KR101923697B1 - 전기 스위칭 디바이스, 특히 진공 스위칭 튜브를 위한 커플링 엘리먼트 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 전기 스위칭 디바이스, 특히 진공 스위칭 튜브를 위한 커플링 엘리먼트에 관한 것으로, 커플링 엘리먼트(10)는 제 2 스위치 접촉부(2)에 의한 전기 접촉의 개방 및 폐쇄를 위한 제 1 스위칭 접촉부(1)를 포함한다. 본 발명에 따른 커플링 엘리먼트(10)는 하부 단부(301) 및 상부 단부(302)를 갖는 장타원형 와인딩 바디(3)를 갖고, 하부 단부(301) 및 상부 단부(302)는 장타원형 와인딩 바디(3)의 길이방향 축의 길이방향에서 대향하고, 제 1 스위치 접촉부(1)는 일 단부 상에 배열된다. 커플링 엘리먼트(10)는 회전 바디(4)를 더 포함하고, 회전 바디(4)를 통해 와인딩 바디(3)가 연장되고, 회전 바디(4)는 드라이브에 의한 회전 운동을 수행하기 위해 드라이브에 커플링하도록 제공되고, 회전 바디(4)는 2개의 측들(404, 405)을 포함하고, 2개의 측들(404, 405) 중 일 측은 와인딩 바디(3)의 일 단부(301)를 향하고, 그리고 다른 측은 와인딩 바디(3)의 다른 단부(302)를 향한다. 회전 바디(4)는 와인딩 바디(3) 상에 회전가능하게 장착되고, 그리고 와인딩 바디(3)가 와인딩 바디(3)의 길이방향 축을 중심으로 회전가능하지 않지만, 와인딩 바디(3)의 길이방향으로 회전 바디(4)에 대해 이동될 수 있도록, 와인딩 바디(3)가 선형 방식으로 안내된다. 제 2 스위치 접촉부(2)에 의한 제 1 스위치 접촉부(1)의 전기 접촉을 개방 및 폐쇄하기 위해, 회전 바디(4)의 반대 회전 운동들을 통해, 와인딩 바디(3) 상에서의 와이어(들)(6, 6')의 와인딩 및 언와인딩이 유발되고 그리고 결과적으로 와인딩 바디(3)가 와인딩 바디(3)의 길이방향으로 회전 바디(4)에 대해 이동되도록, 회전 바디의 일 측 또는 양 측들(404, 405) 상에서, 복수의 와이어들(6, 6')이 회전 바디(4)와 와인딩 바디(3) 사이에 배열된다.
Description
본 발명은 전기 스위칭 디바이스(electric switching device), 특히 진공 스위칭 튜브(vacuum switching tube)를 위한 커플링 엘리먼트(coupling element)에 관한 것이다.
전기 스위칭 디바이스들은 전기 스위칭 접촉부들의 개방 및 폐쇄를 위해 저전압, 중간-전압 및 고전압 범위에서 사용된다. 진공 스위칭 튜브들이 종종 여기서 이용되는데, 전기 스위칭 접촉부들이 진공 내에 배열됨으로써, 높은 절연성 내력(high dielectric withstand)의 달성이 가능하게 된다. 이상적으로는, 전기 스위칭 디바이스들은 단순하고 컴팩트(compact)한 설계를 가져야 한다. 그러나, 이 목적은, 전기 스위칭 디바이스들의 스위칭 접촉부들의 운동(movement)에서 수반되는 복잡한 운동학(complex kinematics)에 반한다.
스위칭 접촉부들이 전기 스위치기어(electric switchgear), 특히 진공 스위칭 튜브들에서 작동될 수 있게 하는 상이한 변형들이 종래 기술로부터 알려져 있다. 예컨대 EP2312606B1은 튜브와 동일한 하우징(housing) 내의 자기 드라이브(magnetic drive)의 사용을 설명한다. 더 오래된 시스템(system)들(예컨대, ABB에 의해 생산된 VM1 시스템)이 종종 드라이브와 진공 스위칭 튜브 사이에 레버 전달 시스템(lever transmission system)을 이용하는 반면에, 예컨대 CN201788887U 또는 CN202159623U와 같은 더 최근의 문헌들은 액추에이터(actuator)와 진공 스위칭 튜브 사이의 직접적 드라이브(direct drive), 즉, 직접적이고 결과적으로는 컴팩트한 연결을 제안한다.
유사한 어레인지먼트(arrangement)가 소위 "리클로저(recloser)들"에서 제공되며, 여기서 진공 스위칭 튜브는 마찬가지로 자기 드라이브를 통한 직접적 드라이브에 의해 드라이빙된다(driven)(예컨대, EP0580285A2 또는 CN2350863Y와 비교).
마지막으로, DE10238950B4는, 드라이브가 스위칭 튜브의 진공 구역 내에 하우징되지(housed) 않는 정도까지, 진공 스위칭 튜브와 드라이브가 결합되는 어레인지먼트를 설명한다. 드라이브가 중간-전압 전기 전위로 유지되고, 그에 따라 드라이브와 스위칭 튜브 사이의 전기 절연이 생략될 수 있다는 것이 DE10238950B4에 추가로 설명되어 있다.
본 발명의 목적은, 스위칭 디바이스의 드라이브의 회전 운동(rotary movement)을 간단하고 유연하게 스위칭 접촉부들의 선형 운동(linear movement)으로 변환할 수 있는 전기 스위칭 디바이스를 위한 커플링 엘리먼트의 개시이다.
