위치에 더 큰 자유도를 제공한다.

더 바람직한 실시예에 따르면, 토션 스프링은 동축이다.

2 개의 축선 방향으로 정렬된 토션 스프링이 엑추에이터의 컴팩트한 구성을 얻는 것을 가능케 하고, 스프링 힘을 주 구동 샤프트에 전달하는데 요구되는 다수의 구성 요소가 종래 구성과 비교하여 감소될 수 있다.

더 바람직한 실시예에 따르면, 토션 스프링이 하나가 다른 하나의 외부에 배열되어서 적어도 개방 토션 스프링의 주요 부분 및 적어도 폐쇄 스프링의 주요 부분이 같은 축선 위치를 가진다.

이는 토션 스프링의 상당히 컴팩트한 배열을 제공하고 이 배열은 작은 치수의 엑츄에이터를 달성하는데 더 기여한다. 공간 절약에 대해서 최적의 배열일 것이기 때문에 바람직하게는 전체 개방 토션 스프링과 전체 폐쇄 토션 스프링이 같은 축선 위치를 가진다.

바람직하게는, 개방 토션 스프링은 폐쇄 토션 스프링의 외부에 위치된다.

이는 개방 토션 스프링이 폐쇄 토션 스프링에 의해서 재충전되고 폐쇄 토션 스프링은 전기 모터에 의해 또는 수동으로 충전되는 토션 스프링의 충전을 용이하게 한다. 개방 토션 스프링은 일반적으로 폐쇄 스프링 수단보다 더 높은 속도에서 작동하기 때문에 이 배열은 개방 토션 스프링이 폐쇄 토션 스프링보다 큰 반경에서 구동 샤프트에 작용하는 것을 간단하게 만든다는 점이 더 장점이다.

더 바람직한 실시예에 따르면, 개방 토션 스프링 및 폐쇄 토션 스프링 각각은 각각의 스프링의 각자의 단부에 단부 부분을 갖는 헬리컬 스프링이고 적어도 상기 단부 부분 중 하나는 스프링의 나선을 따라서 연장된다.

따라서 단부 부분이 스프링의 나머지와 같은 방향으로 연장되면 힘 전달이 매우 간단해질 것이고 스프링 재료에 굽힘력 (bending force) 이 없을 것이다. 바람직하게는 모든 단부 부분이 이런 종류이다.

더 바람직한 실시예에 따르면, 적어도 단부 부분 중 하나는 상기의 적어도 단부 부분의 단부 표면과 인접하게 배열된 접합부 (abutment) 표면을 갖는 단부 끼워맞춤 부품 안으로 연장된다.

이러한 단부 끼워맞춤 부품은 스프링과 이와 협동 작용하는 부분 사이의 유리한 힘 전달을 제공한다.

바람직하게는, 단부 표면 및 접합부 표면은 스프링의 나선에 수직이다.

어떠한 측면 힘 요소도 회피되기 때문에 이는 힘 전달을 최적화하고 연결부를 가능한 한 간단하게 만든다.

더 바람직한 실시예에 따르면 단부 끼워맞춤 부품은 접합부 표면에 지향된 단부 부분을 유지하도록 배열된 유지 장치를 포함한다.

따라서 접합부 표면 및 단부 표면의 적절한 정렬이 보장된다.

바람직하게는, 유지 장치는 방사상으로 지향된 플랜지 (flange) 를 포함하고, 플랜지는 단부 부분이 통과해 연장되는 홀 (hole) 을 갖는다.

이 실시예는 단부 부분을 접합부 표면을 향해 지향시키는 것의 매우 간단한 실현을 보여준다.

더 바람직한 실시예에 따르면 폐쇄 토션 스프링은 제 1 토션 스프링 유닛과 제 2 토션 스프링 유닛을 포함하고, 제 1 및 제 2 유닛은 동축이며, 적어도 제 1 유닛의 주요 부분과 제 2 유닛의 주요 부분이 같은 축선 위치를 가지며, 제 1 유닛은 제 2 유닛의 외부에 방사상으로 위치되고 제 1 및 제 2 유닛은 폐쇄 토션 스프링의 하나의 축선 단부에 인접하게 서로 연결된다.

