KR101925643B1 - 고전류의 존재시 전기역학적 보상을 갖는 전력 접점 장치 - Google Patents
고전류의 존재시 전기역학적 보상을 갖는 전력 접점 장치 Download PDFInfo
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Abstract
전력 접점 장치가 단락 전류에 저항하는 접점들을 포함한다. 전력 접점 장치는 고정 접점 요소 (11) 및 가동 접점 요소 (12) 를 포함하고, 2 개의 요소들은 개방 위치에서 서로를 향하도록 배치되는 2 개의 병렬의 코일형 턴들의 형태이다. 각각의 턴은 전력 접점으로서, 자기 유도장을 발생시키는 코일로서, 그리고 상기 자기장의 강화 및 채널링을 수행하는 자기 회로로서 작용하는 단일 부품을 구성하도록 자기 및 전류 전도성인 재료로 만들어진다.
적용 : 전환 스위치들, 접촉기들, 전력 스위치들
적용 : 전환 스위치들, 접촉기들, 전력 스위치들
Description
본 발명은 전기 제어 기구의 전력 접점 장치에 관한 것으로 이는 :
- 적어도 제 1 고정 접점 요소 및 제 2 가동 접점 요소로서 이들이 전류의 흐름 및 수립을 위해 전기 접촉하는 폐쇄 위치, 그리고 2 개의 접점 요소들이 서로 분리되어 전류의 흐름을 중단시키는 개방 위치를 차지하도록 디자인되는 제 1 고정 접점 요소 및 제 2 가동 접점 요소, 및
- 단락 전류가 발생할 때 접점 요소들을 폐쇄 위치에 유지하기 위한 전기역학적 (electrodynamic) 보상 수단으로서, 상기 보상은 2 개의 접점 요소들에서 동일한 방향으로 일어나는 전류의 흐름에 의한 전기역학적 흡인 효과에 의하여 수행되는 전기역학적 보상 수단을 포함한다.
전기 제어 기구는 어떠한 차단 능력을 갖지 않지만 그의 접점들은, 라인 측에 연결되는 보호 회로 차단기에 의해 없어지는, 단락의 존재시 반드시 폐쇄된 채로 남아있어야 한다.
단락이 발생할 때 접점들의 이러한 면역을 보장하기 위해, 대향하는 방향으로 이행되는 대향하는 전류력 (electrodynamic force) 에 의해 접점들 사이에서 이행되는 전기역학적 척력을 보상하는 것이 공지되어 있다.
가동 접점에서 이행되는 힘은 전류의 제곱에 정비례하지만, 접점들 사이의 거리에 반비례한다. 이 거리는 작은 또는 중간의 과전류에 현저한 효과를 갖도록 너무 크지 않아야만 한다. 다른 한편 큰 단락 전류의 경우, 전류력들은 높고 구리 접점 부분들을 변형시킬 수 있다.
문헌 FR2905795 는 폐쇄 위치에서 서로 나란한 방식으로 뻗어있으며, 각각 한 쌍의 접점 패드들이 구비되는 2 개의 분리 가능한 접점 요소들을 포함하는 접점 장치에 관한 것이다. 폐쇄 위치에서, 2 개의 접점 요소들은 서로 향하도록 배치되고, 나란하게 전기적으로 연결되어, 전류는 2 개의 접점 요소들 사이에 공유되고, 동일한 방향으로 접점 요소들로 흐른다. 이는 접점 패드들이 폐쇄되도록 유지하는 전기역학적 인력들을 초래한다. 이러한 힘들은, 공기 중에서 모든것이 일어나기 때문에, 가능한 자기 회로 포화에 의해 영향을 받지 않는다. 큰 단락 전류들에서, 인력들은 매우 높고 기다란 분기부들을 갖는 접점 요소들을 변형시킬 수 있다. 이러한 접점 장치는 접점 요소 당 2 개의 접점 패드들을 더 요구하고, 이는 제작 비용을 증가시킨다.
다른 공지된 해결책은 접점들을 폐쇄되도록 유지하기 위해 U-형상의 자기 회로를 사용하는 것으로 이루어진다. 이는 포화에 의한 인력들의 제한을 초래하지만, 전류 중단 챔버들의 용적은 증가된다.
