KR101849741B1 - 자동차 시가 라이터 및 전원 콘센트용 소형 보호 장치 - Google Patents

Abstract

전기 콘센트는, 센터 홀을 구비하는 횡방향 말단부를 구비하며, 전기 플러그를 활주 가능하게 수용하기 위한 도전성 소켓 웰; 소켓 웰의 횡방향 말단부에 인접하고, 전원 공급부에 대한 접속을 위한 적어도 두 개의 전기 단자를 구비하되, 상기 전기 단자들 중 제1 전기 단자는 센터 파스너에 결합되고, 상기 전기 단자들 중 제2 전기 단자는 소켓 웰의 횡방향 말단부에 인접한 도전성 요소에서 끝나는, 절연 커넥터 하우징; 소켓 웰의 횡방향 말단부와 도전성 요소 사이에 구비되고, 도전성 요소와 소켓 웰 사이에서 직렬로 전기 접속되고, 소형의 통합형 과전류 보호를 제공하는 퓨즈 부재; 및 소켓 웰 내에서 소켓 웰의 말단부에 배치되는 절연체를 포함하며, 센터 파스너가 소켓 웰, 절연체, 퓨즈 부재, 절연 커넥터 하우징, 제1 전기 단자 및 제2 전기 단자를 하나의 유닛으로 함께 유지하고, 소켓 웰에 수용되는 전기 플러그의 각각의 접점들과 전기적으로 접촉하기 위해, 센터 파스너의 근단부는 상기 소켓 웰과 절연된 제1 전기 접점을 제공하고, 소켓 웰은 제2 전기 접점을 제공한다. 전기 콘센트는 또한 바람직하게는 통합형 과온도 보호를 구비하고, 통합형 과온도 보호는 바람직하게는, 열가소성 디스크 위에 닿아 있는 탄성 압박 판스프링을 포함하고, 열가소성 디스크는 문턱 온도에서 연화됨으로써 판스프링이 디스크를 관통하여 전원 공급부를 단락시키게 한다.

Description

자동차 시가 라이터 및 전원 콘센트용 소형 보호 장치{COMPACT PROTECTION DEVICE FOR AUTOMOTIVE CIGAR LIGHTER AND POWER OUTLET}

본 발명은 전원 콘센트 및 시가 라이터 콘센트, 특히 자동차용 용용 제품에서 사용하기 위한 전원 콘센트 및 시가 라이터 콘센트, 리셉터클(receptacle) 또는 소켓에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 자동차 시가 라이터 소켓 및 전원 콘센트용 소형 보호 장치에 관한 것이고, 과열 및 과전류 상태로부터의 보호를 제공한다.

자동차 디자인의 최근 추세는 모터 차량의 전원 콘센트 또는 시가 라이터 소켓에 더 많은 전력을 요구하고 그로부터 더 높은 전류를 인출하는 전자 장치들의 사용 증가를 위한 것이다.

그 결과 두 개의 공통적인 이슈가 발생한다. 하나는 플러깅되어 있는 장치(plugged-in device)에서의 과도한 전력 소비 또는 단락으로 인한 과전류, 즉 과도한 전류 인출이다. 다른 하나는 높은 전류로 인한, 그리고 때로는, 애프터 마켓 액세서리 플러그가 그것을 통해 인출되는 전류를 처리하지 못하는, 애프터마켓 액세서리 플러그의 낮은 품질로 인한 과열이다.

과거, 과전류 보호는 차량 퓨즈박스에 설치되는 퓨즈를 사용함으로써 이루어졌다. 이 퓨즈는 차량 오퍼레이터에 의해 접근 가능하며, 흔히 이러한 차량 오퍼레이터는 특히 전기적인 부분에 대한 경험이 부족하여 단선된 퓨즈를 잘못된 유형의 퓨즈로, 예를 들어 더 높은 전류의 퓨즈로 교체할 수 있는데, 이와 같은 더 높은 전류의 퓨즈에 의해서는 과전류 보호가 더 이상 적절하게 이루어지지 않아 전류 인출이 과도하게 이루어짐으로써, 차량 배선 및/또는 액세서리 장치가 손상될 수 있고 최악의 경우에는 화재 또는 상해가 발생될 수 있다.

과온도 보호 또는 과열 보호는 일반적으로, 시가 라이터가 발화 온도까지 가열되면 시가 라이터를 전류로부터 연결 분리시키는 바이메탈 서모스탯 요소에 추가하여, 제2 바이메탈 요소를 제공하는 것에 의해 자동차 내의 시가 라이터에서 이루어졌다. 일반적으로, 추가 바이메탈 서모스탯 요소는 과도한 가열에 응답하여 전원을 차량 내의 시가 라이터 소켓에 단락시킴으로써, 차량의 퓨즈박스에 구비되어 있는 퓨즈를 단선시킨다. 이와 같은 차량 시가 라이터용 과온도 보호는 열이 빠르게 축적될 때에는 적절하게 작동하지만, 열이 상당히 느리게 축적되는 전원 콘센트로서 시가 라이터가 사용될 때에는 시가 라이터에 대해 적절하게 작동하지 않는다. 이런 경우, 추가 바이메탈 요소는 단락 보호에 실패할 것이다.

시가 라이터 콘센트로서 설치되지 않은 자동차의 전원 콘센트에 대해서는, 일반적으로 과온도 보호가 이루어지지 않았다.

본 발명의 목적은 자동차 전원 콘센트 및/또는 자동차 시가 라이터 소켓용 소형 과전류 보호 장치를 제공하는 데 있다. 본 발명에 따르면, 과전류 보호 장치는 전원 콘센트/시가 라이터 소켓 내에 소형으로 위치된다.