이 실시예를 통해서 폐쇄 토션 스프링은 토션 스프링의 동일한 축선 단부에 인접한 양쪽 단부 즉, 프레임 지지된 단부 및 작동 단부를 갖는다. 이는 컴팩트한 설계, 폐쇄 스프링의 짧은 축선 연장 및 적은 양의 구성 요소를 허용하는데 더 기여한다. 폐쇄 스프링의 축선 길이를 최소화하고 작동을 간단하게 하기 때문에 전체 제 1 유닛 및 전체 제 2 유닛이 같은 축선 위치를 갖는 것이 바람직하다.

2 개의 유닛이 하나의 단일 구성 요소로서 만들어질 수 있지만, 2 개의 유닛은 스프링 힘 전달 연결부 끼워맞춤 부품에 의해서 서로 결합되는 2 개의 분리된 구성 요소인 것이 바람직하다. 이는 이런 종류의 폐쇄 토션 스프링의 생산을 간단하게 한다.

더 바람직한 실시예에 따르면 연결부 끼워맞춤 부품은 제 1 유닛의 단부 표면에 인접하게 배열된 제 1 접합부 표면 및 제 2 유닛의 단부 표면에 인접하게 배열된 제 2 접합부 표면을 포함하고, 제 1 및 제 2 접합부 표면은 서로에 대해 대향 원주 방향으로 마주본다.

이러한 단부 끼워맞춤 부품은 유닛의 하나에서 다른 하나로의 압축력의 효율적인 힘 전달을 제공한다.

바람직하게는, 연결부 끼워맞춤 부품은 각각의 상기 접합부 표면에 지행된 각각의 유닛의 단부 부분을 유지하도록 배열된 유지 장치를 포함한다.

이는 유사한 구성을 갖는 단부 끼워맞춤 부품에 대응하는 장점을 상기 설명된 대로 가진다.

더 바람직한 실시예에 따르면, 연결부 끼워맞춤 부품은 스프링 축선에 대해 방사상으로 연장되는 제 1 및 제 2 플랜지를 포함하고, 각각의 플랜지는 한 단부 부분을 위한 접합부 표면을 갖고 접합부 표면으로 지향된 다른 한 단부 부분을 유지하기 위한 홀을 갖는다.

연결부 끼워맞춤 부품의 이 구성은 간단성에 신뢰성을 갖춘다.

더 바람직한 실시예에 따르면, 전기 스위칭 장치는 중전압 또는 고전압용 회로 차단기이다.

회로 차단기는 본 발명에 가장 중요한 응용이고 본 발명의 장점은 특히 중전압 및 고전압 범위에서 유용하다.

전통적으로 중전압은 1 ~ 72 kV 범위의 전압 수준을 의미하고 고전압은 72 kV 초과의 전압 수준을 의미하며, 이 표현은 본 발명에서 이 의미를 갖는다.

본 발명은 또한 본 발명, 특히 본 발명의 어떤 바람직한 실시예에 따른 스프링 작동식 엑츄에이터를 포함하는 전기 스위칭 장치에 관한 것이다. 바람직하게는 스위칭 장치는 회로 차단기이고 바람직하게는 스위칭 장치는 중전압 또는 고전압 스위칭 장치이다.

본 발명된 스위칭 장치는 본 발명된 스프링 작동식 엑츄에이터 및 그의 바람직학 실시예의 장점으로서 대응하는 장점을 갖고, 장점은 상기에 설명되었다.

본 발명의 바람직한 실시예는 종속 청구항에 명시되었다. 더 바람직한 실시예가 상기 언급된 바람직한 실시예의 어떠한 가능한 조합에 의해서 물론 실현될 수 있음이 이해되어야 한다.

본 발명은 다음의 일례의 예시의 상세한 설명을 통해서 그리고 동봉한 도면을 참조하여 더 설명될 것이다.

도 1 은 본 발명에 따른 스프링 작동식 엑츄에이터의 예시의 축선 단면도이다.
도 2 는 도 1 의 단면의 사시도이다.
도 3 은 도 1 을 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 4 는 도 3 의 상세 사시도이다.
도 5 는 도 1 내지 도 4 의 스프링 작동식 엑츄에이터의 상세 사시도이다.
도 6 은 다른 방향에서의 도 5 의 상세 사시도이다.
도 7 은 도 1 내지 도 6 의 스프링 작동식 엑츄에이터의 더 상세한 사시도이다.
도 8 은 대안의 예시에 따른 도 1 내지 도 4 의 상세 측면 부분도이다.
도 9 는 도 1 의 왼쪽에서 바라본 스프링 작동식 엑츄에이터의 단면도이다.
도 10 은 회로 차단기의 계략 측면도이다.