이 목적은 청구항 제1항에서 개시되는 특징들을 갖는 커플링 엘리먼트에 의해 실현된다. 본 발명의 바람직한 추가의 전개들은 관련된 종속 청구항들, 아래의 설명 및 도면들에서 개시된다.
본 발명에 따른 커플링 엘리먼트는, 바람직한 변형에서 진공 스위칭 튜브인 전기 스위칭 디바이스를 위해 의도된다. 그러나, 커플링 엘리먼트는 또한, 다른 전기 스위칭 디바이스들에서 저전압, 중간-전압 또는 고전압 범위에서 이용될 수 있다. 커플링 엘리먼트는 제 2 스위칭 접촉부와의 전기 접촉의 개방 및 폐쇄를 위한 제 1 스위칭 접촉부를 갖는다.
본 발명에 따른 커플링 엘리먼트는 장타원형 와인딩 바디(oblong winding body)를 제공하고, 장타원형 와인딩 바디는 장타원형 와인딩 바디의 길이방향 축의 길이방향에서 대향하여 배열되는 2개의 단부들을 갖고, 제 1 스위칭 접촉부가 일 단부에 배열된다. 커플링 엘리먼트는 회전 바디(rotation body)를 더 포함하며, 회전 바디를 통해 와인딩 바디가 연장되고, 회전 바디는 드라이브에 의한 회전 운동을 실행하기 위해 드라이브에 커플링하도록 제공된다. 회전 바디는 2개의 측들을 포함하고, 2개의 측들 중 일 측은 와인딩 바디의 일 단부를 향하고, 다른 측은 와인딩 바디의 다른 단부를 향한다. 회전 바디는 와인딩 바디 상에 회전가능하게 장착되며, 와인딩 바디가 와인딩 바디의 길이방향 축을 중심으로 회전가능하지 않지만 와인딩 바디의 길이방향으로 회전 바디에 대해 이동될 수 있도록, 와인딩 바디가 선형 방식으로 안내된다.
본 발명에 따른 와인딩 바디에서, 제 1 스위칭 접촉부와 제 2 스위칭 접촉부의 전기 접촉을 개방 및 폐쇄하기 위해, 회전 바디의 반대 회전 운동들에 의해 와인딩 바디에 대한 와이어(wire)(들)의 와인딩(winding) 및 언와인딩(unwinding)이 유발되고 그리고 결과적으로 와인딩 바디가 와인딩 바디의 길이방향으로 회전 바디에 대해 이동되도록, 회전 바디의 일 측 또는 양 측들 상에서, 각각의 경우의 복수의 가요성 와이어(flexible wire)들(즉, 적어도 하나의 와이어), 특히 복수의 와이어들이 회전 바디와 와인딩 바디 사이에 배열되거나 또는 팽팽해진다(tautened).
본 발명에 따른 커플링 엘리먼트는 드라이브에 의해 발생된 회전 운동을 간단하고 효율적인 방식으로, 스위칭 접촉부들의 개방 또는 폐쇄 운동들로 변환한다. 와이어들이 와인딩되고(wound) 그리고 언와인딩되는(unwound) 와인딩 바디의 적절한 설계에 의해, 제 1 스위칭 접촉부의 운동의 운동학이 유연한 방식으로, 요구되는 상황들에 적응될 수 있다.
바람직한 변형에서, 회전 바디는 디스크-형상 바디(disk-shaped body)이고, 회전 바디의 양 측들은 원형이고, 와인딩 바디는 바람직하게 디스크-형상 바디의 중심을 통해 연장된다. 그에 따라, 커플링 엘리먼트의 컴팩트한 설계가 달성된다. 본 발명의 실시예의 일 형태에서, 디스크-형상 바디는 단일 디스크(disk)를 포함하지만, 적용가능한 경우, 와인딩 바디의 길이방향으로 순차적으로 배열되고 상호 이격되는 복수의 디스크들을 또한 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 커플링 엘리먼트의 추가의 그리고 특히 바람직한 변형에서, 회전 바디의 일 측 또는 양 측들 상에서, 각각의 측 상에 배열되는 와이어(들)는 각각의 경우에서 일 단부가 회전 바디에, 특히 회전 바디의 에지(edge)에 부착되고, 그리고 다른 단부가 와인딩 바디에 부착되며, 와인딩 바디에 대한 부착은 바람직하게 회전 바디의 각각의 측을 향하는 와인딩 바디의 단부에 배열된다. 이러한 변형에 따르면, 와인딩 바디의 선형 운동으로의 회전 바디의 회전 운동의 효율적인 변환이 달성된다. 여기와 아래 모두에서, 복수의 와이어들이 일 측 상에만 제공되는 경우, "각각의 측"이라는 용어는 또한 단일 측을 포함한다.
본 발명에 따른 커플링 엘리먼트의 추가의 구성에서, 회전 바디의 일 측 또는 양 측들 상에서, 각각의 측 상에 배열되는 와이어들은 오버헤드 뷰(overhead view)에서, 회전 바디의 각각의 측 상에서 와인딩 바디를 중심으로 대칭적으로 포지셔닝된다(positioned). 이러한 어레인지먼트에 의해, 리프팅 운동(lifting movement)으로의 회전 운동의 균일한 변환이 달성된다. "대칭적"이라는 용어는, 오버헤드 뷰에서, 각각의 측 상의 인접한 와이어들 사이의 각도가 동일한 크기를 갖는다는 것을 의미한다.
