KR20230067542A

KR20230067542A - 전기자로서 로커를 갖는 전기 차량의 구동 또는 충전 회로를 위한 개선된 기계적 내충격성을 갖는 고전압 계전기

Info

Publication number: KR20230067542A
Application number: KR1020220147092A
Authority: KR
Inventors: 마티아스 크뢰커; 피터 샌덱; 해리 코흐; 베른트 란; 파비안 하부르
Original assignee: 티이 커넥티버티 저머니 게엠베하
Priority date: 2021-11-08
Filing date: 2022-11-07
Publication date: 2023-05-16
Also published as: JP7480254B2; EP4177926A1; DE102021129009A1; CN116092882A; US20230148105A1; JP2023070131A

Abstract

본 발명은, 전기 차량의 구동 또는 충전 회로(41)를 위한 고전압 계전기(1)에 관한 것이다. 고전압 계전기(1)가 충격들에 둔감할 뿐만 아니라 고전류들에 적합하게 구성하기 위해, 고전압 계전기(1)는 서로 이격된 2개의 요크들(5, 7)을 갖는 자기 구동 조립체(magnetic drive assembly)(3) 및 자기 구동 유닛(3)에 의해 구동될 수 있는 전기자(armature)(17)를 포함하며, 전기자(17)는 제1 요크(5)로부터 멀리 연장되는 2개의 아암들(21, 23)을 포함하고 개방 포지션(27)과 스위칭 포지션(25) 사이에서 경사질 수 있고 2개의 요크들(5, 7) 중 제1 요크(5)에 장착되는 로커(rocker)(19)로서 구성되며, 2개의 아암들(21, 23) 중 제1 아암(21)에는 스위칭 접촉 조립체(39)가 제공되고, 2개의 요크들(5, 7)을 포함하는 자기 회로(29)는 제2 아암(23)에 의해 스위칭 포지션(25)에서 폐쇄된다.

Description

전기자로서 로커를 갖는 전기 차량의 구동 또는 충전 회로를 위한 개선된 기계적 내충격성을 갖는 고전압 계전기 {HIGH-VOLTAGE RELAY WITH IMPROVED MECHANICAL SHOCK TOLERANCE FOR A DRIVE OR CHARGING CIRCUIT OF AN ELECTRIC VEHICLE WITH A ROCKER AS AN ARMATURE}

본 발명은 전기 차량(electric vehicle)의 구동(drive) 및/또는 충전(charging) 회로를 위한 고전압 계전기(high-voltage relay)에 관한 것이다.

고전압들은 통상적으로 전기 차량들에서 구동 및 충전 구성요소들을 위해 사용된다. 높은 암페어 수(High amperage)들은 또한, 충전 프로세스 동안 그리고 배터리-전기 차량의 동작 동안 발생할 수 있다. 400 V 및 800 V의 전압들을 갖는 충전소들은 이미 널리 보급되어 있다. 더 높은 전압들이 미래에 고려 가능하다. 15 kA 초과의 전류들이 동작 동안 잠시 발생할 수 있다. 결과적으로, 전기 차량들의 구동 및 충전 구성요소들은 고전류들의 반발 효과(repulsion effect)로 인해 높은 전력 소비로 접촉부들이 개방되지 않으면서 짧은 시간 기간 동안 이러한 전류들을 운반할 수 있어야 한다.

더욱이, 높은 전압들 및 전류들로 인한 회로의 의도하지 않은 개방 또는 폐쇄가 신뢰 가능하게 방지되어야 한다. 이것은 특히, 이를테면 전기 차량을 운전하는 동안 또는 사고 시에 발생할 수 있는 강한 진동들 또는 충격들에 적용된다.

따라서, 본 발명의 목적은, 고전압 및 높은 암페어 수에서도 전기 차량의 안전한 작동을 가능하게 하고 그리고 고전압 계전기에 연결된 회로의 높은 가속도(a > 50g)의 영향으로 인한 의도하지 않은 개방 또는 폐쇄를 방지하는, 전기 차량의 구동 및/또는 충전 회로를 위한 고전압 계전기를 제공하는 것이다.

이 목적은 고전압 계전기가 서로 이격된 2개의 요크들을 갖는 자기 구동 조립체(magnetic drive assembly)와 자기 구동 유닛에 의해 구동될 수 있는 전기자(armature)를 포함하고, 전기자는 제1 요크로부터 멀리 연장되는 2개의 아암들을 포함하고 개방 포지션과 스위칭 포지션 사이에서 경사질 수 있고 2개의 요크들 중 제1 요크에 장착되는 로커(rocker)로서 구성되며, 2개의 아암들 중 제1 아암에는 스위칭 접촉 조립체가 제공되고, 2개의 요크들을 포함하는 자기 회로는 제2 아암에 의해 스위칭 포지션에서 폐쇄된다는 점에서 본 발명에 따라 충족된다.

본 발명에 따른 고전압 계전기는 간단한 방식으로 위의 목적을 충족시킨다. 로커로서의 구성으로 인해, 외부 교란, 예컨대 충격의 경우에, 양 아암들이 동일하게 가속될 수 있다. 그 다음, 양 아암들 상의 힘들은 서로를 상쇄시킬 수 있다. 이것은 스위칭 포지션 또는 개방 포지션으로의 의도하지 않은 스위칭을 방지할 수 있다. 따라서, 계전기는 내충격성이 있다.