도 1 은 회로 차단기의 엑츄에이터를 관통하는 축선 단면도이다. 엑츄에이터는 주 샤프트 (1) 와 캠디스크 (2) 를 가진다. 캠디스크는 회로 차단기를 스위칭하기 위해서 트랜스미션 로드 (도시되지 않음) 에 작용한다. 캠디스크로부터 회로 차단기로의 트랜스미션과 회로 차단기는 종래 유형의 것일 수 있고 더한 설명이 필요하지 않다.

주 샤프트는 개방 스프링 (3) 및 폐쇄 스프링 (4) 에 의해서 작동된다. 두 스프링 모두 헬리컬 토션 스프링이고 주 샤프트와 동축이다. 개방 스프링 (3) 은 폐쇄 스프링 (4) 의 외부에 방사상으로 위치되고 따라서 폐쇄 스프링 (4) 의 외경을 초과하는 내경을 가진다.

개방 스프링 (3) 은 2 개의 단부 끼워맞춤 부품인 스프링의 지지된 단부 (5) 의 지지 단부 끼워맞춤 부품 (6) 과 작동 단부 (7) 의 작동 단부 끼워맞춤 부품 (8) 사이에서 압착 (squeeze) 된다. 따라서 충전된 상태의 개방 스프링 (3) 은 스프링의 나선 방향으로 압축되거나, 아니면 표현된 충전된 개방 스프링은 풀림 방향으로 가압된다. 결과적으로 작동 단부 (7) 는 누름력으로 작동 단부 끼워맞춤 부품 (8) 에 작용하고, 작동 단부 끼워맞춤 단부 (8) 는 스플라인 (spline; 9) 을 통해 주 샤프트 (1) 에 연결된다.

폐쇄 스프링 (4) 은 방사상으로 외부 유닛 (4a) 과 방사상으로 내부 유닛 (4b) 이렇게 2 개의 유닛으로 구성되고, 둘 다 개방 스프링 (3) 의 축선 및 주 샤프트 (1) 와 정렬된 축선을 가진다.

개방 스프링처럼 충전 상태의 폐쇄 스프링 (4) 또한 스프링의 나선 방향으로 압축된다. 폐쇄 스프링의 외부 유닛 (4a) 은 지지된 단부 (10) 및 연결 단부 (14) 를 갖고, 내부 부분은 작동 단부 (12) 및 연결 단부 (15) 를 가진다. 지지된 단부 (10) 는 지지 플랜지 (35) 에 장착된 지지 단부 끼워맞춤 부품 (도시되지 않음) 에 대해 가압되고, 작동 단부 (12) 는 작동 단부 끼워맞춤 부품 (13) 에 대해 가압된다. 2 개의 유닛 (4a, 4b) 의 연결 단부 (14, 15) 는 둘 다 연결 끼워맞춤 부품 (16) 에 대해 가압되고, 2 개의 유닛은 연결 끼워맞춤 부품을 통해서 서로에게 힘 전달 관계에 있다.

회로 차단기는 개방 동작이 트리거되면 개방 스프링 (3) 은 주 샤프트 (1) 를 회전시키기 위해서 개방 스프링의 작동 단부 끼워맞춤 부품 (8) 을 누르고 이에 따라 주 샤프트 (1) 를 회전시킨다.

약간의 0.3 초 이후에 회로 차단기가 폐쇄되어야 한다. 따라서 폐쇄 스프링 (4) 은 폐쇄 스프링의 작동 단부 (12) 가 작동 로드를 움직이도록 개방 과정의 방향의 반대 방향으로 주 샤프트 (1) 를 회전시키기 위해 폐쇄 스프링의 작동 단부 끼워맞춤 부품 (13) 을 누르도록 활성화되고, 따라서 회로 차단기를 폐쇄한다. 주 샤프트 (1) 가 이 방향으로 회전하면 이는 또한 개방 스프링 (3) 의 작동 단부 끼워맞춤 부품 (8) 을 같은 방향으로 회전시켜서 작동 단부 끼워맞춤 부품 (8) 이 개방 스프링 (3) 의 작동 단부 (7) 를 누르고 개방 스프링은 재충전되어 요구되어야 하는 연이은 개방 이동에 준비된다.