추가의 변형에서, 회전 바디의 일 측 또는 양 측들 상에서, 각각의 측 상에 배열되는 와이어들은 와이어들의 하나 또는 그 초과의 쌍들로 구성되고, 각각의 쌍의 와이어들은 회전 바디의 각각의 측의 오버헤드 뷰에서, 와인딩 바디의 길이방향 축을 중심으로 180°의 각도만큼 오프셋(offset)된다. 그에 따라, 커플링 엘리먼트의 단순한 설계가 달성된다.
추가의 그리고 특히 바람직한 형태의 실시예에서, 회전 바디의 양 측들 상에서, 일 방향으로의 회전 바디의 회전 운동 시에 와이어들이 일 측 상으로 와인딩되고 그리고 다른 측으로부터 언와인딩되고, 그리고 다른 방향으로의 회전 바디의 회전 운동 시에 와이어들이 일 측으로부터 언와인딩되고 그리고 다른 측 상으로 와인딩되도록, 와이어들이 배열된다. 이러한 어레인지먼트에 의해, 스위칭 접촉부들의 개방 및 폐쇄 둘 모두에 대한 운동학이 간단한 방식으로 달성될 수 있다.
요건들에 따르면, 커플링 엘리먼트 상의 와인딩 바디는 상이한 설계를 가질 수 있다. 일반적으로, 와인딩 바디는 원형 단면을 갖는다. 와인딩 바디는 예컨대, 균일한 원형 단면의 원통형 바(cylindrical bar)일 수 있어서, 제 1 스위칭 접촉부의 운동의 일정한 속도가 달성된다. 그러나, 원형 단면의 직경이 와인딩 바디의 길이방향에서 균일할 필요는 없다.
제 1 스위칭 접촉부의 운동의 운동학을 변화시키기 위해, 본 발명의 추가의 변형에서, 와인딩 바디는, 회전 바디의 일 측 또는 양 측들 상에서 각각의 경우에서, 와인딩 바디의 원형 단면의(적용가능한 경우) 두께, 특히 직경이 와인딩 바디의 길이방향으로(적어도 섹션(section)들에서) 변화되도록, 특히 연속적인 방식으로 증가되거나 또는 감소되도록, 형성된다.
이와 같이 설명되는 실시예의 형태의 일 구성에서, 제 1 스위칭 접촉부가 배열되는 와인딩 바디의 단부를 향하는 회전 바디의 측 상에서, 와인딩 바디의 두께는 와인딩 바디의 길이방향으로 상기 단부까지 계속 증가된다. 따라서, 프로그레시브 병진 특징(progressive translational characteristic)이 달성되며, 제 1 스위칭 접촉부는, 제 1 스위칭 접촉부와 제 2 스위칭 접촉부 사이의 작은 간극의 경우에, 더 신속하게 이동하여서, 전기 접촉이 더 신속하게 개방 및 폐쇄된다. 이러한 변형에 의해, 제 1 스위칭 접촉부와 제 2 스위칭 접촉부 사이의 전기 플래시오버(electrical flashover)들이 방지될 수 있다. 바람직하게, 이러한 변형에서, 와인딩 바디의 두께는, 회전 바디의 다른 측 상에서, 와인딩 바디의 길이방향으로 와인딩 바디의 다른 단부까지 계속 감소된다. 특히, 일 측 상의 와인딩 바디의 형상은 다른 측 상의 와인딩 바디의 형상과 대응한다. 따라서, 회전 바디의 양 측들 상에서의 와이어들의 균일한 와인딩 및 언와인딩이 달성되며, 그에 따라 와이어들에서의 임의의 장력 손실이 방지된다.
추가의 변형에서, 제 1 스위칭 접촉부가 배열되는 와인딩 바디의 단부를 향하는 회전 바디의 측 상에서, 와인딩 바디의 두께는 와인딩 바디의 길이방향으로 상기 단부까지 계속 감소된다. 따라서, 디그레시브 병진 특징(degressive translational characteristic)이 달성되며, 제 1 스위칭 접촉부는, 제 1 스위칭 접촉부와 제 2 스위칭 접촉부 사이의 작은 간극의 경우에, 더 느리게 이동한다. 이러한 형태의 실시예에서, 바람직하게, 와인딩 바디의 두께는, 회전 바디의 다른 측 상에서, 와인딩 바디의 길이방향으로 와인딩 바디의 다른 단부까지 계속 증가된다. 특히, 일 측 상의 와인딩 바디의 형상은 다른 측 상의 와인딩 바디의 형상과 대응한다. 따라서, 양 측들 상에서의 와이어들의 균일한 와인딩 및 언와인딩이 마찬가지로 달성되며, 그에 따라 와이어들에서의 임의의 장력 손실이 상쇄된다.
본 발명에 따른 커플링 엘리먼트의 실시예의 일 형태에서, 제 1 스위칭 접촉부는 와인딩 바디의 일 단부에서 상기 와인딩 바디에 직접 연결된다. 그러나, 그 연결은 또한, 탄성 엘리먼트(elastic element)의 개재(interposition)를 통해 간접적으로 구성될 수 있으며, 이에 의해, 전기 접촉부의 폐쇄 시에 운동 에너지(kinetic energy)가 저장된다.