양 아암들이 상이한 작업들을 수행한다는 사실로 인해, 제2 아암이 단지 자기 회로를 폐쇄하는 것과 연관될 수 있는 한편, 제1 아암이 고전압 계전기의 스위칭 접촉부들을 스위칭하는 것을 담당하기 때문에, 안전성이 또한 증가될 수 있다. 로커로서의 구성으로 인해, 공간적 분리가 실행될 수 있다. 로커가 특히, 2개의 요크들 중 제1 요크에 장착되기 때문에, 로커는, 자기 회로가 폐쇄될 때, 자신의 경사 축을 이용하여 제1 요크를 향해 인출될 수 있고, 그 요크 상에 로커가 지지될 수 있다. 이와 동시에, 제2 아암은 제2 요크에 대해 지탱함으로써 자기 회로를 폐쇄한다. 이러한 배열체에 의해, 고전압 계전기의 높은 기계적 안정성이 달성된다. 본 발명에 따른 고전압 계전기는 <1000V 이상의 통상적인 충전 전압들을 위해 사용될 수 있다. 부가하여, 이는 짧은 시간 기간 동안 최대 15 kA의 전류들을 반송할 수 있으며, 여기서 짧은 시간 기간은 2 ms 미만의 기간을 나타낸다.

본 발명에 따른 해법은, 그 자체로 유리하고 무작위로 조합될 수 있는 다양한 구성들에 의해 추가로 개선될 수 있다. 이러한 구성들 및 그와 연관된 이점들은 이하에서 설명될 것이다.

2개의 아암들은 바람직하게, 제1 요크로부터 멀어지게 연장될 뿐만 아니라 서로 멀어지게 연장된다.

자기 구동 유닛은 바람직하게는 코어를 포함한다. 부가하여, 자기 구동 유닛은, 코어를 적어도 부분적으로 둘러싸고 적어도 하나의 코일 권선(coil winding)을 갖는 코일 본체를 포함할 수 있다.

2개의 요크들은 바람직하게는 코어에 의해 함께 결합되고 코어에 의해 이격된다. 2개의 요크들은 바람직하게는 코어의 길이방향 축을 실질적으로 가로지르도록 연장된다. 코어는 자기 회로의 일부일 수 있다.

스위칭 포지션에서, 자기 회로는 바람직하게는, 제2 아암, 2개의 요크들, 및 코어를 포함한다.

로커는 V-형상이 되도록 구성될 수 있다. 양 아암들의 가상 연장부들은, 코어의 길이방향 축과 예각들을 에워쌀 수 있다. 스위칭 포지션에서 자기 회로를 폐쇄하는 제2 아암은 바람직하게는, 2개의 요크들 상의 코어의 길이방향 축에 평행하게 배치되는 스위칭 포지션에 있다. 제2 아암에는 바람직하게는 스위칭 접촉 조립체가 없다.

자기 회로로부터 스위칭 접촉 조립체를 이격시키기 위해, 제1 아암은 바람직하게는 자기 구동 유닛 위로 돌출된다. 다시 말하면, 제1 아암은 제1 요크 위로 제2 요크를 넘어 돌출된다.

고전압 계전기는 특히, 최대 90 g의 충격들의 경우에도, 의도치 않게 스위칭 오버하지 않으면서 개개의 스위칭 포지션을 유지하도록 구성될 수 있다. "g"는 9.81 m/s²의 중력 가속도를 나타낸다. 내충격성은 특히, 전기자가 로커로서 구성됨으로써 획득될 수 있다.

로커의 양호한 밸런스를 획득하고 계전기를 훨씬 더 내충격성이 있게 하기 위해, 로커의 경사 축에 대한 양 아암들의 관성 모멘트들은 바람직하게 동일하다. "동일한"이라는 용어는 편차가 10% 이하임을 의미한다. 로커의 무게 중심은, 코어의 길이방향 축을 따라 볼 때, 바람직하게는 경사 축의 높이에 있다. 코어의 길이방향 축을 따라 볼 때, 경사 축은 바람직하게는 제1 요크의 높이에 있다.

전기자는 바람직하게는, 특히 제1 요크 상에서, 개방 포지션으로부터 스위칭 포지션으로 롤링(roll)하도록 구성된다. 개방 포지션으로부터 스위칭 포지션으로의 균등하고 매끄러운 전환이 롤링 모션(rolling motion)에 의해 달성될 수 있다. 부가하여, 코어의 강한 자기장에 대해 전기자를 지지하기 위한 외부 지지 또는 지탱 구조가 불필요할 수 있다. 그 대신에, 전기자는 제1 요크가 롤링될 때 제1 요크 상에서 자체적으로 지지한다. 전기자는 롤링을 가능하게 하기 위해 제1 요크를 향하는 측 상에 반원형 프로파일을 가질 수 있다. 반원형 프로파일은 바람직하게는 경사 축의 높이에 배치된다.

전기자 상의 반원형 프로파일에 대한 대안으로서, 요크에 반원형 프로파일이 있을 수 있으며, 그 반원형 프로파일을 따라 전기자가 롤링될 수 있다.

적어도 개방 포지션에서, 전기자와 제1 요크 사이에 에어 갭이 존재할 수 있다. 이것은 전기자의 잔류 자화(remanence magnetization)를 방지하는 데 유리할 수 있다. 에어 갭 대신에, 윤활제가 전기자와 제1 요크 사이에 존재할 수 있다. 결과적으로, 동작 동안의 전기자 및/또는 제1 요크로부터의 마멸(abrasion) 및 그에 따른 고전압 계전기의 마모(wear)가 감소되거나 회피될 수 있다.