또한, 본 발명의 목적은 콘센트에 플러깅되는 전자 장치들을 위한 것으로 시가 라이터 콘센트로서 설치되지 않은 전원 콘센트 및 시가 라이터의 소켓 둘 다에 대해 효과적인 과온도 보호를 제공하는 자동차 전원 콘센트/시가 라이터 소켓을 제공하는 데 있다.

과전류 보호는 바람직하게는 시가 라이터 콘센트 또는 전원 콘센트에 통합된 인쇄회로기판(PCB) 위에 실장되는 고속 작동 표면 실장 퓨즈를 이용하여 실시된다. 소켓 내에 또는 소켓 위에 퓨즈를 장착하기 위한 다른 공지의 이용 가능한 해결 방안들이 보다 통상적인 기계식 조립에 의존하기 때문에, 본 발명의 해결 방안은 독창적인 것으로 생각된다.

본 발명에 따른 과전류 보호는 크기가 소형이고, 기존의 제품들의 전체 길이를 기껏해야 수 밀리미터 정도만, 특히 약 1.6밀리미터 정도만 증가시킨다. 이는 다른 이용 가능한 해결 방안들과 비교하여 제품 크기 증가에 최소한의 영향을 주고 기존의 제조 공정들과의 호환성을 극대화시킨다는 점에서 독창적이다.

표면 실장 기술(SMT)을 이용한 표면 실장 퓨즈는 크기가 작고, 시가 라이터 콘센트 또는 전원 콘센트의 후측 또는 말단부에서 커넥터 하우징 내에 또는 커넥터 하우징에 인접하게 내장될 수 있다. 따라서, 다른 이용 가능한 해결 방안들과 달리, 퓨즈 자체가 손상 또는 부당 변경(tampering)으로부터 보호된다. 또한, 표면 실장 퓨즈가 커넥터 하우징 내에 또는 그 가까이에 내장되고 수납되기 때문에, 표면 실장 퓨즈가 단선되면, 아크 발생 및 융해로 인한 어떠한 효과도 해당 공간에 국한된다.

콘센트/소켓 내에서의 표면 실장 퓨즈의 정격(rating)은 제조업체에 의해 커스터마이징될 수 있다. 바람직한 정격은 콘센트 통합형 퓨즈(outlet integrated fuse)가 일반적인 사용 중에는 단선되지 않는 것이다. 그것은 전류가 콘센트에 대해 규정된 정격을 초과할 때에만 단선되고, 퓨즈가 단선될 때, 그것은 차량 퓨즈박스 내의 퓨즈보다 고속으로 작동한다. 따라서 콘센트의 과전류 보호가 보장되고, 경험이 부족한 사용자에 의해 부적절한 크기의 퓨즈로 부당 변경되거나 혹은 교체될 수 있는 차량측 퓨즈와 무관하다.

과온도 보호는 바람직하게는 탄성 편위된 전기 및 열 전도성 장치, 예를 들어 금속 판스프링, 및 열가소성 디스크를 이용하여 실시된다. 판스프링은 일반적으로 차량 DC 전원 공급부의 양극측에 연결되는 양극측 접점인 센터 전기 접점에 전기적으로 그리고 기계적으로 연결된다. 판스프링은 바람직하게는 열가소성 디스크 위에 탄성 압박(spring loaded)되는 소켓의 음극 접점으로 작용하는 금속 소켓의 바닥 위에 얹히는 두 개의 횡방향 접촉 레그를 구비한다. 과열이 발생되면, 플라스틱 디스크가 연화되어, 열 퓨즈로서 작용한다. 판스프링 레그들은 열가소성 디스크의 두께를 관통하여 금속 소켓에 단락된다. 단락은 또한 제조업체의 선호에 따라 본 발명에 따른 콘센트 통합형 퓨즈에 의해 또는, 이러한 퓨즈가 없다면, 통상의 경우 자동차 퓨즈/회로 단속기 박스에 구비된 차량측 퓨즈(또는 다른 회로 단속기, 예컨대 회로 차단기)에 의해 제공될 수 있는 과전류 보호를 발동시킨다.

위에서 설명한 콘센트 통합형 퓨즈는 또한 과온도 보호의 경우에도 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 소켓이 과온도 보호, 예컨대, 바람직한 실시예에서, 열가소성 디스크를 통해 단락시키는 판스프링을 구비하고 또한 콘센트 통합형 퓨즈를 구비하면, 판스프링의 열가소성 디스크를 통한 콘센트/소켓 금속 쉘에의 단락은 통합형 퓨즈의 단선을 초래하고, 이에 의해 과온도 보호를 제공할 것이다. 콘센트 통합형 퓨즈가 소켓/콘센트의 음극 귀로 사이드에 구비되기 때문에, 과열로 인해서 판스프링이 열가소성 수지를 관통하는 것에 의해 단락이 일어나면, 단락에 의해 콘센트 통합형 퓨즈도 또한 단선된다.

열가소성 디스크의 소재는 그 녹는점이 일반적인 사용 시의 최대 환경 온도보다 높고 요구되는 최대 보호 온도보다 낮도록 선택된다. 판스프링은 열가소성 수지가 연화되어 융해된 후에 관통될 때 금속 소켓과 적절하게 접촉되어 단락을 일으키도록 설계되어야 한다. 금속 판스프링과 열가소성 디스크는 소켓/콘센트의 금속 쉘 내부에 수납된다. 판스프링은 센터 리벳의 상단 가까이에 위치되고, 센터 리벳과 전기적으로 접촉하며 소켓 쉘과 절연되어야 한다. 열원, 즉 액세서리 플러그로부터 판스프링으로의 열전도는 보통 열원과 멀리 있는 소켓의 후측에 위치된 열 퓨즈에 의존하는 어떠한 다른 이용 가능한 해결 방안들보다 빠르고 효과적이다. 이들 이용 가능한 해결 방안들에 반해, 판스프링이 소켓 내부에 그리고 열원 가까이에 위치되기 때문에, 과온도 보호는 이들 종래 기술 구성들보다 빠르다. 종래 기술 구성들의 중대한 단점은 열 퓨즈가, 소켓의 후방에 위치되어 있기 때문에, 열원 근처에 있지 않다는 것이다.