본 발명에 따른 커플링 엘리먼트의 추가의 변형에서, 회전 바디의 일 측 또는 양 측들 상의 와이어들 중 적어도 일부는 탄성 엘리먼트들을 포함한다. 적용가능한 경우, 대응하는 와이어들은 또한 탄성 설계를 가질 수 있다. 이러한 변형에 의해, 와인딩 바디의 대향 측들 상의 와인딩 속도들의 변동들이 상쇄되도록, 와이어들의 프리-텐셔닝(pre-tensioning)이 달성된다.
본 발명에 따른 커플링 엘리먼트에 부가하여, 본 발명은 또한, 제 1 스위칭 접촉부와 제 2 스위칭 접촉부의 전기 접촉이 개방 및 폐쇄될 수 있는 전기 스위칭 디바이스, 특히 진공 스위칭 튜브에 관한 것으로, 스위칭 디바이스는 전기 접촉의 개방 및 폐쇄를 위해, 본 발명에 따른 커플링 엘리먼트, 또는 본 발명에 따른 커플링 엘리먼트의 하나 또는 그 초과의 바람직한 변형들을 포함한다.
본 발명의 예시적인 실시예들이 아래에서 첨부 도면들을 참조하여 상세하게 설명된다.
도면들에서:
도 1 내지 도 3은, 다양한 시간들에서의 커플링 엘리먼트의 운동에 있어서의, 본 발명에 따른 커플링 엘리먼트의 실시예의 일 형태의 개략적 표현들을 도시하고; 그리고
도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 커플링 엘리먼트의 상이한 변형들을 도시한다.
도 1 내지 도 3은, 다양한 시간들에서의 커플링 엘리먼트의 운동에 있어서의, 본 발명에 따른 커플링 엘리먼트의 실시예의 일 형태의 개략적 표현들을 도시하고; 그리고
도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 커플링 엘리먼트의 상이한 변형들을 도시한다.
본 발명은 아래에서 커플링 엘리먼트를 참조하여 예시되는데, 커플링 엘리먼트의 기능은 진공 스위칭 튜브 내에서의 스위칭 접촉부들의 개방 및 폐쇄이다. 그러나, 본 발명에 따른 커플링 엘리먼트는 또한, 전기 접촉의 개방 및 폐쇄를 위해 다른 스위칭 디바이스들에서 이용될 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 커플링 엘리먼트(10)의 제 1 변형을 도시한다. 커플링 엘리먼트에 의해, 디스크-형상 스위칭 접촉부들(1 및 2)로 이루어진 접촉 시스템이 작동되며, 이를 위해, 스위칭 접촉부(1)는 스위칭 접촉부(2)에 대해 이동한다. 2개의 스위칭 접촉부들(1 및 2)의 접촉에 의해, 전기 회로가 폐쇄되고, 아래에서 설명되는 전기-전도성 와인딩 바디(electrically-conductive winding body)(3) 및 스위칭 접촉부들(1 및 2)의 접촉 시스템을 통해 전류 플럭스(current flux)가 전달된다. 이러한 전류 플럭스는 2개의 스위칭 접촉부들(1 및 2)의 분리에 의한 접촉 시스템의 개방에 의해 다시 한번 차단될 수 있다.
스위칭 접촉부(1)는 아래에서 와인딩 바(winding bar)로서 설명되는 와인딩 바디(3)의 하부 단부(301)에 부착된다. 와인딩 바디(3)는 와인딩 바디(3)의 길이방향 축을 따르는 선형 변위를 위해 구성되며, 회전될 수 없다. 회전 바디(4)가 와인딩 바디 상에 회전가능하게 장착되는데, 즉, 회전 바디(4)는 와인딩 바디 상에서 회전할 수 있다. 회전 바디는 2개의 상호-이격된 디스크들(401 및 402)을 포함하고, 2개의 상호-이격된 디스크들(401 및 402) 사이에 환형 베어링(annular bearing)(403)이 배열되고, 환형 베어링(403)에 의해 와인딩 바(3) 상의 회전 바디(4)의 베어링 어레인지먼트가 달성된다. 와인딩 바디(3)는 디스크들(401 및 402)의 중심에 있는 대응하는 보어(bore)들을 통해 베어링(403)을 관통하여 연장된다.
도 1의 커플링 엘리먼트는, 표현되지 않은 드라이브(예컨대, 스프링(spring) 또는 외부 모터(external motor))에 의해 발생되는 회전 바디(4)의 회전 운동이, 가요성 와이어들(6 및 6')의 사용에 의해 스위칭 접촉부(1)의 선형 운동으로 변환되는 것을 특징으로 한다. 따라서, 디스크(402)의 상부 측(405) 상에, 2개의 반대로-배열된 가요성 와이어들(6)이 배열되며, 180°의 상호 각도 오프셋(mutual angular offset)을 갖는 2개의 반대로-배열된 가요성 와이어들(6)은 일 단부가 디스크(402)의 에지(edge)에 그리고 다른 단부가 와인딩 바(3)의 상부 단부(302)에 연결된다. 유사하게, 디스크(401)의 하부 측(404) 상에, 또한 180°의 상호 각도 오프셋을 갖는 2개의 가요성 와이어들(6')이 배열되며, 이 2개의 가요성 와이어들(6')은 일 단부가 디스크(401)의 에지에 그리고 다른 단부가 와인딩 바(3)의 하부 단부(301)에 연결된다.
