KR101034371B1

KR101034371B1 - 고전압 고전류용 접점장치

Info

Publication number: KR101034371B1
Application number: KR1020110021155A
Authority: KR
Inventors: 김홍기; 김기덕; 엄대용
Original assignee: 주식회사 와이엠텍
Priority date: 2011-03-10
Filing date: 2011-03-10
Publication date: 2011-05-16

Abstract

본 발명은 고전압 고전류용 접점장치에 관한 것으로서, 제작이 용이한 수지하우징 내부에 고정접점 및 가동접점을 수용하되 수지하우징의 내벽에는 고열의 아크를 차단하기 위한 별도의 아크 차단용 부재를 더 수용한 구성의 고전압 고전류용 접점장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 부하측에 전기적으로 연결되는 고정접촉자(111)와, 상기 고정접촉자(111)와의 접촉 및 이격 동작으로 고전류의 흐름을 단속하는 가동접촉자(112)와, 절연성 합성수지로 형성되고, 내부에는 아크 소호공간이 형성되어 고정접촉자(111) 및 가동접촉자(112)를 수용한 후 환원성 가스가 충진되는 수지하우징(113)과, 상기 수지하우징(113)의 개방된 하부를 절연 차단하는 하측차단부(114)와, 상기 수지하우징(113)의 내부에 고정 설치되어 아크를 흡수하는 영구자석(115)을 포함하는 아크소호부(110)와; 원통형의 보빈(121)과, 상기 보빈(121)의 둘레에 권회되는 여자코일(122)과, 상기 하측차단부(114)의 저면에 배치되는 요크플레이트(123)와, 상기 보빈(121)의 내측에 배치되는 고정코어(124)와, 상기 고정코어(124)에 대해 접촉 및 이격 동작하는 가동코어(125)와, 상기 가동접촉자(112)에 일단이 연결되고 그 타단은 상기 가동코어(125)에 연결되는 가동코어핀(126)과, 상기 가동코어(125)가 고정코어(124)로부터 이격 동작하도록 탄성력을 가하는 복귀스프링(127)을 포함하는 솔레노이드부(120);를 포함하여 구성되는 고전압 고전류용 접점장치에 있어서, 상기 수지하우징(113)의 내부 양측에는 아크로부터 수지하우징(113)을 보호하기 위한 절연차단벽(116)이 더 설치되는 것을 특징으로 한다.

Description

고전압 고전류용 접점장치 {Contact device for high voltage and high electric current}

본 발명은 고전압 고전류용 접점장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 고전압 고전류 회로에서 안정적으로 사용할 수 있는 릴레이 등의 접점장치에 관한 것이다.

일반적으로 전기자동차(Electric Vehicle) 등 직류 고전압 회로에 사용되는 릴레이 등의 접점장치는 높은 접합강도나 기밀성이 요구된다.

이에 기존의 직류 고전압 회로에 사용되는 접점장치는 상부에 고정접점 및 가동접점을 형성하여 통전 여부를 결정하고, 하부에는 가동접점을 상하로 이동시킬 수 있는 솔레노이드부를 형성한 구성이 사용되었다.

또한, 상기 고정접점 및 가동접점이 접촉 및 이격되는 동작에서는 고열의 아크(Arc)가 발생하게 되는데, 이와 같은 아크를 냉각, 확산, 소호하기 위해서는 고정접점 및 가동접점을 기밀 형성하고, 기밀된 공간에는 수소와 질소가 혼합된 환원성 가스를 충진하는 것이며, 분자 입자가 작은 수소가 용기 밖으로 누출되는 것을 방지하기 위하여 하우징을 세라믹 상자로 형성한 후 금속 덮개를 용접 등의 방법으로 접합하여 기밀형 상자로 이루어진 제품을 형성하였다.

그러나, 세라믹으로 형성된 기밀형 상자와 금속 덮개 및 고정접점은 서로 다른 열팽창계수로 인해 용접이 용이하지 않아 세라믹과 금속재로 이루어진 덮개 및 고정접점 사이에 니켈과 망간을 주성분으로 열팽창계수가 안정적인 KOVAR 또는 INVAR 등을 사이에 두고 용접하는 방법을 취해왔다.

그러나, 고가의 부품들과 복잡한 제조공정으로 이루어진 제품은 생산 단가를 상승시키는 원인으로 작용하였고, 생산성이 저하되는 등의 문제점이 있었다.

