KR20210002634A

KR20210002634A - 전기 기계식 액추에이터 및 고전압(hv) 스위치

Info

Publication number: KR20210002634A
Application number: KR1020207033840A
Authority: KR
Inventors: 에르베 샤론; 이브 카도레; 엘리자베스 다 실버 도밍게스; 토마스 무어
Original assignee: 타이코 일렉트로닉스 유케이 리미티드; 캐리어 케이옵스 비에이씨
Priority date: 2018-04-25
Filing date: 2019-04-18
Publication date: 2021-01-08
Also published as: US20210043400A1; JP7105986B2; JP2021518987A; KR102534685B1; EP3561842B1; WO2019206808A1; EP3561842A1; CN112005328B; US11282660B2; CN112005328A

Abstract

본 발명은 제1 영역으로부터 제2 영역 ― 제1 영역과 제2 영역은 서로 갈바닉 방식으로 분리되어 있음 ― 으로 기계식 이동을 전달하기 위한 전기 기계식 액추에이터에 관한 것이다. 액추에이터(106, 206)는, 본체(110, 210), 상기 제1 영역에 배열된 전기 기계식 구동 기구에 연결되기 위한 제1 구동 부분(112, 212), 및 상기 제2 영역에 배열된 전기 기계식 구동 기구를 구동시키기 위한 제2 구동 부분(114, 214)을 갖는 전기 절연 로드(108, 208); 상기 전기 절연 로드(108, 208)를 적어도 부분적으로 둘러싸는 전기 절연 커버(116, 216); 및 상기 전기 절연 본체(110, 210)와 상기 커버(116, 216) 사이에 배열되고, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역을 전기적으로 분리하기 위한 적어도 하나의 가요성 멤브레인(122; 250, 252)을 갖는 탄성 중합체 다이어프램 유닛(118, 218)을 포함하며, 상기 다이어프램 유닛(118, 218)은 상기 멤브레인(122; 250, 252)의 적어도 하나의 표면 상에 반도체층으로 코팅된다.

Description

전기 기계식 액추에이터 및 고전압(HV) 스위치

본 발명은 고전압 스위치들(high voltage switches)에 관한 것으로, 특히 제1 영역으로부터 제2 영역 ― 제1 영역과 제2 영역은 서로 갈바닉 방식(galvanically)으로 분리되어 있음 ― 으로 기계식 이동(mechanical movement)을 전달하기 위한 전기 기계식 액추에이터(electromechanical actuator)에 관한 것이다.

고전압들을 연결 및 연결해제하기 위해, 저전압 환경에서 생성된 제어 신호가 고전압들에 의해 저전압 환경을 위협하지 않고 HV 환경에서 스위칭 디바이스를 구동시키는 기계식 이동으로 변환되어야 한다는 문제가 존재한다. 특히, 두 환경들 사이에 안전한 갈바닉 분리가 보장되어야 한다.

종래의 고전압 스위치들은 세라믹 병(ceramic bottle)과 같은 절연 환경 인클로저(insulating environmental enclosure) 내에 위치된 접점들(contacts)을 갖는다. 접점들 중 하나는 인클로저 씰(enclosure seal)을 통해 연장되는 샤프트(shaft)에 의해 연결된 인클로저 외부의 기계식 시스템에 의해 구동될 수 있다. 구동 기구들은 통상적으로 스위치에서 접지 연결(ground connection)을 형성하며, 예방책들이 취해지지 않는 한, 전류는 스위치 조립체로부터 구동 기구로 아크(arc)되어, 고장 또는 손상을 야기할 수 있다. 이를 다루기 위해, 오버헤드 리클로저들(overhead re-closers)과 같은 종래의 고전압 스위치들은 통상적으로 긴 유리섬유 풀 로드(lengthy fiberglass pull rod)를 이용하여 구동 기구를 스위치 접점에 연결한다. 절연 유리섬유 로드는 공기로 채워진 공동(air filled cavity)을 통해 연장된다. 그러나, 이 구성은 상당한 양의 물리적 공간을 차지한다. 결과적으로, EP 2482301 A1로부터, 전도체 수용 단부, 및 전도체 수용 단부와 대향하는 작동 단부(operating end)를 갖는 관형 하우징을 포함하는 전기 스위치를 제공하는 것이 알려져 있으며, 여기서 관형 하우징은 전도체 수용 단부와 작동 단부 중간에 위치된 계면을 포함한다. 작동 로드는 작동 단부를 통해 전도체 수용 단부를 향해 연장되고, 고정 접점은 전도체 수용 단부에 전기적으로 커플링된다.