스위칭 접촉 조립체는 적어도 하나의 스위칭 접촉부 및 적어도 하나의 절연 요소를 포함할 수 있으며, 절연 요소에 의해, 스위칭 접촉부가 적어도 제2 아암으로부터 절연된다. 절연 요소는 바람직하게, 제1 아암의 금속 부분과 스위칭 접촉부 사이에 배치된다. 이로써, 적어도 하나의 스위칭 접촉부는 전기자의 나머지로부터 절연된다. 절연 요소는 바람직하게는, 적어도 섹션들에서, 플라스틱 재료로 제조된다.

적어도 하나의 스위칭 접촉부는 바람직하게, 고전압 계전기의 부하 단자에 전기 전도성 방식으로 영구적으로 연결된다. 이러한 목적을 위해, 적어도 하나의 스위칭 접촉부는, 예컨대, 가요성 전기 전도체를 통해, 고전압 계전기의 부하 단자에 연결될 수 있다. 가요성 전기 전도체는, 예컨대, 이동 가능한 용접 헤드들에 접촉하는 것으로부터 알려져 있는 바와 같이, 스트랜드(strand), 연선(stranded cable), 편조 케이블(braided cable), 또는 얇은 구리 시트들의 다발(bundle)일 수 있다. 이에 대한 대안으로서, 가요성 전도체는 탄성적으로 편향 가능한 전도체에 의해 형성될 수 있다.

특히, 높은 전류들을 전도할 수 있기 위해, 스위칭 접촉 조립체는 바람직하게, 고전압 계전기의 동일한 부하 단자에 각각 영구적으로 연결되는 2개의 스위칭 접촉부들을 포함한다. 여기서, 스위칭 접촉부들 둘 모두는 바람직하게는, 각각이 전용 가요성 전도체를 갖는 공통 부하 단자에 연결된다. 2개의 스위칭 접촉부들로의 분할로 인해, 접촉부당 암페어 수는 반감될 수 있다. 접촉부당 암페어 수를 반감시키는 것은, 고전류들에서 스위칭 접촉부들의 정합 접촉부들로부터의 스위칭 접촉부들의 전자기 반발이 감소되는 이점을 갖는다. 이는 결국, 전기자를 스위칭 포지션으로 유지하기 위해 자기 구동 조립체의 더 적은 자기 인력(magnetic attraction)이 요구된다는 것을 의미한다. 이는 결국, 코일 본체에서의 코일 전류에 대한 더 낮은 요구로 이어질 수 있다.

고전압 계전기는 잠금 디바이스를 포함할 수 있으며, 여기서, 전기자는 잠금 디바이스에 의해, 적어도 미리 결정된 양을 초과하여 제1 요크로부터 멀어지는 모션을 수행하는 것이 방지된다. 다시 말하면, 전기자는 잠금 디바이스와 제1 요크 사이에 배열될 수 있다. 잠금 디바이스는, 기계적 충격 또는 진동의 경우에, 전기자가 자기 구동 조립체의 나머지로부터 멀어지게 이동하는 것을 방지할 수 있다.

고전압 계전기가 하우징을 더 포함하고, 잠금 디바이스가 전기자 상의, 특히 경사 축을 따르는 적어도 하나의 돌출부, 및 돌출부를 지탱하도록 구성된 하우징 상의 배리어를 포함할 때, 특히 간단한 구성의 잠금 디바이스가 획득될 수 있다. 이에 대한 대안으로서, 하우징은 전기자를 지탱하도록 구성된 적어도 하나의 돌출부를 포함할 수 있다.

본 발명은 이하, 도면들을 참조하여 유리한 실시예를 사용하여 예로서 더 상세히 설명될 것이다. 실시예에서 예시적으로 도시된 특징들의 조합은, 특정 적용에 필요한, 본 발명에 따른 고전압 계전기의 특성들에 따라, 위의 설명들에 따른 추가의 특징들에 의해 보완될 수 있다. 개별적인 특징들은 또한, 이러한 특징의 효과가 특정 적용분야와 무관하다면, 위의 설명들에 따라 설명된 실시예들에서 생략될 수 있다. 도면들에서 동일한 참조 번호들은 동일한 기능 및/또는 동일한 구조를 갖는 요소들에 대해 항상 사용된다.

여기서,
도 1은 스위칭 위치에 있는, 본 발명에 따른 고전압 계전기의 개략적인 표현을 도시한다.
도 2는 개방 포지션에 있는, 도 1로부터의 고전압 계전기의 개략적인 표현을 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 고전압 계전기의 유리한 실시예를 평면도로 도시한다.
도 4는 도 3의 고전압 계전기의 투시적 표현을 사시도를 도시한다.
도 5는 도 3의 고전압 계전기의 스위칭 접촉 조립체를 사시도로 도시한다.
도 6은 도 5의 스위칭 접촉 조립체를 길이방향 단면도로 도시한다.
도 7은 도 3의 고전압 계전기의 전기자를 사시도로 도시한다.
도 8은 도 3으로부터의 고전압 계전기의 하우징 하부 부분을 사시도로 도시한다.

이하, 본 발명에 따른 고전압 계전기(1)의 기본 구조 및 기능이 먼저 도 1 및 도 2를 참조하여 논의될 것이다.

고전압 계전기(1)는 자기 구동 조립체(3)를 갖는다. 자기 구동 조립체(3)는 코어(9) 및 2개의 요크들, 즉, 제1 요크(5) 및 제2 요크(7)를 포함한다.

