KR102015393B1 - 차단기 구동용 영구자석 액추에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 개방(OFF) 상태에서 투입(ON) 상태로 로드가 이동될 때, 초기에는 많은 부하를 받지 않고, 말기에 많은 부하를 받는다는 것을 고려하여, 가동자를 서로 평행하게 뻗어 서로에 결합된 3개의 가동자로 만들고, 상기 3개의 가동자에 각각 결합된 3개의 로드 중 중앙에 배치된 하나의 로드에 가동 접점부재를 장착시키고, 나머지 2개의 로드에 가동자가 초기위치에서 중간 위치로 이동할 시에 압축되었다가 중간위치에서 종료위치로 이동할 시에 신장되게 하는 탄성배력부를 장착한 영구자석의 액추에이터에 관한 것이다.

Description

차단기 구동용 영구자석 액추에이터{Permanent magnetic actuator for Circuit breaker}

본 발명은 전력기기의 차단기를 동작시키기 위한 차단기 구동용 영구자석 액추에이터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선형 이동하며 동작하는 차단기에 적용 가능한 차단기 구동용 영구자석 액추에이터에 관한 것이다.

일반적으로, 전력기기에 사용되는 액추에이터는 스프링 메커니즘과 유압, 공압액추에이터가 사용되고 있으나, 이러한 액추에이터는 부품의 수가 많고 조작력을 얻기 위해서 기계적 에너지를 제어해야 하므로 매우 복잡하고 유지 보수가 필요 하다.

이러한 문제를 해결하기 위해서 영구자석과 전기에너지를 이용한 액추에이터가 전력기기에 기존 메커니즘을 대신해서 사용되고 있다.

영구자석 액추에이터는, 일예로서, 한국등록특허 제10-1888788호에 개시되어 있으며, 영구자석의 자기장을 이용해 일정 행정거리에서 액추에이터에 가동자가 유지되고 코일에 전기에너지를 공급해서 액추에이터에 가동자를 일정 행정거리까지 움직이게 한다.

상기 영구자석 액추에이터에서는, 차단기를 개방(OFF) 상태에서 투입(ON) 상태로 이동시키기 위해서, 코일에 정방향의 전류를 공급하여 코일이 자화되게 하여 정방향의 자기장을 형성하게 되면, 가동자에 영구자석의 자기장과 코일의 자기장이 더해져 가해지게 되고, 상기 자기장으로 인해 가동자는 스프링을 압축시키며 일측으로 이동하게 된다.

상기 가동자가 일측으로 이동하여 투입 완료 위치까지 도달하면, 코일으로 공급되는 전류가 차단되고, 이에 의해 코일에 의한 자기장은 사라지고, 가동자는 영구자석에 의한 자력에 의해 투입 위치에 그대로 구속된다. 즉, 가동자가 영구자석과 맞닿는 투입 위치까지 이동한 다음에는 코일에 전류를 공급하지 않더라도, 가동자는 영구자석의 자력에 의해 투입 위치를 유지할 수 있게 된다.

한편, 차단기를 투입(ON) 상태에서 개방(OFF) 상태로 이동시키기 위해서는 코일에 역방향의 전류를 공급하게 되며, 이에 의해 코일이 자화되어 역방향의 자기장을 형성하여, 가동자에는 코일의 자기장과 스프링의 복원력이 가해지게 되어, 가동자가 타측으로 이동되게 되어 있다.

상기 개시된 영구자석 액추에이터에서는, 투입시에 상기 가동자에 장착된 로드가 상기 가동자와 함께 일측으로 이동하여 상기 로드에 결합된 가동 접점부재가 고정 접점부재에 접촉하여 이들을 통전시켜서 전원측으로부터 부하측으로 전류가 공급되게 하고, 반대로 개방시에 상기 가동자에 장착된 로드가 상기 가동자와 함께 타측으로 이동하여 상기 로드에 결합된 가동 접점부재가 고정 접점부재에서 이탈되게 하여 이들을 비통전시켜서 전원측으로부터 부하측으로 전류가 차단되게 한다.