일 태양에 따르면, 본 발명은, 전기 콘센트로서, 센터 홀을 구비하는 횡방향 말단부를 구비하며, 전기 플러그를 활주 가능하게 수용하기 위한 도전성 소켓 웰; 소켓 웰의 횡방향 단부에 인접하고, 전원 공급부에 대한 연결을 위한 적어도 두 개의 전기 단자를 구비하되, 상기 전기 단자들 중 제1 전기 단자는 센터 파스너에 결합되고, 상기 전기 단자들 중 제2 전기 단자는 소켓 웰의 횡방향 말단부에 인접한 도전성 요소에서 끝나는, 절연 커넥터 하우징; 소켓 웰의 횡방향 말단부와 전기 전도성 요소 사이에 구비되고, 도전성 요소와 소켓 웰 사이에서 직렬로 전기적 연결되고, 제2 전기 단자와 소켓 웰 사이에서 전기 전도 경로를 제공하는 퓨즈 부재; 및 소켓 웰 내에서 소켓 웰의 말단부에 배치되는 절연체를 포함하며, 센터 파스너가 소켓 웰, 절연체, 퓨즈 부재, 절연 커넥터 하우징, 제1 전기 단자 및 제2 전기 단자를 하나의 유닛으로 함께 유지하고, 소켓 웰에 수용되는 전기 플러그의 각각의 접점들과 전기적으로 접촉하기 위해, 센터 파스너의 근단부는 상기 소켓 웰과 절연된 제1 전기 접점을 제공하고, 소켓 웰은 제2 전기 접점을 제공하고, 퓨즈 부재는 전기 콘센트를 위한 통합형 과전류 보호를 제공하는, 전기 콘센트를 포함한다.

바람직한 실시예에서, 퓨즈 부재가 제1 도전성 사이드, 제2 도전성 사이드 및 제1 도전성 사이드 및 제2 도전성 사이드와 직렬로 연결되는 퓨즈 요소를 구비하는 절연 부재를 포함하고, 제1 도전성 사이드 및 제2 도전성 사이드는 각각 소켓 웰 및 제2 전기 단자의 도전성 요소와 전기적으로 접촉하고, 도전성 요소는 평면형 도전성 요소를 포함한다.

바람직하게는, 절연 부재가 인쇄회로기판(PCB)을 포함하고 퓨즈 요소는 표면실장 기술(SMT)이다.

바람직한 실시예에서, 전원 콘센트는 또한 통합형 과온도 보호를 포함한다.

다른 태양에 따르면, 본 발명은, 전기 콘센트로서, 센터 홀을 구비하는 횡방향 단부를 구비하며, 전기 플러그를 활주 가능하게 수용하기 위한 도전성 소켓 웰; 소켓 웰의 횡방향 말단부에 인접하고, 전원 공급부에 대한 연결을 위한 적어도 두 개의 전기 단자를 구비하되, 상기 전기 단자들 중 제1 전기 단자는 센터 파스너에 결합되고, 상기 전기 단자들 중 제2 전기 단자는 소켓 웰과 전기적으로 접촉되는, 절연 커넥터 하우징; 및 소켓 웰 내에서 소켓 웰의 말단부에 배치되는 절연체를 포함하며, 센터 파스너가 소켓 웰, 절연체, 절연 커넥터 하우징, 제1 전기 단자 및 제2 전기 단자를 하나의 유닛으로 함께 유지하고, 소켓 웰에 수용되는 전기 플러그의 각각의 접점들과 전기적으로 접촉하기 위해, 센터 파스너의 근단부는 상기 소켓 웰과 절연된 제1 전기 접점을 제공하고, 소켓 웰은 제2 전기 접점을 제공하고, 전기 콘센트가 열가소성 절연 디스크와 탄성 압박 부재(spring loaded member)를 더 포함하고, 열가소성 절연 디스크는 소켓 웰 내의 절연체와 소켓 웰의 횡방향 말단부 사이에 장착된 소켓 웰의 말단부에 배치되고, 열가소성 절연 디스크의 센터 홀을 관통하여 배치되는 센터 파스너에 의해 제자리에 유지되고, 전기 콘센트의 일반적인 사용 온도 범위보다 높지만 문턱 최대 온도보다는 낮은 녹는점을 가지며, 탄성 압박 부재는 센터 파스너에 전기적으로 그리고 기계적으로 연결되고, 센터 파스너에 의해 절연체 내에서 제자리에 유지되고, 열가소성 절연 디스크에 대해 편위되며, 열가소성 절연 디스크가 최대 온도에서 연화되고, 열가소성 절연 디스크에 대해 편위된 탄성 압박 부재가 열가소성 절연 디스크를 관통하는 전기 전도 경로를 형성하여 소켓 웰의 횡방향 말단부와 전기적으로 결합함으로써, 전원 공급부를 단락시키고 퓨즈 부재를 단선시켜서 과온도 보호를 제공하는, 전기 콘센트를 포함한다.