게다가, 자기 구동 조립체는, 2개의 요크들(5 및 7) 사이에서 그리고 코어(9) 주위로 연장되는 적어도 하나의 코일 턴(13)을 갖는 코일 본체(11)를 포함할 수 있다.

코일 본체(11)는 코어(9)에 자기장을 생성하는 데 사용된다. 코일 본체들이 알려져 있기 때문에, 코일 본체(11)는 이 시점에서 추가로 논의되지 않을 것이다.

2개의 요크들(5 및 7) 및 코어(9)는 바람직하게는 금속성 재료, 특히 강자성 재료(ferromagnetic material)로 생성된다.

2개의 요크들(5 및 7)은 코어(9)에 의해 함께 결합되고 코어에 의해 이격된다. 2개의 요크들(5 및 7) 각각은 코어(9)의 길이방향 축(15)을 바람직하게는 실질적으로 가로지르도록 연장된다.

자기 구동 조립체(3)는 고전압 계전기(1)의 전기자(17)를 구동시키는 역할을 한다. 전기자(17)는 로커(19)로서 구성되고, 서로 멀어지게 연장되는 2개의 아암들, 즉, 제1 아암(21) 및 제2 아암(23)을 포함한다.

로커(19)로서 구성된 전기자(17)는 제1 요크(5) 상에 기울어짐 가능하게 장착된다. 전기자(17)는 스위칭 포지션(25)과 개방 포지션(27) 사이에서 전후로(to and fro) 기울어질 수 있다. 부하 회로가 고전압 계전기(1)에 의해 스위칭 포지션(25)에서 폐쇄되고 개방 포지션(27)에서 개방될 수 있다. 이것은 아래에서 추가로 상세히 논의될 것이다.

스위칭 포지션(25)에서, 자기 회로(29)는 제2 아암에 의해 폐쇄될 수 있다. 자기 회로(29)는 도 1에서 파선들로 표시된다. 자기 회로(29)는 바람직하게는 제2 아암(23), 2개의 요크들(5 및 7) 및 코어(9)를 통해 연장된다.

자기 회로(29)가 폐쇄될 때, 제2 아암(23)은 요크들(5 및 7) 둘 모두에 대해 견고하게 지탱된다. 코일 본체(11)에 코일 전류를 인가함으로써, 스위칭 포지션(25)에 도달될 수 있다. 그 다음, 코어(9)에 생성된 자기장이 또한 2개의 요크들(5 및 7)을 통해 연장되고, 제2 아암(23)을 요크들(5 및 7) 쪽으로 끌어당긴다.

스위칭 포지션(25)에서, 제2 아암(23)은 코어(9)의 길이방향 축(15)에 평행하게 배열될 수 있다. 제2 아암(23)은 바람직하게는 어떠한 스위칭 접촉부들도 포함하지 않는다.

제1 아암(21)은 바람직하게는 자기 구동 유닛(3) 위로 돌출된다. 제1 아암(21)은 바람직하게, 자기 구동 조립체(3)의 코일 본체(11) 위로 돌출된다. 제1 아암(21)은 바람직하게는 제1 요크(5) 위로 제2 요크(7)를 넘어서 돌출된다. 개방 포지션(27)에서, 제1 아암(21)은 코어(9)의 길이방향 축(15)에 실질적으로 평행하게 연장될 수 있다.

전기자(17)는 바람직하게는, 적어도 개방 포지션(27)으로부터 스위칭 포지션(25)으로의 모션 동안, 제1 요크(5)를 따라 롤링하도록 구성된다. 이에 대한 대안으로서, 전기자(17)는 또한, 틸팅 모션을 수행할 수 있도록 서스펜션(suspension), 특히 힌지(hinge) 또는 대응하게 구성된 리턴 스프링(return spring) 상에 장착될 수 있다. 제1 요크(5)에는, 제1 요크(5)의 단면이 확대되는 전기자(17)를 위한 베어링(31)이 제공될 수 있다. 그 다음, 전기자(17)에 대한 충분히 큰 접촉 표면이 존재할 수 있다.

개방 포지션(27)에서, 전기자(17)와 제1 요크(5) 사이에 에어 갭(33)이 존재하는 것이 바람직하다. 에어 갭(33) 대신에, 전기자(17)와 제1 요크(5) 사이에 윤활제 층이 또한 존재할 수 있다. 전기자(17)가 개방 포지션(27)에서 제1 요크(5)에 대해 직접적으로 지탱되지 않는다는 사실로 인해, 전기자(17)에서의 자기 잔류(magnetic remanence)가 방지될 수 있다.

제1 요크(5)를 따른 전기자 롤링을 가능하게 하기 위해, 전기자에는, 특히 전기자(17)의 경사 축(35)의 구역에서, 제1 요크(5)를 향하는 면 상에 둥근 형상(rounded shape), 특히 반원형 프로파일이 제공될 수 있다. 대안적으로, 제1 요크(5) 상에서의 전기자(17)의 모션을 가능하게 하는 대응하는 프로파일이 제1 요크(5)에 제공될 수 있다.

