KR102009875B1 - 직류 양방향 접점 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 직류 전원의 아크 소호 기능을 갖는 직류 양방향 접점 장치에 있어서, 직류 전원을 인가하기 위한 제1 고정 접점 및 제2 고정 접점을 포함하는 한 쌍의 고정 접점, 한 쌍의 고정 접점과 접촉할 수 있도록 이동 가능한 가동 접점, 아크 소호를 위해 한 쌍의 고정 접점 외부에 배치되는 두 쌍의 영구 자석, 및 고정 접점 및 가동 접점을 내부에 배치할 수 있는 공간을 갖도록 구성된 세라믹 챔버를 포함하는 직류 양방향 접점 장치를 제공할 수 있다.

Description

직류 양방향 접점 장치{DC Bi-Directional Contact Device}

본 발명은 직류 전원의 아크 소호 기능을 갖는 직류 양방향 접점 장치(contact device)에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 리튬 배터리와 같은 2차 전지의 전력을 제어하는 스위치로서, 충전과 방전 시에 직류 전류의 방향과 관계없이 제어할 수 있는 양방향 스위치 접점 장치에 관한 것이다.

양방향 스위치 접점 장치는 태양광 발전, 에너지 저장 장치, 급속 충전장치, UPS(uninterruptible power system, 무정전 전원 장치) 등의 직류 수송 시스템에 사용될 수 있다.

UPS와 에너지 저장 장치는 상용 전원으로부터 전류를 공급받아 배터리를 충전하고, 이와 같이 충전된 에너지는 배터리가 사용될 때 양방향 인버터를 통하여 상용 전원에 공급하거나, 또는 부하에 전원을 공급하는 역할을 할 수 있다.

양방향 스위치 장치는 배터리와 인버터 사이에 사용되어 절연 스위치로 사용되거나 사고 전류를 차단하는 역할을 할 수 있다. 배터리가 충전, 방전을 빈번히 하는 회로는 직류 전류의 방향이 정방향과 역방향으로 스위치 장치에 흐르게 된다. 이와 같이, 양방향 스위치 장치는 충전과 방전 모드 모두에 사용되기 때문에 정방향과 역방향 전류 모두를 차단할 수 있는 스위치가 요구된다.

KR 10-1649703 B1

본 발명은 배터리의 충전과 방전 시에 정방향과 역방향 전류 모두를 차단 및 제어할 수 있는 양방향 스위치 접점 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 아크 소호 영구 자석을 기밀 접점 상자인 세라믹 챔버의 외부에 배치함으로써 종래의 장치에서 사용된 고정 접점의 내부 배치로 인한 문제점인 도전체인 영구 자석으로 아크가 흡수되어 절연을 파괴하는 문제점을 해결하고, 아크로부터 절연 거리를 확보하면서도, 아크 소호 영구 자석이 고정 접점과 근접하여 배치됨으로써 아크 소호력이 감소되는 것을 방지할 수 있는 스위치 접점 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 양 방향의 전류를 차단할 때 발생할 수 있는 절연 파괴 현상을 방지하고, 아크 소호 영구 자석을 기밀 접점 상자의 외부에 배치함으로써 가동 접점과 고정 접점 사이의 아크 소호 공간을 효율적으로 활용 가능한 소형화된 양방향 스위치 접점 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 스위치 접점 장치의 코일에 전원을 공급하여 가동 접점을 이동시켜 고정 접점에 연결된 전원과 부하 사이에서 부하 전류를 안전하게 통전 및 차단하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 ESS 등의 에너지 저장 장치와 같이 충전 상태와 방전 상태를 갖는 장치에서 전류의 방향이 바뀌어도 전류 차단 및 제어에 문제가 발생하지 않는 양방향 전류 차단 장치를 구현하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 해결 과제들은 이상에서 언급한 내용들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에서, 직류 전원의 아크 소호 기능을 갖는 직류 양방향 접점 장치에 있어서, 직류 전원을 인가하기 위한 제1 고정 접점 및 제2 고정 접점을 포함하는 한 쌍의 고정 접점; 상기 한 쌍의 고정 접점과 접촉할 수 있도록 이동 가능한 가동 접점; 아크 소호를 위해 상기 한 쌍의 고정 접점 외부에 배치되는 두 쌍의 영구 자석; 및 상기 고정 접점 및 상기 가동 접점을 내부에 배치할 수 있는 공간을 갖도록 구성된 세라믹 챔버를 포함하는 직류 양방향 접점 장치를 제공할 수 있다.

