KR20090091640A - 회로 차단기의 리모트 조작 장치 - Google Patents

Abstract

본발명은, 회로 차단기의 핸들에 연결하여 ON, OFF, RESET 조작하는 전자 리니어 액추에이터의 소형, 컴팩트화와 아울러, 그 추력 특성을 회로 차단기의 반력 특성에 정합시켜서 여자 전류, 소비 전력의 저감화가 도모되도록 개량한 회로 차단기의 리모트 조작 장치를 제공하는 것으로서, 이를 위한 수단으로, 회로 차단기(1)의 핸들에 전자 리니어 액추에이터를 연결하고, 그 전자 추력에 의해 핸들을 ON, OFF, RESET 위치로 전환 조작하도록 한 회로 차단기의 리모트 조작 장치에 있어서, 전자 리니어 액추에이터를, 서로 역극성으로 착자된 한 쌍의 봉 형상 영구자석(8b)을 직렬로 늘어놓아 가이드 파이프(8b)에 내장한 고정자(8)와, 코일 감기 틀(9b)에 제 1, 제 2의 코일(9a-1, 9a-2)을 감아 장착하여 상기 가이드 파이프(8a)에 끼어 삽입한 조작 코일 조립체를 가이드 파이프에 따라 이동 가능하게 안내 지지한 가동자(9)로 구성하고, 상기 가동자(9)를 회로 차단기(1)의 핸들에 연결한 다음, 전자 리니어 액추에이터의 추력 특성을 회로 차단기의 ON, OFF, RESET 부하에 정합시키도록, 가동자(9)의 이동 스트로크 도중에서 상기 제 1, 제 2의 코일에 통전하는 여자 패턴을 스트로크의 전반 행정과 후반 행정에서 다른 여자 패턴으로 전환 제어한다.

회로 차단기, 핸들, 리모트 조작 장치

Description

회로 차단기의 리모트 조작 장치{REMOTE OPERATION DEVICE OF A CIRCUIT BREAKER}

본 발명은, 배선용 차단기, 누전 차단기 등의 회로 차단기에 부착하여 원격 지령에 의해 회로 차단기의 핸들을 ON, OFF, RESET 위치로 전환 조작하는 회로 차단기의 리모트(remote) 조작 장치에 관한 것이다.

저압 배전 설비의 컴포넌트(component)로서 사용하는 상기한 회로 차단기는 배전반, 제어반 등에 장비하여 집중 관리하고 있고, 이 회로 차단기에는 외부 부속 장치로서, 원격 지령(전기 신호)에 의해 회로 차단기의 핸들을 ON, OFF, RESET 위치로 전환 조작하도록 한 리모트 조작 장치가 있다. 또한, 이 리모트 조작 장치로서, 구동 모터, 감속 치차, 이송 나사 기구를 조합한 재래의 전동 구동 방식에 대신하여, 전자 리니어 액추에이터(electromagnetic linear actuator)의 전자 추력으로 회로 차단기의 핸들을 전환 위치를 향하여 구동하도록 한 리모트 조작 장치가 이미 제품화되고 공지되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

다음에, 회로 차단기, 및 특허 문헌 1에 개시되어 있는 리모트 조작 장치의 구성, 동작을 도 7, 도 8로 설명한다.

도 7(a), (b)에서, 부호 1은 회로 차단기(배선용 차단기), 2는 회로 차단기(1)에 장착한 리모트 조작 장치이다. 또한, 부호 1a는 회로 차단기(1)의 커버(1b)로부터 돌출한 로커식 핸들, 1c는 토글 링크(toggle link)식의 개폐 기구, 1d는 주회로 접점, 1e는 과전류 제외 장치, 1f는 케이스이다.

한편, 리모트 조작 장치(2)는, 케이스(3)의 내부에 가이드 레일(4)과, 해당 가이드 레일(4)에 따라 이동 가능하게 안내 지지한 가동자(5)(가동자의 상세 구조에 관해서는 후기한다)와, E자형의 자기 요크(6a)의 중앙 다리에 조작 코일(6b)을 감아 장착하여 상기 가동자(5)의 좌우 양측에 배치한 한 쌍의 고정자(6)로 이루어진다. 이 리모트 조작 장치(2)는, 회로 차단기(1)에 장착한 상태에서 상기 가동자(5)의 하면에 형성한 오목개소에 핸들(1a)의 선단을 끼어넣어 결합 연결하다. 또한, 부호 7은 상기 가동자(5)에 구비한 리모트 조작 장치(2)의 수동 핸들이다.

상기 회로 차단기(1)의 개폐 동작은 주지하는 바와 같고, 핸들(1a)을 OFF로부터 ON, ON으로부터 OFF 위치로 전환 조작하면, 핸들(1a)에 연동하여 개폐 기구(1c)(토글 링크가 개폐 스프링으로 축세되어 있다)가 반전 동작하고, 주회로 접점(1d)이 폐쇄, 개방한다. 또한, 과전류 제외 장치(1e)가 주회로의 과전류를 검지하고 개폐 기구(1c)의 래치 기구를 석방하면, 회로 차단기(1)는 트립 동작하여 주회로 접점(1d)이 개방하고, 핸들(1a)은 토글 링크 기구의 복원력을 받아서 ON 위치와 OFF 위치의 개략 중간 위치에 정지하여 트립 동작을 표시한다. 또한, 트립 동작 후에 주회로 접점(1d)을 재투입시키는 데는, 핸들(1a)을 TRIP 위치로부터 일단 RESET 위치로 이동하여 상기 래치 기구를 리셋시킨 후, 다시 핸들(1a)을 ON 위치에 투입한다. 이로써, 주회로 접점이 폐쇄한다.

