KR20130005243A

KR20130005243A - 최적화된 자기 회로를 갖는 단락 회로 해제장치

Info

Publication number: KR20130005243A
Application number: KR1020120072976A
Authority: KR
Inventors: 베른하르트 뢰쉬; 이 주
Original assignee: 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2011-07-05
Filing date: 2012-07-04
Publication date: 2013-01-15
Also published as: CN102867709A; BR102012016571A2; US8525624B2; CN102867709B; EP2544208A1; BR102012016571B1; EP2544208B1; KR101572429B1; US20130009733A1

Abstract

최적화된 자기 회로를 갖는 단락 회로 해제장치. 본 발명은 코일 포머(4) 내부에 위치된 전기자(2)와 폴(3)을 구비하고, 코일 포머(4) 둘레에 배치되어 있는 요크 판(6)과 단자 연결부(7)를 추가로 구비하는, 특히, 전력 회로 차단기를 위한 단락 회로 해제장치(1)에 관한 것이다. 본 발명은 요크 판(6)에 대향하여 단자 연결부(7)에 대해 지탱되는 자기 판(10)이 배열되는 것을 특징으로 한다.

Description

최적화된 자기 회로를 갖는 단락 회로 해제장치 {SHORT-CIRCUIT RELEASE HAVING AN OPTIMIZED MAGNETIC CIRCUIT}

본 발명은 코일 포머(coil former) 내에 위치되어 있는 전기자(amature)와 폴(pole)을 구비하고, 추가로, 코일 포머 둘레에 배치되어 있는 요크 판(yoke plate)과 단자 연결부를 구비하는, 특히, 전력 회로 차단기를 위한 단락 회로 해제장치에 관한 것이다.

이런 종류의 단락 회로 해제장치는 모터 및 다른 부하체를 절환 및 보호하기 위해 전력 회로 차단기에 사용된다. 상기 단락 회로 분리장치는 실질적으로 코일 권선과, 코일 포머와, 전기자와, 폴과, 플런저와, 구속 스프링(restraining spring)과, 요크를 포함하는 전자기 기동 장치(electromagnetic tripping device)로서 설계된다. 전력 회로 차단기의 특정 정격 전류, 예로서, 모터 보호의 경우에는 공칭 전류의 12배 또는 변압기 보호의 경우에는 공칭 전류의 19배에서, 전기자가 끌어당겨진다. 여기서, 전기자의 운동은 차단기 기구 및 가동 접점 부재에 작용하여 접점을 개방시키게 된다. 이에 관한 관련 표준은 동작 전류가 최대 +/- 20%만큼 변할 수 있다고 명시하고 있다.

필수적인 더 큰 지지 단면적, 더 작은 권취수, 코일 및 랩 와이어(wrap wire)를 위한 더 넓은 공차 및 이와 연계된 더 큰 자기장 비균등성에 기인하여, 동작 한계가 관련 표준에 부합될 수 있게 하기에 충분히 정확하게 전기자와 폴 사이의 공간에 관하여 코일 권선을 위치설정하는 데에는 비교적 넓은 조정 범위를 갖기 어렵다. 또한, 단락 회로 전류가 높을 때 또는 코일이 수축되어 변형되고 결과적으로 동작 한계가 더 이상 맞지 않게 되는 경우 또는 정격 전류에서 철심의 무게 중심의 방향으로 코일 권선이 변위되지 않도록 공간에 관하여 코일 권선의 결정된 위치에서 코일 권선을 고정하는 문제가 있다.

더 높은 차단 용량을 위해, 높은 단락 회로 전류의 경우에 코일이 수축되어 변형되지 않도록 코일 상에 배치되는 권선 권취부를 갖는 코일이 제조되고 있다. 각각의 구조적 크기에 대해 균일한 코일 포머를 사용하는 것과, 코일 포머가 형상적으로 가장 큰 코일 권선을 위해 설계되어 있다는 사실에 기인하여, 코일 권선의 최종 권취부와 코일 포머 플랜지 또는 요크 사이에 간극이 존재하는 경우가 많다. 코일 권취부가 전기자와 폴 사이의 공간에 관하여 정확하게 배치되고 나서 코일 권취부를 고정하기 위해, 코일 권취부의 단부들 중 하나는 코일 포머 플랜지 또는 요크에 접합되고, 나머지는 단자에 용접된다.