여기서, 상기 두 쌍의 영구 자석은 모두 상기 한 쌍의 고정 접점을 중심으로 상기 세라믹 챔버의 외부에 배치될 수 있다.

또한, 상기 두 쌍의 영구 자석은 각각 상기 가동 접점의 길이 방향과 평행한 방향으로 나란히 배치될 수 있다.

또한, 상기 두 쌍의 영구 자석 중 제1 쌍의 영구 자석은 상기 제1 고정 접점을 중심으로 양 측에 대향하여 배치되고, 상기 두 쌍의 영구 자석 중 제2 쌍의 영구 자석은 상기 제2 고정 접점을 중심으로 양 측에 대향하여 배치될 수 있다.

또한, 상기 제1 쌍의 영구 자석과 상기 제2 쌍의 영구 자석은 서로 반대 극성을 갖도록 각각 정방향 및 역방향으로 배치될 수 있다.

또한, 직류 양방향 접점 장치는 상기 두 쌍의 영구 자석의 각 쌍의 영구 자석을 고정하고, 외부로의 자력 누출을 방지하기 위한 한 쌍의 영구 자석 홀더를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 한 쌍의 영구 자석 홀더는 제1 쌍의 영구 자석을 고정하기 위한 제1 영구 자석 홀더 및 제2 쌍의 영구 자석을 고정하기 위한 제2 영구 자석을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 두 쌍의 영구 자석 각각은 상기 영구 자석 홀더와 함께 보빈의 끼움부에 고정하기 위해 적어도 일면에 홈을 포함할 수 있다.

또한, 상기 두 쌍의 영구 자석은 상기 가동 접점과 상기 고정 접점 사이에 아크 발생 시에 상기 두 쌍의 영구 자석에 의한 자속의 방향이 아크 전류의 방향과 직교하도록 배치될 수 있다.

또한, 직류 양방향 접점 장치는 상기 고정 접점과 결합가능한 고정 접점 절연물을 더 포함하고, 상기 고정 접점 절연물은 링 형태일 수 있다. 여기서, 상기 고정 접점은 오목하게 들어가 에지를 형성하고 있는 오목부 및 상기 오목부 하부에 아래 방향으로 갈수록 직경이 작아지도록 경사를 가지는 경사부를 포함하고, 상기 고정 접점 절연물은 상기 고정 접점의 오목부가 끼워질 수 있는 돌출부를 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 배터리의 충전과 방전 시에 정방향과 역방향 전류 모두를 차단 및 제어할 수 있는 양방향 스위치 접점 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 아크 소호 영구 자석을 고정 접점을 중심으로 각각 정방향과 역방향으로 배치함으로써 아크 구동을 동일 방향으로 신장시킴으로써 아크 소호력이 감소되는 것을 방지할 수 있는 스위치 접점 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 양 방향의 전류를 차단할 때 발생할 수 있는 절연 파괴 현상을 방지하고, 아크 소호 영구 자석을 고정 접점에 전류가 들어오는 방향과 나가는 방향을 2쌍의 영구 자석의 반대 극성 배치를 통해 동일 방향으로 유도하여 자속 밀도를 증가시키면서 공간을 효율적으로 활용 가능한 소형화된 양방향 스위치 접점 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 스위치 접점 장치의 코일에 전원을 공급하여 가동 접점을 이동시켜 고정 접점에 연결된 전원과 부하 사이에서 부하 전류를 안전하게 통전 및 차단할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, ESS 등의 에너지 저장 장치와 같이 충전 상태와 방전 상태를 갖는 장치에서 전류의 방향이 바뀌어도 전류 차단 및 제어에 문제가 발생하지 않는 양방향 전류 차단 장치를 구현할 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 내용들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 양방향 스위치 접점 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 스위치 접점 장치의 구성 및 동작을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 스위치 접점 장치의 고정 접점, 가동 접점 및 아크 소호 영구 자석이 배치된 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 소호 영구 자석의 배치 구조 및 역할을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 소호 영구 자석의 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 스위치 접점 장치의 세부 구성 요소의 결합 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 고정 접점과 고정 접점 절연물의 결합 구조를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.