폐쇄 작동이 끝나면 폐쇄 스프링은 그의 지지된 단부 (10) 가 그의 지지 단부 끼워맞춤 부품에 의해 눌려지게 재충전된다.

개방 및 폐쇄 이동이 끝날 때 초과 에너지에 기인한 스트로크 단부에서의 충돌 충격을 회피하기 위해서 이동은 댐프되어야 한다.

개방 이동은 종래의 선형 작동 유압식 댐퍼 (17) 에 의해서 댐프된다.

폐쇄 이동은 작동 매체로서 공기를 갖는 회전식 댐퍼 (18) 에 의해서 댐프된다. 회전식 댐퍼 (18) 는 환상면 (toroidal) 작업 챔버를 갖고, 이는 주 샤프트 (1) 와 동축이다. 작업 챔버는 제 1 측벽 (24), 제 2 측벽 (23), 외부 원주벽 (25) 및 내부 원주벽 (26) 을 갖는 하우징에 의해 형성된다. 하우징은 제 1 부분 (20) 과 제 2 부분 (19) 이렇게 2 개의 부분으로 나뉜다. 2 개의 부분은 서로에 대해 회전 가능하고 외부 원주 시일 (seal; 21) 및 내부 원주 시일 (22) 에 의해서 연결된다.

제 2 부분 (19) 은 폐쇄 스프링 (4) 의 내부 유닛 (4b) 의 작동 단부 끼워맞춤 부품 (13) 에 구동식으로 연결되고 따라서 폐쇄시에 캠디스크 (2) 와 함께 회전한다. 제 1 부분 (20) 은 그 외부에 축선 방향으로 연장되는 플랜지 (35) 를 갖고 폐쇄 스프링 (4) 의 외부 유닛 (4a) 의 지지 단부 끼워맞춤 부품 (11) 이 플랜지 (35) 에 장착된다.

폐쇄 댐퍼의 작동은 댐퍼를 관통하는, 제 1 부분 (20) 을 향하는 방향의 방사상의 단면도인 도 3 을 참조하여 설명된다. 폐쇄 이동 중에 제 1 부분 (20) 은 고정식이고 제 2 부분 (19) (도 3 에서 보이지 않음) 은 댐퍼의 회전 방향으로서 정의된 화살표 (A) 방향으로 회전한다.

디스크형 몸체가 제 1 측벽 (24) 에 부착되고, 방사상의 단부벽 (27) 을 형성한다. 대응하는 디스크형 몸체가 제 2 측벽 (23) 에 부착되고 변위체 (28) 를 형성한다. 각각의 단부벽 (27) 과 변위체 (28) 는 작업 챔버의 측벽 (23, 24) 및 원주벽 (25, 26) 과 밀봉식으로 협동 작용한다.

제 1 측벽 은 각각 공기를 위한 입구 (inlet) 및 출구 (outlet) 로서 거기를 통하여 작용하는 제 1 오리피스 (29) 및 제 2 오리피스 (30) 를 가진다.

입구 오리피스 (29) 는 댐퍼의 회전 방향에서 보이는대로 단부벽 (27) 직후에 위치된다. 출구 오리피스 (30) 는 단부벽 (27) 의 앞에 약 직각으로 위치된다.

폐쇄 스프링이 충전되고 폐쇄 이동을 시작할 조건이 되면 변위체 (28) 가 도면에서 보이는 대로 그 오른쪽의 단부벽 (27) 에 근접하게, 즉 입구 오리피스 (29) 영역에 위치된다. 하우징의 제 2 부분 (19) 은 주 샤프트와 구동식으로 연결된다.

폐쇄 이동이 일어나면 변위체 (28) 는 제 2 측벽 (23) 에 연결되어 있기 때문에 단부벽 (27) 에 인접한 시작 위치로부터 이동할 것이고, 거의 완전하게 회전하여 단부벽 (27) 의 왼쪽에 닿을 때까지 화살표 (A) 방향으로 회전할 것이다. 그 회전 중에 공기가 입구 오리피스 (29) 를 통해서 안으로 흡입될 것이다. 그리고 회전의 주요 부분 동안에 공기가 출구 오리피스 (30) 를 통해서 가압되어 나갈 것이다.

