KR20120039207A - 밀봉 접점의 제조방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기밀공간에 소호가스를 주입하여 밀봉하는 전자개폐기장치에 관한 것으로, 가동접점 및 이동접점이 배치되는 소호부의 기밀 공간 내에 벤트를 형성하여 소호가스를 주입하고 상기 벤트를 밀봉하는 밀봉 접점 구조를 제조하는 방법을 포함하여, 공간을 밀봉하여 제품의 단가를 낮추고, 밀봉의 신뢰성을 높일 수 있는 방법을 제공할 수 있다.

Description

밀봉 접점의 제조방법 및 장치{Apparatus and Manufacturing method of Sealed contactor}
본 발명은 전자개폐장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자개폐장치의 기밀공간에 소호가스를 주입하여 밀봉하는 전자개폐장치에 관한 것이다.
직류전력을 개폐하는 전자개폐장치는 하이브리드(Hybrid) 자동차, 연료전지 자동차, 골프 카트 및 전동 지게차와 같은 전기 자동차에 있어서, 축전지와 직류 전력 변환장치 사이에 설치되어 축전지로부터의 직류전력을 직류 전력변환장치에 공급 또는 차단하는 기능을 수행한다.
또한, 직류전력을 개폐하는 전자개폐장치는, 태양광 발전 시스템과 풍력발전 시스템 등 친환경 발전 시스템에 있어서, 직류 발전기와 질류 발전 전력을 상용 주파수와 전압의 교류전력으로 변환하는 인버터의 사이에 설치되어, 직류 발전 전력을 인버터에 공급 또는 차단하는 기능을 수행하기도 한다.
전자개폐장치는, 고정접점 및 가동접점을 구비하고 접점의 개폐 제어가 가능하게 가동접접을 구동시키는 액추에이터(Actuator)를 포함하여 구성될 수 있다.
특히, 전기 자동차에 사용되는 직류전력을 개폐하는 전자개폐장치는, 가동접점이 고정접점으로부터 순간적으로 이탈되는 경우, 즉 접점이 오프(off)시 아크(arc)가 발생될 수 있고 아크를 신속하게 소호하기 위해 접점이 배치된 공간은 기밀공간을 구성하고 기밀공간 내에는 소호가스로 채워져야 한다.
소호가스는 일정 수준 이상의 전자부품으로서의 수명을 유지하고 신뢰성있는 기능유지를 위해, 기밀공간 내에 일정 수준 이상 유지될 필요가 있으며 이를 위해 소호가스 밀봉을 위한 기술을 필요로 하게 되었다.
본 발명은 전자개폐장치의 접점의 오프시 발생하는 아크를 소호하기 위한 소호가스를 담을 수 있는 공간을 밀봉할 수 있는 전자개폐장치의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 전자개폐장치의 기밀공간 생성시 부재료를 사용하지 않고 공간을 밀봉할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 밀봉 접점의 제조장치는 기밀공간을 형성하고, 밀봉구조를 구비하는 결합체가 삽입되고 가스펌프를 통해 소호가스 분위기를 형성하여 상기 결합체에 구비된 밀봉구조 내에 소호가스가 주입되도록 하며, 상기 기밀공간 내에 설치된 지그를 이용하여 상기 결합체에 형성된 벤트에 접합부재를 밀착하여 접합되도록 하는 챔버를 포함한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 밀봉 접점의 제조방법은 고정 접점과 가동 접점이 배치되는 기밀 공간을 형성하는 하우징과 플레이트를 결합하고, 가동 접점을 구동시키는 코어를 배치한 공간을 형성하는 실린더를 결합하여 밀봉구조를 구비하는 결합체를 형성하는 단계, 플레이트의 일부분에 소호가스의 급배기를 위한 벤트를 형성하는 단계, 벤트가 형성된 결합체를 챔버 내에 배치하고 챔버를 수소(H2) 분위기로 형성하는 단계 및 챔버 내에서 결합체에 형성된 벤트를 용접하여 결합체를 밀봉하는 단계를 포함한다.