드라이브에 의해 발생된 회전 바디(4)의 회전 운동에 의해, 와인딩 바(3) 상의 와이어들(6 및 6')의 와인딩(winding) 또는 언와인딩(unwinding)이 개시되며, 그 와인딩 또는 언와인딩은, 와인딩 바의 선형 트래킹(linear tracking)의 결과로서, 길이방향에서의 와인딩 바의 운동을 발생시키고, 그에 따라 스위칭 접촉부들(1 및 2)의 개방 또는 폐쇄를 발생시킨다. 도 1은 스위칭 접촉부들(1 및 2) 둘 모두가 개방 회로 포지션(open circuit position)에 있는 상태를 나타낸다. 이 상태에서, 2개의 와이어들(6')이 와인딩 바디(3)의 하부 부분 상에 와인딩되어, 상기 와이어들의 자유 길이(free length)가 짧아지고, 스위칭 접촉부(1)는 스위칭 접촉부(2)로부터 최대 간극으로 상부 포지션에 있게 된다. 동시에, 회전 바디(4)의 상부 측(405) 상의 가요성 와이어들(6)은 언와인딩 상태(unwound state)에 있다.
2개의 스위칭 접촉부들(1 및 2)의 개방 회로 상태로부터 접촉 상태로의 스위치오버(switchover)가 이제 실행되는 경우, 화살표(R)(도 2 참조)에 의해 표시되는 방향으로의 회전 바디의 회전 운동이 드라이브에 의해 발생된다. 이는 와이어들(6')의 언와인딩 그리고 역으로(conversely) 와이어들(6)의 와인딩을 유발한다. 그에 따라, 하향 힘(downward force)이 와인딩 바(3) 상에 가해져서, 도 2에서 확인될 수 있는 바와 같이, 접촉부(1)가 접촉부(2)를 향해 이동한다. 도 3에 도시된 표현에서, 회전 바디의 회전은, 2개의 스위칭 접촉부들(1 및 2) 사이의 접촉이 확립되는 접촉 포지션이 달성되는 포인트(point)까지 계속된다.
도 3에 표현된 폐쇄 접촉 포지션(closed contact position)은 화살표(R)에 의해 표현된 방향과 역으로의(conversely) 회전 바디의 회전에 의해 재-개방될 수 있으며, 와이어들(6')은 다시 권선 바디 상으로 와인딩되는 반면, 와이어들(6)은 와인딩 바디로부터 언와인딩되며, 이에 의해 상향 힘(upward force)이 가해진다. 궁극적으로, 도 1에서 표현된 개방 회로 포지션이 복원된다. 바람직한 변형에서, 적절한 로킹 메커니즘(locking mechanism)에 의해, 커플링 엘리먼트는 접촉 포지션 및 개방 회로 포지션 둘 모두에서 (분리가능하게) 로킹될(locked) 수 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 실시예의 형태로 표현된 와이어들의 어레인지먼트는 요구에 따라 변화될 수 있다. 특히, 적용가능한 경우, 예컨대 전달될 힘이 단지 2개의 와이어들의 허용가능한 인장 하중을 초과한다면, 회전 바디의 양측에는, 2개보다 많은 와이어들이 제공될 수 있다. 도 1 내지 도 3에서 표현된 실시예의 형태의 경우와 같이, 회전 바디 위와 아래 양쪽 모두에서의 와이어들의 대칭적인 어레인지먼트가 적절한데, 그 이유는 그 대칭적인 어레인지먼트가 상방향 및 하방향 둘 모두에서의 힘들의 적절한 전달을 허용하기 때문이다.
그러나, 적용가능한 경우, 와이어들은 또한 회전 바디(4)의 일 측 상에만 제공될 수 있으며, 그에 따라, 예컨대 중력이 다른 방향에서의 와인딩 바의 운동을 실시하기에 충분하다는 것을 근거로, 일 방향으로만 힘이 가해지도록 허용된다. 예컨대, 도 1 내지 도 3에서 최상부로부터 최하부로의 수직 방향이 중력의 방향에 대응한다고 가정하면, 적용가능한 경우, 와이어들(6')만이 제공될 수 있고, 와이어들(6')은 도 3에서 표현된 상태로부터, 방향(R)과 역으로의(conversely) 회전에 의해, 접촉의 개방을 유발하는 반면, 접촉은 중력에 의해서만 폐쇄된다.
도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 커플링 엘리먼트의 변형들을 나타낸다. 동일한 또는 상호-대응하는 컴포넌트(component)들은 도 1 내지 도 3의 실시예의 형태에 적용된 참조 부호들과 동일한 참조 부호들에 의해 식별된다. 도 4 내지 도 7에 도시된 커플링 엘리먼트의 설계 및 기능은 도 1 내지 도 3의 커플링 엘리먼트의 설계 및 기능에 실질적으로 대응하며, 그에 따라 도 4 내지 도 7의 커플링 엘리먼트들은 더 이상 상세하게 설명되지 않을 것이지만, 상기 커플링 엘리먼트들과 도 1 내지 도 3에 표현된 커플링 엘리먼트들 사이의 차이들만이 명확해질 것이다.