변위체가 출구 오리피스 (30) 을 통과한 후에 공기는 변위체 (28) 와 단부벽 (27) 사이에 포획 (trapped) 된다. 추가적인 회전이 포획된 공기를 압축할 것이다. 따라서 회전에 대해 증가하는 반력 (counterforce) 이 생기고 약간의 공기 누출이 단부벽 (27) 과 하우징의 벽 사이 및 변위체 (28) 와 벽 사이의 밀봉선을 따라서 발생할 것이다. 따라서 댐핑 효과가 달성된다.

일반적으로 단부벽과 변위체 주변의 공기 누출은 과도한 댐핑과 과소한 댐핑 사이에서 적절하게 균형잡힌 댐핑을 얻는데 충분하다. 시일이 매우 효과적인 경우에 단부벽 (27) 또는 변위체 (28) 를 통과하는 작은 누출 홀을 제공하는 것에 의해서 적절한 공기 누출이 얻어질 수 있다

도 4 는 폐쇄 댐퍼의 하우징의 제 1 부분의 사시도이다.

폐쇄 스프링 (4) 을 충전하는 메커니즘은 부분적으로 폐쇄 댐퍼 (18) 와 통합되어 있다. 댐퍼의 제 1 부분 (20) 은 외부의 방사상으로 돌출된 치형부 (32) 를 갖는 기어 휠 (31) 로서 외부적으로 형상되었다. 기어 휠 (31) 은 전기 모터 (34) 에 의해서 기어 박스 (56) 를 통해 구동되는 피니언 (pinion; 33) 과 협동작용한다. 충전 시에, 피니언 (33) 은 댐퍼 (18) 의 제 1 부분 (20) 을 화살표 (A) (도 3) 방향으로 약 완전한 1 회전만큼 구동한다. 따라서 단부벽 (27) 은 변위체 (28) 의 바로 왼쪽 위치로 이동한다. 따라서 단부벽 (27) 및 변위체는 폐쇄 이동이 시작될 때 상기 설명된 대로 서로 상대적인 위치에 도달할 것이다.

댐퍼 (18) 의 제 1 부분 (20) 은 플랜지 (35) (도 1 및 도 2) 를 통해서 폐쇄 스프링 (4) 의 외부 유닛 (4a) 의 지지 단부 끼워맞춤 부품에 구동식으로 연결된다.

제 1 부분 (20) 이 회전하면, 폐쇄 스프링의 외부 유닛 (4a) 의 지지 단부 끼워맞춤 부품은 댐퍼 (18) 의 제 1 부분 (20) 으로부터 뒤쪽에 연장되는 축선 플랜지 (35) 에 장착되었기 때문에 제 1 부분의 회전을 따를 것이다. 따라서 폐쇄 스프링은 나선형으로 충전된 상태로 압축된다.

도 5 는 스프링으로부터 단부 끼워맞춤 부품을 향해 보이는 대로 스프링 (3) 의 단부 끼워맞춤 부품 (8) 의 사시도이다. 개방 스프링 (3) 의 작동 단부 (7) 는 단부 끼워맞춤 부품 (8) 의 일부를 형성하는 플랜지 (37) 의 홀 (36) 을 통해 연장된다. 단부 끼워맞춤 부품 (8) 의 그루브 (groove; 38) 는 작동 단부 (7) 를 접합부 표면 (39) 에 대하여 안내한다. 다른 단부 끼워맞춤 부품이 유사한 구성을 가질 수 있다.

도 6 은 개방 스프링 (3) 의 작동 단부 끼워맞춤 부품 (8) 을 다른 방향에서 도시한다. 또한 유닛 (4a 및 4b) 의 연결 단부 끼워맞춤 부품 (16) 이 그 뒤쪽에 부분적으로 보인다.

도 7 은 연결 단부 끼워맞춤 부품 (16) 을 더 상세하게 도시한다. 이는 내부 링 (42) 으로 구성되고 내부 링으로부터 제 1 접합부 플랜지 (43) 및 제 2 접합부 플랜지 (44) 가 방사상으로 외부를 향해 서로에게 상대적인 약 45 ~ 60° 의 각 위치에서 연장된다. 접합부 플랜지 (43, 44) 의 방사상의 중간에서 환형벽 (circular wall; 45) 이 접합부 플랜지를 서로 연결시키고, 환형벽은 내부 링 (42) 과 동축이다. 제 1 접합부 플랜지 (43) 는 그의 방사상의 외부 부분에서 접합부 표면 (48) 을 및 그의 내부 부분을 통하는 홀 (47) 을 갖는다. 대응하여 제 2 접합부 플랜지 (44) 는 외부 부분을 통하는 홀 (46) 및 내부 부분의 접합부 표면 (49) 을 가진다.