단락 회로 해제장치는 예로서 80 A의 공칭 전류에 대해 100 kA까지의 높은 차단 용량을 갖는 전력 회로 차단기의 경우에 맞춰져야 한다. 80-A 장치의 높은 차단 용량은 그 열 관리가 중요해지게 한다. 또한, 증가하는 접점 부하에 기인하여 해제장치에 대한 힘 요구량도 증가된다. 해제장치의 전력 소산이 오늘날의 50-A 해제장치의 전력 소산을 초과하지 않아야 하며, 대응적으로 장 강도(field strength)도 마찬가지라면, 자기 회로는 그 구조적 디자인의 측면에서 더욱 효율화될 필요가 있다.

오늘날의 절환 장치는 비교적 열악한 자기 회로를 갖는데, 그 이유는 요크 판이 바이메탈 지지부로서 구현되는 동시에 백금도금된 재료, 예로서, 철/구리 쌍(iron/copper mating)으로 제조되기 때문이다.

비교적 열악한 자기 회로의 이러한 문제는 현재까지 백금도금된 구리/강철 판 및 이 부품들의 대응 배열에 의해 해결되어 왔다. 또한, 부분적으로 접합된 재료가 제조되고 그후 필요한 재료 정합을 위해 성형 및 정확하게 배열된다. 유사하게, 다르게 성형된 요크 판들이 사용되며, 이들은 코일과 상호작용하고 해제 효과를 달성하기 위해 전기자와 폴로 구성되는 해제장치의 코어를 둘러싼다. 상기 해제장치의 힘 수준은 큰 치수의 장 강도에 의해 유지된다. 이는 전기 에너지와 기계 에너지 사이의 비효율적 에너지 변환을 의미한다.

따라서, 본 발명의 목적은 높은 차단 용량을 가지는 개선된 자기 회로를 구비한, 특히 전력 회로 차단기를 위한 단락 회로 해제장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은 청구항 제1항의 특징을 갖는 단락 회로 해제장치에 의해 달성된다. 서로조합하여 사용될 수 있는 유리한 실시예와 개선 예가 종속 청구항의 요지이다.

상기 목적은 코일 포머 내부에 위치되어 있는 전기자 및 폴을 구비하고, 코일 포머 둘레에 위치되어 있는 요크 판 및 단자 연결부를 추가로 구비하는, 특히, 전력 회로 차단기를 위한 단락 회로 해제장치에 의해 창의적으로 달성된다. 본 발명은 단자 연결부에 대해 지지된 자기 판이 요크 판에 대향하여 배열되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 본질적 특징은 단자 연결부에 대한 직접 연결부를 구비하지 않는 두 개의 단일 판들로 제조된 요크 판과 자기 판의 상호 배열이다. 단자 연결부는 마찬가지로 전도성 경로의 기능을 수행하는 단일 부품으로 제조된다. 본 발명의 추가적 자기 판은 자기 손실을 현저히 감소시킨다. 비 백금도금 자기 판의 이러한 배열은 자기적 목적을 위해 기술적으로 필수적인 영역에서만 백금도금된다. 이는 예로서, 구리나 철 같은 백금도금 스트립 재료의 경우에서는 부분적으로 불가능한 배열이다. 여기서, 단자 연결부는 전체적으로 백금도금된 성형가능한 재료로 형성될 수 있다. 자기 회로 상에 허용불가한 영향을 발생시키는 것 같이 금속 구조체가 용접을 위해 인가되는 열에 의해 변경되기 때문에 두 개의 일차 재료를 예로서, 롤러-트랙 용접에 의해 부분적으로 조합하는 방식은 사용될 수 없다. 일차 재료의 높은 비용 또한 자기 판과 단자 연결부의 분리에 결정적인 요인이다.

여기서, 자기 판과 단자 연결부의 형상 끼워맞춤 정합은 필수적이다. 자기 판에는 만입부(depression), 또는, 경우에 따라서는 각인부(impression)가 제공되는 것이 바람직하다. 상기 만입부 또는 각인부는 인접 코일 권취부를 위해 필요한 공간을 제공하도록 단락 회로 해제장치의 축의 중간에 축방향으로 평행하게 배열된다. 여기서, 필요한 단면적은 코일 디자인에 따라 필요한 만큼 변할 수 있다. 이는 또한 전체적으로 장치 내의 설치 공간을 최적화할 수 있으며, 제조 공차를 가능하게 한다. 단자 연결부 내의 대응 자유 공간은 자기 판 내의 각인부의 구성을 위해 필수적이다.

다른 주된 장점은 개별적으로 정합된 부품을 통해 전류 경로 내의 불필요한 손실을 피할 수 있다는 것이다.