하지만, 상기 개시된 영구자석 액추에이터에서는, 차단기의 용량이 커지는 경우에, 로드를 전후진시키는 전자력을 증대시키기 위해, 영구자석 엑추에이터를 구성하는 구성요소들이 커지게 되어, 제조단가가 증대된다고 하는 문제점을 가진다.

본 발명은 상기된 문제점을 해결하는 것에 과제를 가진다.

본 발명은, 개방(OFF) 상태에서 투입(ON) 상태로 로드가 이동될 때, 초기에는 많은 부하를 받지 않고, 말기에 많은 부하를 받는다는 것을 고려하여, 가동자를 서로 평행하게 뻗어 서로에 결합된 3개의 가동자로 만들고, 상기 3개의 가동자에 각각 결합된 3개의 로드 중 중앙에 배치된 하나의 로드에 가동 접점부재를 장착시키고, 나머지 2개의 로드에 가동자가 초기위치에서 중간 위치로 이동할 시에 압축되었다가 중간위치에서 종료위치로 이동할 시에 신장되게 하는 탄성배력부를 장착한 영구자석의 액추에이터를 제공함으로써 상기 과제를 해결할 수 있다.

본 발명은, 영구자석 액추에이터의 로드가, 초기위치에서 중간 위치로 이동할 시에, 탄성배력부로 하여금, 초기위치에서 중간위치로 로드가 이동됨에 따라 압축되었다가 중간위치에서 종료위치로 이동할 시에 신장되게 하여, 부하를 많이 받게 되는 로드의 중간위치와 종료위치에서 로드에 탄성력을 부가시켜서, 차단기의 용량이 증대되어도 가동 접점부재가 확실하게 고정 접점부재에 접촉되게 하여, 안정적으로 원하여질 때 전류를 차단시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 영구자석 액추에이터를 도시한 사시도,
도 2은 도 1의 일측면도,
도 3은 도 1의 사시도,
도 4는 도 1의 수평단면도,
도 5는 도 2의 A-A선에서 취한 단면도,
도 6은 도 5의 영구자석 액추에이터의 투입(ON) 상태와 개방(OFF) 상태에서 도시한 단면도.

이하, 본 발명에 따른 영구자석 액추에이터가 도 1 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명될 것이다.

도 1에는 본 실시예의 영구자석 액추에이터가 부호 100으로서 지시되어 있다.

상기 영구자석 액추에이터(100)는, 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 하우징(10); 서로에 간격을 두고서 상기 하우징(10)의 길이방향으로 서로에 평행하게 뻗은 3개의 가동자(20A, 20B, 20C); 상기 3개의 가동자(20A, 20B, 20C)의 양단에 서로 등을 진 방향으로 뻗은 3개의 로드(21A, 21B, 21C); 상기 3개의 가동자(20A, 20B, 20C)와 상기 3개의 로드(21A, 21B, 21C)를 상기 하우징(10)의 길이방향으로 이동하게 하는 제1공간(S1)을 갖게 상기 3개의 가동자(20A, 20B, 20C)를 사이에 두고 서로에 이격되게 배치되어 상기 하우징(10)에 장착된 한 쌍의 E자형상부(31, 31)를 구비한 요크(30); 상기 한 쌍의 E자형상부(31, 31)에 형성된 4개의 관통구멍(32)을 관통하여 상기 공간(S1)에 외접되어 상기 요크(30)에 장착된 한 쌍의 보빈(40); 상기 한 쌍의 보빈(40)에 감겨진 도시되지 않은 코일; 상기 한 쌍의 E자형상부(31, 31)의 일측단부와 타측단부의 서로 마주하는 부분에 접촉되어 상기 하우징(10)에 장착된 한 쌍의 일측 영구자석(50A)과 한 쌍의 타측 영구자석(50B); 상기 3개의 로드(21A, 21B, 21C)가 전후진 가능하게 3개의 관통구멍(도면에 도시되지 않은 구멍, 61B, 61C)이 형성되어 상기 한 쌍의 일측 영구자석(50A)과 한 쌍의 타측 영구자석(50B) 각각의 사이에 개재되어 상기 하우징(10)에 장착된 2개의 가이드부(60); 상기 3개의 로드(21A, 21B, 21C) 중 중간에 배치된 하나의 로드(21B)의 일측 단부가 후진시에 접촉하여 완충하기 위해 상기 하우징(10)에 브래킷(11)을 개재하여 상기 하나의 로드(21B)에 마주하게 장착된 댐퍼(70); 상기 2개의 가이드부(60) 중 로드가 전진하는 측에 배치된 하나의 가이드부(60)와 상기 3개의 가동자(20A, 20B, 20C)를 결합시키는 복수개의 결합봉 중 로드가 전진하는 측에 배치된 결합봉(25) 사이의 제2공간(S2)에 위치되어 상기 하나의 결합봉(25)과 함께 상기 3개의 가동자(20A, 20B, 20C)가 전진할 시에 상기 하나의 결합봉(25)에 접촉되어 완충을 하는 도시되지 않은 스프링; 그리고 상기 3개의 로드(21A, 21B, 21C) 중 도시되지 않은 부하측에 타측 단부가 접속된 상기 하나의 로드(21B)를 제외한 나머지 2개의 로드(21A, 21C)의 타측 단부에 링크결합되고 상기 하우징(10)에 링크결합되어서, 상기 3개의 가동자(20A, 20B, 20C)가 전진할 시에 압축되었다가 신장되고 그리고 상기 3개의 가동자(20A, 20B, 20C)가 후진할 시에도 압축되었다가 신장되는 한 쌍의 탄성배력부(200A, 200C)를 포함하고 있다.