본 발명의 목적은 전류 강도와 독립적으로 개선된 전기역학적 보상을 갖는 작은 크기의 전력 접점 장치를 제공하는 것으로 이루어진다.
본 발명에 따른 접점 장치는 2 개의 고정 및 가동 접점 요소들이 개방 위치에서 서로 향하도록 배치된 2 개의 병렬의 코일형 턴들 (turns) 의 형태이고, 각각의 턴은 전력 접점으로서, 자기 유도장을 발생시키는 코일로서, 그리고 상기 자기장의 보강 및 채널링 (channelling) 을 수행하는 자기 회로로서 작용하는 단일 부품을 구성하도록 자기 및 전류 전도성인 재료로 만들어지는 것을 특징으로 한다.
폐쇄 위치에서, 전류가 가동 접점 요소로부터 고정 접점 요소로 흐를 때, 코일은 연이어 2 개의 턴들을 갖게 되고, 턴들 자체에 의해 채널링되는 자기장의 형성을 초래하는데, 이는 이들이 또한 자기 회로로서 작용하기 때문이다. 이는 이동식 턴 그리고 고정된 턴 사이에 전기역학적 인력을 초래하고 이는 단락 또는 과전류의 경우에 접점들이 폐쇄되도록 유지한다. 이러한 접점 장치는 원하는 보상력을 얻기 위해 약간의 부품들을 요구한다. 2 개의 턴들은 자기 재료의 포화 이후의 전류력을 제한하는 것을 가능하게 하고, 이는 강한 전류에서의 접점 요소들의 변형을 방지한다.
전기 제어 기구는 전력 스위치, 접촉기, 또는 전환 스위치 (reversing switch) 일 수 있다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 제 1 접점 요소와 제 2 접점 요소는 강 금속성 재료에 의해 또는 열가소성 바인더와 함께 자기 금속 분말의 소결에 의해 만들어진다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 제 1 고정 접점 요소 및 제 2 가동 접점 요소의 2 개의 코일형 턴들은 개방 위치에서 2 개의 나란한 평면들에서 뻗어있고, 제 2 가동 접점 요소는 수직 축선에 선회식으로 장착된다.
바람직한 실시형태에 따르면, 제 2 가동 접점 요소는, 중앙의 개방 위치의 각각의 측에 위치되는 2 개의 폐쇄 위치들을 갖는 전류-전환 접점 장치를 구성하기 위해, 제 1 고정 접점 요소와 제 3 고정 접점 요소 사이에 삽입된다. 제 3 고정 접점 요소는 제 1 고정 접점 요소의 코일형 턴과 동일한 재료로 만들어지는 코일형 턴의 형상이고, 제 1 고정 접점 요소에 나란한 방식으로 뻗어있다.
이러한 접점 장치는 3 상 전환 스위치에 적용되고, 이는 2 개의 상들 사이의 연결을 전환시킴으로써 3 상 전기 모터의 회전의 방향이 전환되는 것을 가능하게 한다. 이러한 전환 스위치의 접점들은 단락의 존재시 폐쇄된 채로 남아있다.
전환 스위치의 전극들은 절연 재료로 만들어진 케이스의 3 개의 병렬의 구획들에 수납되고, :
- 2 개의 단부 전극들의 제 1 고정 접점들은 제 1 연결 단자와 연결되는 제 1 연결 컨덕터에 의해 전기적으로 상호 연결되고,
- 2 개의 단부 전극들의 제 3 고정 접점들은 제 3 연결 단자와 연결되는 제 2 연결 컨덕터에 의해 상호 연결된다.
2 개의 연결 컨덕터들은 나란하고 서로로부터 절연되고, 전류 중단 갭이 없는 관통 컨덕터는 유리하게는 중간 전극에 통합된다.
다른 이점들 및 특징들은 이하의 단지 비제한적인 예를 위해 주어지고 첨부된 도면에 나타낸 본 발명의 실시형태의 설명으로부터 더 명백하게 될 것이다.
도 1 은, 단일 고정 접점 요소를 포함하는, 본 발명에 따른 접점 장치의 분해 사시도이다.