또한, 자기 판 상에 오목부를 구성하는 것도 가능하다. 이 별개의 오목부는 개별적으로 정합되는 부품을 고려하여 제조될 수 있다. 이는 가능한 최적화된 용접 결합부와 낮은 전기 저항을 형성하는데, 그 이유는 이때 본 경우에는 코일 및 단자 연결부인 동일한 종류의 두 개의 재료가 함께 용접될 수 있기 때문이다. 자기 판 또는 백금도금 스트립 재료 상에 직접적으로 용접하는 것은 자기 회로에 현저한 열화를 초래한다. 또한, 발생할 수 있는 추가적 용접은 제조 비용의 증가를 초래한다. 다른 장점은 단자 연결부가 코일로부터의 경로를 단자 클램프에 연결한다는 것이며, 이는 전류 경로로부터의 긴 루트로 인해 단자 클램프 상의 온도가 감소될 수 있게 한다.

또한, 바람직하게는 오목부가 단자 연결부 상에 제공되며, 이 오목부에 의해 용접 비드에 기인한 돌출부(overhang)가 보상될 수 있어서 설치 오류를 피할 수 있다. 또한, 경제적인 WIG 용접 공정을 사용하는 것도 가능하다.

다른 유리한 변형 실시예는 용접 영역이 단자 연결부에서 둥글게 굴곡되도록 구성되어 부품들을 연결하기 위한 영역을 생성하게 한다. 크기는 필요한 전류 전달 및 최소 전기 저항을 유지하도록 최적화된다. 여기서, 용접 결합부는 또한 납땜 결합부로서 실시될 수 있다.

또한, 자기 판 및 단자 연결부로부터 형성된 개별 부품은 벌크 재료로서 처리될 수 있는 것이 바람직하다. 이들은 반드시는 아니지만 함께 형상 끼워맞춤 방식으로 결합될 수 있다. 공차 조화(coordinating)와 함께 외부 형상은 부품들이 하나가 다른 하나 내부에 배치될 수 있게 하며, 코일 포머 내로 꼭맞게 삽입될 수 있게 하여 자기 판이 아래로부터 폴 영역에 대해 직접적으로 가압되게 한다. 두 개의 부품의 영구적 결합은 비용이 많이 들지만, 코일 포머의 몰딩 포스트 내에 부품들을 설치함으로써, 또는, 경우에 따라서, 정확한 끼워맞춤을 제공하는 방식으로 이들을 그 내부로 가압함으로써 이 과정을 피할 수 있다.

특히, 전력 회로 차단기를 위한 본 발명의 단락 회로 해제장치는 코일 포머 내부에 위치된 전기자와 폴을 구비한다. 코일은 코일 포머 상에 권선되어 있다. 코일 포머는 요크 판 및 단자 연결부에 의해 프레임형성된다. 요크 판은 바람직하게는 U-형상으로 구성된다. 단자 연결부는 바람직하게는 두 개의 상호 직교 가지부로 코일을 포함하는 코일 포머를 둘러싸는 것이 바람직하다. 단자 연결부의 두 개의 가지부는 자기 판이며, 이 자기 판은 바람직하게는 U-형으로 구성되고, 두 개의 가지부와 전이 영역을 갖는다. 여기서, 자기 판의 전이 영역은 단자 연결부의 제1 가지부에 대하여 배치된다. 자기 판의 가지부들 중의 하나는 단자 연결부의 제 2 가지부에 대하여 배치된다. 자기 판의 다른 가지부는 코일 포머 내에 고정된다. 코일은 두 개의 단부를 갖는다. 코일의 단부 중 하나는 과부하 보호부에 연결된다. 코일의 다른 단부는 단자 연결부에 용접된다. 단자 연결부의 가지부 중 하나의 아래에는 플런저가 위치되어 있으며, 이 플런저는 전력 회로 차단기의 접촉 활주 장치 내부에서 안내된다.

최적화된 자기 회로를 갖는 본 발명의 단락 회로 해제장치는 감소된 전기적 손실이 동반되는 양호한 자기 디자인을 나타낸다. 더 낮은 자기장 강도가 요구되며, 이는 감소된 전력 소산과 연계된다. 또한, 어떠한 백금도금된 주 재료도 사용되지 않는다는 사실은 공간적 요건을 최소화한다. 부품이 상호배열되는 방식이 최적화된다. 또한, 개별 부품이 벌크 재료(bulk material)로서 처리될 수 있으므로 유리하다. 본 발명의 단락 회로 해제장치는 또한 치수 및 공차가 더욱 정밀해질 수 있게 한다. 또한, N 해제장치로부터 단자 클램프까지의 연장된 전류 경로는 클램프 온도의 강하를 제공한다. 전력 회로 차단기의 차단 용량을 위한 경제적 해법이 본 발명의 단락 회로 해제장치에 의해 제공된다.

