KR960009354B1 - 형상기억합금과 압전재료를 이용한 차단기용 진동제거장치 - Google Patents

Abstract

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Description

형상기억합금과 압전재료를 이용한 차단기용 진동제거장치

제1도는 종래 차단기의 단면도.

제2도는 일반적인 형상기억합금 코일스프링의 온도변화에 따라 변화하는 상태도.

제3도는 일반적인 형상기억합금 코일스프링의 온도변화에 따른 변위량의 변화를 나타낸 그래프.

제4도는 일반적인 형상기억합금 코일스프링의 온도변화에 따른 발생력의 변화를 나타낸 그래프.

제5도는 본 발명에 따른 형상기억합금과 압전재료를 이용한 차단기용 진동제거장치의 구성도.

본 발명은 압전물질을 진동센서로 이용하고 형상기억합금을 구동부로 이용하여 진동을 방지할 수 있도록 한 장치에 관한 것이다.

일반적으로 기계구조물의 진동은 여러 요인에 의하여 발생되며 종래에는 수동적인 기법들이 많이 사용되어 왔다. 즉 일단 원하지 않는 진동이 일어난 후에 이들 진동을 차단시켜서 다른 부위에 전달되지 못하도록 하는 것으로 대표적인 방법으로 기계류 주위에 진동흡음제를 설치하는 것을 들 수 있다. 그러나 이들 기법은 댐핑(damping)특성의 한계와 비용의 과다성뿐 아니라 일단 진동이 일어난 후에 제거해야 하는 구조적 한계로 인하여 제어효율이 매우 낮은 것이 단점인 것으로 지적되어 왔다.

종래에는 제1도에 도시한 바와 같이 차단기 핀(41)이 고정된 핀(42), (43) 사이에서 좌우로 움직이면서 차단기를 작동시킨다.

한편, 외부로부터 충격이 가해지면 차단기 핀(42), (43)이 차단기 핀(41)과 맞물린 상태에서 상하로 진동이 발생하게 되어 상기 차단기 핀들 사이에서는 간극이 생기게 된다.

이에따라 스파크(spark)가 발생하게 되므로 차단기의 손상이 초래되고 나아가 전체 배전시스템이 파손되는 문제점이 발생된다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 압전센서와 형상기억합금 액튜에이터를 사용하여 차단기 핀의 진동을 상기 진동의 크기에 비례하여 자동적으로 제거할 수 있게 하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여 상하의 제1, 2차단기 핀 사이에 일부 영역이 삽입된는 제3차단기 핀을 갖는 차단기에 있어서, 상기 제3차단기 핀의 소정영역에 설치되는 압전소자와, 외부의 진동량에 따라 상기 압전소자의 전기적 신호를 입력하여 상기 진동량을 측정하는 진동측정회로부와, 상기 진동측정회로부의 출력에 따라 부착대에 통전되는 전압을 조절하는 통전전압조절부와, 상기 제1,2차단기 핀의 상하부에 각각 형성되어 상기 통전전압조절부의 출력되는 전압에 따라 온도를 변화시키는 형상기억합금의 부착대들과, 상기 부착대의 온도변화에 따라 차단기 핀들에 각각 힘을 가하는 형상기억합금의 코일스프링을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제2도를 참조하면, 먼저 형상기억합금의 코일스프링을 그 길이가되도록 형상기억열처리를 실시한다.

길이가형상기억 열처리된 형상기억합금의 코일스프링(11)은 변태온도(Ms) 이하에서 외력(bias force)에 의해 쉽게 변형되므로 그 길이가되도록 외력을 인가한다. 이후 길이가으로 변형된 형상기억합금의 코일스프링(12)은 변태온도(Ms) 이상으로 가열되면 길이가인 최초 형상기억된 코일스프링형태로 되돌아가게 된다.

이와 같은 과정은 반영구적으로 가능하게 된다.

한편, 형상기억합금은 열에너지를 기계적인 에너지(변위, 힘)로의 전환이 가능하며 그 수명도 반영구적일 뿐 아니라 발생력도 임의로 조절할 수 있는 재료로서 현재 로보트, 센서 액튜에이터 등에 응용되어 널리 사용되고 있으며, 압전재료 역시 기계적 에너지를 전기적 에너지로 상호변환이 가능한 재료로서 센서 및 액츄에이터 등에 널리 사용되고 있다.