최근에는 아크 소호공간에 충진되는 환원성 가스로 사용되는 수소에 있어, 냉각, 확산, 환원성은 뛰어나나 항상 폭발의 위험을 내포하고 있기에, 안전하고 친환경적인 환원성 가스를 사용하는 방안이 강구되고 있으며, 고가의 세라믹 기밀형 상자 대신 제작이 용이하며 저가인 합성수지로 제작된 하우징의 형태가 제시되어 주로 적용되고 있다.

도 1은 종래의 고전압 고전류용 접점장치에 대한 사시도이며, 도 2는 통상의 고전압 고전류용 접점장치에서 아크의 진행방향을 도시한 요부 사시도이다.

상기와 같은 종래의 고전압 고전류용 접점장치는 내부가 중공되어 아크 소호공간을 형성한 수지하우징(11)이 마련되고, 수지하우징(11) 상부에는 고정접점(12)이 관통 결합되며, 수지하우징(11) 내부에는 상하로 이동하면서 고정접점(12)과 접촉 및 이격 동작하는 가동접점(13)이 수용되고, 수지하우징(11) 내부에는 아크를 흡수하도록 영구자석(미도시)이 배치된다.

또한, 수지하우징(11) 하부에는 전자기력의 형성 여부에 따라 상기 가동접점(13)을 상하 방향으로 이동시킬 수 있는 솔레노이드부(14)가 형성되며, 수지하우징(11)과 솔레노이드부(14) 사이에는 수지하우징(11)을 기밀 차단하는 아크차단부(15)가 형성되며, 이들은 금속캔(16) 내부에 수용되도록 구성한다.

그러나, 상기와 같은 종래의 고전압 고전류용 접점장치는 고정접점(12)과 가동접점(13)의 접촉 및 이격 동작시 고열의 아크가 발생하게 되는데, 이러한 아크는 수지하우징(11)의 내벽을 지속적으로 접촉함에 따른 용융 현상이 발생하고, 아크의 지속적인 접촉 과정에 의해 수지하우징(11)의 벽면이 천공되는 문제가 발생하였다. 이때, 고열의 아크가 수지하우징(11)에 발생한 천공을 통해 이 수지하우징(11)을 감싸고 있는 금속캔(16)에 접촉하게 되면 아크 소호를 못하고 급격한 플라즈마(Plasma)가 발생되어 제품이 폭발하는 현상이 발생한다.

즉, 위험한 수소가스 및 고가의 세라믹 기밀형 상자를 배제하고 수지하우징을 적용한 종래의 고전압 고전류용 접점장치는 급격한 제품 수명 단축과 폭발의 위험을 내포하고 있는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 제작이 용이하며 저가인 수지하우징 내부에 고정접점 및 가동접점을 수용하되 수지하우징의 내벽에는 고열의 아크를 차단하기 위한 별도의 아크 차단용 부재를 더 수용한 구성의 고전압 고전류용 접점장치를 제공하는데 본 발명의 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 기술적 수단으로, 본 발명은 고정접촉자 및 가동접촉자를 수용하고 상기 고정접촉자 및 가동접촉자가 접촉 또는 이격될 때 발생하는 아크를 소호하는 구성으로 영구자석이 내부에 설치되고 절연성 수지로 제작된 수지하우징을 제공하되, 상기 수지하우징의 내부 양측에는 고열의 아크로부터 수지하우징을 보호하기 위해 세라믹 또는 유리재질로 형성된 절연차단벽을 수용 설치하는 기술을 강구한다.

본 발명에 따른 고전압 고전류용 접점장치에 의하면, 고정접촉자 및 가동접촉자를 수용하면서 환원성가스 및 영구자석을 수용하여 아크를 소호하는 구성의 하우징이 수지로 형성되어 제작이 용이하고, 제품가격을 낮출 수 있으며, 특히, 수지하우징의 내부 양측에는 세라믹 또는 유리재질로 형성된 절연차단벽을 더 형성하기에 고열의 아크로부터 수지하우징의 파손을 방지하고, 그에 따른 제품의 폭발 방지 및 사용수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 고전압 고전류용 접점장치에 대한 사시도이며,
도 2는 통상의 고전압 고전류용 접점장치에서 아크의 진행방향을 도시한 요부 사시도이며,
도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 고전압 고전류용 접점장치의 전체 분해 사시도이며,
도 4는 본 발명의 제 1실시예에 따른 고전압 고전류용 접점장치의 전체 조립 단면도이며,
도 5는 본 발명의 제 1실시예에 따른 고전압 고전류용 접점장치의 요부 구성 사시도이며,
도 6은 본 발명의 제 2실시예에 따른 고전압 고전류용 접점장치의 전체 구성 사시도이며,
도 7은 본 발명의 제 2실시예에 따른 고전압 고전류용 접점장치의 요부 구성 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.