가동 접점이 계면 및 작동 로드에 전기적으로 커플링되며, 여기서 가동 접점은 고정 접점과 접촉하는 제1 위치와 고정 접점으로부터 분리된 제2 위치 사이에서 이동 가능하다. 계면으로부터의 전압이 작동 단부로 아크되는 것을 방지하기 위해 계면과 작동 단부 사이의 관형 하우징에 다이어프램이 위치결정되며, 여기서 다이어프램은 작동 로드를 수용하기 위해 관통하는 보어를 포함하고, 여기서 다이어프램은 제1 관형 부분, 제1 관형 부분의 외부 직경보다 작은 외부 직경을 갖는 제2 관형 부분, 및 제1 관형 부분과 제2 관형 부분 사이의 숄더 부분을 포함하고, 여기서 제1 관형 부분은 관형 하우징의 내부와 마찰 맞물림(frictionally engage)되고, 제2 관형 부분은 작동 로드와 마찰 맞물림되며, 여기서 제1 위치로부터 제2 위치로의 작동 로드의 이동은 제2 관형 부분으로 하여금 제1 관형 부분에 대해 이동하게 하고, 이동은 숄더 부분을 변형시킨다.

그러나, 이러한 공지된 배열체는 특정 조건들 하에서 전기장이 충분히 관리되지 않아 절연 재료를 손상시킬 수 있는 방전들이 발생할 수 있다는 문제를 여전히 갖는다. 게다가, 단일 다이어프램은 HV와 LV 환경 사이에 충분한 전기 절연을 제공하지 못할 수 있다.

제1 영역으로부터 제2 영역으로 기계식 이동을 전달하기 위한 개선된 전기 기계식 액추에이터가 여전히 필요하며, 제1 영역 및 제2 영역은 서로 갈바닉 방식으로 분리되어 있으며, 이는 안전한 갈바닉 분리를 보장하고, 장기적으로 안정적이고 견고하며, 경제적인 방식으로 제작될 수 있다.

이러한 목적은 독립항들의 청구 대상에 의해 해결된다. 본 발명의 유리한 실시예들은 종속항들의 청구 대상이다.

본 발명은 정전기 소산 특성 또는 정전기 차폐 특성을 갖는 반도체층을 갖는 적어도 하나의 표면 상에서 HV 및 LV(또는 접지) 환경을 분리하는 탄성 중합체 다이어프램 유닛(elastomeric diaphragm unit)을 제공하는 아이디어에 기초한다. 예컨대, 카본 블랙(carbon black)을 포함하는 중합체가 그러한 반도체층을 위해 사용될 수 있다. 물론, 정전기 충전(static charge)을 감소시키기 위해 필요한 고저항 전도도를 나타내는 임의의 다른 적합한 재료가 또한 사용될 수 있다.

특히, 본 발명은 제1 영역으로부터 제2 영역으로 기계식 이동을 전달하기 위한 전기 기계식 액추에이터를 제공하며, 제1 영역 및 제2 영역은 서로 갈바닉 방식으로 분리되어 있고, 액추에이터는, 본체, 상기 제1 영역에 배열된 전기 기계식 구동 기구에 연결되기 위한 제1 구동 부분, 및 상기 제2 영역에 배열된 전기 기계식 구동 기구를 구동시키기 위한 제2 구동 부분을 갖는 전기 절연 로드를 포함한다. 상기 전기 절연 로드를 적어도 부분적으로 둘러싸는 전기 절연 커버가 제공된다. 본 발명에 따르면, 상기 전기 절연 본체와 상기 커버 사이에 배열되고, 상기 제1 영역 및 제2 영역을 전기적으로 분리하기 위한 적어도 하나의 가요성 멤브레인을 갖는 탄성 중합체 다이어프램 유닛은 멤브레인의 적어도 하나의 표면 상에 반도체층으로 코팅된다.