도 2 는 전환 스위치 타입의 한 쌍의 고정 접점들이 구비된 이중 접점 장치를 갖는 본 발명의 대안적인 실시형태의 동일한 도면을 나타내는 도면이다.
도 3 은 각각의 전극에서 도 2 의 접점 장치를 사용하는 3 상 전환 스위치의 2 개의 단부 전극들의 접점 장치를 나타내는 도면이다.
도 4 는, 중간 전극에 통합되는 관통 컨덕터 외에, 도 3 의 접점 장치를 사용하는, 3 상 전환 스위치의 3 개의 전극들을 갖는 접점 장치를 나타내는 도면이다.
도 5 는 전극이 전열 재료로 만들어지는 케이스의 3 개의 병렬의 구획들에 수납되는 3 상 전환 스위치의 분해 사시도이다.
도 2 는 전환 스위치 타입의 한 쌍의 고정 접점들이 구비된 이중 접점 장치를 갖는 본 발명의 대안적인 실시형태의 동일한 도면을 나타내는 도면이다.
도 3 은 각각의 전극에서 도 2 의 접점 장치를 사용하는 3 상 전환 스위치의 2 개의 단부 전극들의 접점 장치를 나타내는 도면이다.
도 4 는, 중간 전극에 통합되는 관통 컨덕터 외에, 도 3 의 접점 장치를 사용하는, 3 상 전환 스위치의 3 개의 전극들을 갖는 접점 장치를 나타내는 도면이다.
도 5 는 전극이 전열 재료로 만들어지는 케이스의 3 개의 병렬의 구획들에 수납되는 3 상 전환 스위치의 분해 사시도이다.
도 1 에서, 전기 제어 기구를 위한 전력 접점 장치 (10) 가 제 1 고정 접점 요소 (11) 와 제 2 가동 접점 요소 (12) 를 포함한다. 제 2 가동 접점 요소는 수직 방향으로 정렬된 2 개의 반대편의 단부 (13, 14) 에 의해 정해지는 수직 축선 (XX') 을 중심으로 선회하도록 장착된다. 제 1 고정 접점 요소 (11) 에는, 제 2 가동 접점 요소 (12) 에 단단하게 고정된 다른 접점 패드 (16) 를 향하도록 배치된 접점 패드 (15) 가 제공된다. 2 개의 접점 패드들 (15, 16) 은 이들이 전류의 흐름 및 수립을 위해 전기 접촉하는 폐쇄 위치, 또는 제 2 가동 접점 요소 (12) 의 선회 이후 접점 패드 (16) 가 다른 접점 패드 (15) 로부터 분리되는 개방 위치 중 하나를 차지할 수 있다. 이러한 접점들의 분리는 전류의 흐름을 중단시킨다.
접점 장치 (10) 의 개방 및 폐쇄 작동들은 전기 기구의 케이스에 수납되는 작동 메카니즘 (도시되지 않음) 에 의해 수행된다. 특히 스위치, 접촉기, 또는 전환 스위치 타입의 이러한 제어 기능 기구는 어떠한 차단 능력을 갖지 않고, 접점 요소들 (11, 12) 은 접점 패드 (15, 16) 사이에 전기역학적 척력들을 발생시키기 쉬운 높은 강도의 전류의 존재시 확실하게 폐쇄 위치에 남아 있어야만 한다.
과전류의 경우에 이러한 척력들을 보상하기 위해, 고정 접점 요소 (11) 및 가동 접점 요소 (12) 모두는 자기 및 전류 전도성인 재료로 만들어지는 코일형 턴의 형태이다. 예의 목적들을 위해, 이러한 재료는 과열의 이유로 인해 종래의 구리 컨덕터에 비해 단면적을 증가시킴으로써 강으로 만들어질 수 있다.
이는 열가소성 성형에 의해 변형될 수 있는 재료의 과립들을 얻기 위해 미세 자기 금속성 분말을 열가소성 바인더와 혼합하는 것으로 이루어지는 MIM 방법에 의해 또한 제조될 수 있다. 이러한 방법으로 얻어진 부품은, 가스의 형태로 빠져나가는, 열가소성 바인더를 없애기 위해 노 (furnace) 에 놓인다. 노의 온도 증가는 얻어지는 부품의 소결을 가능하게 하고, 이는 얻어지는 부품에 금속 부품의 결합 및 구조를 부여한다.