도 4에 따른 커플링 엘리먼트는 본질적으로 도 1 내지 도 3에 표현된 커플링 엘리먼트와 대응하며, 비교적 얇은 와인딩 바가 와인딩 바디(3)로서 이용되고, 그 결과로 회전 바디(4)의 회전에 따라 더 적은 와이어가 언와인딩 또는 와인딩되며, 이에 의해, 와인딩 바디의 더 느린 운동 및 그에 따른 접촉부들(1 및 2)의 더 느린 개방 또는 폐쇄가 유발된다.
도 4와 반대로, 도 5의 커플링 엘리먼트의 와인딩 바디는 실질적으로 더 큰 두께의 원통형 바(cylindrical bar)로서 구성된다. 결과적으로, 회전 바디(4)의 회전에 따라 더 많은 와이어가 와인딩 또는 언와인딩되고, 그 결과로, 접촉부들(1 및 2)의 더 신속한 상대적 운동 및 그에 따른 더 신속한 개방 및 폐쇄 프로세스(process)가 달성된다.
도 6은, 회전 바디(4)의 하부 측(404) 상의 와인딩 바디의 하부 부분이 병목형 설계(bottleneck design)를 갖고 스위칭 접촉부(1)를 향해 감소되는 직경을 갖는 와인딩 바디(3)의 형태를 나타낸다. 그 결과로, 디그레시브 병진 특징이 달성되는데, 즉, 와인딩 바디(3)의 선형 운동이 하향 방향으로 더 진행할수록, 운동이 더 느려진다. 이는 스위칭 접촉부(1)와 스위칭 접촉부(2)의 완충 인게이지먼트(cushioned engagement)를 허용한다.
도 6과 반대로, 도 7의 와인딩 바디(3)의 하부 부분은 반대로-배향된 병목형(inversely-oriented bottleneck)으로서 구성되는데, 즉, 와인딩 바디의 직경은 회전 바디(4)의 하부 측(404)으로부터 스위칭 접촉부(1)를 향해 증가된다. 이러한 변형에 의해, 프로그레시브 병진 특징이 달성되는데, 스위칭 접촉부들(1 및 2)의 폐쇄 전에, 와이어들(6')의 더 신속한 언와인딩의 결과로서, 스위칭 접촉부(1)의 운동에서의 명백한 가속이 실행된다. 따라서, 이러한 형태의 실시예는, 개방 회로 포지션으로부터의 스위칭 접촉부(1)의 운동의 느린 시동(start-up)이 바람직하지만, 예컨대 전기 플래시오버들을 방지하기 위해, 스위칭 접촉부들이 폐쇄 포지션에 접근함에 따라 폐쇄 속도가 동시에 증가되어야 하는 경우에, 이용된다. 본 발명의 이러한 변형은 진공 스위칭 튜브의 스위칭 접촉부들에서의 적용에 매우 적합하다.
도 6 및 도 7에 도시된 변형들에서, 상부 와이어들(6)은 스프링 엘리먼트들(5)을 더 포함한다. 적용가능한 경우, 이러한 스프링 엘리먼트들은 와이어들(6')에 추가로 제공될 수 있다. 이러한 스프링 엘리먼트들에 의해, 와이어들의 프리텐셔닝(pretensioning)이 정확하게 조정될 수 있다. 와인딩 바디의 대향 측들 상의 와이어들(6 및 6')의 와인딩 속도들 사이의 임의의 차이들은, 스프링 엘리먼트들에 의해 흡수될 수 있으며 와이어들의 프리텐셔닝에 대한 약간의 변화만을 유발한다. 더욱이, 스프링 엘리먼트들이 비교적 큰 스프링 디플렉션(spring deflection)으로 구성될 수 있어서, 긴 서비스 시간(service time)에 걸쳐 프리텐셔닝이 안정적 방식으로 유지될 수 있다. 적용가능한 경우, 스프링 엘리먼트들 대신에, 와이어들 그 자체가 또한 탄성 설계를 가질 수 있다.
도 6 및 도 7에서 표현된 실시예의 형태들에서, 와인딩 바디의 상부 부분이 또한 원통형 설계를 갖는다. 도 6 및 도 7의 실시예의 상이한 형태들에서, 와인딩 바디의 상부 부분은 하부 부분과 동일하게 구성된다. 다시 말해, 도 6 및 도 7에서 표현된 실시예의 형태에서, 와인딩 바디의 상부 부분(하향 방향으로, 접촉의 폐쇄 시에 베어링(bearing)(403)을 관통하는 부분까지)은 하부 부분과 동일한 병목형 설계(bottleneck design)로 구성되며, 도 6에서의 병목형의 두께는 와인딩 바디의 상부 단부(302)까지 계속 증가되고, 도 7에서는 와인딩 바디의 상부 단부(302)까지 계속 감소된다.
이러한 어레인지먼트에 의해, 와인딩 또는 언와인딩 동안 와이어들에서의 임의의 장력 손실이 방지된다. 예컨대, 와인딩 바디의 상부 부분 상의 와이어의 더 느린 와인딩의 경우에, 와인딩 바디의 하부 부분 상의 대응하는 와이어가 또한 더 느리게 언와인딩되며, 따라서 느슨해지지(slacken) 않는 것이 달성된다. 역으로, 이와 같이 설명된 변형에 의해, 와인딩 바디의 상부 부분 상의 와이어가 와인딩 바디의 하부 부분 상의 대응하는 와이어보다 더 신속하게 와인딩되는 것 ― 이는 운동학의 방해를 초래할 것임 ― 이 방지된다.