바람직한 실시예에서, 탄성 압박 부재가 제1 횡방향 암, 제2 횡방향 암, 및 열가소성 디스크가 문턱 최대 온도에서 연화될 때 열가소성 디스크를 관통하기 위해 디스크를 향하는 직각 단부들을 구비하는 판스프링을 포함하고, 직각 단부들은 열가소성 디스크가 연화될 때 소켓 웰의 횡방향 말단부와 전기적으로 결합하기 위한 접촉 포인트들을 구비하고, 판스프링은 센터 파스너에 의해 전기적으로 그리고 기계적으로 결합되기 위한 센터 홀을 구비한다.

바람직한 실시예에서, 전원 콘센트는 또한 통합형 과전류 보호를 사용하며, 회로 단속은 통합형 퓨즈 부재에 의해 이루어진다.

본 발명의 다른 목적들, 특징들 및 장점들은 하기의 상세한 설명을 읽으면 명확히 알 수 있을 것이다.

하기의 상세한 설명에서 도면들을 참조하여 본 발명을 더 상세하게 설명할 것이다.
도 1은 본 발명을 실시하는 시가 라이터 소켓의 단면도이다. 본 발명은 또한, 상술한 바와 같이, 시가 라이터 콘센트와 유사한 디자인을 가지지만 시가 라이터 콘센트에 사용되는 특정 요소들, 즉 차열재(heat shield) 및 바이메탈 서모스탯을 포함하지 않는, 시가 라이터 콘센트로서 설치되지 않은 전원 콘센트에도 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명을 사용한 시가 라이터 콘센트의 분해 사시도이고, 본 발명은 또한 시가 라이터 콘센트와 유사하지만, 일반적으로 시가 라이터 콘센트에만 사용되는 컴포넌트들, 즉 차열재 및 바이메탈 서모스탯이 제외되어 있는 전원 콘센트에도 적용될 수 있다.
도 2a는 여기서는 표면실장기술 퓨즈(SMT fuse)로 도시되어 있는 소켓/콘센트 통합형 퓨즈를 포함하는 인쇄회로기판(PCB)의 단면도이다.
도 2b는 판스프링 및 열가소성 디스크에 의해 제공되는 과온도 보호 및 인쇄회로기판에 위치된 직렬 연결형 과전류 보호 통합형 퓨즈를 나타내는 소켓의 전기 배선을 도시하는 개략적인 다이어그램이다.
도 3은 소켓/콘센트의 사시도이다.
도 4는 일반적으로 라이터 소켓 실시예에만 사용되는 차열재를 도시하고 있다.
도 5는 소켓 금속 쉘을 도시하고 있다.
도 6은 소켓/콘센트의 후방에 구비되어 있는 절연 전기 커넥터 하우징을 도시하고 있다.
도 7은 전기 단자들 중 하나, 전형적으로 음극측 단자를 도시하고 있다.
도 8은 다른 전기 단자, 전형적으로 양극측 단자를 도시하고 있다.
도 9는 인쇄회로기판을 상세하게 도시하는 사시도이다.
도 9a는 퓨즈를 나타내고 있는 인쇄회로기판의 다른 사이드를 도시하는 사시도이다.
도 10은 라이터 소켓 실시예에 사용되고 비-라이터 소켓 전원 콘센트에는 사용되지 않는 바이메탈 서모스탯을 도시하고 있다.
도 11은 금속 스페이서/와셔를 도시하고 있는데, 금속 스페이서/와셔가 구비되는 경우 금속 스페이서/와셔는 과온도 보호 장치, 즉 금속 판스프링 및 도 10의 바이메탈 서모스탯 사이에서 사용된다.
도 12는 열가소성 디스크를 도시하고 있는데, 이 열가소성 디스크에 과온도 보호 판스프링이 탄성 편위 결합으로 얹힌다.
도 13은 금속 판스프링이 얹히고 판스프링과 라이터 소켓 실시예의 바이메탈 서모스탯을 금속 소켓으로부터 전기적으로 절연시키는 열 절연체를 도시하고 있다.
도 14는 열 절연체의 채널에 장착되는 과온도 보호 판스프링을 도시하고 있다.
도 15는 양극 전기 단자에, 특히 양극 전기 단자의 구멍에 수용되고 양극 단자에 리베팅되어, 소켓/콘센트의 모든 요소들을 함께 고정시키고 수용된 전기 플러그의 탄성 압박형 양극 단자를 위한 전기 접촉면을 제공하는 센터 파스너 리벳(center fastener rivet)을 도시하고 있다.
본 발명의 다른 목적들, 특징들 및 장점들은 하기의 상세한 설명을 읽으면 명확하게 알 수 있을 것이다.

이제 도 1을 참조하면, 본 발명의 콘센트/소켓/리셉터클을 관통하는 단면도가 도시되어 있다. 도 1은 시가 라이터 소켓에 사용되는 본 발명의 과온도/과전류 보호 특징을 도시하고 있는데, 일반적으로 시가 라이터 소켓으로 사용되지 않는 전원 콘센트는, 아래에서 설명하는 바와 같이, 기본적으로는 동일하지만 두 개의 요소들, 차열재 및 바이메탈 서모스탯이 보통 제외되어 있다.

본 발명에 따른 과전류 및 과온도 보호를 구비한 소켓/콘센트는 도전성 소재, 보통 방청 표면으로 도금된 강철로 만들어진 소켓 쉘(1)을 포함하지만, 적절한 온도 보호를 제공하는 임의의 도전성 금속이, 특히 시가 라이터 소켓의 경우에, 사용될 수 있다. 도 2를 참조하면 콘센트/소켓/리셉터클의 분해 사시도가 도시되어 있다.