이 배열체는, 그것이 LV(또는 접지) 환경으로부터 HV 환경을 안전하게 분리하고 정전기 충전들이 구축되어 절연 재료를 가열하고 손상시키는 것을 회피한다는 이점을 갖는다. 더욱이, 액추에이터는 작은 공간 요건을 가지며, 잘 설정된 표준 제조 기법들을 사용함으로써 경제적으로 제작될 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 커버는 상기 다이어프램 유닛으로부터 분리된 부분으로서 형성된 전기 절연 튜브를 포함한다. 이것은 특정 스위치의 하우징에 들어맞도록 단지 튜브만을 수정함으로써 액추에이터가 복수의 상이한 스위치 유형들로 구축될 수 있게 한다.

유리하게, 다이어프램 유닛은 밀봉 방식으로 상기 전기 절연 로드의 본체에 배열된 내부 슬리브를 포함한다. 따라서, 이러한 내부 슬리브는 로드를 따라 HV 환경에서 나가는 어떠한 전류들도 안전하게 회피한다.

로드가 이동 중일 때 내부 슬리브가 로드에 대해 이동하지 않음을 보장하기 위해, 단지 멤브레인만이 편향되고(deflected), 로드와 다이어프램 유닛 사이의 계면에서 어떠한 마모도 야기되지 않을 수 있도록, 로드의 본체는 길이 방향 축을 갖는 세장형의 본질적으로 원통형인 형상을 가지며, 여기서 본체는 상기 내부 슬리브를 본체에 고정하기 위한 적어도 하나의 고정 돌출부를 포함한다.

특히, 본체는 내부 슬리브의 길이 방향 치수에 대응하는 상기 길이 방향 축을 따라 이격된 2개의 링 형상의 스토퍼 돌출부를 포함할 수 있어, 내부 슬리브가 스토퍼 돌출부들 사이에 유지된다. 이것은 특히 안전한 기계적 고정을 가능하게 하고, 또한 전기 연면 거리들을 향상시킨다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 다이어프램 유닛은 밀봉 방식으로 상기 커버에 배열된 적어도 하나의 외부 슬리브를 포함한다. 이러한 외부 슬리브는 HV 스위치의 하우징에 차례로 견고하게 부착될 수 있는 커버에 확실한 기계적 고정을 가능하게 한다.

유리하게, 다이어프램 유닛은 멤브레인의 2개의 표면들 상에 반도체 재료로 코팅된다. 이것은 다이어프램 유닛의 HV뿐만 아니라 LV 측에 대한 효과적인 전기장 관리를 가능하게 한다.

전기 절연의 보안을 더 향상시키기 위해, 다이어프램 유닛은 하나의 멤브레인을 포함할 수 있을뿐만 아니라, 로드의 길이 방향 축을 따라 이격된 제1 및 제2 멤브레인을 포함한다. 절연 성능을 더 향상시키기 위해, 제1 및 제2 멤브레인들은 서로 사이에 격실(compartment)을 형성할 수 있으며, 여기서 상기 격실은 전기 절연 유체로 채워져 있다. 예컨대, 전기 절연 유체는 유전체 오일을 포함한다. 물론, 실리콘 겔 또는 절연 분말과 같은 임의의 다른 적합한 재료가 또한 사용될 수 있다.

유리하게, 다이어프램 유닛은 상기 절연 유체로 채우기 위한 적어도 하나의 유입구를 포함한다. 이러한 유입구는 예컨대, 제1 멤브레인과 제2 멤브레인 사이의 격실에 연결된 리드 스루(lead through)를 갖는 오일로 채워진 나사를 포함할 수 있다.