본 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)", "포함하는(comprising)"은 언급된 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

또한, 본 발명에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 이와 같은 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 본 발명의 실시예에 나타나는 구성부들은 서로 다른 특징적인 기능들을 나타내기 위해 독립적으로 도시되는 것으로, 각 구성부들이 분리된 구성단위로 이루어짐을 의미하지 않는다. 즉, 각 구성부는 설명의 편의상 각각의 구성부로 나열하여 기술되고, 각 구성부 중 적어도 두 개의 구성부가 합쳐져 하나의 구성부로 이루어지거나, 하나의 구성부가 복수 개의 구성부로 나뉘어져 기능을 수행할 수 있다. 이러한 각 구성부의 통합된 실시예 및 분리된 실시예도 본 발명의 본질에서 벗어나지 않는 한 본 발명의 권리 범위에 포함된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 및 그에 따른 작용 효과는 이하의 상세한 설명을 통해 명확하게 이해될 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 양방향 스위치 접점 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

종래의 양방향 스위치 장치는 도 1에 도시된 것과 같이 가동 접점(07)의 양단 외부에 아크 소호를 위한 영구 자석인 아크 소호 자석(10)을 배치하고, 도면에서 상부에 위치한 아크 커버(11)의 안쪽에 아크 소호 자석(10)을 고정하여 배치하였다.

코일(01)에 전원이 인가되면 코일(01)의 전류에 의하여 이동 가능한 가동 철심(02), 고정 철심(03), 요크(04) 및 요크 플레이트(05)가 여자되고, 가동 철심(02)은 요크 플레이트(05)를 향하여 이동한다. 이때, 가동 철심(02)과 기구적으로 연결된 이동 샤프트(06)가 함께 이동하고, 이동 샤프트(06)에 접속되어 이동 가능한 가동 접점(07)은 상부에 위치한 고정 접점(08)과 접촉하도록 동작 가능하다. 여기서, 접압 스프링(09)은 고정 접점(08)과 가동 접점(07)이 서로 접촉하고 있는 순간에 접촉 압력을 가하는 역할을 한다.

한편, 코일(01)에 전원이 오프(OFF)되면, 가동 철심(02), 고정 철심(03), 요크(04) 및 요크 플레이트(05)가 소자되고, 가동 철심(02)은 복귀 스프링(12)의 힘으로 원상태로 돌아가고, 가동 접점(07)과 고정 접점(08)은 기구적으로 분리된다.

고정 접점(08)과 가동 접점(07)에 전류를 흐르고 있을 때, 고정 접점(08)과 가동 접점(07)이 분리되면 그 사이에 전기적 아크가 발생한다. 이때, 전기적인 아크는 아크 소호 영구 자석(10)에 의하여 이동함으로써 소호될 수 있다.

그러나, 도 1에서 도시된 종래의 양방향 스위치 장치는 한 쌍의 아크 소호용 영구 자석(10)이 각각 가동 접점(07)의 길이 방향으로 외부에 배치되기 때문에, 양 아크 소호 영구 자석(10) 간의 거리가 멀어 아크 소호력이 감소되는 문제를 가지고 있다. 또한, 고정 접점(08) 사이의 거리가 가까워 구조적으로 절연 파괴 현상 등의 절연의 문제가 발생한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 스위치 접점 장치의 구성 및 동작을 설명하기 위한 단면도이다.