코일 본체(11)의 코일 전류가 스위칭 오프될 때, 자동화된 방식으로 전기자(17)를 스위칭 포지션(25)으로부터 개방 포지션(27)으로 이동시키기 위해, 전기자(17)는 개방 포지션(27)의 방향으로 스프링 힘을 발생시키는 스프링 요소(37)에 연결될 수 있다. 코일 전류가 스위칭 온될 때 전기자(17)를 스위칭 포지션(25)으로 안전하게 이동시킬 수 있기 위해, 스프링 요소(37)의 스프링 힘은 그것이 전기자(17)를 차단하지 않을 정도로 충분히 작다.

제1 아암(21)에는 스위칭 접촉 조립체(39)가 제공된다. 스위칭 접촉 조립체(39)는 부하 회로(41), 적어도 고전압 계전기(1)에 배치된 부하 회로(41)의 섹션을 폐쇄하는 데 사용된다. 그러한 섹션이 도 1에 표시된다. 부하 회로(41)는 특히 전기 차량의 구동 및/또는 충전 회로(41)일 수 있다.

고전압 계전기(1)는 2개의 부하 단자들(43 및 45)을 포함할 수 있다. 폐쇄될 부하 회로(41)의 전기 라인들은 부하 단자들(43 및 45)에 연결될 수 있다. 그러나, 이들은 고전압 계전기(1)의 일부가 아니다.

단지 예로서 스위칭 접촉부(47)가 연결된 부하 단자(45)가 도시된다. 제2 스위칭 접촉부(49)는 고전압 계전기(1)의 스위칭 접촉 조립체(39)의 일부이다.

스위칭 접촉 조립체(39)의 스위칭 접촉부(49)는 부하 단자(43)에 전기 전도성 방식으로 영구적으로 연결된다. 부하 단자(43)와 스위칭 접촉부(49) 사이의 영구적인 전기 전도성 연결은 바람직하게는 가요성 전기 전도체(51)를 통해 설정된다. 가요성 전기 전도체(51)는, 예컨대, 연선(stranded wire) 또는 편조 케이블(braided cable)일 수 있다.

2개의 스위칭 접촉부들(47 및 49)은, 전기 전도체(51) 및 2개의 스위칭 접촉부들(47 및 49)을 통해 2개의 부하 단자들(43 및 45) 사이에 전기 전도성 연결이 설정되도록, 스위칭 포지션(25)에서 서로에 대해 지탱된다.

그러나, 2개의 스위칭 접촉부들(47 및 49)은 개방 포지션(27)에서 서로 분리되어, 어떠한 전류 흐름도 더 이상 발생할 수 없다. 스위칭 접촉 조립체(39)는 절연 요소(53)를 포함하며, 이에 의해 스위칭 접촉 조립체(39)의 스위칭 접촉부(49)가 전기자(17)의 나머지로부터, 특히 제2 아암(23)으로부터 전기적으로 절연된다. 부가하여, 스위칭 접촉 조립체(39)는 적어도 하나의 접촉 스프링(현재 도시되지 않음)을 포함할 수 있으며, 적어도 하나의 접촉 스프링에 의해, 스위칭 포지션(25)에서 스위칭 접촉부(47)에 대한 스위칭 접촉부(49)의 접촉 압력이 보장된다.

고전압 계전기(1)가 의도치 않게 부하 회로(41)를 폐쇄하는 것을 방지하기 위해, 또는 개방 포지션(27)으로부터 스위칭 포지션(25)으로의 전기자(17)의 원치 않는 모션을 방지하기 위해, 아암들(21 및 23) 둘 모두의 관성 모멘트들은 바람직하게는 실질적으로 동일하다. "동일한"이라는 용어는 현재, 관성 모멘트들의 편차가 바람직하게는 최대 10%임을 의미하는 것이다.

제1 아암(21)에는 스위칭 접촉 조립체(39)가 제공되기 때문에, 제1 아암(21)의 관성 모멘트를 제2 아암(23)의 관성 모멘트에 적응시키기 위해, 아암(21) 상의 다른 곳에서 아암(21)으로부터 재료가 제거될 수 있다. 이에 대한 대안으로서, 제2 아암(23)의 관성 모멘트를 제1 아암(21)의 관성 모멘트에 적응시키기 위해, 제2 아암(23)에는 추가 질량이 가해질 수 있다.

아암들(21 및 23)의 동일한 관성 모멘트들은 아암들(21 및 23) 둘 모두를 동일하게 가속시키는 진동들 또는 충격들을 초래할 수 있어서, 하나의 포지션으로부터 다른 포지션으로의 원하지 않는 스위칭이 존재하지 않는다.

고전압 계전기(1)는, 전기자(17)가 미리 결정된 양을 넘어 제1 요크(5)로부터 멀어지게 이동하는 것을 방지하도록 구성된 하나 이상의 잠금 디바이스들(locking devices)(55)을 포함할 수 있다. 미리 결정된 양은, 전기자(17)가 제1 요크(5)로부터 충분히 멀리 이동하여 공기 갭(33)을 형성할 수 있도록 하는 양일 수 있다.

도 1 및 도 2에서 작은 박스로서만 표시되는 잠금 디바이스(55)는, 강한 기계적 충격의 경우에, 전체 전기자(17)가 자기 구동 조립체(3)로부터 멀어지게 가속되는 것을 방지할 수 있다.

가장 간단한 경우에, 잠금 디바이스(55)는, 전기자(17) 위에 배열되고 그리고 자기 구동 조립체(3)로부터 멀어지는 모션을 방지하는 적어도 하나의 배리어(57)로 구성된다.

이하, 본 발명에 따른 고전압 계전기(1)의 바람직한 실시예가 도 3 내지 도 8을 참조하여 설명될 것이다.