다음에, 상기 리모트 조작 장치(2)에 마련한 전자 리니어 액추에이터의 구조를 도 8에 도시한다. 회로 차단기(1)의 핸들(1a)에 연결한 전자 리니어 액추에이터의 가동자(5)(도 7의 가이드 레일(4)에 따라 ON, OFF 방향으로 이동 가능하게 안내 지지되어 있다)는, 도 8에서 도시하는 바와 같이 고정자(6)에 대치하여 좌우 측면에 계자용의 영구자석(5a)을 구비하고 있다. 한편, 전자 리니어 액추에이터의 고정자(6)는, E자형의 자기 요크(6a)의 중앙 다리에 조작 코일(6b)을 감아 장착하고 있고, 이 조작 코일(6b)이 원격 조작부에 구비한 ON, OFF, RESET 조작용의 스위치를 통하여 여자 전원에 접속되어 있다.

상기한 구성에서, 리모트 조작 장치(2)에 원격 조정부로부터 ON, OFF, RESET 조작 지령을 주고, 그 지령에 의거하여 전자 리니어 액추에이터의 조작 코일(6b)에 여자 전류를 통전하면, 그 지령에 대응한 방향의 여자 전류에 대응하여 고정자(6)와 가동자(5) 사이에 화살표 방향의 전자 추력이 발생한다. 그리고, 이 전자 추력을 받아서 가동자(5)가 가이드 레일(4)에 따라 한쪽의 스트로크 엔드로부터 다른쪽의 스트로크 엔드를 향하여 화살표(P) 방향으로 이동하고, 가동자(5)에 연결한 회로 차단기(1)의 핸들(1a)을 ON, OFF, RESET 위치로 전환한다. 또한, 가동자(5)의 스트로크 엔드에는 검지 스위치(10)(마이크로 스위치)를 구비하고, 핸들(1a)의 전환 조작시에 전자 리니어 액추에이터의 가동자(5)가 스트로크 엔드에 도달하면, 상 기 검지 스위치(10)의 동작 신호에 의해 조작 코일(6b)의 여자를 정지하도록 하고 있다.

그런데, 리모트 조작 장치에 탑재한 상기한 전자 리니어 액추에이터는, 구조, 기능면에서 다음과 같은 문제점이 있다. 즉, 도 8에 도시한 전자 리니어 액추에이터의 고정자(6)는 E자형의 자기 요크(6a)에 조작 코일(6b)을 감아 장착한 코어 부착 구조이고, 이 때문에 전자 리니어 액추에이터, 리모트 조작 장치(2)가 대형화한다. 또한, 조작 코일(6b)의 비여자 상태에서는, 가동자(5)의 영구자석(5a)과 고정자(6)의 자기 요크(6a) 사이에 자기 흡인력이 작용하고, 이로써 가동자(5)는 ON 또는 OFF에 대응하는 스트로크 엔드 위치로 흡인 지지된다. 이 때문에, 전원의 정전시 등과 같이 조작 코일(6b)을 무여자 상태에서, 도 7에 도시한 수동 핸들(7)에 손을 걸어서 회로 차단기의 핸들(1a)을 전환하고자 하면, 상기한 영구자석(5a)의 자기 흡인력이 반력(기계적 부하)으로서 가해지고, 이 때문에 수동에 의한 핸들의 전환에 큰 힘을 가할 필요가 있고 조작성이 악화된다. 또한, 회로 차단기가 과전류를 검출하여 트립 동작한 경우에도, 리모트 조작 장치(2)의 가동자(5)는 영구자석(5a)의 자력에 의해 ON 위치로 흡인 지지된 그대로이기 때문에, 회로 차단기의 트립 동작 상태를 외부에서 육안 확인할 수가 없다.

그래서, 상기 문제의 대책으로서, 발명자 등은 도 9, 도 10에서 도시하는 바와 같이 코어리스(core less) 방식의 전자 리니어 액추에이터를 채용한 리모트 조작 장치를 고안하였다.

도 9에 도시하는 리모트 조작 장치(2)에서는, 회로 차단기(1)의 핸들(1a)을 끼우고 그 좌우 양측에 배치한 2조의 코어리스형의 전자 리니어 액추에이터를 장비하고 있다. 여기서, 전자 리니어 액추에이터는, 도 10에서 도시하는 바와 같이 서로 역극성으로 착자된 한 쌍의 봉 형상 영구자석(8b)을 직렬로 늘어놓아 가동자 안내용의 가이드 파이프(8a)에 내장한 고정자(8)와, 코일 감기 틀(9b)에 조작 코일(9a)을 감아 장착한 코일 조립체를 상기 가이드 파이프(8a)의 외주에 끼어 삽입하여 이동 가능하게 안내 지지한 가동자(9)와의 조립체로 구성한 코어리스형의 보이스 코일 모터(voice coil motor)가 되고, 좌우로 나열하는 2조의 전자 리니어 액추에이터의 가동자(9)를 일체로 결합하여 회로 차단기(1)의 핸들(1a)에 결합 연결하고 있다.