본 발명에 따른 양방향 스위치 접점 장치의 동작을 설명하면, 여자 코일(101)에 전원이 인가 또는 온(on)되면 여자 코일(101)의 전류에 의하여 가동 철심(102)에 자속이 발생하여 고정 철심(103)를 향하여 이동하고, 이때 고정 철심(103)에 가동 철심(102)는 기구적으로 밀착 접촉된다. 이에 따라 가동 철심(102)은 이동 샤프트(106)에 연결되어 상부로 이동한다. 이때, 이동 샤프트(106)에 접촉 압력용 접압 스프링(109)과 절연물로 만들어져 인서트(insert)로 고정된 가동 접점 홀더에 끼워짐으로써 고정된 가동 접점(107)이 상부로 이동하여 한 쌍의 고정 접점(108)의 양단을 기구적으로 연결하고, 고정 접점(108)과 가동 접점(107)은 도체이기 때문에 전기적으로 연결될 수 있다.

한편, 부하 전류를 차단하기 위하여 여자 코일(101)에 흐르는 전류를 제거 또는 오프(off)하면, 가동 철심(102)이 소자되고, 접압 스프링(109)과 복귀 스프링(112)의 힘에 의하여 가동 철심(102)과 가동 접점(107)은 하부로 복귀되어 가동 접점(107)과 고정 접점(108) 사이에 절연 공간이 발생하게 된다. 여기서, 가동 접점(107)은 막대형 또는 바(bar) 형 형태를 가질 수 있다.

이때, 고정 접점(108)과 가동 접점(107)이 서로 분리되는 순간, 고정 접점(108)과 가동 접점(107) 사이에는 전기적인 차단 아크가 발생하며, 이 순간에 발생하는 아크는 고정 접점(108)가 배치되는 세라믹 챔버(100)의 외부에 존재하는 아크 소호 영구 자석(110)에 의하여 아크는 신속히 이동 신장시켜 소호될 수 있다. 아크 소호 영구 자석(110)에 의해 아크가 신속히 이동하여 아크가 신장되고 소호되어 소멸되면, 고정 접점(108)과 가동 접점(107) 사이에 절연이 회복될 수 있다. 아크 소호 영구 자석(110)의 보다 구체적인 배치 구조 및 역할에 대해서는 도 3 및 도 4를 참조하여 후술될 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 스위치 접점 장치에서는, 아크 소호 영구 자석(110)을 각 고정 접점(108)의 좌, 우측의 세라믹 챔버 외부에 배치함으로써(도 1의 단면도에서는 한 쪽 방향만 도시됨), 자속의 방향이 아크 전류의 방향과 직교하도록 하여 접점 차단 아크를 전류의 들어오는 방향과 전류가 나가는 방향으로 영구 자석의 자계를 걸어 아크를 유도하여, 아크가 서로 만나지 않도록 아크 소호부를 구성할 수 있다. 또한, 전류 방향이 바뀌면 아크 전류의 방향이 바뀌도록 하여 직류 스위치 장치에 있어서 양방향 전류를 모두 차단하도록 장치를 단순화하고, 소형화하였다.

또한, 도 1에서와 같이, 본 발명의 양방향 스위치 접점 장치는 아크 소호 영구 자석(110)을 기밀 접점 상자인 세라믹 챔버(100)의 외부 또는 외측에 배치함으로써 종래의 장치에서 사용된 고정 접점의 내부 배치로 인한 문제점인 도전체인 영구 자석으로 아크가 흡수되어 절연을 파괴하는 문제점을 해결하고, 아크로부터 절연 거리를 확보하면서도, 아크 소호 영구 자석이 고정 접점과 근접하여 배치됨으로써 아크 소호력이 감소되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 아크 소호 영구 자석(110)을 세라믹 챔버(100)의 외부에 배치함으로써 고정 접점(108)과 가동 접점(107) 사이의 아크 소호 공간을 효율적으로 활용 가능한 소형화된 양방향 스위치 접점 장치를 제공할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 스위치 접점 장치의 고정 접점(108), 가동 접점(107) 및 아크 소호 영구 자석(110)이 배치된 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 한 쌍의 고정 접점(108a, 108b) 사이를 중심으로 세라믹 챔버(100)(미도시됨)의 외부에 두 쌍의 아크 소호 영구 자석(110a, 110b, 110c, 110d)이 존재하도록 하여 아크 소호 기능을 향상시킬 뿐만 아니라 소형 스위칭 장치의 한정된 공간을 효율적으로 활용하는 배치 구조를 가질 수 있다.