고전압 계전기(1)의 기본 구조는, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 고전압 계전기(1)에 대응한다. 간결성을 위해, 이전에 설명된 고전압 계전기(1)로부터의 편차들 또는 아직 언급되지 않은 세부사항들만이 아래에서 설명될 것이다.

고전압 계전기(1)는 제1 요크(5)에 그리고 제2 아암(23)의 상부 측에 부착되는 스프링 요소(37)를 포함한다. 스프링 요소(37)는, 전기자(17)의 경사 축(35)을 따라 서로 이격되고 제1 요크(5)에 각각 부착되는 2개의 아암들(59)을 포함한다.

스프링 요소(37)의 경사 축(35)을 따른 총 폭은 실질적으로 동일한 방향의 전기자(17)의 폭에 대응한다. 따라서, 전기자(17)의 상부 측에 도달하기 위해, 2개의 오목부들(61)이 전기자에 제공되며, 그 오목부들은 경사 축(35)을 따라 서로 대향하여 배치되고, 외부측으로부터 전기자(17)의 재료 내로 연장된다. 스프링 요소(37)의 아암들(59)은, 전기자(17)의 상부 측과 제1 요크(5) 사이에서 이러한 오목부들(61)을 통해 연장될 수 있다.

제1 아암(21)에는 스위칭 접촉 조립체(39)의 특히 유리한 실시예가 제공된다. 이는 이후에 도 3 내지 도 6을 참조하여 논의될 것이다.

스위칭 접촉 조립체(39)는, 바람직하게는 플라스틱 재료로 생성되는 절연 요소(53)를 포함한다. 절연 요소(53)는 제1 아암(21)에 부착 가능하도록 구성된다. 절연 요소는, 조립된 상태에서 제1 아암(21)과 평행하게 이어지는 베이스 플레이트(63)를 포함한다.

조립된 상태에서 제1 아암(21)과 대면하는 베이스 플레이트(63)의 하부측(65) 상에서 웨브(web)(67)가 연장된다. 조립된 상태에서, 웨브(67)는 바람직하게는 제1 아암(21)의 길이방향 연장부에 평행하게 이어진다.

웨브(67)는 웨브에 상보적으로 구성된 제1 아암(21)의 클램핑 리셉터클(69)에 수용될 수 있다. 클램핑 리셉터클(69)은, 제2 암(23)을 향하는 방향으로 제2 아암(23)의 대향측에 배치된 제1 암(21)의 단부로부터 전기자(17)의 재료로 연장된다.

웨브(67)는 클램핑 리셉터클(69) 내로 푸시될 수 있다. 클램핑 리셉터클(69)을 규정하는, 전기자(17)의 내부 벽(73) 상의 리테이닝 구조(71)로 인해, 웨브(67)는 마찰-맞물림(frictionally-engaged) 및/또는 포지티브-끼워맞춤(positive-fit) 방식으로 제1 아암(21) 상에 유지될 수 있다.

베이스 플레이트(63)와 평행하게 이어지는 잠금 플레이트(75)는, 베이스 플레이트(63) 대향측에 배치되는 웨브(67)의 일 단부에서 연장된다. 잠금 플레이트(75)는, 스위칭 접촉 조립체(39)가 경사 축(35)을 가로질러 그리고 제1 아암(21)의 길이방향 연장부를 가로지르는 방향으로 또한 제1 아암(21) 상에 포지티브-끼워맞춤 방식으로 유지되도록, 제1 아암(21)의 하부측에 대해 지탱될 수 있다.

스프링 보유 구조(spring retention structure)(77)가, 전기자(17) 상의 장착 상태에서 경사 축(35)에 더 근접한 스위칭 접촉 조립체(39)의 일 측 상에 배열된다. 스프링 보유 구조(77)는 바람직하게는 베이스 플레이트(63)와 일체식으로 형성된다.

2개의 접촉 스프링들(79)이 스프링 보유 구조(77)에 유지된다. 각각의 접촉 스프링(79)은 스위칭 접촉부(49)를 지탱한다. 접촉 스프링들(79)은 전체적으로 평탄한 형상을 가지며, 적어도 개방 포지션(27)에서, 베이스 플레이트(63)에 평행하게 연장된다. 접촉 스프링들(79)은 베이스 플레이트(63)로부터 이격된다.

접촉 스프링들(79)이 스프링 보유 구조(77)에 수용된다. 유지 부품(holding part)(81), 예컨대, 각각의 접촉 스프링(79)에 대한 개개의 유지 부품(81)은 접촉 스프링(79)의 통로 개구(83)를 통해 스프링 보유 구조(77)의 리셉터클(85) 내로 연장된다. 유지 부품(81)은 리셉터클(85)에 클램핑될 수 있다. 그 결과, 접촉 스프링들(79)은 스위칭 접촉 조립체(39)의 나머지에 신뢰 가능하게 유지된다.

각각의 접촉 스프링(79)은 바람직하게는 수개의 부품들로 형성된다. 유리한 실시예에 따르면, 각각의 스프링 보유 구조는 상부 스프링 플레이트(87) 및 하부 스프링 플레이트(89)를 포함한다. 스프링 플레이트들(87 및 89) 둘 모두는 바람직하게는 스프링 강으로 형성된다. 대안적으로, 2개의 접촉 스프링들(79)의 상부 스프링 플레이트들(87) 및 하부 스프링 플레이트들(89) 각각은 단일체로(monolithically) 형성될 수 있다. 이것은, 상부 스프링 강 시트, 특히 U-형상 스프링 강 시트가 2개의 상부 스프링 플레이트들(87)을 형성한다는 것을 의미한다. 대응적으로, 하부 스프링 강 시트, 특히 U-형상 스프링 강 시트는 2개의 하부 스프링 플레이트들을 형성할 수 있다. 그 다음, 단일 유지 부품(81)은 2개의 스프링 강 시트들을 스프링 보유 구조(77)에 부착하기에 충분할 수 있다.