상기 3개의 가동자(20A, 20B, 20C)와 상기 3개의 로드(21A, 21B, 21C)의 일측에는 상기 공간(S1)을 점유하여 이들과 겹쳐저서 상기 결합봉에 의해 결합하고 있는 스페이서가 도 3에 부호없이 도시되어 있다.

상기 한 쌍의 탄성배력부(200A, 200C)는 상기 나머지 2개의 로드(21A, 21C)에 각각 링크결합된 상태에서 동일한 구성을 가지고 있기 때문에, 설명의 편의를 위해, 이하에서는 하나의 탄성배력부(200C)만 상세히 설명될 것이다.

상기 하나의 탄성배력부(200C)는, 상기 로드(21C)의 선단 각각에 수평방향으로 뻗은 링크핀(110)을 개재하여 일단이 링크결합된 한 쌍의 링크(120a, 120b); 상기 한 쌍의 링크(120a, 120b)의 타단에 일단이 고정되고 상기 가동자(20C)가 후진 위치에 있을 때 상기 가동자(20C)의 전진 방향에서 서로에 의해 이루어지는 각이 둔각을 가지도록 타단이 경사지게 뻗은 한 쌍의 봉(130a, 130b); 상기 링크핀(110)과 평행하게 뻗어 양단이 상기 하우징(10)에 회전가능하게 장착된 상태에서 상기 한 쌍의 봉(130a, 130b)의 타단이 상기 한 쌍의 봉(130a, 130b)의 길이방향으로 이동가능하게 장착되어 상기 한 쌍의 봉(130a, 130b)을 지지하는 한 쌍의 지지로드(140); 상기 한 쌍의 봉의 길이방향으로 신축가능하게 상기 한 쌍의 봉(130a, 130b)에 외접된 한 쌍의 스프링(150a, 150b); 상기 한 쌍의 봉(130a, 130b)의 일단 측에 상기 한 쌍의 봉(130a, 130b)의 길이방향으로 이동가능하게 외접되어서 상기 한 쌍의 스프링(150a, 150b)의 일단을 접촉하여 압축하는 제1의 한 쌍의 스프링시트부(160a, 160b); 및 상기 한 쌍의 봉(130a, 130b)의 타단 측에 상기 한 쌍의 봉(130a, 130b)의 길이방향으로 이동가능하게 외접된 상태에서 상기 한 쌍의 지지로드(140) 및 상기 한 쌍의 스프링(150a, 150b)의 타단과 접촉하여 한 쌍의 스프링(150a, 150b)을 지지하는 제2의 한 쌍의 스프링시트부(170a, 170b)를 포함하고 있다.