두 쌍의 아크 소호 영구 자석(110a, 110b, 110c, 110d)은 가동 접점(107)의 길이 방향으로 양 외측에 배치되는 것이 아니라, 각각 가동 접점(107)의 길이 방향과 평행한 방향으로 나란히 배치됨으로써, 즉 각 쌍의 영구 자석(110a, 110b, 110c, 110d)은 각 고정 접점(108a, 108b)을 중심으로 양 측에 대향하여 배치됨으로써, 각 쌍의 영구 자석(110)은 양 고정 접점(108)과 근접하여 배치됨으로써 아크 소호력이 감소되는 것을 방지할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 소호 영구 자석의 배치 구조 및 역할을 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참조하면, 두 쌍의 아크 소호 영구 자석(110a, 110b, 110c, 110d)이 한 쌍의 고정 접점(108a, 108b) 사이를 중심으로 고정 접점(108a, 108b)의 외측에 배치되며, 제1 쌍의 영구 자석(110a, 110b)은 제1 고정 접점(108a)을 중심으로 양 측에 대향하여 배치되고, 제2 쌍의 영구 자석(110c, 110d)은 제2 고정 접점(108b)을 중심으로 양 측에 대향하여 배치될 수 있다.

이때, 제1 쌍의 영구 자석(110a, 110b)과 제2 쌍의 영구 자석(110c, 110d)은 서로 반대 극성을 갖도록 각각 정방향 및 역방향으로 배치될 수 있으며, 도 4에서와 같이 제1 쌍의 영구 자석(110a, 110b)은 도면에서 도시되는 면의 극성이 모두 N극을 갖고, 제2 쌍의 영구 자석(110c, 110d)은 도면에서 도시되는 면의 극성이 모두 S극을 갖도록 서로 반대 극성으로 배치될 수 있다. 이와 같이 배치된 아크 소호 영구 자석(110)에 의한 자속과 전류가 교차하여 아크가 이동하는 경로가 결정된다.

본 실시예에 따르면, 도 4에서와 같이 부하 전류(I)와 두 쌍의 아크 소호 영구 자석(110)에 의한 자속이 교차하여 발생하는 F1의 힘과 F2의 힘은 항상 동일 방향으로 작용하여 아크 전류가 서로 만나지 않아, 전기적인 아크 사이에 단락이 발생하지 않도록 할 수 있다. 아크 소호 영구 자석(110)의 반대 극성 배치 구조로 인하여 동일한 방향으로 자속을 유지하기 때문에, 부하 전류(I)의 방향이 바뀌는 경우에 전기적인 아크의 이동 방향은 변경되지만 각 접점에서 아크의 이동 방향이 서로 동일 방향으로 유지됨으로써, 아크 소호 기능에 문제가 발행하지 않는다.

또한, 이와 같은 구성으로 인해 전류의 방향이 바뀌면 아크 전류의 방향이 바뀌도록 하여, 직류 스위치 장치에 있어서 양방향 전류를 모두 차단하도록 아크 소호 영구 자석을 배치함으로써 양방향 스위치 접점 장치를 더욱 단순화하고, 소형화할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 스위치 접점 장치는 세라믹 챔버(100)의 접점 기밀 상자 외부에 아크 소호 영구 자석(110)을 정방향으로 배치하고 다른 한쪽에는 역방향으로 배치하여 아크의 방향이 동일한 방향으로 유도할 수 있다. 또한, 세라믹 챔버(100)의 접점 기밀 상자 내부의 가동 접점(107)을 중심으로 고정 접점(109)으로 향하는 상층부에 고정 접점(109)을 절연하는 절연 커버 이외의 어떠한 절연물도 없이 아크로 인한 고열로 절연이 파괴되거나 아크로 인한 절연물 발화로 인한 절연 파괴의 요소를 제거하고, 아크가 유도되는 부분의 다른 물질로 인한 아크 소호에 방해를 주고 아크의 불꽃이 재 점화되는 요인을 제거하고 아크 소호시 아크의 방향과 소호의 신속한 소호 공간을 확보할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 소호 영구 자석의 형태를 설명하기 위한 도면이다.