또한, 결합체를 형성하는 단계는 세라믹 재질의 하우징, 하우징을 고정하는 금속 재질의 연결체, 연결체의 하부에 평면 플레이트 및 평면 플레이트의 하부에 실린더를 결합하여 밀봉구조를 형성한다.
또한, 벤트를 형성하는 단계는 플레이트의 실린더측 방향으로 외부로 돌출된 벤트를 형성한다.
또한, 챔버를 수소 분위기로 형성하는 단계는 실린더에 벤트가 형성된 결합체를 챔버에 넣고, 진공상태의 챔버에 수소 가스를 일정 압력으로 주입한다.
또한, 결합체를 밀봉하는 단계는 수소 분위기의 챔버 내에서 플레이트에 형성된 벤트를 변형하고, 변형된 벤트를 용접한다.
또한, 결합체를 밀봉하는 단계는 변형된 벤트를 프로젝션(projecton) 용접 또는 레이저(laser) 용접하여 결합체를 밀봉한다.
본 발명은 전자개폐장치의 접점의 오프시 발생하는 아크를 소호하기 위한 소호가스를 담을 수 있는 공간을 밀봉할 수 있는 전자개폐장치를 얻을 수 있다.
본 발명은 전자개폐장치의 기밀공간 생성시 부재료를 사용하지 않고 공간을 밀봉하여 제품의 단가를 낮추고, 밀봉의 신뢰성을 높일 수 있는 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전자개폐장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전자개폐장치의 개폐상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전자개폐장치의 소호가스가 주입되는 기밀공간을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 밀봉 접점의 제조구조를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전자개폐장치를 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 전자개폐장치(100)는 소호부(110)와 구동부(120)를 포함하여 구성된다.
소호부(110)는 고정접점(111) 및 가동접점(112)을 구비하여, 전자개폐장치(100)와 연결된 외부 장치에 대한 스위칭이 이루어지도록 접점의 개폐구조를 포함한다.
구동부(120)는 전기적 신호를 이용하여 접점의 개폐를 제어가 가능하도록 하는 액추에이터를 포함한다. 전자개폐장치(100)는 통상적으로 액추에이터를 통한 구동부(120)의 상하운동으로 전자개폐장치(100)와 연결된 외부 장치를 스위칭한다.
구동부(120)는 전기적 신호에 의한 자기력을 발생시켜 접점의 구동력을 생성하는 여자용 코일(121), 여자용 코일(121)의 내부에 고정되어 배치된 고정철심(122), 고정철심(122)에 맞대어지도록 배치된 가동철심(123)를 갖는다.
여자용 코일(121)과 고정철심(122) 및 가동철심(123) 사이에는 여자용 코일(121)이 권장되는 코일보빈(124)이 구비되며, 코일보빈(124)의 축방향을 따라 상하방향으로 고정철심(122) 및 가동철심(123)이 배치된다. 고정철심(122)과 가동철심(123)은 여자용 코일(121)에 의하여 발생하는 자속(磁束, )을 통과시키는 자로(磁路, magnetic path)를 형성한다. 여자용 코일(121)에 의하여 발생하는 자속에 의해 가동철심(123)이 상하방향으로 운동하는 구동력을 갖는다.
코일보빈(124)과 고정철심(122) 및 가동철심(123) 사이에는 비자성재료로 이루어지며, 소호부(110) 측의 면이 개구되고 타측면의 바닥이 막혀있는 원통형으로 형성되는 플런져 캡 또는 실린더(125)를 구비한다.
플런져 캡 또는 실린더(125)는 고정철심(122) 및 가동철심(123)이 수납되는 용기와 같은 형태를 가지며, 고정철심(122) 및 가동철심(123) 각각의 외경은 플런져 캡(125) 내의 내경과 동일한 정도의 지름을 갖는 원통형으로 형성된다. 가동철심(123)은 플런져 캡(125)의 축방향으로 이동 가능하다.
가동철심(123)의 이동범위는 고정철심(122)에 접합하는 접합 위치와 플런져 캡(125)의 타측면의 바닥면과 떨어지는 초기 위치와의 사이로 결정된다. 가동철심(123)이 고정철심(122)과 접합하는 접합력은 여자용 코일(121)에 의한 코일 스프링에 의해 제공되며, 가동철심(123)이 초기 위치에 복귀하는 방향의 용수철력은 복귀스프링(126)에 의해 제공된다.