상기한 구성에서, 회로 차단기(1)의 핸들 전환 조작시에는 상기 조작 코일(9a)에 통전하는 여자 전류 방향을 도 l1(a), (b)에서 도시하는 바와 같이 전환하여 핸들(1a)을 ON, OFF, RESET 위치로 이동한다. 여기서, 핸들(1a)을 OFF로부터 ON 위치로 이동하여 회로 차단기(1)를 ON 조작하는 데는, 조작 코일(9a)에 통전하는 여자 전류를 도 11(a) 방향으로 흘린다. 이로써, 조작 코일(9a)의 여자 전류와 고정자(8)의 영구자석(8b)의 자계 사이에 작용하는 화살표 방향의 전자 추력(F)을 받아서 가동자(9)가 왼쪽 방향으로 이동하고, 회로 차단기의 핸들(1a)을 ON 위치로 전환한다. 한편, 회로 차단기(1)의 핸들(1a)을 OFF 조작하는 경우에는, 상기한 바와 역으로 조작 코일(9)에 통전하는 여자 전류 방향을 도 11(b)와 같이 전환한다. 이로써 전자 추력(F) 방향이 반전하여 가동자(9)가 오른쪽 방향으로 이동한다. 또한, 회로 차단기의 트립 동작 후에 핸들(1a)을 RESET 조작하는 경우도 도 11(b)와 마찬가지이다.

이 구성에 의해, 도 8에 도시한 코어 부착 전자 리니어 액추에이터에 비하여 소형이며 구조도 간단하므로서 이로써 리모트 조작 장치를 컴팩트하게 구성할 수 있다. 게다가, 가동자(9)가 코어리스 구조이기 때문에, 조작 코일(9a)의 무여자 상태에서는 가동자(9)가 고정자(8)의 영구자석(8b)의 자력의 영향을 받는 일이 없다. 따라서 수동으로 가동자(9)를 움직여서 핸들(1a)을 전환 조작하는 경우에도, 영구자석(8b)의 자력의 영향을 받는 일이 없기 때문에 편안하게 수동 조작할 수 있다.

또한, 회로 차단기의 트립 동작시에는, 그 개폐기구의 복원력에 의해 핸들과 함께 리모트 조작 장치(2)의 가동자(9)가 ON 위치와 OFF 위치의 중간의 트립 표시 위치로 이동하기 때문에, 이 가동자(9)의 정지 위치로부터 회로 차단기의 트립 동작 상태를 외부에서 육안 확인할 수 있다.

특허 문헌 1 : 일본 특개2002-319504호 공보

그런데, 발명자 등은 도 9, 도 10에 도시한 리모트 조작 장치를 시험제작하고, 회로 차단기에 장착하여 실기 테스트를 행한바, 다음 기재와 같은 과제가 있는 것을 알았다. 즉, 회로 차단기를 ON, OFF 조작하는 경우에는 조작 코일(9a)에 통전하는 여자 전류가 비교적 작은 값이라도 전자 리니어 액추에이터의 전자 추력으로 회로 차단기의 핸들을 전환 조작할 수 있다. 그러나, ON, OFF 조작시와 같은 여자 전류로 회로 차단기를 RESET 조작하려고 하면 핸들이 RESET 위치에 도달하기 직전에 정지하여 버린다. 이 때문에, RESET 조작을 확실하게 행하는 데는 조작 코일(9a)에 통전하는 여자 전류를 더욱 늘려서 전자 추력을 높일 필요가 있다.

이어서, 상기 구조의 전자 리니어 액추에이터로 회로 차단기의 핸들을 조작할 때의 추력 특성을, 도 12에 도시하는 봉 형상 영구자석(8b)의 둘레 영역 자계 분포도 및 도 13에 도시하는 추력/부하 특성도로 설명한다.

즉, N 극 끼리를 맞대고 직렬로 나열한 봉 형상 영구자석(8b)의 주위 자계는 도 12에서 도시하는 바와 같은 분포가 된다. 이와 같은 자계 분포에서는, 조작 코일(9a)에 쇄교(鎖交)되는 영구자석(8b)의 자력선(φ) 및 자력선(φ) 방향은 가동자(9)의 이동 위치에 의해 변화하고, 도시한 스트로크 중앙 위치(영구자석(8b)의 맞대는 단에서는 N극으로부터 나온 자력선(φ)이 조작 코일(9a)과 집중적으로 쇄교한다. 이에 대해, 가동자(9)가 도시한 중앙 위치로부터 양단의 스트로크 엔드 근처로 이동하면, 조작 코일(9a)의 선단 부분에는 상기와는 역으로 S극으로 되돌아오는 자력선(φ)이 쇄교하여 전자 추력에 브레이크를 걸게 된다. 이로써, 가동자의 이동 경로에 따른 전자 리니어 액추에이터의 전자 추력은 도 13에 도시하는 바와 같은 추력 특성이 된다.