금속 소켓(1)은 보통 차량의 음극측 전원 공급부에 접속된다. 시가 라이터 소켓의 경우, 금속 소켓은 차열재(2)에 의해 둘러싸일 수 있다. 차열재 또한 방청을 위해 도금된 금속으로 만들어지는 것이 보통이고, 또한 금속 소켓과 전기적으로 결합되는 것이 보통이며 이에 따라 또한 차량 전원 공급부의 음극측에 접속된다.

금속 소켓(1) 내의 중앙에 장착된 것은 내부 절연체(3)인데, 시가 라이터 소켓의 경우에는 보통 내열성 또는 내화성 절연체이다. 절연체(3)는 센터 파스너, 예컨대 리벳(9)이 관통하는 센터 홀을 구비한다. 센터 리벳(9)은 또한 콘센트/소켓의 다른 모든 컴포넌트들을 관통하며, 내부 절연체(3)에 의해 금속 소켓 및 차열재로부터 절연되지만, 여기서 더 상세하게 설명할 금속 판스프링(6), 금속 스페이서(5) 및 시가 라이터 소켓 실시예에서 사용되는 바이메탈 서모스탯(4)과 전기적으로 결합된다. 또한, 센터 리벳(9)은 절연 커넥터 하우징(11)의 개구를 관통하는 단자 핀(terminal prong)(12A)을 구비하는 음극측 단자(12)를 관통하지만 음극측 단자와 전기적으로 접속되지는 않는다. 커넥터 하우징(11)에 장착되고 음극 단자(12)로부터 절연되는 것은 구멍(13A)을 구비하는 양극측 단자(13)이다. 구멍(13A)은 센터 리벳(9)의 말단부를 수용하고, 센터 리벳(9)은 양극측 단자(13)의 구멍을 관통하여 리베팅됨으로써 콘센트/소켓의 모든 컴포넌트들을 함께 고정시킨다.

본 발명은 신규의 과전류 및/또는 과온도 보호를 제공한다.

과전류 보호를 제공하기 위하여, 퓨즈 부재, 바람직하게는 통합형 퓨즈를 구비한 인쇄회로기판(PCB)(8)이, 음극측 단자(12)와, 시가 라이터 소켓 실시예의 경우 차열재가 구비되면 차열재의 말단부 또는 바닥 단부, 그렇지 않으면 금속 소켓(1) 사이에 배치된다. 콘센트/소켓이 시가 라이터에 공급하는 능력을 갖지 않으면, 인쇄회로기판(8)은 음극측 단자(12)와 금속 소켓(1)의 말단부 사이에 배치된다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 인쇄회로기판(8)은 인쇄회로기판의 각각의 표면에 도전성 트레이스들(8B, 8C)을 포함하는 절연 인쇄회로기판을 포함한다. 또한 도전성 비아(8A)가 구비되어 하나의 표면 트레이스(8B)를 퓨즈(8D)에 접속시키고, 퓨즈는 PCB의 다른 사이드 위에 있는 표면 트레이스(8C)에 접속된다. 따라서 퓨즈(8D)는 콘센트/소켓의 음극 귀로(negative return)에 접속된다. 바람직하게는 퓨즈는 표면실장기술(SMT: Surface Mount Technology) 퓨즈이다. 퓨즈는 바람직하게는 과전류가 흐를 때 차량의 퓨즈박스 내의 퓨즈보다 빨리 단선되는 고속 작동 퓨즈(fast action fuse)로서 선택된다.

또한, 아래에서 설명하는 바와 같이, 과온도 상태가 있고 본 발명의 신규한 과온도 보호 장치가 소켓/콘센트를 단락시키도록 작동할 때, 퓨즈(8D)가 콘센트/소켓의 음극 귀로에 접속되어 있기 때문에, 퓨즈가 또한 단선되어 과온도 보호를 제공할 것이다. 따라서 퓨즈(8D)가 차량 퓨즈박스 내의 퓨즈보다 더 빨리 작동하는 것으로 가정하면, 과온도 보호는 통합형 퓨즈(8D)가 단선되게 하는 본 발명에 따른 소켓 내에 구비된 과온도 보호 장치의 조합에 의해 제공된다. 그러나 본 발명에 따른 과온도 보호 장치 및 과전류 보호 장치를 둘 다 동일한 콘센트에 구비할 필요는 없다. 설계 사양에 따라 단 하나의 보호 장치만 사용될 수 있다. 예를 들어 본 발명에 따른 퓨즈만 사용되어 과전류 보호만을 제공할 수 있다. 대안적으로, 과온도 보호 장치만 사용될 수 있으며, 이 경우 본 발명에 따른 소켓 과온도 보호 장치가 사용될 때 온-보드 차량 퓨즈가 과온도 보호를 제공하는 데 사용된다.

과온도 보호는 바람직하게는 금속 소켓(1) 내의 열가소성 디스크(7) 위에 있는 내부 절연체(3)의 채널 내에 절연되게 장착되는 금속 판스프링(6)에 의해 제공된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 판스프링(6)은 판스프링의 팁(6A)들(도 14)이 열가소성 디스크(7)에 대해 편위되도록 내부 탄성 편위를 갖는다. 열가소성 디스크는 바람직하게는 일반적인 환경 온도에서는 연화되지 않고 보호되어야 할 최고 온도보다 다소 낮은 온도에서만 연화되기 시작하는 플라스틱으로 만들어진다. 디스크는 녹는점이 대략 170℃인 POM(아세틸)을 포함할 수 있다. 소켓이 과온도 상태에 도달할 때, 판스프링의 금속 두께와 비교하여 표면적이 감소될 수 있는 (즉, 팁(6A)들은 열가소성 디스크를 관통할 수 있게 하기 위하여 다소 가늘거나 혹은 뾰족하게 만들어질 수 있음) 판스프링의 팁(6A)들이 열가소성 디스크를 관통하여 차량 전원 공급부의 음극측에 접속되어 있는 금속 소켓 웰(1)의 바닥과 전기적으로 결합될 것이다. 판스프링(6)이 센터 리벳(9)과 양극 단자(13)에 의해 전원 공급부의 양극측에 접속되어 있기 때문에, 차량 전원 공급부가 단락되어, 인쇄회로기판 위의 퓨즈(8D)가 단선되고(퓨즈(8D)가 구비되어 있지 않은 경우에는 온-보드 차량 퓨즈가 단선됨), 이에 의해 과온도 보호를 제공하게 된다. 과온도 보호가 작동하는 적당한 온도 범위는 약 170℃ 내지 180℃이다.