제 1 고정 접점 요소 (11) 및 제 2 가동 접점 요소 (12) 의 2 개의 코일형 턴들은 개방 위치에서 2 개의 나란한 평면들에 뻗어있고, 좋은 절연 강도를 위해 적절한 줄어든 고립 거리만큼 서로로부터 분리된다. 각각의 코일형 턴은 바닥 분기부 (17) 와 정상 분기부 (18) 를 갖고 이들은 제 2 가동 요소 (12) 의 선회 축선 (XX') 의 수직 방향에 직교하게 뻗어있는 기다란 슬롯 (19) 에 의해 서로 분리된다.
자기 전류 전도성 재료로 만들어진 각각의 코일형 턴은, 전력 접점의, 자기 유도장을 발생시키는 코일의, 그리고 상기 자기장을 보강하고 채널링하는 자기 회로의 조합된 역할을 수행하는 단일 부품을 형성한다.
접점 장치 (10) 의 분해 사시도를 나타내는 도 1 에서, 2 개의 접점 요소들 (11, 12) 이 이들의 접점 패드들 (15, 16) 을 통하여 전기 접촉하는 것이 상상될 수 있다. 파선 (TR) 은 접점 패드 (16) 가 고정 접점 패드 (15) 에 맞물릴 때 폐쇄 위치에서의 전류의 흐름을 나타낸다. 전류 흐름의 방향은 2 개의 루프들의 바닥 분기부들 (17) 에서 동일하다는 것에 주목할 수 있다. 이는 2 개의 루프들의 2 개의 정상 분기부들 (18) 의 경우에 동일하다. 이러한 전류 흐름은 단락 전류가 발생할 때 2 개의 루프들 사이에 전기역학적 흡인 효과를 유발한다. 인력들 (F1 및 F2) 은 전류의 제곱에 비례하고, 동일한 전류에 의해 접점 패드들 (15, 16) 의 레벨에서 이행되는 척력들이 보상되는 것을 가능하게 한다. 따라서 단락 전류의 존재시 접점 요소들 (11, 12) 을 폐쇄 위치로 유지하는 것이 보장된다. 단락 전류는 전력 공급원에 대하여 라인 측에 놓이는 보호 회로 차단기의 작동 이후 없어진다.
인력들 (F1 및 F2) 은 2 개의 인접한 자기 재료 루프들에 의해 형성되는 자기 회로에 의해 더 보강된다. 이러한 자기 회로는 연이은 2 개의 코일형 턴들의 코일에 의해 발생되는 자기장의 힘 라인들을 채널링하고 집중시켜서, 최적의 흡인 효과를 얻게 한다.
접점 장치 (10) 의 전기역학적 보상을 갖는 이러한 구조는 단락 전류의 존재시 반응할 필요가 없는 어떠한 전기 기구, 특히 스위치, 접촉기 또는 전환 스위치에 끼워질 수 있다.
도 2 를 참조하면, 동일한 도면 부호들은 도 1 의 접점 장치 (10) 의 유사한 부품들을 나타내는데 사용될 것이다. 제 2 가동 접점 요소 (12) 는, 중앙의 개방 위치의 각각의 측에 위치되는 2 개의 폐쇄 위치들을 갖는 전류-전환 접점 장치 (100) 를 형성하기 위해, 제 1 고정 접점 요소 (11) 와 제 3 고정 접점 요소 (20) 사이에 삽입된다. 제 3 고정 접점 요소 (20) 는 제 1 고정 접점 요소 (11) 의 코일형 턴과 동일한 재료로 만들어지는 코일형 턴의 형태이고 제 1 고정 접점 요소에 나란한 방식으로 뻗어있다. 제 2 가동 접점 요소 (12) 의 접점 패드 (16) 는 제 1 고정 접점 요소 (11) 의 접점 패드 (15) 또는 제 3 고정 접점 요소 (20) 의 접점 패드 (21) (파선으로 나타냄) 중 하나와 접촉할 수 있게 된다.