제1 멤브레인과 제2 멤브레인 사이의 격실 내부에의 과도한 압력의 유해한 형성(detrimental build-up)을 회피하기 위해, 다이어프램 유닛은 유체의 압력 보상을 가능하게 하기 위한 적어도 하나의 통기 요소를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 제1 및 제2 멤브레인들은 하나의 공통 내부 슬리브 및/또는 하나의 공통 외부 슬리브와 일체로 형성될 수 있다. 그러나, 다이어프램 유닛의 제조를 용이하게 하기 위해, 내부 슬리브와 외부 슬리브 중 적어도 하나는 2개의 섹션들로 분리될 수 있다. 특히, 다이어프램 유닛은 제1 및 제2 외부 슬리브를 포함할 수 있으며, 제1 및 제2 외부 슬리브는 밀봉 방식으로 상기 커버에 배열되고, 제1 외부 슬리브는 제1 멤브레인에 연결되고, 제2 외부 슬리브는 제2 멤브레인에 연결되어 있다.

본 발명은 1개 또는 2개의 멤브레인들을 참조하여 상세하게 설명되었지만, 2개 초과의 멤브레인들이 또한 제공되어 여전히 더 높은 품질의 전기 절연을 초래할 수 있다는 것이 당업자에게 명백하다. 오직 단일의 멤브레인 대신 다중 멤브레인들을 사용하는 것은 또한, 가요성이 더 높은 더 얇은 멤브레인들이 사용될 수 있다는 이점을 갖는다.

본 발명은 전술한 청구항들 중 하나에 따른 전기 기계식 액추에이터를 포함하는 진공 회로 차단기들과 같은 고전압 스위치들과 함께 유리하게 사용될 수 있으며, 여기서 제1 영역은 저전압(LV) 환경 또는 접지이고, 여기서 제2 영역은 고전압(HV) 환경이다. 특히, 커버가 상기 HV 환경을 둘러싸는 인클로저에 부착되어, 멤브레인은 HV 환경을 효과적으로 밀봉한다.

게다가, 본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 고전압 스위치는 전기 절연 인클로저에 둘러싸인 제1 및 제2 HV 전기 접점을 포함하며, 여기서 상기 인클로저는 절연 유체로 채워진 격실에 의해 둘러싸이고, 상기 절연 유체의 압력은 상기 격실에 제공된 적어도 하나의 공기 저장소에 의해 제어된다. 절연 유체는 오일일 수 있지만, 더 유리하게는, 전기 절연 겔이다. 적어도 하나의 공기 저장소를 제공함으로써, 압력이 제한될 수 있으며, 이는 고온에서 중요하다. 게다가, 그러한 압력 제한기는 또한 저온 조건들에서 유리한데, 그 이유는 임의의 오일, 겔 또는 다른 절연 충진제가 수축하고, 이러한 부피 감소를 보상하기 위해 공기 저장소(들)가 확장될 수 있기 때문이다. 이에 의해, 정의되지 않은 에어 포켓들의 형성이 회피될 수 있다. 추가적으로, 압력 제한기(들)는 적어도 부분적으로 반도체 재료로 제작될 수 있으며, 이에 의해 전기장 분포를 개선할 수 있다.

본 발명은 유리하게, 고전압 스위치들, 이를테면, 예컨대, 진공 차단기들, 특히 42 kV 애플리케이션들과 함께 사용된다. 이하에서 사용되는 "고전압"이라는 용어는 대략 1 kV 초과의 전압들에 관한 것으로 의도된다. 특히, 고전압이라는 용어는 전력 송신의 통상적 공칭 전압 범위들, 즉, 중간 전압, MV, (약 3 kV 내지 약 72 kV), 고전압, HV, (약 72 kV 내지 약 245 kV) 및 또한 초고전압(현재 최대 약 500 kV)을 포함하도록 의도된다. 물론, 향후에는 더 높은 전압들이 또한 고려될 수 있다. 이러한 전압들은 직류(DC) 또는 교류(AC) 전압들일 수 있다. 이하에서, "고전압 케이블"이라는 용어는 대략 1 kV 초과의 전압에서 약 1 A 초과의 전류를 전달하기에 적합한 케이블을 의미하도록 의도된다. 따라서, "고전압 스위치"라는 용어는 고전압 설비들 및/또는 고전압 케이블들을 연결 및 연결해제하기에 적합한 디바이스를 의미하도록 의도된다. 본 발명은 1 kV 미만의 전압들과 관련된 소위 "저전압"(LV) 환경으로부터 HV 환경으로 기계식 이동을 안전하게 전달하기 위한 수단을 제공한다. 물론, LV 환경 대신, 제1 환경이 또한 접지 전위일 수 있다.