이는 전기 다이어그램에 의한 개략적인 형태로 도 2b에 도시되어 있다.

도 2에서, 열가소성 디스크(7)는 금속 소켓의 크기보다 다소 크게 도시되어 있다. 열가소성 디스크(7)는 금속 소켓의 바닥에 위치될 수 있는 외경을 가지며, 또한 금속 소켓의 내경에 헐겁게 끼워 맞춤되는 외경을 갖는다.

SMT 퓨즈(8D)를 포함하는 인쇄회로기판(8)은 차열재가 사용되는 경우에는 시가 라이터 실시예의 차열재 아래에, 또는 소켓이 시가 라이터 소켓이 아니거나 혹은 차열재를 구비하지 않는 경우에는 금속 소켓(1)의 아래에 배치된다.

인쇄회로기판(8)의 다른 사이드에는, 음극 단자(12)가 배치된다. 음극 단자(12)는 디스크형 평면부(12C)와 단자 단부(12A)를 구비한다. 평면부(12C)는 인쇄회로기판의 트레이스들 중 하나와 전기적으로 접촉된다. 특히, 평면부는 인쇄회로기판(8) 위의 트레이스(8C)와 접촉되고 이에 따라 SMT 퓨즈(8D)와 전기적으로 직렬 접촉된다. SMT 퓨즈는 전기 비아(8A)와 직렬 접촉되고, 전기 비아는 다시 PCB의 다른 사이드 위에 있는 전기 트레이스(8B)와 접속된다.

도시된 실시예의 전기 트레이스(8C)는 음극측 단자(12)와 전기 접촉하고, 전기 트레이스(8B)는 차열재(2)가 구비되는 경우에는 차열재(2)와 그렇지 않은 경우에는 금속 소켓(1)과 전기 접촉한다.

과전류 상태에서는, 과온도 상태가 있거나 혹은 그렇지 않거나 간에, 퓨즈(8D)가 단선될 것이다. 퓨즈는 차량 퓨즈박스 내의 퓨즈보다 고속 작동을 하도록 선택되고, 최대 전류 운반 용량(current carrying capability)을 제공하도록 그 크기가 정해진다.

과온도 상태가 발생되면, 위에서 설명한 바와 같이, 금속 판 스프링이 연화된 열가소성 디스크(7)를 관통하여 단락을 발생시키고 이에 따라 과전류 상태를 발생시켜서 퓨즈(8D)가 있는 경우에는 퓨즈(8D)를 그렇지 않은 경우에는 차량 온-보드 퓨즈를 단선시키는 것에 의해 단락을 제공할 것이다.

따라서 본 발명은 과전류 보호 및 과온도 보호 둘 다를 제공한다. 그러나 통상의 기술자에게는 사양에 따라 보호 수단 둘 다 사용할 필요는 없다는 것이 명확할 것이다. 예를 들어 본 발명은 과전류 보호 퓨즈 메커니즘 만을 구비하고, 금속 판스프링(6) 및 열가소성 플라스틱(7)에 의해 제공되는 과온도 보호 메커니즘은 구비하지 않을 수 있다. 과전류 퓨즈 보호만을 사용하는 이러한 실시예는, 시가 라이터가 발화 온도에 도달할 때 전기 시가 라이터 콘센트에서 달성되는 일반적인 온도보다 높은 과온도 상태에서 콘센트를 단락시키도록 구성된, 보통 바이메탈 서모스탯의 형태로 된 과온도 보호를 이미 사용하고 있는 시가 라이터 소켓에 특히 적용 가능할 수 있다.

반대로, 특정한 상황에서는, 과온도 보호 메커니즘, 즉 바람직한 실시예의 금속 판스프링(6) 및 열가소성 플라스틱(7)만을 구비하며 통합형 퓨즈를 구비하지 않고, 과온도 상태의 경우에 판스프링(6)이 열가소성 플라스틱(7)을 통해 금속 소켓(1)을 단락시킬 때 과온도 보호를 제공하도록 단지 차량 퓨즈박스 퓨즈에만 의존하는 것이 바람직할 수 있다.

그러나 본 발명의 바람직한 실시예는 설명한 것처럼 통합형 과전류 보호 퓨즈 및 통합형 과온도 보호를 제공한다. 이는 시가 라이터 리셉터클로 사용되지 않는 전원 콘센트에 사용하기에 특히 적당한데, 그것은 본 발명이 과온도 보호 판스프링(6) 및 열가소성 디스크(7)와 통합형 퓨즈(8D)의 조합을 통해 비교적 고속으로 작동하는 과온도 보호 메커니즘을 제공하기 때문이다.

도 3은 조립된 전원 콘센트/시가 라이터 소켓을 도시하고 있는데, 금속 소켓 쉘(1), 외부 차열재(2) 및 절연 전기 단자 커넥터(11)가 보인다.