구동부(120)의 중앙부에는 고정철심(122)이 끼워 관통시켜지는 삽통 구멍(127)이 설치되어 있고, 고정철심(122)은 삽통 구멍(127)에 끼워 관통시켜지는 상태로 구동부(120)에 고정된다.
구동부(120)의 중앙부에는 고정철심(122)에 대하여 접근 및 이격되는 가동철심(123)이 구비된다. 중앙부의 코어보빈(124) 내측에는 가동철심((123)의 이동을 안내하는 가이드가 구비될 수 있다.
또한, 고정철심(122) 및 가동철심(123)의 중앙부에는 축방향으로 소호부(110) 및 구동부(120)를 관통하여 연결되는 샤프트(130)가 설치되는 관통구(128)를 갖는다. 관통구(128)를 통하여 샤프트(130)가 축방향으로 관통하여 형성되어 있으며, 샤프트(130)는 상단에 가동접점(112)이, 하단에는 가동철심(123)이 결합되어 가동철심(123)의 상하운동을 가동접점(112)에 전달한다.
하부가 개구되어 있는 상자 모양으로 형성되는 하우징(114)이 구동부(120)의 상방에 얹어진 형태로 설치되고, 하우징(114)의 상부에는 단자 구멍이 구비되고 단자 구멍을 통하여 고정접점(111) 및 고정단자(115)가 삽입된다.
하우징(114) 내부에는 고정접점(111) 하단에 샤프트(130)와 결합되고 스위칭을 위한 고정접점(111)과의 접촉 및 분리를 수행하는 공간을 갖는 가동접점(112)이 배치된다.
가동접점(112)의 하부에는 가동접점(112)이 고정접점(111)과 접촉될 때 탄성력을 갖도록 하는 접압스프링(113)이 구비된다. 접압스프링(113)을 통해, 가동접점(112)은 고정접점(111)과 일정 이상의 압력으로 접촉상태를 유지할 수 있게 된다. 또한, 접압스프링(113)은 가동접점(112)이 고정접점(111)과 분리될 때 가동철심(123) 및 샤프트(130)의 이동 속도를 저감시켜 가동철심(123)이 플런져 캡(125)과 접촉시 충격력을 완화하여 소음, 진동 발생을 억제할 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전자개폐장치의 개폐상태를 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 도 2의 (a)는 전자개폐장치의 닫힘상태를, (b)는 전자개폐장치의 열림상태를 나타낸다.
도 1에서 상술된 구조에 의하면, 여자용 코일(121)의 통전시, 여자용 코일(121) 주변에서 자속이 발생한다. 이러한 자속에 의해 고정철심(122)과 가동철심(123)이 서로 다른 극성이 되고, 가동철심(123)은 고정철심(122)에 흡인되어 가동철심(123)과 고정철심(122)은 서로 접촉한다. 이처럼 가동철심(123)이 고정철심(122)과 접합위치에 있는 때에는 고정접점(111)과 가동접점(112)이 접촉된다. 고정접점(111)과 가동접점(112)이 접촉되면 외부장치에 전력을 공급하게 되며, 이러한 상태가 도 2의 (a)의 닫힘상태이다.
또한, 여자용 코일(121)의 단락시, 여자용 코일(121)의 자기력 발생이 중지되고 가동철심(123)의 구동력이 상실되어 가동철심(123)은 복귀스프링(126)의 탄성력에 의해 초기위치로 복귀된다. 가동철심(123)이 초기위치로 복귀됨과 동시에 샤프트(130)가 이동되고, 가동접점(112)은 고정접점(111)으로부터 분리된다.
이때, 복귀스프링(126)은 고정철심(122)에 설치된 스프링 수납홈(201)안에 수납되어 설치되고, 가동철심(123)이 도 2의 (a)의 닫힘상태(접합 위치에 이동한 때)에는 복귀스프링(126)이 압축되고 복귀스프링(126) 전체가 스프링 수납홈(201) 안에 수납되기 때문에, 복귀스프링(126)이 가동철심(123)이 고정철심(122)의 결합에 방해가 되지 않는다. 가동철심(123)이 초기위치로 복귀하면 외부장치에 전력공급이 중단되며, 이러한 상태가 도 2의 (b)의 열림상태이다.