첨부된 도면들은 본 명세서에 포함되며, 본 발명의 몇몇 실시예들을 예시하기 위해 본 명세서의 일부를 형성한다. 이러한 도면들은, 설명과 함께, 본 발명의 원리들을 설명하는 역할을 한다. 도면들은 단지 본 발명이 어떻게 이루어지고 사용될 수 있는지에 대한 바람직한 그리고 대안적인 예들을 예시하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명을 단지 예시된 그리고 설명된 실시예들로만 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 게다가, 실시예들의 몇몇 양상들은 본 발명에 따른 해법들을 ― 개별적으로 또는 상이한 조합들로 ― 형성할 수 있다. 따라서, 다음의 설명되는 실시예들은 단독으로 또는 이들의 임의적 조합으로 고려될 수 있다. 유사한 참조번호들이 유사한 요소들을 지칭하는 첨부된 도면들에서 예시된 바와 같이, 추가의 특징들 및 이점들은 본 발명의 다양한 실시예들의 다음의 보다 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1은 제1 실시예에 따른 고전압 스위치의 개략도이다.
도 2는 도 1의 상세도이다.
도 3은 커넥터들이 부착되지 않은, 도 1에 도시된 고전압 스위치의 개략도이다.
도 4는 추가의 실시예에 따른 고전압 스위치의 개략도이다.

이제, 본 발명은 도면들을 참조하여 그리고 먼저, 도 1을 참조하여 더 상세하게 설명될 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 유리한 실시예에 따른 고전압 스위치(100)의 유리한 실시예를 도시한다. 고전압(HV) 측에서, 제1 전기 접점(102)은 제2 전기 접점(104)에 연결될 수 있다. 도 1에서, 이러한 2개의 접점들은 연결해제된 상태로 도시된다. 전기적 연결을 폐쇄하기 위해, 전기 접점(102)은 화살표(120)로 표시된 방향으로 전기 접점(104)을 향해 이동되어야 한다. 본 발명에 따르면, 이것은 액추에이터(106)에 의해 수행된다. 제1 및 제2 전기 접점들(102, 104)은 또한 병(bottle)으로 불리는 진공 케이스(103)에 싸여있을 수 있다.

액추에이터(106)는 본체(110), 전기 기계식 구동 기구(도면들에 도시되지 않음)에 연결되기 위한 제1 구동 부분(112), 및 HV 영역(도면들에 도시되지 않음)에 배열된 전기 기계식 구동 기구를 구동시키기 위한 제2 구동 부분(114)을 갖는 전기 절연 로드(108)를 포함한다. 제1 구동 부분(112)은 저전압(LV) 환경에 배열되거나 또는 접지("접지 측"으로 또한 지칭됨)에 연결된다. 전기 절연 커버(116)는 상기 전기 절연 로드(108)를 적어도 부분적으로 둘러싼다.

액추에이터(106)는, 상기 전기 절연 본체(110)와 상기 커버(116) 사이에 배열되고 상기 제1 및 제2 영역을 전기적으로 분리하기 위한 가요성 멤브레인(122)을 갖는 탄성 중합체 다이어프램 유닛(118)을 포함한다. 본 발명에 따르면, 다이어프램 유닛(118)은 멤브레인(122)의 표면들(124, 126) 중 적어도 하나 상에 반도체층으로 코팅된다. 이에 의해, HV 전기장은 최적으로 관리될 수 있고, 절연 멤브레인 재료의 손상이 회피될 수 있다.