도 13에서, 횡축은 가동자의 이동 스트로크(Stroke), 종축은 ON, OFF측에서의 조작시에 회로 차단기의 핸들에 작용하는 기계적인 반력 특성(부하) 및 전자 리니어 액추에이터의 전자 추력 특성(Force)을 나타낸다. 또한, 추력 특성(a)는 여자 전류가 소(小)인 경우, 추력 특성(b)는 여자 전류가 대(大)인 경우를 나타내고 있 다. 여기서, 회로 차단기의 개폐 기구(개폐 스프링으로 가세된 토글 링크 기구)에 연계한 핸들을 OFF로부터 ON 위치로 전환하는 조작 행정에서 전자 리니어 액추에이터에 가하여지는 부하(도면중의 ON 부하)의 최대 반력은 이동 스트로크의 후반에 발생하고, OFF 조작시의 최대 반력(도면중의 OFF 부하)은 이동 스트로크의 중앙 위치를 초과한 부근에 발생한다. 이에 대해, RESET 조작에 있어서의 최대 반력(도면중의 RESET 부하)은 OFF측의 스트로크 엔드 근처에 발생한다. 한편, 조작 코일(9a)의 여자 전류와 영구자석(8b)의 자계와의 작용에 의해 발생하는 전자 추력은, 도 12에 도시하는 자력선(φ)의 분포에 대응하여 이동 스트로크의 중앙 위치(영구자석(8b)의 N극 단면 위치)에서 최대이고, 양단의 스트로크 엔드에 근접함에 따라 조작 코일의 선단측에는 역방향의 자력선(φ)이 쇄교하여 전자 추력이 감소하는 추력 특성이 된다.

이로써, 회로 차단기의 핸들을 ON, OFF 위치로 전환하는 조작에서는, 가동자(9)의 조작 코일(9a)에 통전하는 여자 전류가 비교적 작은 적정 전류라도, 도면중에 도시한 ON 추력 특성(A), OFF추력 특성(A)의 전자 추력이 핸들의 ON 부하, OFF 부하를 극복하여 핸들을 ON, OFF 위치로 전환 조작할 수 있다. 그러나, 이 추력 특성(a)는 스트로크 엔드 부근에서의 전자 추력이 저하되기 때문에, OFF 추력 특성(A)에서는 상기한 바와 같은 여자 전류로는 이동 스트로크의 엔드 부근에서 최대 반력이 되는 RESET 부하를 초과할 수가 없다. 이 때문에, RESET 조작의 행정에서는 핸들이 스트로크 엔드보다 직전에서 정지하여 버려, 이대로는 회로 차단기의 핸들을 확실하게 RESET 조작할 수가 없게 된다.

그래서, RESET 조작을 확실하게 행하기 위해서는, 전자 리니어 액추에이터의 조작 코일(9a)에 통전하는 여자 전류를 늘려서 그 추력 특성을 도면 중에 도시한 추력 특성(B)으로 높일 필요가 있다. 그러나, 조작 코일(9a)의 여자 전류를 크게 설정하면, ON, OFF 조작에서는 회로 차단기의 기계적인 부하에 대해 전자 추력이 과잉이 되어, 전자 리니어 액추에이터가 필요 이상의 전력을 낭비하게 된다. 또한, ON, OFF 조작시에는 조작 코일의 여자 전류를 낮게 설정하고, RESET 조작시에 여자 전류를 증가시키는 제어 방법도 생각되지만, 제어 로직이 복잡화하여 실용화로는 상책이 아니다.

본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 도 9, 도 10에 도시하고 앞서 기술한 코어리스식의 전자 리니어 액추에이터를 기본 구조로 하고, 그 추력 특성을 회로 차단기의 ON, OFF, RESET 조작에 대응하는 반력 특성에 정합시켜서 소비 전력의 저감화가 도모되도록 개량한 회로 차단기의 리모트 조작 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의하면, 로커식 핸들을 구비한 회로 차단기에 장착하여 상기 핸들을 ON, OFF, RESET 위치로 전환 조작하는 회로 차단기의 리모트 조작 장치로서, 해당 리모트 조작 장치는 전자 리니어 액추에이터를 구비하고, 해당 전자 리니어 액추에이터의 가동자를 상기 핸들에 연결하여 핸들을 전환 조작하도록 한 것에 있어서,

상기 전자 리니어 액추에이터가, 서로 역극성으로 착자된 한 쌍의 영구자석을 직렬로 늘어놓아 가동자 안내용의 가이드 파이프에 내장한 고정자와, 직렬로 나열하는 제 1 및 제 2의 코일로 이루어지는 조작 코일을 상기 가이드 파이프의 외주에 끼어 삽입하여 이동 가능하게 안내 지지한 가동자로 이루어지고, 상기 가동자를 회로 차단기의 핸들에 연결한 다음, ON, OFF, RESET 조작시에 상기 조작 코일의 제 1, 제 2 코일에 통전하는 여자 전류 및 전류 방향을 선택적으로 전환하여 핸들을 전환 조작하도록 하고(청구항 1), 구체적으로는 조작 코일에 통전하는 여자 전류의 제어 및 전자 리니어 액추에이터의 구조를 다음 기재와 같은 형태로 실시하는 것으로 한다.