내부 폐쇄 스프링 유닛 (4b) 은 제 1 플랜지 (43) 의 홀 (47) 을 통해 연장되고, 그의 단부는 제 2 플랜지 (44) 의 접합부 표면 (49) 에 인접한다. 대응하여 외부 폐쇄 스프링 유닛 (4a) 는 제 2 플랜지 (44) 의 홀 (46) 을 통해 연장되고, 그의 단부는 제 1 플랜지 (43) 의 접합부 표면 (48) 에 인접한다. 따라서 외부 폐쇄 스프링 유닛 (4a) 으로부터의 누름력이 내부 폐쇄 스프링 유닛 (4b) 으로 전달된다. 폐쇄 스프링 유닛 (4a, 4b) 의 단부 부분은 그의 각각의 접합부 표면 (48, 49) 에 대해서 홀 (46, 47), 링 (42) 및 환형벽 (45) 에 의해서 안내된다. 따라서 단부 부분은 연결 단부 끼워맞춤 부품 (8) 안으로 느슨하게 끼워맞춰질 수 있고 추가적인 부착 수단이 요구되지 않는다.

단부 끼워맞춤 부품의 대안의 구성이 도 8 에 도시된다. 도 8 에서 개방 스프링 (3) 을 위한 지지 단부 끼워맞춤 부품 (6) 의 일부가 개략적으로 도시된다. 개방 스프링 (3) 의 지지된 단부 부분 (5) 은 단부 끼워맞춤 부품 (6) 의 방사상의 플랜지 (58) 의 접합부 표면 (61) 에 대해 단부 표면을 가진다. 유지 장치는 제 2 방사상 플랜지 (59) 및 2 개의 플랜지 (58, 59) 를 연결하는 원주 부분 (57) 에 의해서 형성된다. 제 2 방사상 플랜지 (59) 는 거기에 통하는 홀 (60) 을 갖고 개방 스프링은 그의 단부 부분 (5) 이 접합부 표면 (61) 으로 지향되도록 이 홀 (60) 을 통해 연장된다. 다른 단부 끼워맞춤 부품은 유사한 구성을 가질 수 있다.

도 9 는 도 1 을 왼쪽에서 바라 본 스프링 작동식 엑츄에이터의 단면도이다. 캠디스크 (2) 가 스플라인 (50) 을 통해서 주 샤프트 (10) 에 구동식으로 연결된다. 각각의 트리깅 코일 (trigging coil; 54, 55) 이 구비된 래치 매커니즘 (latch mechanism; 52, 53) 은 엑츄에이터의 개방 및 폐쇄 움직임을 제어한다. 도면의 왼쪽 부분에서 개방 스프링용 오일 댐퍼 (17) 가 보이고, 폐쇄 스프링 충전용 기어 휠 (31) 의 왼쪽 부분이 보일 수 있다.

도 10 은 본 발명에 따른 스프링 작동식 엑츄에이터 (104) 에 의해 작동되는 로드 (103) 에 의해서 이동 가능한 접촉 부분 (102) 이 고정식 접점 부분 (101) 과 접촉 및 비접촉 하게 되는 회로 차단기를 개략적으로 도시한다. 삼상 차단기를 위해서 엑츄에이터 (104) 는 각각의 상의 이동 가능한 접점 부분 (102) 을 동시에 이동시키도록 배열될 수 있다.

Claims (15)