본 발명의 다른 장점 및 실시예가 예시적 실시예 및 개요의 도움으로 이하에서 설명된다.
도 1은 추가적 자기 판을 갖는 본 발명의 단락 회로 해제장치의 사시도이다.
도 2는 자기 판이 그 위에 배열되어 있는 단자 연결부의 사시도이다.
도 3은 전기자와 요크를 갖는 코일 포머의 단면도로서, 폴 영역과 자기 판 사이의 배열을 또한 도시하고 있다.
도 4는 코일 단부와 단자 연결부 사이의 연결부의 사시도이다.
도 5는 단자 연결부 상에 오목부를 구비하는 도 4에 도시된 바와 같은 코일 단자의 사시도이다.
도 6은 단자 연결부에서 둥글게 굴곡되어 있는 용접 영역을 갖는 코일 단자의 다른 예시적 실시예의 사시도이다.

도 1은 코일 포머(4) 내에 위치된 전기자(2)와 폴(3)을 구비하는 특히 전력 회로 차단기를 위한 본 발명의 단락 회로 해제장치(1)를 도시한다. 코일(5)이 코일 포머(4) 상에 권선되어 있다. 코일 포머(4)는 요크 판(6)과 단자 연결부(7)에 의해 프레임 형성된다. 요크 판(6)은 바람직하게는 U-형으로 구성된다. 단자 연결부(7)는 바람직하게는 두 개의 서로 직교하는 가지부(8, 9)로 코일(5)을 포함하는 코일 포머(4)를 둘러싼다. 단자 연결부(7)의 두 개의 가지부(8, 9) 상에는 자기 판(10)이 배열되어 있으며, 이 자기 판은 바람직하게는 U-형으로 구성되고, 두 개의 가지부(11, 12)와 전이 영역(13)을 갖는다. 여기서, 자기 판(10)의 전이 영역(13)은 단자 연결부(7)의 가지부(9)에 대하여 지탱된다. 자기 판(10)의 가지부(12)는 단자 연결부(7)의 가지부(9)에 대해 배치된다. 자기 판(10)의 가지부(11)는 코일 포머(4) 내에 고정된다. 코일(5)은 두 개의 단부(14, 15)를 갖는다. 코일의 단부(14)는 과부하 보호부(미도시)에 연결된다. 코일(5)의 단부(15)는 단자 연결부(7) 상에 용접된다. 단자 연결부(7)의 가지부(9) 아래에는 전력 회로 차단기(미도시)의 접촉 활주 장치 내부에서 안내되는 플런저(16)가 위치된다.

도 2는 자기 판(10)이 그 위에 배열되어 있는 단자 연결부(7)를 도시한다. 여기서, 자기 판(10)은 단자 연결부(7)의 가지부(8, 9) 상에 배열된다. 여기서, 자기 판(10)의 전이 영역(13)은 단자 연결부(7)의 가지부(8)에 대해 배치된다. 자기 판(10)의 가지부(12)는 단자 연결부(7)의 가지부(9)에 대해 배치된다. 자기 판(10) 내에는 단락 회로 해제장치의 축의 중간에 축방향으로 평행하게 만입부(17), 또는, 경우에 따라서는, 각인부가 배열되어 인접 코일을 위해 필요한 공간을 제공한다. 여기서, 필요한 단면은 코일 디자인에 따라 필요한 만큼 변할 수 있다. 또한, 이는 전체적으로 장치 내의 설치 공간을 최적화하고 제조 공차가 가용해질 수 있게 한다. 자기 판(10) 내에 각인부를 구성하기 위해 단자 연결부 내의 대응 자유 공간이 필수적이다.

도 3은 전기자(2) 및 폴(3)을 갖는 코일 포머(4)와 폴 영역(18)과 자기 판(10) 사이의 배열을 도시한다. 자기 판 및 단자 연결부의 개별 부품은 벌크 재로로서 처리될 수 있다. 이들은 반드시는 아니지만, 형상 끼워맞춤 방식으로 함께 결합될 수 있다. 공차 조화와 함께 외부 형상은 부품이 하나가 나머지의 내부에 배치될 수 있게 하며, 코일 포머 내로 꼭맞게 삽입될 수 있게 하여, 자기 판이 아래로부터 폴 영역(18)에 직접적으로 대하여 가압되게 한다. 두 개의 부품의 영구적 결합은 고비용적이지만, 이 과정은 코일 포머(4)의 몰딩 포스트 내에 부품을 설치함으로써, 또는, 경우에 따라서는, 정확한 끼워맞춤을 제공하는 방식으로 이들을 그 내부로 가압함으로써 회피될 수 있다.