본 발명의 추가의 (표현되지 않은) 변형에서, 예컨대 전기 스위칭 콘트랙트(electrical switching contract)들 또는 전기 아킹(electric arcing)의 특정 물리학에 대한 적응을 위한, 병진 다이내믹(translational dynamic)에 대한 더 광범위한 조정들을 허용하기 위해, 와인딩 바디의 복잡한 형태들이 또한 가능하다.
여기에서 설명된 본 발명의 실시예의 형태들은 일련의 장점들을 갖는다. 와인딩 바디 상의 와이어들의 와인딩 또는 언와인딩과 연관된 선형 운동으로의 회전 운동의 변환에 의해, 원하는 레버 비율(lever ratio)이 간단한 방식으로 확립될 수 있고, 와인딩 바디의 형태에 의해, 어떠한 문제도 없이 폭넓은 범위에 걸쳐 제어될 수 있다. 특히, 스위칭 접촉부들의 말단 포지션(terminal position)들에서의 속도들의 적절한 제어를 위해, 와인딩 바디의 프로그레시브 및 디그레시브 형태(progressive and degressive form)들이 이용될 수 있다. 바람직한 변형들에서, 이용되는 와이어들이 추가로 스프링 엘리먼트들을 갖게 구성되거나 또는 탄성 설계를 가지며, 그에 따라, 와이어들의 안정적인 그리고 장기간의 텐셔닝(tensioning)이 달성될 수 있고 그리고 와인딩 바디의 상부 부분과 하부 부분 사이의 이동의 임의의 변동들이 보상될 수 있다.
Claims (18)
- 전기 스위칭 디바이스(electric switching device)를 위한 커플링 엘리먼트(coupling element)로서,
상기 커플링 엘리먼트(10)는 제 2 스위칭 접촉부(2)와의 전기 접촉의 개방 및 폐쇄를 위한 제 1 스위칭 접촉부(1)를 갖고,
- 상기 커플링 엘리먼트(10)는 장타원형 와인딩 바디(oblong winding body)(3)를 갖고, 상기 장타원형 와인딩 바디(3)는 상기 장타원형 와인딩 바디(3)의 길이방향 축의 길이방향에서 대향하여 배열되는 하부 단부(301) 및 상부 단부(302)를 갖고, 상기 제 1 스위칭 접촉부(1)가 일 단부에 배열되고,
- 상기 커플링 엘리먼트(10)는 회전 바디(rotation body)(4)를 포함하고, 상기 회전 바디(4)를 통해 상기 와인딩 바디(3)가 연장되고, 그리고 상기 회전 바디(4)는 드라이브(drive)에 의한 회전 운동을 실행하기 위해 상기 드라이브에 커플링(coupling)하기 위해 제공되고, 상기 회전 바디(4)는 하부 측(404) 및 상부 측(405)을 포함하고, 상기 하부 측(404) 및 상부 측(405) 중 일 측은 상기 와인딩 바디(3)의 하부 단부(301)를 향하고, 그리고 다른 측은 상기 와인딩 바디(3)의 상부 단부(302)를 향하고,
- 상기 회전 바디(4)는 상기 와인딩 바디(3) 상에 회전가능하게 장착되고, 그리고 상기 와인딩 바디(3)가 상기 와인딩 바디(3)의 길이방향 축을 중심으로 회전가능하지 않지만, 상기 와인딩 바디(3)의 길이방향으로 상기 회전 바디(4)에 대해 이동될 수 있도록, 상기 와인딩 바디(3)가 선형 방식으로 안내되고,
- 상기 제 1 스위칭 접촉부(1)와 상기 제 2 스위칭 접촉부(2)의 전기 접촉을 개방 및 폐쇄하기 위해, 일 방향 및 반대 방향으로의 상기 회전 바디(4)의 회전 운동들에 의해 상기 와인딩 바디(3)에 대한 와이어(wire)(들)(6, 6')의 와인딩(winding) 및 언와인딩(unwinding)이 유발되고 그리고 결과적으로 상기 와인딩 바디(3)가 상기 와인딩 바디(3)의 길이방향으로 상기 회전 바디(4)에 대해 이동되도록, 상기 회전 바디의 하부 측(404) 및 상부 측(405) 중 일 측 또는 양 측들 상에서, 복수의 와이어들(6, 6')이 각각의 경우에서 상기 회전 바디(4)와 상기 와인딩 바디(3) 사이에 배열되는,
커플링 엘리먼트. - 제 1 항에 있어서,
상기 회전 바디(4)는 디스크-형상 바디(disk-shaped body)이고, 상기 회전 바디(4)의 하부 측(404) 및 상부 측(405)은 원형이고, 상기 와인딩 바디(3)는 상기 디스크-형상 바디(4)의 중심을 통해 연장되는,
커플링 엘리먼트. - 제 2 항에 있어서,
상기 디스크-형상 바디는, 단일 디스크(disk) 또는 상기 와인딩 바디(3)의 길이방향으로 순차적으로 배열되는 복수의 디스크들(401, 402)을 포함하는,
커플링 엘리먼트. - 제 1 항에 있어서,
상기 회전 바디(4)의 하부 측(404) 및 상부 측(405) 중 일 측 또는 양 측들 상에서, 각각의 측(404, 405) 상에 배열되는 상기 와이어(들)(6, 6')는 각각의 경우에서 일 단부가 상기 회전 바디(4)에 그리고 다른 단부가 상기 와인딩 바디(3)에 부착되는,
커플링 엘리먼트. - 제 1 항에 있어서,