2 개의 접점 요소들 (11, 12) 이 이들의 접점 패드들 (15, 16) 을 통하여 전기 접촉하는 것이 도 2 에서 상상될 수 있다. 파선 (TR) 은 폐쇄 위치의 전류의 흐름을 나타내고, 전류 흐름의 방향은 도 1 과 동일하고, 전기역학적 보상을 위해 동일한 인력들 (F1 및 F2) 을 갖는다. 전환 스위치 접점 장치 (100) 의 다른 상태에서, 제 2 가동 접점 요소 (12) 는 반대 방향으로 선회하여, 접점 패드 (16) 는 제 3 고정 접점 요소 (20) 의 접점 패드 (21) 에 대하여 연결되게 된다. 이러한 경우 연이은 2 개의 코일형 턴들을 갖는 코일이 또한 형성되고, 폐쇄 위치로 유지하기 위한 동일한 전기역학적 인력들을 갖는다.
도 3 은, 각각의 전극에서 도 2 의 접점 장치 (100) 를 사용하는, 3 상 전환 스위치의 2 개의 단부 전극들 (R, T) 의 접점 장치 (200) 를 나타내는 도면이다.
2 개의 단부 전극들 (R, T) 의 제 1 고정 접점 요소들 (11) 은 제 1 연결 단자 (B1) 와 연결되는 제 1 연결 컨덕터 (22) 에 의해 전기적으로 상호 연결된다.
2 개의 단부 전극들 (R, T) 의 제 3 고정 접점 요소들 (20) 은 제 3 연결 단자 (B3) 와 연결되는 제 2 연결 컨덕터 (23) 에 의해 상호 연결된다.
2 개의 연결 컨덕터들 (22, 23) 은 나란하고 서로 절연된다.
도 4 는, 도 3 의 접점 장치 (200) 를 사용하는, 3 상 전환 스위치의 3 개의 전극들 (R, S, T) 을 갖고, 게다가 중간 전극 (S) 에 통합되는 전류 중단 갭이 없는 관통 컨덕터 (24) 를 갖는 접점 장치 (300) 를 나타내는 도면이다. 이러한 컨덕터 (24) 는, 전환 스위치의 제 1 단자 (B1) 와 제 3 단자 (B1, B3) 사이에 배치되는 제 2 연결 단자 (B2) 와 연결되는 연속적인 접점 부품에 의해 형성된다.
도 5 는 3 상 전환 스위치의 분해 사시도이며, 이 스위치의 전극들 (R, S, T) 은 절연 재료로 만들어지는 케이스 (25) 의 3 개의 병렬식 구획들에 수납된다. 구획들은 수직 분리 벽들 (26) 에 의해 서로 절연되고, 접점 장치 (200) 는, 개방되는 케이스 (25) 의 정상을 통하여 단부 전극들 (R, T) 에 삽입된다. 너트들 (27) 은 전극들에서 접점 장치 (200) 의 접점 스트립들의 고정을 수행한다.
그 후, 중간 전극 (S) 에 관통 컨덕터 (24) 를 끼운 다음, 작동 메카니즘 및 커버 (도시되지 않음) 의 끼움에 의해 전환 스위치의 최종 조립이 행해진다.