커버(116)는 솔리드(solid) 전기 절연 튜브로 형성된다. 외부에서는, 예컨대, 실리콘으로 제작된 가요성 절연층(128)으로 덮여 있다. 이러한 절연층(128)은 반도체 외부층으로 덮일 수 있다. 전기 접점들(102, 104)의 영역에서 플래시-오버(flash-over)를 빠르게 방전하기 위해, 접지에 연결된 접지 접점(105)이 제공된다.

멤브레인(122)은 가요성이고, 따라서, 로드(108)가 길이 방향(120)을 따라 다시 뒤로 이동하게 하며, 이에 의해 멤브레인(122)을 편향시킨다. 다른 한편으로, 전기 절연 가요성 멤브레인(122)은 HV 측과 LV 측(또는 접지) 사이에 효과적인 전기 절연을 제공한다.

도 2는 액추에이터(106)를 더 상세하게 예시한다. 이러한 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 로드(108)는 이동 방향(120)을 따라 이어지는 길이 방향 축(130)을 갖는다. 튜브 형상 커버(116)의 내부에 다이어프램 유닛(118)을 안전하게 고정하기 위해, 다이어프램 유닛(118)은 외부 슬리브(132)를 포함한다. 게다가, 전기 절연 로드(108)와 기계적으로 접촉하기 위해, 다이어프램 유닛(118)은 전기 절연 로드(108)의 본체(110)를 둘러싸는 내부 슬리브(134)를 포함한다.

내부 슬리브(134)가 본체(110)의 외부 표면을 따라 미끄러지는(slide) 것을 회피하기 위해, 로드(108)가 이동될 때, 2개의 링 형상의 고정 요소들(136, 138)이 로드(108)의 둘레 주위에 제공된다. 이에 의해, 내부 슬리브(134)는 양측들 상에서 길이 방향으로 기계적으로 고정된다. 당업자에게는, 물론 이러한 링 형상의 돌출부들(136, 138)이 또한 로드의 본체(110)의 둘레의 일부만을 덮는 고정 요소들로 대체될 수 있다는 것이 명백하다. 그러나, 링 형상의 해법이 임의의 전류들에 대한 연면 거리(creepage distance)를 향상시키기 때문에, 링 형상의 해법이 바람직하다.

도 2에 도시된 바와 같이, 실리콘 커버(128)에는 또한, 전기장 제어를 제공하고 패러데이 케이지(Faraday cage)로서 작용하는 반도체층(140)이 제공될 수 있다. 접지 접점(105)은 전기 접점들(102, 104)의 영역에서 플래시-오버의 빠른 방전을 가능하게 한다.

본 발명에 따른 액추에이터(106)를 스위치의 나머지 부분에 고정하기 위해, 2개의 캡들이 제공될 수 있다. 특히, 커버(116)를 스위치(100)에 안전하게 고정하기 위해, 본질적으로 관형 형상을 갖고 테이퍼진 영역(144)을 갖는 외부 캡(142)이 커버(116)와 실리콘층(128) 사이에 삽입될 수 있다.

추가로, 커버(116) 내부에 다이어프램 유닛(118)의 외부 슬리브(132)를 기계적으로 고정하기 위해, 내부 튜브 형상의 캡(146)이 커버(116)와 편향된 멤브레인(122)에 필요한 자유 공간 사이에 삽입된다. 보유 숄더(retention shoulder)(148)는 슬리브(132)를 길이 방향으로 고정하기 위해 외부 슬리브(132)와 상호 작용한다.

본 발명에 따르면, 멤브레인(122)의 제1 표면(124)뿐만 아니라 제2 표면(126)은 HV 전기장을 관리하기 위한 반도체층으로 덮여 있다.

게다가, 진공 케이스(103)는 더 양호한 전기 절연을 위해 전기 절연 유체, 바람직하게는 겔 충진제(149)로 둘러싸일 수 있다. (특히 고온 하에서) 겔(149)의 발생 압력을 제어 및 제한하기 위해, HV 스위치(100)는 하나 이상의 공기 저장소들(151)을 갖는 압력 제한기들을 갖는다. 겔과는 대조적으로, 공기는 압축 가능하며, 따라서 압력의 균형을 맞출 수 있다.