상기 회전 바디(4)의 하부 측(404) 및 상부 측(405) 중 일 측 또는 양 측들 상에서, 각각의 측(404, 405) 상에 배열되는 상기 와이어들(6, 6')은 오버헤드 뷰(overhead view)에서, 상기 회전 바디(4)의 각각의 측(404, 405) 상에서 상기 와인딩 바디(3)를 중심으로 대칭적으로 포지셔닝되는(positioned),
커플링 엘리먼트. - 제 1 항에 있어서,
상기 회전 바디(4)의 하부 측(404) 및 상부 측(405) 중 일 측 또는 양 측들 상에서, 각각의 측(404, 405) 상에 배열되는 상기 와이어들(6, 6')은 와이어들(6, 6')의 하나 또는 그 초과의 쌍들로 구성되고, 각각의 쌍을 형성하는 와이어들(6, 6')은 상기 회전 바디(4)의 각각의 측(404, 405)의 오버헤드 뷰에서, 상기 와인딩 바디(3)의 길이방향 축을 중심으로 서로 180°의 각도만큼 오프셋(offset)되는,
커플링 엘리먼트. - 제 1 항에 있어서,
상기 회전 바디(4)의 하부 측(404) 및 상부 측(405) 상에서, 일 방향으로의 상기 회전 바디(4)의 회전 운동 시에 상기 와이어들(6, 6')이 상기 일 측 상으로 와인딩되고(wound) 그리고 상기 다른 측으로부터 언와인딩되고(unwound), 그리고 다른 방향으로의 상기 회전 바디(4)의 회전 운동 시에 상기 와이어들(6, 6')이 상기 일 측으로부터 언와인딩되고 그리고 상기 다른 측 상으로 와인딩되도록, 상기 와이어들(6, 6')이 배열되는,
커플링 엘리먼트. - 제 1 항에 있어서,
상기 와인딩 바디(3)는 원형 단면을 갖는,
커플링 엘리먼트. - 제 8 항에 있어서,
상기 와인딩 바디(3)는 원통형 바(cylindrical bar)인,
커플링 엘리먼트. - 제 1 항에 있어서,
상기 와인딩 바디(3)는, 상기 회전 바디(4)의 하부 측(404) 및 상부 측(405) 중 일 측 또는 양 측들 상에서, 각각의 경우에서, 상기 와인딩 바디(3)의 두께가 상기 와인딩 바디(3)의 길이방향으로 변화되도록 형성되는,
커플링 엘리먼트. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 스위칭 접촉부(1)가 배열되는 상기 와인딩 바디의 하부 단부(301)를 향하는 상기 회전 바디(4)의 하부 측(404) 상에서, 상기 와인딩 바디(3)의 두께는 상기 와인딩 바디(3)의 길이방향으로 상기 하부 단부까지 계속 증가되고, 그리고 상기 회전 바디(4)의 상부 측(405) 상에서 상기 와인딩 바디(3)의 두께는 상기 와인딩 바디(3)의 길이방향으로 상기 와인딩 바디(3)의 상부 단부(302)까지 계속 감소되는,
커플링 엘리먼트. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 스위칭 접촉부(1)가 배열되는 상기 와인딩 바디의 하부 단부(301)를 향하는 상기 회전 바디(4)의 하부 측(404) 상에서, 상기 와인딩 바디(3)의 두께는 상기 와인딩 바디(3)의 길이방향으로 상기 하부 단부까지 계속 감소되고, 그리고 상기 회전 바디(4)의 상부 측(405) 상에서 상기 와인딩 바디(3)의 두께는 상기 와인딩 바디(3)의 길이방향으로 상기 와인딩 바디(3)의 상부 단부(302)까지 계속 증가되는,
커플링 엘리먼트. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 스위칭 접촉부(1)는 상기 와인딩 바디(3)의 하부 단부(301)에서 상기 와인딩 바디에 직접 연결되거나 또는 탄성 엘리먼트(elastic element)의 개재(interposition)를 통해 연결되는,
커플링 엘리먼트. - 제 1 항에 있어서,
상기 회전 바디(4)의 하부 측(404) 및 상부 측(405) 중 일 측 또는 양 측들 상의 상기 와이어들 중 적어도 일부는 스프링 엘리먼트들(5)을 포함하거나 탄성 설계를 갖는,
커플링 엘리먼트. - 제 1 항에 있어서,
상기 전기 스위칭 디바이스는 진공 스위칭 튜브(vacuum switching tube)인,
커플링 엘리먼트. - 제 10 항에 있어서,
상기 와인딩 바디(3)의 두께는 상기 와인딩 바디(3)의 길이방향으로 연속적인 방식으로 증가하거나 또는 감소하는,
커플링 엘리먼트. - 제 1 스위칭 접촉부(1)와 제 2 스위칭 접촉부(2)의 전기 접촉이 개방 및 폐쇄될 수 있는 전기 스위칭 디바이스로서,
상기 전기 스위칭 디바이스는 상기 전기 접촉의 개방 및 폐쇄를 위해, 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 따른 커플링 엘리먼트(10)를 포함하는,
전기 스위칭 디바이스. - 제 17 항에 있어서,
상기 전기 스위칭 디바이스는 진공 스위칭 튜브인,
전기 스위칭 디바이스.
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