상기와 같이 구성된 상기 하나의 탄성배력부(200C)는 상기 로드(21C)의 선단이 전진하게 되면, 서로 협력하여 <자 자세를 하고 있는 상기 한 쌍의 봉(130a, 130b)이 상기 지지로드(140)의 회전중심으로 링크운동되면서, 일자의 자세로 변경되었다가 >자 자세로 변경된다.

상기 한 쌍의 봉(130a, 130b)이 일자의 자세를 가질 시에는 상기 한 쌍의 봉(130a, 130b)이 상기 지지로드(140)에 대하여 상기 링크핀(110)에서 멀어진 쪽으로 전진하여, 결국, 상기 제1의 한 쌍의 스프링시트부(160a, 160b)가 상기 한 쌍의 지지로드(140) 쪽으로 이동하여 상기 한 쌍의 스프링(150a, 150b)이 압축되게 되고, 이 상태에서, 상기 한 쌍의 봉(130a, 130b)이 >자 자세를 가질 시에는 상기 한 쌍의 봉(130a, 130b)이 상기 한 쌍의 지지로드(140)에 대하여 상기 링크핀(110) 쪽으로 후퇴하여 되어, 결국, 상기 제1의 한 쌍의 스프링시트부(160a, 160b)가 상기 한 쌍의 지지로드(140)에서 멀어지는 쪽으로 이동하여 상기 한 쌍의 스프링(150a, 150b)이 이완되게 된다.

또한, 상기와 같이 구성된 상기 하나의 탄성배력부(200C)는 상기 로드(21C)의 선단이 후진하게 되면, 서로 협력하여 >자 자세를 하고 있는 상기 한 쌍의 봉(130a, 130b)이 상기 한 쌍의 지지로드(140)의 회전중심으로 링크운동되면서, 일자의 자세로 변경되었다가 <자 자세로 변경되어, 상기 제1의 한 쌍의 스프링시트부(160a, 160b)가 상기 로드(21C)의 선단의 전진 시와 동일하게 작용을 하게 된다.

상기 실시예에서, 상기 제1의 한 쌍의 스프링시트부(160a, 160b)가 상기 한 쌍의 봉(130a, 130b)의 길이방향으로 이동가능하게 상기 한 쌍의 봉(130a, 130b)에 장착되어 압축기능을 갖는 것으로 설명되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 상기 제1의 한 쌍의 스프링시트부(160a, 160b)가 상기 한 쌍의 봉(130a, 130b)의 길이방향으로 이동하지 못하게 상기 한 쌍의 봉(130a, 130b)에 장착되어 상기 제2의 한 쌍의 스프링시트부(170a, 170b)가 압축기능을 갖게 할 수도 있다.

상기와 같이 구성된 영구자석 액추에이터(100)는 다음과 같이 작동될 수 있다.

상기 영구자석 액추에이터에서는, 차단기를 개방(OFF) 상태에서 투입(ON) 상태로 이동시키기 위해서, 코일에 정방향의 전류를 공급하여 코일이 자화되게 하여 정방향의 자기장을 형성하게 되면, 상기 3개의 가동자(20A, 20B, 20C)에 한 쌍의 일측 영구자석(50A)과 한 쌍의 타측 영구자석(50B)의 자기장과 코일의 자기장이 더해져 가해지게 되고, 상기 자기장으로 인해 상기 3개의 가동자(20A, 20B, 20C)는 전진하게 되되, 상기 3개의 가동자(20A, 20B, 20C) 중 상기 2개의 가동자(20A, 20C)는 상기 한 쌍의 스프링(150a, 150b)을 압축시켰다가 신장시키게 하여, 상기 2개의 가동자(20A, 20C)에 결합된 나머지 하나의 가동자(20B)의 로드(21B)에 의해 전진하게 되는 도시되지 않은 가동 접점부재에 부하가 많이 걸리는 로드의 중간위치와 종료위치에서 로드(21B)에 탄성력을 부가시켜서, 가동 접점부재가 확실하게 도시되지 않은 고정 접점부재에 접촉되게 하여, 차단기의 용량이 증대되어도 안정적으로 원하여질 때 전류를 차단시킬 수 있다.