도 4는 차열재(2)를 도시하고 있는데, 차열재는 라이터 소켓 실시예에서 사용될 수 있다. 도 5는 금속 소켓(1)을 보다 상세하게 도시하고 있다. 금속 소켓(1)은 내측으로 편위된 랜스(lance)(1A)들을 포함하며, 랜스들은 시가 라이터 또는 액세서리 플러그를 기계적인 결합으로 소켓 내에 유지도록 구성되고 이에 따라 플러그 또는 라이터가 소켓 바깥으로 빠지지 않고 소켓 내에 효과적으로 유지된다. 이 랜스들은 또한 삽입된 라이터의 음극측과의 보다 확실한 전기 접촉을 제공한다. 보통, 삽입된 전기 액세서리 플러그와의 음극측 접촉은 소켓(1)의 내벽과 결합되는 공지의 액세서리 플러그 상의 탄성 압박형 접점에 의해 제공된다.

또한, 소켓 쉘(1)의 반대측에 있는 개구(1B)는 바이메탈 서모스탯(4)의 클립(4A)들과 대향하도록 구비되어 가열 작용으로 인해 클립들이 팽창할 때 서모스탯 클립(4A)들의 반경 방향 이동을 제공하여 라이터가 분리되게 한다. 라이터에 전원을 공급할 수 없는 전원 콘센트의 경우, 개구(1B)는 제거될 수 있다.

도 6은 전기 커넥터 하우징 절연체(11)를 도시하고 있다.

도 7은 음극측 단자(12)를 도시하고 있다. 특히 단자 단부(12A)는 절연체(11)의 개구(11A)에 수용되고, 절연체(11) 위의 돌기(11B)는 단자(12)의 개구(12B)를 통해 수용되는 것에 의해 음극 단자(12)의 위치를 결정하도록 구성되어 있다. 단자(12)는 퓨즈 요소(8D)를 구비하는 PCB(8)와의 접촉을 위해, 앞에서 설명한 바와 같이, 디스크형 평면부(12C)를 구비한다.

단자 단부(12A)는 보통 차량 전원 공급부의 음극측에 접속된다.

도 8은 양극측 단자(13)를 도시하고 있다. 구멍(13A)은 센터 개구(11C)를 통해 절연체(11)에 수용되도록 구성되어 있고, 센터 리벳(9)을 수용한다. 단자 단부(13B)는 보통 차량 전원 공급부의 양극측에 접속된다.

도 9 및 도 9a는 퓨즈(8D)를 포함하는 PCB를 도시하고 있다. PCB(8)는 한 사이드에는 트레이스(8B)를 그리고 다른 사이드에는 트레이스(8C)를 포함한다. 트레이스(8B)는 도 9 및 도 9a에는 도시되지 않은 도전성 비아(8A)를 통해 퓨즈(8D)에 전기 접속되고, 퓨즈는 다시 전기 트레이스(8C)와 전기 접속된다. 트레이스(8C)는 음극측 전기 단자(12)와 전기적으로 접촉된다. 트레이스(8B)는 소켓 웰(1) 및/또는 차열재(2)가 구비되는 경우에는 차열재(2)와 전기적으로 접촉된다.

도 10은 소켓이 시가 라이터 리셉터클인 경우에 제공되는 바이메탈 서모스탯(4)을 도시하고 있다.

도 11은 바람직한 실시예에서 과온도 보호 판스프링(6)과 바이메탈 서모스탯(4) 사이에 구비되는 금속 스페이서(5)를 도시하고 있다. 스페이서(5)는 판스프링(6)과 바이메탈 서모스탯 간의 간섭을 방지하고 두 부품들 간의 전기적/열적 접속을 용이하게 하기 위하여 구비된다. 스페이서는 제거될 수 있고, 또한 비-라이터 소켓 실시예에서는 반드시 필수는 아닐 수 있다.

도 12는 소켓 웰(1)의 바닥에 위치되고 보호 판스프링(6)이 그 위에 닿아 있는 열가소성 디스크(7)를 도시하고 있다.

도 13은 판스프링(6) 및 서모스탯(4)이 구비되는 경우에 판스프링(6) 및 서모스탯(4)을 위한 채널(3A)을 구비한 내부 절연체(3)를 도시하고 있다.

도 14는 내부 절연체(3)의 채널(3A) 내에 얹히는 판스프링(6)을 도시하고 있다.

마지막으로, 도 15는 센터 파스너, 예컨대 리벳(9)을 도시하고 있는데, 리벳은 소켓/콘센트의 모든 요소들을 함께 유지하는 데 사용된다. 또한 리벳은 차량 전원 공급부의 양극측에 접속되고, 그 헤드(9A)는 콘센트에 플러깅되는 전기/전자 장치의 전기 액세서리 플러그의 탄성 편위 접점에 대한 전기적 접촉을 제공하는 데 사용된다.

통합형 퓨즈(8D)가 단선되거나 혹은 열 보호 장치(6/7)가 작동하면, 전기 콘센트는 새 것으로 교체된다.

본 발명을 특정한 실시예와 관련해서 설명했지만, 통상의 기술자라면 다른 많은 변형예들과 개조예들 및 다른 용도들을 명확하게 알 것이다. 따라서 본 발명이 여기에서 구체적으로 개시한 내용에 의해서가 아니라 첨부된 특허청구범위에 의해서만 한정되는 것이 바람직하다.