도 3은 다양한 커넥터들이 부착되지 않은, 본 발명에 따른 HV 스위치(100)를 예시한다.

도 4는 본 발명에 따른 액추에이터(206)의 추가의 유리한 실시예를 예시한다. 이러한 실시예에 따르면, 로드(208)는 본질적으로 이전 도면들의 로드(108)와 동일하다. 로드(208)는 본체(210), 제1 구동 부분(212) 및 제2 구동 부분(214)을 갖는다. 액추에이터(206)는 본질적으로 관형의 전기 절연 부분으로서 제작되는 커버(216)를 더 포함한다. 로드(208)의 본체(210)는 다이어프램 유닛(218)의 내부 슬리브(234)와 맞물리는 2개의 본질적으로 링 형상의 돌출부들(236, 238)을 갖는다.

이전 실시예들과는 상이하게, 다이어프램 유닛(218)은 제1 멤브레인(250) 및 제2 멤브레인(252)을 포함한다. 이러한 멤브레인들(250, 252)은 도 1 내지 도 3에 도시된 멤브레인(122)보다 얇고, 따라서 더 가요성이 있으며, 더 쉽게 편향될 수 있다.

게다가, 제1 멤브레인(250)과 제2 멤브레인(252)은 서로 사이에서 격실(254)을 둘러싼다. 본 발명에 따르면, 이러한 격실은 전기 절연 유체, 예컨대, 유전체 오일로 채워질 수 있다. 유입구(256)는 오일로 채우기 위해 제공되고, 유출구(258)는 위험한 과압을 회피하기 위해 격실(254)을 통기시키는 역할을 할 수 있다.

도 4에 도시된 본 발명에 따르면, 멤브레인들(250, 252) 각각은 커버(216)에 부착된 분리된 외부 슬리브(260, 262)를 갖는다.

게다가, 멤브레인들(250, 252) 중 적어도 하나는 HV 전기장의 최적의 관리를 제공하기 위해 멤브레인들의 표면들 중 적어도 하나 상에 반도체층으로 코팅된다.

도 4에 도시된 실시예는, 멤브레인들(250 및 252)이 도 1 내지 도 3의 멤브레인(122)에 비해 훨씬 더 얇은 벽들로 제작될 수 있어, 멤브레인들(250 및 252)이 더 쉽게 편향될 수 있고, 액추에이터(206)가 로드(208)를 이동시키기 위해 더 작은 힘들을 요구한다는 이점을 갖는다. 격실(254)을 오일로 채우는 것은 전기 절연 품질을 크게 향상시킨다.