접촉 스프링들(79)이 탄성 방식으로 접촉 방향(91)을 따라 이동 가능한 것으로 의도되기 때문에, 2개의 스프링 플레이트들(87 및 89)은 바람직하게, 이들의 전체 길이를 따라서가 아니라 서로 견고하게 연결된다. 그 대신에, 이들은 스프링 보유 구조(77)에 대향하게 배치된, 적어도 이들의 단부(93)에서 서로에 대해 변위 가능하도록 유지된다. 접촉 방향(91)은, 스프링 플레이트들(87 및 89)에 걸쳐 있는 플레이트 평면들에 수직이 되도록 연장된다.

상부 스프링 플레이트(87)의 상부 측 상에 접촉 플레이트(95)가 제공되고, 그에 따라, 상부 스프링 플레이트(87)는 접촉 플레이트(95)와 하부 스프링 플레이트(89) 사이에 배열된다. 접촉 플레이트(95)는 상부 스프링 플레이트(87)에 견고하게 연결될 수 있다. 그러나, 이것은 강제적이지 않다.

접촉 플레이트(95)는 바람직하게는, 양호한 전기 전도도와 관련하여 선택된 재료, 예컨대, 구리를 함유하는 합금 또는 알루미늄을 함유하는 합금으로 제조된다.

2개의 접촉 플레이트들(95) 각각은 2개의 가요성 전기 전도체들(51) 중 하나에 전기 전도성 방식으로 연결된다. 예컨대, 각각의 전도체(51)는 연관된 접촉 플레이트(95)에 용접, 솔더링, 또는 리벳팅될 수 있다.

접촉 스프링(79)의 각각의 스위칭 접촉부(49)는 그 접촉 스프링(79)의 접촉 플레이트(95)에 전기 전도성 방식으로 연결된다. 다시 말하면, 각각의 접촉 플레이트(95)는 전기 전도체(51)와 스위칭 접촉부(49) 사이의 전기 연결을 설정한다.

스위칭 접촉부(49)는, 그 접촉 스프링(79)의 접촉 플레이트(95) 및 2개의 스프링 플레이트들(87 및 89)을 통해 연장된다. 스프링 플레이트들(87, 89)이 서로에 대해 이동하는 것을 방지하지 않도록, 스위칭 접촉부(49)를 위해, 하부 스프링 플레이트(89)에는 스위칭 접촉부(49)를 위한 리셉터클(97)이 제공되며, 리셉터클의 빈 공간의 폭(clear width)은 하부 스프링 플레이트(89)의 구역에서 스위칭 접촉부(49)의 직경보다 더 크다. 이것은 스위칭 접촉부(49)가 하부 스프링 플레이트(89)에 대해 이동 가능한 것을 허용한다. 이에 반해, 스위칭 접촉부(49)는 바람직하게는 상부 스프링 플레이트(87)에 포지티브-끼워맞춤 방식으로 연결된다.

스위칭 포지션(25)에서, 스위칭 접촉 조립체(39)는 바람직하게는, 최종 스위칭 포지션(25)에 도달하기 전에, 스위칭 접촉 조립체(39)의 스위칭 접촉부들(49)이 이미 부하 단자(45)의 스위칭 접촉부들(47)을 지탱하도록 스위칭 접촉부들(47)의 방향으로 제2 아암(21)으로부터 멀리 이동된다.

최종 스위칭 포지션(25)에서, 스위칭 접촉 조립체(39)를 갖는 제1 아암(21)이 스위칭 접촉부들(47)의 방향으로 너무 멀리 이동되어서, 접촉 스프링들(79)은 하향으로, 즉, 베이스 플레이트(63)를 향하는 방향으로 편향된다. 결과적으로, 스위칭 접촉부들(47)에 대한 스위칭 접촉부들(49)의 균일하게 높은 접촉 압력이 보장될 수 있다. 강한 접촉 압력은 또한, 매우 높은 전류들이 스위칭 접촉부들(47)로부터 스위칭 접촉부들(49)의 전자기 반발을 유발하는 것을 방지하는 것을 가능하게 한다.

전기자에는 경사 축(35)을 따라 대향하게 배치되고 잠금 디바이스(55)의 일부인 2개의 돌출부들(99)이 제공된다. 고전압 계전기(1)의 하우징(101)에는 돌출부들(99) 각각을 위한 리셉터클(103)이 제공된다. 돌출부(99)를 위한 리셉터클(103)을 갖는 하우징(101)의 하우징 하부측(105)만이 도 8에 도시된다.

리셉터클(103)은 잠금 디바이스(55)의 일부인 배리어(57)에 의해 규정된다. 제2 아암(23)이 자기 구동 유닛(3)으로부터 멀어지게 이동하는 것을 방지하는 배리어(57)는 마찬가지로, 잠금 디바이스(55)의 일부이다. 이 경우에, 제2 아암(23)은, 임의의 원하지 않는 모션이 배리어(57)에 의해 방지되는 전기자(17)의 돌출부로서 간주될 수 있다.