아크 소호 영구 자석(110)은 고정 접점(108)을 중심으로 좌, 우측에 1개씩 배치되고 다른 한쪽은 극성을 반대의 쌍으로 배치됨에 있어서, 아크 소호 영구 자석(110)이 이탈되지 않고 외부로의 자력의 누출을 방지하기 위하여 영구 자석 폐 회로용 홀더(111, 도 6 참조)에 의하여 흡착되어 고정될 수 있다. 이때, 아크 소호 영구 자석(110) 각각은 영구 자석 홀더(111)와 고정을 위해 적어도 일면에 홈을 포함할 수 있으며, 여자 코일(101)의 보빈(115, 도 6 참조)에 끼움부 또는 돌출부를 형성함으로써 아크 소호 영구 자석(110)의 극성을 고정 배치할 수 있다. 예컨대 도 5에서와 같이 아크 소호 영구 자석(110)의 바닥면의 일 측에 홈이 형성되어 보빈(115)의 끼움부에 끼워서 극성을 정확히 조립함으로써 고정부 역할을 수행할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 스위치 접점 장치의 세부 구성 요소의 결합 관계를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명은 도 6에서와 같이 기밀 접점 기구부를 모두 넣을 수 있는 세라믹 챔버(100)와 세라믹에 금속층을 만들어 납재로 기밀 접합된 고정 접점(108), 세라믹 챔버(100) 하측에 금속층을 만들어 실드컵(114)을 은납재로 기밀 접합 용접하고 고정 접점(108)을 고정 접점 절연물(116)에 끼우고 가동 접점 조립체와 아크 베이스(113)를 끼우고 요크 플레이트(105) 실드컵(114)을 기밀 용접하여 접점 장치를 제조할 수 있다. 고정 접점(108)과 고정 접점 절연물(116)의 결합 구조에 대해서는 도 7을 참조하여 이후에 설명될 것이다.

금속 재료의 요크(104), 자기 회로를 구성하는 고정 철심(103), 여자 코일(101), 가동 철심(102), 요크 플레이트(105), 이동 샤프트(106), 가동 접점(107), 고정 접점(108), 접압 스프링(109), 아크 소호 영구 자석(110), 여자 코일(101), 복귀 스프링(112), 절연 아크 베이스(113), 실드컵(114), 보빈(115), 영구 자석 홀더(111) 등으로 구성될 수 있다.

여기서, 아크 소호 영구 자석(110)과 영구 자석 홀더(111)는 적어도 일면, 예컨대 바닥면에 형성된 홈에 의해, 보빈(115)의 끼움부에 끼워짐으로써 고정될 수 있다.

고정 철심(103)은 요크 플레이트(105)에 위치하고, 고정 철심(103)과 동일한 축에 가동 철심(102)이 위치하고, 그 상단에 요크 플레이트(105)가 위치한다. 요크 플레이트(105) 위에 절연을 위한 절연 아크 베이스(113)가 배치된다.

아크 소호 영구 자석(110)은 고정 접점(108)을 중심으로 양 측에 1개씩 배치되고 다른 한쪽은 극성을 반대의 쌍으로 배치된다. 아크 소호 영구 자석(110)이 이탈되지 않고 외부로의 자력의 누출을 방지하기 위하여 영구 자석 폐 회로용 영구 자석 홀더(111)에 의하여 아크 소호 영구 자석(110)이 고정될 수 있다. 영구 자석 홀더(111)는 도시된 바와 같이 한 쌍으로 구성가능하며, 제1 쌍의 영구 자석을 고정하기 위한 제1 영구 자석 홀더 및 제2 쌍의 영구 자석을 고정하기 위한 제2 영구 자석을 포함할 수 있으며, 여기서 제1 쌍의 영구 자석과 제2 쌍의 영구 자석은 서로 반대 극성을 갖도록 서로 반대 방향의 극성으로 배치되어 있다.