1. 전기 스위칭 장치용 스프링 작동식 엑츄에이터로서, 상기 스프링 작동식 엑츄에이터는 스위칭 장치를 폐쇄하기 위한 폐쇄 스프링 수단, 및 스위칭 장치를 개방하기 위한 개방 스프링 수단을 포함하고 적어도 상기 스프링 수단 중 하나는 스프링의 감김 방향 및 풀림 방향을 정의하고 저장 및 방출하기 위한 기계적 에너지로 충전되도록 배열되는 토션 스프링 (3, 4) 을 포함하는 스프링 작동식 엑츄에이터에 있어서, 적어도 상기 스프링 수단 중 하나에서 상기 토션 스프링 (3, 4) 이 풀림 방향에서 기계적 에너지가 충전되고 감김 방향에서 기계적 에너지를 방출하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 스프링 작동식 엑츄에이터.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 개방 스프링 수단 및 상기 폐쇄 스프링 수단 둘 다 토션 스프링 (3, 4) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 스프링 작동식 엑츄에이터.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 적어도 상기 토션 스프링 (3, 4) 중 하나는 헬리컬 스프링인 것을 특징으로 하는 스프링 작동식 엑츄에이터.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 토션 스프링 (3, 4) 은 동축인 것을 특징으로 하는 스프링 작동식 엑츄에이터.
5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 토션 스프링 (3, 4) 은 하나가 다른 하나의 외부에 배열되어서 적어도 상기 개방 토션 스프링 (3) 의 주요 부분 및 적어도 상기 폐쇄 스프링 (4) 의 주요 부분이 같은 축선 위치를 갖는 것을 특징으로 하는 스프링 작동식 엑츄에이터.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개방 토션 스프링 (3) 및 상기 폐쇄 토션 스프링 (4) 각각은 각각의 스프링의 각자 단부에 단부 부분 (5, 7, 10, 12) 이 구비된 헬리컬 스프링이고, 적어도 상기 단부 부분 (5, 7, 10, 12) 중 하나는 상기 스프링의 나선을 따라 연장되는 것을 특징으로 하는 스프링 작동식 엑츄에이터.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 적어도 단부 부분 (5, 7, 10, 12) 중 하나의 단부 표면과 인접하게 배열된 접합부 표면 (39, 61) 을 갖는 단부 끼워맞춤 부품 안으로 상기 적어도 단부 부분 (5, 7, 10, 12) 중 하나가 연장되는 것을 특징으로 하는 스프링 작동식 엑츄에이터.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 단부 끼워맞춤 부품은 상기 접합부 표면 (39, 61) 으로 지향된 상기 단부 부분 (5, 7, 10, 12) 을 유지하도록 배열된 유지 장치 (37, 38, 57, 58, 59) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 스프링 작동식 엑츄에이터.
9. 제 3 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폐쇄 토션 스프링 (4) 은 제 1 토션 스프링 유닛 (4a) 및 제 2 토션 스프링 유닛 (4b) 을 포함하고, 제 1 및 제 2 유닛은 동축이며, 적어도 상기 제 1 유닛 (4a) 의 주요 부분 및 상기 제 2 유닛 (4b) 의 주요 부분은 같은 축선 위치를 갖고, 상기 제 1 유닛 (4a) 은 상기 제 2 유닛 (4b) 의 외부에 방사상으로 위치되고, 상기 제 1 및 제 2 유닛은 상기 폐쇄 토션 스프링의 한 축선 단부에 인접하게 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 스프링 작동식 엑츄에이터.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 연결 끼워맞춤 부품 (16) 은 상기 제 1 유닛 (4a) 의 단부 표면에 인접하게 배열된 제 1 접합부 표면 (48) 및 상기 제 2 유닛 (4b) 의 단부 표면에 인접하게 배열된 제 2 접합부 표면 (49) 을 포함하고, 제 1 및 제 2 접합부 표면은 서로에 대해 대향 원주 방향으로 마주보는 것을 특징으로 하는 스프링 작동식 엑츄에이터.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 연결 끼워맞춤 부품 (16) 은 상기 스프링 축선에 대해 방사상으로 연장되는 제 1 플랜지 (43) 및 제 2 플랜지 (44) 를 포함하고, 각각의 플랜지 (43, 44) 는 상기 단부 부분 (4a, 4b) 중 하나를 위한 상기 접합부 표면 (48, 49) 을 갖고 그리고 접합부 표면 (48, 49) 으로 지향된 상기 단부 부분 (4a, 4b) 의 다른 하나를 유지하기 위한 홀 (47, 46) 을 갖는 것을 특징으로 하는 스프링 작동식 엑츄에이터.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 스위칭 장치는 중전압 또는 고전압용 회로 차단기인 것을 특징으로 하는 스프링 작동식 엑츄에이터.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 스프링 작동식 엑츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 스위칭 장치.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 스위칭 장치는 회로 차단기인 것을 특징으로 하는 전기 스위칭 장치.
15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 상기 스위칭 장치는 중전압 또는 고전압 스위칭 장치인 것을 특징으로 하는 전기 스위칭 장치.

Images