(1) 상기한 전자 리니어 액추에이터에 대해, 회로 차단기의 ON, OFF, RESET 조작시에는, 가동자의 이동 스트로크의 전반(前半) 행정에서 제 l 및 제 2의 코일에 같은 방향의 여자 전류를 동시 통전하고, 후반(後半) 행정에서는 가동자의 이동 방향에 대한 선행측 코일을 비여자로 하여, 후행측 코일에 여자 전류를 통전한다(청구항 2).

(2) 전항 (1)에 있어서, 가동자의 이동 스트로크의 후반 행정에서 후행측 코일에 통전하는 여자 전류를, 전반 행정에서 통전하는 여자 전류의 약 2배로 설정한다(청구항 3).

(3) 상기 구성의 리모트 조작 장치에 있어서, 영구자석을 내장한 고정자의 가이드 파이프를 회로 차단기의 핸들의 측방에 부설하고, 해당 가이드 파이프의 외주에 끼어 삽입하여 슬라이드 가능하게 안내 지지한 가동자를 회로 차단기의 핸들 에 결합 연결한다(청구항 4).

(4) 전항 (3)에 있어서, 회로 차단기의 핸들을 끼우고 그 좌우 양측에 2조의 전자 리니어 액추에이터를 병치(竝置) 배치하고, 또한 각 조의 전자 리니어 액추에이터의 가동자를 일체 결합한 상태에서 핸들에 결합 연결한다(청구항 5).

상기한 리모트 조작 장치는, 회로 차단기의 핸들을 전환 조작하는 전자 리니어 액추에이터가 코어리스로서, 특허 문헌 1에 개시되어 있는 종래의 코어 부착 전자 리니어 액추에이터에 비하여 소형, 컴팩트한 구성이 된다. 또한, 그 조작 코일의 무여자 상태에서는 가동자가 영구자석의 지지력의 영향을 받는 일이 없고, 이로써 정전시의 수동에 의한 핸들 전환 조작을 편안하게 행할 수 있는 외에, 회로 차단기의 트립 동작시에는 핸들에 연결한 전자 리니어 액추에이터의 가동자가 트립 표시 위치로 이동하기 때문에, 이 가동자의 정지 위치로부터 회로 차단기의 트립 동작 상태를 육안 확인할 수 있다.

거기에다, 상기 가동자의 조작 코일을 직렬로 나열하는 제 1, 제 2 코일로 분할한 다음, 핸들의 전환 조작시에는 가동자의 이동 스트로크의 전반 행정에서 제 1 및 제 2의 코일에 같은 방향의 여자 전류를 동시 통전하고, 후반 행정에서는 가동자의 이동 방향에 대한 선행측 코일을 비여자로 하여 후행측 코일의 여자 전류를 통전 제어하도록 함에 의해, 전자 리니어 액추에이터의 추력 특성을 회로 차단기의 반력 특성에 정합시켜서 핸들을 정확하게 ON, OFF, RESET 조작할 수 있고, 아울러 서 전자 리니어 액추에이터에 통전하는 소비 전력의 저감화를 도모할 수 있다.

또한, 2조의 전자 리니어 액추에이터를 좌우 대칭으로 나열하여 회로 차단기의 핸들에 연결하도록 배치함으로서, 2조의 전자 리니어 액추에이터의 전자 추력을 합산하여 핸들을 구동할 수 있는 외에, 좌우에 나열하는 전자 리니어 액추에이터의 전자 추력을 핸들의 조작 방향에 따라 치우침 없이 작용시켜서 가동자가 고정자에 대해 회동하는 것을 방지할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시의 형태를 도 1 내지 도 6에 도시하는 실시예에 의거하여 설명하다. 또한, 도 1(a)는 회로 차단기에 장착한 리모트 조작 장치의 주요부 구조를 도시하는 도, 도 1(b)는 리모트 조작 장치의 중핵 부품인 전자 리니어 액추에이터를 모식적으로 도시한 구성도, 도 2은 도 1(a)의 리모트 조작 장치에 케이스를 씌워서 회로 차단기에 부착한 상태의 외관도, 도 3은 리모트 조작 장치의 케이스를 벋긴 상태의 측면도, 도 4(a), (b)는 각각 ON 조작, OFF, RESET 조작에 대응한 전자 리니어 액추에이터의 동작 설명도, 도 5는 도 1에 도시한 전자 리니어 액추에이터의 추력/부하 특성도, 도 6은 전자 리니어 액추에이터의 조작 코일에 통전하는 여자 전류의 제어 패턴을 도시하는 도면이고, 도 9, 도 10에 대응하는 부재에는 같은 부호를 붙이고 있다.