스위치 동작을 설명하면, 여자 코일(101)에 전류가 흐르면 요크(104)에 자력이 형성되고 이는 이동 가능한 가동 철심(102)이 고정 철심(103)으로 이동하고, 요크 플레이트(105)와 요크는 가동 철심(102)과 고정 철심(103)을 중심으로 폐회로가 구성되고, 가동 철심(102)에 기구적으로 연결된 이동 샤프트(106)는 붓싱(119)를 통하여 이동하고, 이동 샤프트(106)의 상단에 절연물로 만들어진 접압 스프링 베이스(118)의 돌기에 접촉 압력용 접압 스프링(109)를 끼울 수 있다. 다음으로 접압 스프링(109) 위에 가동 접점(107)이 위치하고 가동 접점(107) 중앙의 돌기는 원형으로 만들어진 접압 스프링(109)에 끼워지고, 가동 접점 홀더(117)의 밑면으로 수납된다. 가동 철심(102)의 움직임에 따라서 가동 접점(107)이 고정 접점(108)에 접촉하게 된다.

반대로, 여자 코일(101)에 인가 전류가 오프(off)되면 모두 소자되고, 가동 철심(102)과 고정 철심(103) 사이에 있는 복귀 스프링(112)의 복원력의 힘으로 가동 철심(102)은 고정 철심(103)에서 떨어지고 가동 접점(107)은 고정 접점(108)으로부터 분리된다.

전술한 바와 같이, 고정 접점(108)과 가동 접점(107)을 통하여 부하 전류가 흐르고 있을 때, 가동 접점(107)이 고정 접점(108)으로부터 분리되면 가동 접점(107)과 고정 접점(108) 사이에 전기적인 아크가 발생하고, 전기적인 아크는 세라믹 챔버(115) 외부에 배치된 아크 소호 영구 자석(110)에 의해 동일 방향으로 아크 소호될 수 있다.

또한, 양방향 스위치 접점 장치의 상단을 세라믹으로 밀봉하고, 기밀용 요크 플레이트(105)와 용접을 통하여 기밀(sealing)을 형성할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고정 접점(108)과 고정 접점 절연물(116)의 결합 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 7a는 결합되기 전 고정 접점(108)과 고정 접점 절연물(116)의 단면도를 나타낸다. 고정 접점(108)은 수직 길이 방향으로 중앙보다 아래 부분에 오목하게 들어가 에지를 형성하고 있는 오목부(108a)를 포함할 수 있다. 오목부(108a)의 하부에는 아래 방향으로 갈수록 직경이 작아지도록 완만한 경사를 가지는 경사부(108b)를 포함할 수 있다. 고정 접점(108)은 오목부(108a)와 경사부(108b)의 구조를 통해 고정 접점 절연물(116)에 억지끼움 식으로 결합될 수 있도록 구성된다.

고정 접점 절연물(116)은 절연 재료로 구성되며, 예컨대, 테플론(teflon) 등의 재료로 구성될 수 있다. 또한, 고정 접점 절연물(116)은 링 형태로 구성되어, 고정 접점(108)이 내부로 삽입되어 결합됨으로써 고정 접점(108)을 안정적으로 고정하기 위한 구조를 가질 수 있다. 특히, 고정 접점 절연물(116)은 그 하부에 돌출부(116a)를 포함함으로써, 고정 접점(108)의 경사부(108b)가 모두 삽입된 후에 고정 접점(108)의 오목부(108a)에 돌출부(116a)가 끼워짐으로써 고정 접점(108)이 고정 접점 절연물(116a)에 고정될 수 있도록 한다.

도 7b는 고정 접점(108)이 고정 접점 절연물(116)에 억지끼움 식으로 결합된 모습을 나타낸 도면이다. 도 7b에서와 같이 고정 접점(108)의 오목부(108a)는 고정 접점 절연물(116)의 돌출부(116a)에 끼워짐으로써, 고정 접점(108)과 고정 접점 절연물(116)은 안정적으로 결합되어 고정될 수 있다.