도 4는 코일 단부(15)와 단자 연결부(7) 사이의 연결부를 도시한다. 이를 위해 코일 단부(15)가 단자 연결부(7) 상에 용접될 수 있도록 자기 판(10) 상에 오목부(19)가 구성된다.

도 5는 도 4에 도시된 바와 같이 단자 연결부(7) 상의 코일 단자를 도시하며, 추가적 오목부(20)가 단자 연결부(7) 상에 도시되어 있다. 용접 비드로 인한 돌출부는 오목부(20)에 의해, 또는, 경우에 따라서는 단자 연결부(7) 내의 만입부에 의해 보상되며, 그래서, 설치 오류의 위험이 감소되고 더욱 경제적인 WIG 용접 공정이 수행될 수 있다.

도 6은 단자 연결부(7)에서 둥굴게 굴곡되어 있는 용접 영역(21)을 갖는 코일 단자의 다른 예시적 실시예를 도시한다. 여기서, 용접 영역(21)은 단자 연결부(7)에서 둥글게 굴곡되어 있으며, 그래서, 부품들을 연결하기 위한 영역(22)을 생성한다. 크기는 필요한 전류 전달 및 최소 전기 저항을 유지하는 데 최적화된다. 여기서, 용접된 결합부가 구성되며, 납땜 결합부도 마찬가지로 가능하다.

최적화된 자기 회로를 갖는 본 발명의 단락 회로 해제장치는 감소된 전기 손실이 동반되는 양호한 자기 디자인을 나타낸다. 더 낮은 자기장 강도가 요구되며, 이는 감소된 전력 소산과 연계된다. 어떠한 백금도금 주 재료도 사용되지 않는다는 사실은 공간 요건을 최소화한다. 부품들이 서로 배열되는 방식이 최적화되어 있다. 또한, 개별 부품이 벌크 재료로서 처리될 수 있어서 유리하다. 본 발명의 단락 회로 해제장치는 또한 치수 및 공차가 더욱 정밀하게 규정될 수 있게 한다. N 해제장치로부터 단자 클램프까지의 연장된 전류 경로는 또한 클램프 온도를 강하시킨다. 전력 회로 차단기의 높은 차단 용량을 위한 경제적인 해법이 본 발명의 단락 회로 해제장치에 의해 제공된다.

Claims

코일 포머(4) 내부에 위치된 전기자(2) 및 폴(3)을 구비하고, 코일 포머(4) 둘레에 배치된 요크 판(6) 및 단자 연결부(7)를 더 구비하는, 특히, 전력 회로 차단기를 위한 단락 회로 해제장치(1)에 있어서,
요크 판(6)에 대향하여 단자 연결부(7)에 대해 지탱되어 있는 자기 판(10)이 배열되는 것을 특징으로 하는
단락 회로 해제 장치.
제 1 항에 있어서,
자기 판(10) 및 단자 연결부(7)는 서로 형상 끼워맞춤 방식으로 배열되는 것을 특징으로 하는
단락 회로 해제 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
자기 판(10) 내에 만입부(17)가 제공되는 것을 특징으로 하는
단락 회로 해제 장치.
제 3 항에 있어서,
자기 판(10) 내의 만입부(17)는 단락 회로 해제장치(1)의 축의 중앙에 축방향으로 평행하게 배열되는 것을 특징으로 하는
단락 회로 해제 장치.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
자기 판(10)의 만입부(17) 내에 대응하여 단자 연결부(7)에 오목부가 형성되는 것을 특징으로 하는
단락 회로 해제 장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
코일 포머(4) 상에 권선된 코일(5)이 단자 연결부(7) 상에 직접적으로 용접될 수 있게 하는 방식으로 자기 판(10) 상에 오목부(19)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
단락 회로 해제 장치.
제 6 항에 있어서,
단자 연결부(7)는 코일-단자 용접부의 영역에 오목부(20)를 가지는 것을 특징으로 하는
단락 회로 해제 장치.
제 6 항에 있어서,
단자 연결부(7) 상에 둥글게 굴곡된 용접 영역(21)이 형성되어 코일(5)과 단자 연결부(7) 사이의 용접 결합부를 위한 영역을 제공하는 것을 특징으로 하는
단락 회로 해제 장치.