Claims

제1 영역으로부터 제2 영역으로 기계식 이동(mechanical movement)을 전달하기 위한, 전기 기계식 액추에이터(electromechanical actuator)로서,
상기 제1 영역 및 상기 제2 영역은 서로 갈바닉 방식으로(galvanically) 분리되어 있고,
액추에이터(106, 206)는,
본체(110, 210), 상기 제1 영역에 배열된 전기 기계식 구동 기구에 연결되기 위한 제1 구동 부분(112, 212), 및 상기 제2 영역에 배열된 전기 기계식 구동 기구를 구동시키기 위한 제2 구동 부분(114, 214)을 갖는 전기 절연 로드(108, 208);
상기 전기 절연 로드(108, 208)를 적어도 부분적으로 둘러싸는 전기 절연 커버(116, 216); 및
상기 전기 절연 본체(110, 210)와 상기 커버(116, 216) 사이에 배열되고, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역을 전기적으로 분리하기 위한 적어도 하나의 가요성 멤브레인(flexible membrane)(122; 250, 252)을 갖는 탄성 중합체 다이어프램 유닛(elastomeric diaphragm unit)(118, 218)을 포함하며,
상기 다이어프램 유닛(118, 218)은 상기 멤브레인(122; 250, 252)의 적어도 하나의 표면 상에 반도체층으로 코팅되는,
전기 기계식 액추에이터.
제1 항에 있어서,
상기 커버(116, 216)는 상기 다이어프램 유닛(118, 218)으로부터 분리된 부분으로서 형성된 전기 절연 튜브를 포함하는,
전기 기계식 액추에이터.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 다이어프램 유닛(118, 218)은 밀봉 방식으로 상기 전기 절연 로드(108, 208)의 상기 본체(110, 210)에 배열된 내부 슬리브(inner sleeve)(134, 234)를 포함하는,
전기 기계식 액추에이터.
제3 항에 있어서,
상기 본체(110, 210)는 길이 방향 축(130)을 갖는 세장형의 본질적으로 원통형인 형상을 갖고,
상기 본체(110, 210)는 상기 본체(110, 210)에 상기 내부 슬리브(134, 234)를 고정하기 위한 적어도 하나의 고정 돌출부(136, 138; 236, 238)를 포함하는,
전기 기계식 액추에이터.
제4 항에 있어서,
상기 본체(110, 210)는 상기 내부 슬리브(134, 234)의 길이 방향 치수에 대응하는 상기 길이 방향 축을 따라 이격된 2개의 링형 스토퍼 돌출부들(136, 138; 236, 238)을 포함하여, 상기 내부 슬리브가 상기 스토퍼 돌출부들 사이에 유지되는,
전기 기계식 액추에이터.
제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다이어프램 유닛(118, 218)은 밀봉 방식으로 상기 커버(116, 216)에 배열된 적어도 하나의 외부 슬리브(132; 260, 260)를 포함하는,
전기 기계식 액추에이터.
제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다이어프램 유닛(118, 218)은 상기 멤브레인(122; 250, 252)의 2개의 표면들 상에 반도체 재료로 코팅되는,
전기 기계식 액추에이터.
제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다이어프램 유닛(218)은 상기 로드(208)의 상기 길이 방향 축을 따라 이격된 제1 및 제2 멤브레인(250, 252)을 포함하는,
전기 기계식 액추에이터.
제8 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 멤브레인들(250, 252)은 서로 사이에 격실(compartment)(254)을 형성하고,
상기 격실(254)은 전기 절연 유체로 채워져 있는,
전기 기계식 액추에이터.
제9 항에 있어서,
상기 다이어프램 유닛(218)은 상기 절연 유체를 채우기 위한 적어도 하나의 유입구(256)를 포함하는,
전기 기계식 액추에이터.
제9 항 또는 제10 항에 있어서,
상기 다이어프램 유닛(218)은 상기 유체의 압력 보상을 허용하기 위한 적어도 하나의 통기 요소(258)를 포함하는,
전기 기계식 액추에이터.
제8 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다이어프램 유닛(218)은 밀봉 방식으로 상기 커버(216)에 배열된 제1 및 제2 외부 슬리브(260, 262)를 포함하고,
상기 제1 외부 슬리브는 상기 제1 멤브레인에 연결되고, 상기 제2 외부 슬리브는 상기 제2 멤브레인에 연결되어 있는,
전기 기계식 액추에이터.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른, 전기 기계식 액추에이터(100)를 포함하는 고전압 스위치로서,
상기 제1 영역은 저전압(LV) 환경 또는 접지(ground)이고, 상기 제2 영역은 고전압 (HV) 환경인,
전기 기계식 액추에이터를 포함하는 고전압 스위치.
제13 항에 있어서,
상기 커버(116, 216)는 상기 HV 환경을 둘러싸는 인클로저(enclosure)에 부착되는,
전기 기계식 액추에이터를 포함하는 고전압 스위치.
제13 항 또는 제14 항에 있어서,
상기 고전압 스위치는, 전기 절연 인클로저에 둘러싸인 제1 및 제2 HV 전기 접점을 포함하며,
상기 인클로저는 절연 유체(149)로 채워진 격실에 의해 둘러싸이고, 그리고
상기 절연 유체(149)의 압력은 상기 격실 내에 제공된 적어도 하나의 공기 저장소(151)에 의해 제어되는,
전기 기계식 액추에이터를 포함하는 고전압 스위치.