이제까지 알려진 형상기억합금 재료로는 Ni-Ti, Cu-Zn-Al, Ag-Cd 등의 금속간 화합물과 형상기억폴리머(Polymer)등이 있으며 압전재료로는 PAT계의 PZT계의 polycrystal, LiTaO₃, Quartz 등의 단결정 등이 있다.

본 발명에서는 액튜에이터로서 형상기억합금을 사용한 것은 압전재료에 비하여 형상기억합금이 변위량뿐 아니라 발생력이 월등히 우수하기 때문에 대형구조물의 진동을 억제하는데 유효하기 때문이며 제조가 용이하고 가격이 저렴한 장점이 있기 때문이다.

그리고, 저온에서 형상이 기억된 형상기억합금은 변태온도(Ms) 이하로 냉각되면 외력을 받지 않고도 자발적으로 최초 형상기억된 형상으로 돌아갈 수 있게 된다. 이러한 과정은 최대 10회까지 반복될 수 있다.

제3도를 참조하면, 제1도의 형상기억합금 재료는 그 길이의 변위를 형상회복개시온도(As)와 형상회복 완료온도(Af) 사이에서 온도의 변화에 따라 직선적으로 조절할 수 있게 된다.

제4도를 참조하면, 제1도의 형상기억합금 재료는 변위를 일정하게 유지하고 온도를 형상회복개시온도(As) 이상으로 변화시킴에 따라 발생력을 생성시킨다. 즉, 발생력은 가열시 온도에 비례하여 직선적으로 증가하고 냉각시 온도에 비례하여 감소한다.

제5도를 참조하면, 차단기 핀(51)이 차단기 핀(52), (53) 사이에 일부 삽입되고, 탄성이 극히 작은 재료(세라믹, 주철)로 된 형상기억합금 부착대(54), (55)가 상기 차단기 핀(52)의 상부 및 상기 차단기 핀(53)의 하부에 각각 설치되며, 형상기억된 형상기억합금의 코일스프링(C₁)(C₂)의 길이가로 되는 상태에서 차단기 핀(52), (53)과 부착대(54), (55) 사이에 설치되는 한편, 압전소자(57)가 차단기 핀(52), (53) 사이에 삽입되지 않은 영역의 차단기 핀(51) 표면상에 설치된다.

그리고, 진동측정회로부(58)는 상기 압전소자(57)에 연결되고 통전전압조절부(59)는 상기 부착대(54), (55)에 각각 연결된다.

이와 같이 구성되는 차단기의 진동제거장치의 작용을 살펴보면, 압전소자(57)는 차단기 핀(51)으로부터 가해지는 진동양의 크기에 따라 전기적 신호를 비례적으로 발생시키고, 전동측정회로부(58)는 상기 압전소자(57)의 전기적 신호를 입력하여 진동양의 크기를 측정하며, 통전전압조절부(59)는 상기 진동측정회로부(58)의 출력을 인가받아 형상기억합금 부착대(54), (55)에 통전되는 전압을 조절한다.

이에따라 형상기억합금 부착대(54), (55)는 온도가 변화되어 코일스프링(C₁), (C₂)을 통하여 차단기 핀(52), (53)에 가해지는 발생력을 제3도와 같이 비례적으로 조절시킨다.

이때 상기 발생력은 상기 부착대의 탄성이 극히 적으므로 화살표 방향으로 향하게 되어 차단기 핀의 진동을 멈출 수 있게 한다.

Claims (1)

1. 상하의 제1,2차단기 핀 사이에 일부 영역이 삽입되는 제3차단기 핀을 갖는 차단기에 있어서, 상기 제3차단기 핀의 소정영역에 설치되는 압전소자와, 외부의 진동량에 따라 상기 압전소자의 전기적 신호를 입력하여 상기 진동량을 측정하는 진동측정회로부와, 상기 진동측정회로부의 출력에 따라 부착대에 통전되는 전압을 조절하는 통전전압조절부와, 상기 제1,2차단기 핀의 상하부에 각각 형성되어 상기 통전전압조절부의 출력되는 전압에 따라 온도를 변화를 시키는 형상기억합금의 부착대들과, 상기 부착대의 온도변화에 따라 차단기 핀들에 각각 힘을 가하는 형상기억합금의 코일스프링을 포함하는 형상기억합금과 압전재료를 이용한 차단기용 진동제거장치.