전자개폐장치는 이러한 도 2의 (a)의 닫힘상태 및 도 2의 (b)의 열림상태가 반복적으로 수행됨으로써 외부장치를 스위칭하게 된다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전자개폐장치의 소호가스가 주입되는 기밀공간을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 전자개폐장치의 소호부(110)와 고정철심(122) 및 가동철심(123)은 기밀 공간에 수납되도록, 하우징(114)과 연결체(301), 상판(302) 및 플런져 캡(125)을 설치하고 기밀 접합하여 하우징(114), 연결체(301) 및 플런져 캡(125)로 둘러싸인 공간을 기밀 공간으로 형성한다.
하우징(114)은, 세라믹(ceramic) 등과 같은 내열성 재료로 상자 모양으로 형성된다. 하우징(114)의 하부에는 개구(310)가 형성되어 있다. 또한 하우징(114)의 상부(320)에는 2개의 단자 구멍(321, 322)이 형성되어 있다.
연결체(301)는 금속 재료 등으로 형성되어 하우징(114)의 개구(310)와 기밀 접합되어 연결체(301)의 하부에 개구부(330)를 형성하고, 용접 등의 접합 방법을 통하여 연결체(301)의 개구부(330)와 상판(302)이 기밀 접합하게 된다.
하우징(114)은 연결체(301) 및 상판(302)이 기밀 접합되는 것에 의해 고정접점(111) 및 가동접점(112)을 수용하는 기밀 공간(340)을 형성한다. 기밀 공간(340)에는 수소를 주성분으로 하는 절연성 가스가 밀봉되어 있다.
기밀 공간(340) 내에 각 고정 단자(350)는 동계(銅系) 재료 등의 도전체로 원통형으로 형성되고, 하단에 고정접점을 구비하고 상단에 외부장치가 연결될 수 있도록 차양부를 구비한다. 가동 접촉자(360)는 동계 재료 등의 도전체로 평판상에 형성되고 상부면에 가동접점이 형성된다. 가동접점은 가동 접촉자(360)에 일체로 형성된다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 밀봉 접점 제조구조를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 접점의 밀봉 구조는 세라믹 재질 등으로 제작된 하우징(403)과 연결체(404) 및 플레이트(405)를 결합한 공간 내에 고정접점(401)과 이동접점(402)이 배치된다.
가동접점(402)은 샤프트(410)와 연결되어 있고, 샤프트(410)는 연결체(404)와 플레이트(405)를 관통하여 플레이트(405) 하부에 고정된 고정철심(420)을 통과하여 이동철심(430)과 결합되어 있다.
실린더(440)는 플레이트(405) 하부에 결합된 고정철심(420)과 이동철심(430)을 수용하고, 플레이트(405)와 결합되어 고정된다.
결과적으로, 하우징(403), 연결체(404), 플레이트(405) 및 실린더(440)가 결합되어 밀봉 구조(결합체)를 형성한다.
이러한 밀봉 구조의 플레이트(405)의 일 부분에 급배기용 벤트(406)가 형성된 상태에서 진공챔버(400) 안에 삽입된다. 급배기용 벤트(406)는 실린더측 방향으로 하부에 벤트(406)를 형성할 수 있다.
이러한 상태에서 진공챔버(400) 안에 가스펌프(450)를 이용하여 절연성 가스를 주입한다. 절연성 가스는 수소(H2) 가스가 주로 이용되며, 수소(H2)와 질소(N2)의 혼합가스 등을 이용할 수 있다. 절연성 가스는 결합체의 내부의 공간 내에 주입되기 쉽도록 일정 압력(통상 2기압 정도) 이상으로 주입될 수 있으며, 챔버(400) 내에 절연성 가스가 주입되기 전에 진공 배기를 수행할 수도 있으며, 혼합가스를 이용할 경우 혼합된 가스를 챔버(400) 내에 주입하거나 각각의 가스를 순차적으로 주입하여 혼합가스가 챔버(400) 내에 주입되도록 할 수 있다.