1 : 고전압 계전기
3 : 자기 구동 조립체
5 : 제1 요크
7 : 제2 요크
9 : 코어
11 : 코일 본체
13 : 코일 턴
15 : 길이방향 축
17 : 전기자
19 : 로커
21 : 제1 아암
23 : 제2 아암
25 : 스위칭 포지션
27 : 개방 포지션
29 : 자기 회로
31 : 베어링
33 : 에어 갭
35 : 경사 축
37 : 스프링 요소
39 : 스위칭 접촉 조립체
41 : 부하 회로
43 : 부하 단자
45 : 부하 단자
47 : 스위칭 접촉부
49 : 스위칭 접촉부
51 : 전기 전도체
53 : 절연 요소
55 : 잠금 디바이스
57 : 배리어
59 : 아암
61 : 오목부들
63 : 베이스 플레이트
65 : 하부측
67 : 웨브
69 : 클램핑 리셉터클
71 : 리테이닝 구조
73 : 내부 벽
75 : 잠금 플레이트
77 : 스프링 보유 구조
79 : 접촉 스프링들
81 : 유지 부품
83 : 통로 개구
85 : 리셉터클
87 : 상부 스프링 플레이트
89 : 하부 스프링 플레이트
91 : 접촉 방향
93 : 단부
95 : 접촉 플레이트
97 : 리셉터클
99 : 돌출부들
101 : 하우징
103 : 리셉터클
105 : 하우징 하부측

Claims

전기 차량의 구동 또는 충전 회로(41)를 위한 고전압 계전기(high-voltage relay)(1)로서,
상기 고전압 계전기(1)는 서로 이격된 2개의 요크들(5, 7)을 갖는 자기 구동 조립체(magnetic drive assembly)(3) 및 상기 자기 구동 유닛(3)에 의해 구동될 수 있는 전기자(armature)(17)를 포함하며,
상기 전기자(17)는 상기 제1 요크(5)로부터 멀리 연장되는 2개의 아암들(21, 23)을 포함하고 개방 포지션(27)과 스위칭 포지션(25) 사이에서 경사질 수 있고 상기 2개의 요크들(5, 7) 중 제1 요크(5)에 장착되는 로커(rocker)(19)로서 구성되며,
상기 2개의 아암들(21, 23) 중 제1 아암(21)에는 스위칭 접촉 조립체(39)가 제공되고,
상기 2개의 요크들(5, 7)을 포함하는 자기 회로(29)는 상기 제2 아암(23)에 의해 상기 스위칭 포지션(25)에서 폐쇄되는,
전기 차량의 구동 또는 충전 회로를 위한 고전압 계전기.
제1 항에 있어서,
상기 제1 아암(21)은 상기 자기 구동 유닛(3) 위로 돌출되는,
전기 차량의 구동 또는 충전 회로를 위한 고전압 계전기.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 로커(19)의 경사 축(35)에 대한 상기 양 아암들(21, 23)의 상기 관성 모멘트들은 동일한,
전기 차량의 구동 또는 충전 회로를 위한 고전압 계전기.
제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전기자(17)는 상기 개방 포지션(27)으로부터 상기 스위칭 포지션(25)으로 상기 제1 요크(5)를 따라 롤링(roll)하도록 구성되는,
전기 차량의 구동 또는 충전 회로를 위한 고전압 계전기.
제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스위칭 접촉 조립체(39)는 적어도 하나의 스위칭 접촉부(49) 및 적어도 하나의 절연 요소(53)를 포함하며, 상기 절연 요소에 의해, 상기 스위칭 접촉부(49)가 적어도 상기 제2 아암(23)으로부터 절연되는,
전기 차량의 구동 또는 충전 회로를 위한 고전압 계전기.
제5 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 스위칭 접촉부(49)는 상기 고전압 계전기(1)의 부하 단자(43)에 전기 전도성 방식으로 영구적으로 연결되는,
전기 차량의 구동 또는 충전 회로를 위한 고전압 계전기.
제6 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 스위칭 접촉부(49)는 가요성 전기 전도체(51)를 통해 상기 고전압 계전기(1)의 상기 부하 단자(43)에 연결되는,
전기 차량의 구동 또는 충전 회로를 위한 고전압 계전기.
제6 항 또는 제7 항에 있어서,
상기 스위칭 접촉 조립체(39)는 상기 고전압 계전기(1)의 상기 동일한 부하 단자(43)에 각각 영구적으로 연결된 2개의 스위칭 접촉부들(49)을 포함하는,
전기 차량의 구동 또는 충전 회로를 위한 고전압 계전기.
제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고전압 계전기(1)는 잠금 디바이스(locking device)(55)를 더 포함하고,
상기 전기자(17)는 상기 잠금 디바이스(55)에 의해 적어도 미리 결정된 양을 초과하여 상기 제1 요크(5)로부터 멀어지는 모션(motion)을 수행하는 것을 방지하는,
전기 차량의 구동 또는 충전 회로를 위한 고전압 계전기.
제9 항에 있어서,
상기 고전압 계전기(1)는 하우징(housing)(101)을 더 포함하고, 상기 잠금 디바이스(55)는 상기 전기자(17) 상의 적어도 하나의 돌출부(99) 및 상기 돌출부(99)를 지탱하도록 구성된, 상기 하우징(101) 상의 배리어(57)를 더 포함하는,
전기 차량의 구동 또는 충전 회로를 위한 고전압 계전기.