본 발명의 명세서에 개시된 실시예들은 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.

100: 세라믹 챔버 101: 여자 코일
102: 가동 철심 103: 고정 철심
104: 요크 105: 요크 플레이트
106: 이동 샤프트 107: 가동 접점
108: 고정 접점 109: 접압 스프링
110: 아크 소호 영구 자석 111: 영구 자석 홀더
112: 복귀 스프링 113: 아크 베이스
114: 실드 컵 115: 코일 보빈
116: 고정 접점 절연물 117: 가동 접점 홀더
118: 접압 스프링 베이스 119: 붓싱

Claims (8)

1. 직류 전원의 아크 소호 기능을 갖는 직류 양방향 접점 장치에 있어서,
   직류 전원을 인가하기 위한 제1 고정 접점 및 제2 고정 접점을 포함하는 한 쌍의 고정 접점;
   상기 한 쌍의 고정 접점과 접촉할 수 있도록 이동 가능한 가동 접점;
   아크 소호를 위해 상기 한 쌍의 고정 접점 외부에 배치되는 두 쌍의 영구 자석;
   상기 고정 접점 및 상기 가동 접점을 내부에 배치할 수 있는 공간을 갖도록 구성된 세라믹 챔버; 및
   상기 고정 접점과 결합가능한 고정 접점 절연물
   을 포함하고,
   상기 고정 접점 절연물은 링 형태이고 절연 재료로 구성되며,
   상기 고정 접점은 오목하게 들어가 에지를 형성하고 있는 오목부 및 상기 오목부 하부에 아래 방향으로 갈수록 직경이 작아지도록 경사를 가지는 경사부를 포함하고, 상기 고정 접점 절연물은 상기 고정 접점의 오목부가 끼워질 수 있는 돌출부를 포함하는 것인, 직류 양방향 접점 장치.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 두 쌍의 영구 자석은 상기 가동 접점과 상기 고정 접점 사이에 아크 발생 시에 상기 두 쌍의 영구 자석에 의한 자속의 방향이 아크 전류의 방향과 직교하도록 배치되고, 상기 두 쌍의 영구 자석은 모두 상기 한 쌍의 고정 접점을 중심으로 상기 세라믹 챔버의 외부에 배치되는 것인, 직류 양방향 접점 장치.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 두 쌍의 영구 자석은 각각 상기 가동 접점의 길이 방향과 평행한 방향으로 나란히 배치되고,
   상기 두 쌍의 영구 자석 중 제1 쌍의 영구 자석은 상기 제1 고정 접점을 중심으로 양 측에 대향하여 배치되고, 상기 두 쌍의 영구 자석 중 제2 쌍의 영구 자석은 상기 제2 고정 접점을 중심으로 양 측에 대향하여 배치되는 것인, 직류 양방향 접점 장치.
   
4. 제3항에 있어서, 상기 제1 쌍의 영구 자석과 상기 제2 쌍의 영구 자석은 서로 반대 극성을 갖도록 배치되는 것인, 직류 양방향 접점 장치.
   
5. 제3항에 있어서, 상기 두 쌍의 영구 자석의 각 쌍의 영구 자석을 고정하고, 외부로의 자력 누출을 방지하기 위한 한 쌍의 영구 자석 홀더를 더 포함하고,
   상기 한 쌍의 영구 자석 홀더는 제1 쌍의 영구 자석을 고정하기 위한 제1 영구 자석 홀더 및 제2 쌍의 영구 자석을 고정하기 위한 제2 영구 자석을 포함하는 것인, 직류 양방향 접점 장치.
   
6. 제5항에 있어서, 상기 두 쌍의 영구 자석 각각은 상기 영구 자석 홀더와 함께 보빈의 끼움부에 고정하기 위해 적어도 일면에 홈을 포함하는 것인, 직류 양방향 접점 장치.
   
7. 삭제
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