이 실시예에서는, 회로 차단기(1)에 장착한 리모트 조작 장치(2)의 전자 리니어 액추에이터가 다음에 기재된 구조의 고정자와 가동자를 조합한 코어리스형의 보이스 코일 모터로 구성되어 있다. 즉, 도 1(b)에서 도시하는 바와 같이, 전자 리니어 액추에이터의 고정자(8)는, 비자성재로 만들어진 가이드 파이프(중공축)(8a)의 안에 역극성으로 착자된 한 쌍의 봉 형상 영구자석(8b)을 직렬로 나열하고, 그 N극의 자극면을 맞대어 삽입한 구조가 된다. 한편, 가동자(9)는, 조작 코일을 제 1의 조작 코일(9a-1)과 제 2의 조작 코일(9a-2)로 나누어 각 조작 코일이 직렬로 나열하도록 코일 감기 틀(보빈 : bobbin)(9b)에 감아 장착한 조립체가 되고, 코일 감기 틀(9b)을 상기한 가이드 파이프(8a)의 외주에 끼어 삽입하여 가이드 파이프(8a)의 축방향으로 슬라이드 이동 가능하게 안내 지지하고 있다. 또한, 가동자(9)의 축방향의 길이(L1)는 고정자(8)에 배치한 봉 형상 영구자석(8b)의 1개분의 길이(L2)에 개략 대응하고, 또한 제 1의 조작 코일(9a-1)과 제 2의 조작 코일(9a-2)은 코일의 권회수가 같으며, 코일 감기 틀(9b)을 그 길이 방향으로 2분 하도록 나누어서 감아 장착되어 있다.

또한, 도시한 실시예의 리모트 조작 장치(2)는, 상기한 전자 리니어 액추에이터의 2조를 좌우 대칭으로 나열하여 회로 차단기(1)의 핸들(1a)의 양측에 배치하고, 각 조의 가동자(9)를 일체로 상호 결합한 다음, 도 3에서 도시하는 바와 같이 가동자(9)의 코일 감기 틀(9b)의 하면측에 마련한 연결판(9c)을 통하여 회로 차단기(1)의 핸들(1a)에 결합 연결하고 있다. 또한, 연결판(9c)에는 핸들(1a)이 삽입되는 결합구멍이 형성되어 있다. 또한, 각 조의 고정자(8)는 가이드 파이프(8a)의 양단을 리모트 조작 장치(2)의 케이스(3)의 내부에 조립하고, 이 케이스(3)를 회로 차단기(1)의 커버의 윗면에 나사 고정하여 소정 위치에 고정하고 있다.

또한, 상기 케이스(3)의 윗면에는 창구멍(3a)을 개구한 다음, 전자 리니어 액추에이터의 가동자(9)에는 수동 핸들(7)(이 핸들은 도 7에 도시한 종래 장치에 구비한 수동 핸들(7)에 대응한다)을 마련하고, 상기 창구멍(3a)을 통과하여 핸들(1a)의 위치 확인 및 정전시에도 수동으로 핸들(1a)의 전환 조작이 행하여지도록 하고 있다.

다음에 상기 구성의 리모트 조작 장치(2)의 동작에 관해 설명한다. 회로 차단기(1)의 핸들(1a)을 ON, OFF, RESET 위치로 전환 조작하는 경우에는, 외부로부터의 지령으로 전자 리니어 액추에이터의 조작 코일에 다음의 기재와 같이 여자 전류를 통전한다.

우선, 회로 차단기의 핸들(1a)을 OFF로부터 ON 위치로 전환 조작하는 경우에는, 전자 리니어 액추에이터의 조작 코일에 통전하는 여자 전류를 도 4(a)에서 도시하는 방향으로 흘린다. 이로써, 제 1, 제 2의 조작 코일(9a-1, 9a-2)과 고정자(8)에 배치한 영구자석(8b)의 자계(도 12 참조)의 작용에 의해 생기는 화살표 방향의 전자 추력(F)을 받아서 가동자(9)가 ON측의 스트로크 엔드를 향하여 이동하고, 해당 가동자(9)에 연결한 회로 차단기의 핸들(1a)을 ON 위치로 전환한다. 또한, 핸들(1a)을 OFF 조작하는 경우에는, 상기와는 역으로 조작 코일(9a-1, 9a-2)에 통전하는 여자 전류를 도 4(b) 방향으로 반전시킨다. 이로써, 가동자(9)가 오른쪽 방향의 전자 추력(F)을 받아서 회로 차단기의 핸들(1a)을 OFF 위치로 구동한다. 또한, 회로 차단기의 트립 동작 후에 핸들(1a)을 RESET 조작하는 경우는 도 4(b)와 마찬가지이다.

여기서, 핸들 조작시에 고정자(8)에 따라 한쪽의 스트로크 엔드로부터 반대측의 스트로크 엔드로 이동하는 가동자(9)의 스트로크 전체 행정에서, 가동자(9)에 감아 장착한 제 1의 조작 코일(9a-1) 및 제 2의 조작 코일(9a-2)에 같은 크기의 여자 전류를 통전하면, 전자 리니어 액추에이터의 전자 추력은 도 5의 추력 특성도에 도시한 ON 추력 특성(A), OFF 추력 특성(A}과 같이 스트로크의 중앙 위치에서 전자 추력이 최대, 양단의 스트로크에 근접함에 따라 감소한다. 이 추력 특성은 도 13에 도시한 추력 특성과 개략 같은 패턴이다.