도 3 내지 도 5는 본 발명의 제 1실시예에 따른 고전압 고전류용 접점장치를 다양한 방법으로 도시한 것으로, 도 3은 고전압 고전류용 접점장치의 전체 구성 분해 사시도이며, 도 4는 고전압 고전류용 접점장치의 전체 구성 조립 단면도이며, 도 5는 고전압 고전류용 접점장치의 요부 구성 사시도이다.

상기와 같이 본 발명에 따른 고전압 고전류용 접점장치는, 고정접촉자(111) 및 가동접촉자(112)를 수용하고 상기 고정접촉자(111) 및 가동접촉자(112)가 접촉 또는 이격될 때 발생하는 아크를 소호하는 아크소호부(110)와, 상기 아크소호부(110)의 하부에 형성되어 상기 가동접촉자(112)를 상하 방향으로 이동시키는 솔레노이드부(120)를 포함하여 구성된다.

상기 아크소호부(110)의 구성은, 부하측에 전기적으로 연결되는 고정접촉자(111) 및 상기 고정접촉자(111)와의 접촉 및 이격 동작으로 고전류의 흐름을 단속하는 가동접촉자(112)를 포함하고, 절연 재질로 제작이 용이한 합성수지로 형성되고 내부에는 아크 소호공간을 형성하며 하부는 개방된 수지하우징(113)과, 상기 수지하우징(113)의 개방된 하부를 절연 차단하는 하측차단부(114)와, 상기 수지하우징(113)의 내부에 고정 설치되어 아크를 흡수하는 최소 하나 이상의 영구자석(115)을 포함하여 구성되고, 에폭시화합물(140)로 기밀된 수지하우징(113)의 내측 아크 소호공간에는 배기파이프(117)를 통해 질소 등의 환원성 가스가 충진된다.

또한, 상기 수지하우징(113)의 상부에는 한 쌍의 고정접촉자(111)가 관통하도록 결합 설치되고, 상기 한 쌍의 고정접촉자(111) 하측으로는 가동접촉자(112)가 이격 설치되는 것으로, 상기 가동접촉자(112)는 솔레노이드부(120)의 구동에 의해 상하로 이동하면서 고정접촉자(111)와 접촉 또는 이격 동작하며, 가동접촉자(112) 중앙에는 후술되는 가동코어핀(126)이 하측 방향으로 결합 설치된다.

또한, 상기 수지하우징(113)의 내측 양 측면부에는 절연차단벽(116)이 더 설치되는 것으로, 상기 절연차단벽(116)은 고정접촉자(111) 및 가동접촉자(112)가 접촉 또는 이격될 때 발생하는 아크로부터 수지하우징(113)의 내벽이 손상 및 파손되는 것을 방지한 것이다. 이와 같은 절연차단벽(116)은 실시예를 통해 다양한 형상으로 제작될 수 있을 것이나, 절연성 소재로는 세라믹 또는 유리 소재로 형성됨이 바람직하다.

상기와 같은 절연차단벽(116)은 고전압 고전류용 접점장치의 크기 및 수지하우징(113)의 형상 차이에 따라 구분된 형태로 적용될 수 있으며, 도 6 및 도 7은 본 발명의 제 2실시예에 따라 절연차단벽(116)이 또 다른 형상으로 제작된 것을 도시한 것이다.

상기에서 솔레노이드부(120)는 여자코일(122)에 인가된 전원을 제어함으로 가동접촉자(112)를 이동시켜 고정접촉자(111)와 접촉 및 이격을 통한 온-오프 동작으로 고전류의 흐름을 단속하는 것으로, 그 구성은 내측 중앙이 수직으로 관통된 원통형의 보빈(121)과, 상기 보빈(121)의 둘레에 권회되는 여자코일(122)과, 상기 하측차단부(114)의 저면에 배치되는 요크플레이트(123)와, 상기 보빈(121)의 내주연측에 끼움 결합되는 고정코어(124)와, 상기 고정코어(124)의 내주연측에 밀착 결합되어 슬라이딩 동작하는 것으로 자기회로 형성시 요크플레이트(123)측에 접촉 및 이격 동작하는 가동코어(125)와, 상기 가동접촉자(112)에 일단이 연결되고 그 타단은 상기 가동코어(125)에 연결되는 가동코어핀(126)과, 상기 가동코어(125)가 요크플레이트(123)로부터 이격 동작하도록 탄성력을 가하는 복귀스프링(127)을 포함하여 구성된다.