상기 나머지 하나의 가동자(20B)가 전진하여 투입 완료 위치까지 도달하면, 코일으로 공급되는 전류가 차단되고, 이에 의해 코일에 의한 자기장은 사라지고, 상기 3개의 가동자(20A, 20B, 20C)는 한 쌍의 타측 영구자석(50B)에 의한 자력에 의해 투입 위치에 그대로 구속된다. 즉, 상기 3개의 가동자(20A, 20B, 20C)가 한 쌍의 타측 영구자석(50B)과 맞닿는 투입 위치까지 이동한 다음에는 코일에 전류를 공급하지 않더라도, 상기 3개의 가동자(20A, 20B, 20C)는 한 쌍의 타측 영구자석(50B)의 자력에 의해 투입 위치를 유지할 수 있게 된다.

한편, 차단기를 투입(ON) 상태에서 개방(OFF) 상태로 이동시키기 위해서는 코일에 역방향의 전류를 공급하게 되며, 이에 의해 코일이 자화되어 역방향의 자기장을 형성하여, 상기 3개의 가동자(20A, 20B, 20C)에 한 쌍의 일측 영구자석(50A)과 한 쌍의 타측 영구자석(50B)의 자기장과 코일의 자기장이 더해져 가해지게 되어, 상기 3개의 가동자(20A, 20B, 20C)가 후진하게 되되, 상기 3개의 가동자(20A, 20B, 20C) 중 상기 2개의 가동자(20A, 20C)는 상기 한 쌍의 스프링(150a, 150b)을 압축시켰다가 신장시키게 하여, 상기 2개의 가동자(20A, 20C)에 결합된 나머지 하나의 가동자(20B)의 로드(21B)에 의해 도시되지 않은 가동 접점부재가 도시되지 않은 고정 접점부재에 접촉해제되게 한다.

가동 접점부재가 고정 접점부재에 대하여 접촉해제될 시에는 부하가 많이 걸리지 않으므로, 무리없이 가동 접점부재가 확실하게 고정 접점부재에 접촉해제되게 되어, 안정적으로 원하여질 때 전류를 공급시킬 수 있다.

상기 나머지 하나의 가동자(20B)가 후진하여 개방 완료 위치까지 도달하면, 코일으로 공급되는 전류가 차단되고, 이에 의해 코일에 의한 자기장은 사라지고, 상기 3개의 가동자(20A, 20B, 20C)는 한 쌍의 일측 영구자석(50A)에 의한 자력에 의해 개방 위치에 그대로 구속된다. 즉, 상기 3개의 가동자(20A, 20B, 20C)가 한 쌍의 일측 영구자석(50A)과 맞닿는 개방 위치까지 이동한 다음에는 코일에 전류를 공급하지 않더라도, 상기 3개의 가동자(20A, 20B, 20C)는 한 쌍의 일측 영구자석(50A)의 자력에 의해 개방 위치를 유지할 수 있게 된다.

상기 실시예의 설명에서, 가동자와 로드가 3개인 것으로 설명되어 있지만, 하나의 가동자(20B)와 하나의 로드(21B)가 영구자석 액추에이터에 마련되고, 하나의 로드(21B)에 하나의 탄성배력부(200A 또는 200C)가 제공될 수 있다. 이때에는, 상기 하나의 로드(21B)의 타측단부가 도시되지 않은 부하측과 접속된 상태에서 상기 하나의 탄성배력부에 결합되도록, 상기 하나의 로드(21B)의 타측단부를 도면에 도시된 것보다 앞으로 더 길게하여 상기 하나의 로드(21B)의 타측단부에 타측방향으로 연이어서 상기 하나의 탄성배력부와 상기 도시되지 않은 부하측이 결합되게 된다.

이러한 관점에서 가동자와 로드가 5개 이상의 홀수개로 영구자석 액추에이터에 마련되고, 중앙에 배치된 로드 또는 분기된 로드를 제외한 나머지 로드들에 각각 탄성배력부가 제공될 수도 있다.