이에 대해, 가동자(9)에 감아 장착한 제 1, 제 2의 조작 코일(9a-1, 9a-2)중, 가동자(9)의 진행 방향(ON, OFF 방향)에 대해, 선행측의 코일(ON 조작에서는 제 1의 조작 코일(9a-1), OFF 조작에서는 제 2의 조작 코일(9a-2))을 비통전으로 하고, 후행측의 코일(ON 조작에서는 제 2의 조작 코일(9a-2), OFF 조작에서는 제 1의 조작 코일(9a-1))만에 상기한 여자 전류의 2배의 여자 전류를 통전하면, 전자 추력은 도 5에 도시한 ON 추력 특성(B), OFF 추력 특성(B)과 같이 된다. 또한, 여자 전류를 통전하는 조작 코일의 암페어 턴(Ampere turn)은, 추력 특성(A), 추력 특성(B)과 같다. 이 추력 특성(b)은, 이동 스트로크의 전반 행정에서 얻어지는 전자 추력이 추력 특성(A)보다도 작지만, 후반 행정으로 이동하면 역으로 추력 특성(B)이 추력 특성(A)을 상회하게 된다. 또한, 이 추력 특성(B)의 추이는, 도 12에 도시한 영구자석의 자계 분포와 여자 전류를 통전하는 조작 코일과의 상대적인 위치 관계로부터 용이하게 이해된다.

그래서, 상기한 전자 추력의 고찰 결과를 기초로, 본 발명에서는 회로 차단 기의 ON, OFF, RESET 조작시에 가동자(9)의 제 1, 제 2 조작 코일(9a-1, 9a-2)에 통전하는 여자 전류를 도 6에서 도시하는 바와 같은 패턴으로 제어한다. 즉, 가동자(9)의 이동 스트로크를 전반 행정과 후반 행정으로 나눈 다음, 스타트 위치로부터 스트로크의 중앙 위치까지의 전반 행정에서는 제 1의 조작 코일(9a-1), 및 제 2의 조작 코일(9a-2)에 같은 전류를 통전한다(페이즈(phase) 1). 이에 대해, 이동 스트로크의 중앙 위치로부터 반대측의 스트로크 엔드까지의 후반 행정에서는, 가동자(9)의 진행 방향(ON, OFF 방향)에 대해 선행측의 조작 코일(ON 조작에서는 제 1의 조작 코일(9a-1), OFF 조작에서는 제 2의 조작 코일(9a-2)을 비통전으로 하고, 후행측의 조작 코일(ON 조작에서는 제 2의 조작 코일(9a-2), OFF 조작에서는 제 1의 조작 코일(9a-1))에 상기 페이즈 1의 약 2배의 전류를 통전한다(페이즈 2). 또한, 이 여자 패턴 제어를 행하는 데는, 예를 들면 가동자(9)의 이동 경로에 따라 스트로크의 중앙 위치에 가동자(9)을 검지하는 마이크로 스위치를 배치하고, 이 마이크로 스위치의 동작 신호에 의해, 조작 코일의 여자 패턴을 페이즈 1로부터 페이즈 2에 전환하도록 한다.

상기한 바와 같이 가동자(9)의 이동 스트로크의 도중에서 페이즈 1과 페이즈 2의 여자 패턴을 조합시켜서 여자 제어함에 의해, 전자 리니어 액추에이터의 전자 추력 특성은 도 5의 도면 중에 굵은 쇄선으로 도시한 ON 추력 특성(C), OFF 추력 특성(C)과 같이 된다. 즉, 이동 스트로크의 전반 행정에서는 도면중의 추력 특성(A)에 따른 전자 추력이 얻어지고, 후반 행정에서는 전자 추력이 추력 특성(B)에 따라 증가한다. 또한, 페이즈 1과 페이즈 2의 여자 패턴으로 조작 코일에 통전하는 여자 전류의 소비 전력은 같다.

이로써, 전자 리니어 액추에이터의 추력 특성(C)을 도면중에 도시한 ON 부하, OFF 부하, RESET 부하의 각 반력 특성에 정합시켜서 회로 차단기의 핸들을 지장없이 전환 조작할 수 있다. 여기서, ON, OFF 조작의 전반 행정(페이즈 1)에서 얻어지는 전자 추력이 ON 부하, OFF 부하를 초과하도록, 제 1 및 제 2의 조작 코일(9a-1, 9a-2)에 동시 통전하는 여자 전류를 설정하면, 후반 행정의 페이즈 2에서는 같은 여자 전류라도 전자 추력이 페이즈 1보다도 더욱 증대하여 ON 부하, OFF 부하 및 RESET 부하의 최대 반력을 상회하게 된다. 이로써 스트로크의 모든 행정에서 조작 코일에 통전하는 여자 전류의 소비 전력을 낮게 억제하여 회로 차단기의 핸들을 확실하게 ONOFF, RESET 조작할 수 있다.

또한, 도시한 실시예와 같이 핸들(1a)을 끼우고 2조의 전자 리니어 액추에이터를 좌우 대칭으로 배치하고 그 가동자 끼리를 일체 결합함에 의해, 2조의 전자 리니어 액추에이터의 전자 추력을 합산하여 회로 차단기의 핸들(1a)을 구동할 수 있는 외에, 좌우에 나열하는 전자 리니어 액추에이터의 전자 추력을 핸들의 조작 방향에 따르고 치우침 없이 작용시켜서 가동자(9)가 고정자(8)에 대해 회동하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 정전시와 같이 조작 코일에 여자 전류를 통전할 수 없는 상태에서도, 전자 리니어 액추에이터의 가동자(9)에 마련한 수동 핸들(7)(도 2 참조)에 손을 걸어서 회로 차단기(1)의 핸들(1a)을 전환 조작할 수 있다. 게다가, 이 경우에 코어리스형의 가동자(9)는 영구자석(8b)의 영향을 받는 일이 없기 때문에, 여분의 힘을 가하지 않고서 핸들(1a)의 전환 조작을 편안하게 행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 관한 리모트 조작 장치의 구성도로서, (a)는 해당 전자 리니어 액추에이터를 회로 차단기의 핸들에 연결한 상태를 나타내는 도, (b)는 (a)에 있어서의 전자 리니어 액추에이터의 구조도.