상기와 같은 아크소호부(110) 및 솔레노이드부(120)는 상부가 개방된 금속캔(130) 내부에 수용된 후 상부는 에폭시화합물(140)로부터 몰딩 처리하고, 상기 금속캔(130)은 다시 상부가 개방된 외측케이스(150) 내부에 수용된 후 상부는 커버(160)를 통해 덮어 차단하는 것이다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 고전압 고전류용 접점장치는 다음과 같이 동작한다.

먼저, 솔레노이드부(120)의 여자코일(122)에 전원이 인가되면, 여자코일(122)과 금속캔(130) 및 요크플레이트(123) 측에 자기회로가 형성되며, 가동코어(125)는 상향으로 이동하여 요크플레이트(123)와 접촉된다.

이 과정에서, 가동코어(125)와 일체로 형성된 가동코어핀(126)도 상향으로 이동하고, 가동코어핀(126)의 상단부에 연결된 가동접촉자(112)도 상향으로 이동하면서 고정접촉자(111)와 가동접촉자(112) 상호간의 접촉에 의한 통전이 이루어지게 된다.

반면, 상기 여자코일(122)에 공급되는 전원이 차단되면, 요크플레이트(123) 측에 형성된 자기력이 상실되고, 상기 복귀스프링(127)의 탄성력에 의해 가동코어(125)는 요크플레이트(123)로부터 이격된다.

이 과정에서, 가동코어(125)와 일체로 형성된 가동코어핀(126)도 하향으로 이동하고, 가동코어핀(126)의 상단부에 연결된 가동접촉자(112)도 하향으로 이동하면서 고정접촉자(111)와 가동접촉자(112) 상호간은 이격된다.

또한, 상기와 같이 고정접촉자(111) 및 가동접촉자(112)의 접촉 또는 이격 동작에서는 고압의 아크가 발생하게 되고, 발생한 아크는 수지하우징(113)의 양측 내벽에 접촉되어 파손의 원인이 될 수 있는데, 본 발명에서는 수지하우징(113)의 양측 내벽에 세라믹 또는 유리 소재의 절연차단벽(116)을 형성하여 아크로 인한 수지하우징(113)의 파손을 방지하고, 그에 따른 폭발방지 및 고전압 고전류용 접점장치의 수명을 연장시킨 것이다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 기술적 사상을 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있는 것이다.

110 : 아크소호부 111 : 고정접촉자
112 : 가동접촉자 113 : 수지하우징
114 : 하측차단부 115 : 영구자석
116 : 절연차단벽 117：배기파이프
120 : 솔레노이드부 121 : 보빈
122 : 여자코일 123 : 요크플레이트
124 : 고정코어 125 : 가동코어
126 : 가동코어핀 127 : 복귀스프링
130 : 금속캔 140 : 에폭시화합물
150 : 외측케이스 160 : 커버

Claims

부하측에 전기적으로 연결되는 고정접촉자(111)와, 상기 고정접촉자(111)와의 접촉 및 이격 동작으로 고전류의 흐름을 단속하는 가동접촉자(112)와, 절연성 합성수지로 형성되고, 내부에는 아크 소호공간이 형성되어 고정접촉자(111) 및 가동접촉자(112)를 수용한 후 환원성 가스가 충진되는 수지하우징(113)과, 상기 수지하우징(113)의 개방된 하부를 절연 차단하는 하측차단부(114)와, 상기 수지하우징(113)의 내부에 고정 설치되어 아크를 흡수하는 영구자석(115)을 포함하는 아크소호부(110)와;
원통형의 보빈(121)과, 상기 보빈(121)의 둘레에 권회되는 여자코일(122)과, 상기 하측차단부(114)의 저면에 배치되는 요크플레이트(123)와, 상기 보빈(121)의 내측에 배치되는 고정코어(124)와, 상기 고정코어(124)에 대해 접촉 및 이격 동작하는 가동코어(125)와, 상기 가동접촉자(112)에 일단이 연결되고 그 타단은 상기 가동코어(125)에 연결되는 가동코어핀(126)과, 상기 가동코어(125)가 고정코어(124)로부터 이격 동작하도록 탄성력을 가하는 복귀스프링(127)을 포함하는 솔레노이드부(120);를 포함하여 구성되는 고전압 고전류용 접점장치에 있어서,
상기 수지하우징(113)의 내부 양측에는 아크로부터 수지하우징(113)을 보호하기 위한 절연차단벽(116)이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 고전압 고전류용 접점장치.
제 1항에 있어서,
상기 절연차단벽(116)은 세라믹 또는 유리 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는 고전압 고전류용 접점장치.