10: 하우징, 11: 브래킷, 20A, 20B, 20C: 가동자, 21A, 21B, 21C: 로드, 25: 결합봉, 30: 요크, 31: 한 쌍의 E자형상부, 32: 관통구멍, 40: 한 쌍의 보빈, 50A: 한 쌍의 일측 영구자석, 50B: 한 쌍의 타측 영구자석, 60: 가이드부, 61B, 61C: 관통구멍, 70: 댐퍼, 100: 영구자석 액추에이터, 110: 링크핀, 120a, 120b: 한 쌍의 링크, 130a, 130b: 한 쌍의 봉, 140: 한 쌍의 지지로드, 150a, 150b: 한 쌍의 스프링, 160a, 160b: 제1의 한 쌍의 스프링시트부, 170a, 170b: 제2의 한 쌍의 스프링시트부, 200A, 200C: 한 쌍의 탄성배력부, S1: 제1공간, S2: 제2공간

Claims (4)

1. 삭제
2. 하우징의 길이방향으로 뻗은 가동자; 및
   상기 가동자의 양단에 서로 등을 진 방향으로 뻗은 로드를 포함하는 영구자석 엑추에이터로서,
   상기 로드의 타측 단부에 링크결합되고 상기 하우징에 링크 결합되어서, 상기 가동자가 전진할 시에 압축되었다가 신장되고 그리고 상기 가동자가 후진할 시에도 압축되었다가 신장되는 탄성배력부를 포함하며,
   상기 탄성배력부는,
   상기 로드의 선단에 수평방향으로 뻗은 링크핀을 개재하여 일단이 링크결합된 한 쌍의 링크;
   상기 한 쌍의 링크의 타단에 일단이 고정되고 상기 가동자가 후진 위치에 있을 때 상기 가동자의 전진 방향에서 서로에 의해 이루어지는 각이 둔각을 가지도록 타단이 경사지게 뻗은 한 쌍의 봉;
   상기 링크핀과 평행하게 뻗어 양단이 상기 하우징에 회전가능하게 장착된 상태에서 상기 한 쌍의 봉의 타단이 상기 한 쌍의 봉의 길이방향으로 이동가능하게 장착되어 상기 한 쌍의 봉을 지지하는 한 쌍의 지지로드;
   상기 한 쌍의 봉의 길이방향으로 신축가능하게 상기 한 쌍의 봉에 외접된 한 쌍의 스프링;
   상기 한 쌍의 봉의 길이방향으로 이동가능하게 또는 이동하지 못하게 상기 한 쌍의 봉의 일단 측에 외접되어서 상기 한 쌍의 스프링의 일단에 접촉하는 제1의 한 쌍의 스프링시트부; 및
   상기 한 쌍의 봉의 타단 측에 상기 한 쌍의 봉의 길이방향으로 이동가능하게 외접되어 상기 한 쌍의 스프링의 타단과 그리고 상기 한 쌍의 지지로드와 접촉하는 제2의 한 쌍의 스프링시트부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차단기 구동용 영구자석 액추에이터.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 가동자와 상기 로드를 상기 하우징의 길이방향으로 이동하게 하는 제1공간을 갖게 상기 가동자를 사이에 두고 서로에 이격되게 배치되어 상기 하우징에 장착된 한 쌍의 E자형상부를 구비한 요크;
   상기 한 쌍의 E자형상부에 형성된 복수개의 관통구멍을 관통하여 상기 제1공간에 외접되어 상기 요크에 장착된 한 쌍의 보빈;
   상기 한 쌍의 보빈에 감겨진 코일;
   상기 한 쌍의 E자형상부의 일측단부와 타측단부의 서로 마주하는 부분에 접촉되어 상기 하우징에 장착된 한 쌍의 일측 영구자석과 한 쌍의 타측 영구자석; 및
   상기 로드가 전후진 가능하게 관통구멍이 형성되어 상기 한 쌍의 일측 영구자석과 상기 한 쌍의 타측 영구자석 각각의 사이에 개재되어 상기 하우징에 장착된 가이드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차단기 구동용 영구자석 액추에이터.
   
4. 삭제

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