도 2는 도 1의 리모트 조작 장치에 케이스를 씌운 조립 상태를 도시하는 외관도.

도 3은 도 2에서 리모트 조작 장치의 케이스를 벋긴 상태의 측면도.

도 4는 도 1(b)에 도시한 전자 리니어 액추에이터의 기본 동작의 설명도로서, (a), (b)는 각각 ON 조작, 및 OFF, RESET 조작에 대응한 조작 코일의 여자 상태를 도시하는 도면.

도 5는 본 발명의 실시예에 의한 리모트 조작 장치의 추력/부하 특성도.

도 6은 도 1(b)의 조작 코일에 통전하는 여자 전류의 제어 패턴을 도시하는 도면.

도 7은 종래에 있어서의 리모트 조작 장치의 구성도로서, (a)는 회로 차단기에 리모트 조작 장치를 장착한 상태의 측시 단면도, (b)는 리모트 조작 장치의 상면도.

도 8은 도 7의 리모트 조작 장치에 탑재한 전자 리니어 액추에이터의 구성도.

도 9는 종래에 있어서 코어리스 방식의 리모트 조작 장치의 구성도.

도 10은 도 9에 있어서의 전자 리니어 액추에이터의 모식 구조도.

도 11은 도 10의 전자 리니어 액추에이터의 동작 설명도로서, (a), (b)는 각각 ON 조작 및 OFF, RESET 조작에 대응한 조작 코일의 여자 상태를 도시하는 도면.

도 12는 도 10의 전자 리니어 액추에이터에 있어서의 영구자석의 자계 분포도.

도 13은 도 9에 도시한 전자 리니어 액추에이터의 추력/부하 특성도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1 : 회로 차단기

1a : 핸들

2 : 리모트 조작 장치

8 : 전자 리니어 액추에이터의 고정자

8a : 가이드 파이프

8b : 봉 형상 영구자석

9 : 전자 리니어 액추에이터의 가동자

9a-1 : 제 1의 조작 코일

9a-2 : 제 2의 조작 코일

9b : 코일 감기 틀

Claims (5)

1. 로커식 핸들을 구비한 회로 차단기에 장착하여 상기 핸들을 ON, OFF, RESET 위치로 전환 조작하는 회로 차단기의 리모트 조작 장치로서, 해당 리모트 조작 장치는 전자 리니어 액추에이터를 구비하고, 해당 전자 리니어 액추에이터의 가동자를 상기 핸들에 연결하여 핸들을 전환 조작하도록 한 것에 있어서,

   상기 전자 리니어 액추에이터가, 서로 역극성으로 착자된 한 쌍의 영구자석을 직렬로 늘어놓아 가동자 안내용의 가이드 파이프에 내장한 고정자와, 직렬로 나열하는 제 1 및 제 2의 코일로 이루어지는 조작 코일을 상기 가이드 파이프의 외주에 끼어 삽입하여 이동 가능하게 안내 지지한 가동자로 이루어지고,

   상기 가동자를 회로 차단기의 핸들에 연결한 다음, ON, OFF, RESET 조작시에 상기 조작 코일의 제 1, 제 2 코일에 통전하는 여자 전류 및 전류 방향을 선택적으로 전환하여 핸들을 전환 조작하는 것을 특징으로 하는 회로 차단기의 리모트 조작 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   핸들의 ON, OFF, RESET 조작시에, 가동자의 이동 스트로크의 전반 행정에서 제 1 및 제 2의 코일에 같은 방향의 여자 전류를 동시 통전하고, 후반 행정에서는 가동자의 구동 방향에 대한 선행측 코일을 비여자로 하여, 후행측 코일에 여자 전류를 통전하는 것을 특징으로 하는 회로 차단기의 리모트 조작 장치.
3. 제 2항에 있어서,

   가동자의 이동 스트로크의 후반 행정에서 후행측 코일에 통전하는 여자 전류를, 전반 행정에서 통전하는 여자 전류의 약 2배로 설정한 것을 특징으로 하는 회로 차단기의 리모트 조작 장치.
4. 제 1항에 있어서,

   영구자석을 내장한 고정자의 가이드 파이프를 회로 차단기의 핸들의 측방에 부설하고, 해당 가이드 파이프의 외주에 끼어 삽입하여 슬라이드 가능하게 안내 지지한 가동자를 회로 차단기의 핸들에 결합 연결한 것을 특징으로 하는 회로 차단기의 리모트 조작 장치.
5. 제 4항에 있어서,

   회로 차단기의 핸들을 끼우고 그 좌우 양측에 2조의 전자 리니어 액추에이터를 병치(竝置) 배치하고, 또한 각 조의 전자 리니어 액추에이터의 가동자를 일체 결합한 상태에서 핸들에 결합 연결한 것을 특징으로 하는 회로 차단기의 리모트 조작 장치.

Images