Claims (11)
- 전기 제어 기구의 전력 접점 장치 (10, 100, 200, 300) 로서,
- 제 1 고정 접점 요소 (11) 및 제 2 가동 접점 요소 (12) 로서, 상기 제 1 고정 접점 요소 (11) 및 상기 제 2 가동 접점 요소 (12) 가 전류의 흐름 및 수립을 위해 전기 접촉하는 폐쇄 위치, 그리고 2 개의 접점 요소들이 서로 분리되어 전류의 흐름을 중단시키는 개방 위치를 차지하도록 디자인되는, 상기 제 1 고정 접점 요소 및 상기 제 2 가동 접점 요소, 및
- 단락 전류가 발생할 때 상기 제 1 고정 접점 요소 (11) 및 상기 제 2 가동 접점 요소 (12) 를 폐쇄 위치에 유지하기 위한 전기역학적 보상 수단으로서, 상기 전기역학적 보상은 상기 제 1 고정 접점 요소 (11) 및 상기 제 2 가동 접점 요소 (12) 에서 동일한 방향으로 일어나는 전류의 흐름으로 인한 전기역학적 흡인 효과에 의하여 수행되는, 상기 전기역학적 보상 수단을 포함하고,
상기 제 1 고정 접점 요소 (11) 및 상기 제 2 가동 접점 요소 (12) 는 개방 위치에서 서로 대향하도록 배치된 2 개의 병렬의 코일형 턴들의 형태이고, 각각의 코일형 턴은 전력 접점으로서, 자기 유도장을 발생시키는 코일로서, 그리고 상기 자기 유도장의 보강 및 채널링을 수행하는 자기 회로로서 작용하는 단일 부품을 구성하도록 자기 및 전류 전도성인 재료로 만들어지고,
상기 전력 접점 장치 (10, 100, 200, 300) 는, 제 3 고정 접점 요소 (20) 를 더 포함하고,
상기 제 2 가동 접점 요소 (12) 는, 중앙의 개방 위치의 각각의 측에 위치되는 2 개의 폐쇄 위치들을 갖는 전류-전환 접점 장치를 구성하기 위해, 상기 제 1 고정 접점 요소 (11) 와 상기 제 3 고정 접점 요소 (20) 사이에 삽입되고,
상기 제 3 고정 접점 요소 (20) 는 상기 제 1 고정 접점 요소 (11) 의 코일형 턴과 동일한 재료로 만들어지는 코일형 턴의 형상이고, 상기 제 1 고정 접점 요소에 나란한 방식으로 뻗어있고,
상기 전력 접점 장치 (10, 100, 200, 300) 는 3 상 전환 스위치에 적용되고, 상기 3 상 전환 스위치의 전극들 (R, S, T) 은 절연 재료로 이루어진 케이스 (25) 의 3 개의 병렬의 구획들에 수납되고, :
- 2 개의 단부 전극들 (R, T) 의 상기 제 1 고정 접점 요소들 (11) 은 제 1 연결 단자 (B1) 와 연결되는 제 1 연결 컨덕터 (22) 에 의해 전기적으로 상호 연결되고,
- 상기 2 개의 단부 전극들 (R, T) 의 상기 제 3 고정 접점 요소들 (20) 은 제 3 연결 단자 (B3) 와 연결되는 제 2 연결 컨덕터 (23) 에 의해 상호 연결되고,
- 상기 제 1 연결 컨덕터 (22) 및 상기 제 2 연결 컨덕터 (23) 는 나란하고 서로로부터 절연되는 것을 특징으로 하는 전력 접점 장치 (10, 100, 200, 300). - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 고정 접점 요소 (11) 및 상기 제 2 가동 접점 요소 (12) 는 강 금속성 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 전력 접점 장치 (10, 100, 200, 300). - 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 고정 접점 요소 (11) 및 상기 제 2 가동 접점 요소 (12) 는 열가소성 바인더와 함께 자기 금속 분말의 소결에 의해 만들어지는 것을 특징으로 하는 전력 접점 장치 (10, 100, 200, 300). - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 고정 접점 요소 (11) 및 제 2 가동 접점 요소 (12) 의 상기 2 개의 코일형 턴들은 개방 위치에서 2 개의 나란한 평면들에서 뻗어있고, 상기 제 2 가동 접점 요소는 수직 축선 (XX') 에 선회식으로 장착되는 것을 특징으로 하는 전력 접점 장치 (10, 100, 200, 300). - 제 1 항에 있어서,
중간 전극 (S) 은 상기 3 상 전환 스위치의 상기 제 1 연결 단자 (B1) 와 상기 제 3 연결 단자 (B3) 사이에 배치되는 제 2 연결 단자 (B2) 와 연결되는 관통 컨덕터 (24) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 접점 장치 (300). - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 상기 전력 접점 장치를 사용하는 전기 스위치.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 상기 전력 접점 장치를 사용하는 전기 접촉기.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 상기 전력 접점 장치를 사용하는 전기 전환 스위치.
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