챔버(400) 안이 절연성 가스 분위기가 형성되면, 플레이트(405)의 급배기용 벤트(406)를 통하여 절연성 가스가 급기되어 결합체의 공간 내에 절연성 가스가 주입된다.
결합체의 내부 공간에 절연성 가스가 주입될 정도의 일정 시간이 흐른 후에 플레이트(405)에 형성된 벤트(406) 부분을 접합하여 결합체를 밀봉한다. 결합체를 밀봉할 경우, 상기 챔버 내에 설치된 지그를 이용하여 벤트(406)를 접합하는 접합부재를 벤트(406) 부분에 밀착시키고, 벤트(406)에 밀착된 접합부재를 프로젝션(projection) 용접 등을 통하여 기밀 용접을 수행한다. 즉, 벤트(406) 주위에 접합부재를 용융시키고 틈을 기밀 용접하여 결합체를 밀봉 포장한다.
기밀 공간 내에 절연성 가스가 채워지고, 밀봉 포장된 결합체에 전기 액추에이터가 포함된 구동부를 결합하여 전자개폐장치를 완성한다. 이러한 전자개폐장치는 직류전류를 공급 또는 차단하는 기능을 수행하는 직류 전력변환장치로 이용될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허 청구범위에 기재된 내용과 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.
400 챔버
401 고정접점
402 가동접점
403 하우징
404 연결체
405 플레이트
406 급배기용 벤트
407 벤트 접합부재 밀착용 지그
410 샤프트
420 고정철심
430 이동철심
440 실린더
450 가스펌프

Claims (6)

  1. 기밀공간을 형성하고,
    밀봉구조를 구비하는 결합체가 삽입되고 가스펌프를 통해 소호가스 분위기를 형성하여 상기 결합체에 구비된 밀봉구조 내에 소호가스가 주입되도록 하며,
    상기 기밀공간 내에 설치된 지그를 이용하여 상기 결합체에 형성된 벤트에 접합부재를 밀착하여 접합되도록 하는 챔버;
    를 포함하는 밀봉접점의 제조장치.
  2. 고정 접점과 가동 접점이 배치되는 기밀 공간을 형성하는 하우징과 플레이트를 결합하고, 상기 가동 접점을 구동시키는 코어를 배치한 공간을 형성하는 실린더를 결합하여 밀봉구조를 구비하는 결합체를 형성하는 단계;
    상기 플레이트의 일부분에 소호가스의 급배기를 위한 벤트를 형성하는 단계;
    상기 벤트가 형성된 결합체를 챔버 내에 배치하고 상기 챔버를 수소(H2) 분위기로 형성하는 단계; 및
    상기 챔버 내에 형성된 지그를 통해 상기 벤트를 밀봉하기 위한 접합부재를 밀착하여 상기 결합체를 밀봉하는 단계;를 포함하는 밀봉 접점의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 결합체를 형성하는 단계는
    상기 세라믹 재질의 하우징, 상기 하우징을 고정하는 금속 재질의 연결체, 상기 연결체의 하부에 평면 플레이트 및 상기 평면 플레이트의 하부에 실린더를 결합하여 밀봉구조를 형성하는 밀봉 접점의 제조방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 벤트를 형성하는 단계는
    상기 플레이트에, 상기 챔버 내에 형성된 지그를 통해 접합부재가 밀착되는 위치에 실린더측 방향으로 벤트를 형성하는 밀봉 접점의 제조방법.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 챔버를 수소 분위기로 형성하는 단계는
    상기 실린더에 벤트가 형성된 결합체를 상기 챔버에 넣고, 진공상태의 챔버에 수소 가스를 일정 압력으로 주입하는 밀봉 접점의 제조방법.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 결합체를 밀봉하는 단계는
    상기 수소 분위기의 챔버 내에서, 상기 플레이트에 형성된 벤트에 상기 챔버에 형성된 지그를 통해 접합부재를 밀착시키고 프로젝션(projection) 용접하는 밀봉 접점의 제조방법.
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