Claims (30)

1. 전기 콘센트로서,
   센터 홀을 구비하는 횡방향 말단부를 구비하며, 전기 플러그를 활주 가능하게 수용하기 위한 도전성 소켓 웰;
   소켓 웰의 횡방향 말단부에 인접하고, 전원 공급부에 대한 접속을 위한 적어도 두 개의 전기 단자를 구비하되, 상기 전기 단자들 중 제1 전기 단자는 센터 파스너에 결합되고, 상기 전기 단자들 중 제2 전기 단자는 소켓 웰의 횡방향 말단부에 인접한 도전성 요소에서 끝나는, 절연 커넥터 하우징;
   소켓 웰의 횡방향 말단부와 도전성 요소 사이에 구비되고, 도전성 요소와 소켓 웰 사이에서 직렬로 전기 접속되고, 제2 전기 단자와 소켓 웰 사이에서 전기 전도 경로를 제공하는 퓨즈 부재; 및
   소켓 웰 내에서 소켓 웰의 말단부에 배치되는 절연체를 포함하며,
   센터 파스너가 소켓 웰, 절연체, 퓨즈 부재, 절연 커넥터 하우징, 제1 전기 단자 및 제2 전기 단자를 하나의 유닛으로 함께 유지하고,
   소켓 웰에 수용되는 전기 플러그의 각각의 접점들과 전기적으로 접촉하기 위해, 센터 파스너의 근단부는 상기 소켓 웰과 절연된 제1 전기 접점을 제공하고, 소켓 웰은 제2 전기 접점을 제공하고,
   퓨즈 부재는 전기 콘센트를 위한 통합형 과전류 보호를 제공하되, 과전류 상태에서 퓨즈 부재는 직렬 전기 접속을 차단하고,
   퓨즈 부재는 제1 도전성 사이드, 제2 도전성 사이드 및 제1 도전성 사이드 및 제2 도전성 사이드와 직렬로 접속되는 퓨즈 요소를 구비하는 절연 부재를 포함하고, 제1 도전성 사이드 및 제2 도전성 사이드는 각각 소켓 웰 및 제2 전기 단자의 도전성 요소와 전기적으로 접촉하고, 도전성 요소는 평면형 도전성 요소를 포함하며,
   절연 부재가 회로기판을 포함하고, 도전성 사이드들이 회로기판의 각각의 사이드 위에 배치되는 제1 도전성 트레이스 및 제2 도전성 트레이스를 포함하고, 퓨즈 요소는 회로기판 위에 실장되는 것을 특징으로 하는 전기 콘센트.
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4. 청구항 1에 있어서,
   회로기판이 인쇄회로기판을 포함하고, 퓨즈 요소는 인쇄회로기판에 실장되는 표면 실장 기술(SMT) 퓨즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 콘센트.
5. 청구항 4에 있어서,
   인쇄회로기판을 관통하여 형성되어 제1 도전성 트레이스와 제2 도전성 트레이스를 접속하는 전기 비아를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 콘센트.
6. 청구항 1에 있어서,
   제1 전기 단자가 DC 전압 공급부의 양극측에 접속되고 제2 전기 단자는 DC 전압 공급부의 음극측에 접속되며, 이에 의해 퓨즈 부재가 DC 전압 공급부의 음극 귀로 사이드에 직렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 전기 콘센트.
7. 청구항 6에 있어서,
   DC 전압 공급부가 모터 차량의 전원 공급부이고, 전기 콘센트는 모터 차량 내의 전원 리셉터클을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 콘센트.
8. 청구항 1에 있어서,
   전기 콘센트에 과온도 보호 메커니즘을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 콘센트.
9. 청구항 8에 있어서,
   과온도 보호 메커니즘이 열가소성 절연 디스크와 탄성 압박 부재를 포함하고, 열가소성 절연 디스크는 소켓 웰 내의 절연체와 소켓 웰의 횡방향 말단부 사이에 장착된 소켓 웰의 말단부에 배치되고, 열가소성 절연 디스크의 센터 홀을 관통하여 배치되는 센터 파스너에 의해 제자리에 유지되고, 전기 콘센트의 일반적인 사용 온도 범위보다 높지만 문턱 최대 온도보다는 낮은 녹는점을 가지며, 탄성 압박 부재는 센터 파스너에 전기적으로 그리고 기계적으로 연결되고, 센터 파스너에 의해 절연체 내에서 제자리에 유지되고, 열가소성 절연 디스크에 대해 편위되며, 열가소성 절연 디스크가 최대 온도에서 연화되고, 열가소성 절연 디스크에 대해 편위된 탄성 압박 부재가 열가소성 절연 디스크를 관통하는 전기 전도 경로를 형성하여 소켓 웰의 횡방향 말단부와 전기적으로 결합함으로써, 전원 공급부를 단락시키고 퓨즈 부재를 단선시켜서 과온도 보호를 제공하는 것을 특징으로 하는 전기 콘센트.
10. 청구항 9에 있어서,
    탄성 압박 부재가 제1 횡방향 암, 제2 횡방향 암, 및 열가소성 절연 디스크가 문턱 최대 온도에서 연화될 때 열가소성 절연 디스크를 관통하기 위해 열가소성 절연 디스크를 향하는 직각 단부들을 구비하는 판스프링을 포함하고, 직각 단부들은 열가소성 절연 디스크가 연화될 때 소켓 웰의 횡방향 말단부와 전기적으로 결합하기 위한 접촉 포인트들을 구비하고, 판스프링은 센터 파스너에 의해 전기적으로 그리고 기계적으로 결합되기 위한 센터 홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 콘센트.
11. 청구항 10에 있어서,
    과열된 전기 플러그로부터의 열이 센터 파스너로부터 판스프링으로 전달됨으로써, 판스프링이 열가소성 절연 디스크를 가열하고 열가소성 절연 디스크가 문턱 최대 온도에 도달하면 판스프링이 열가소성 절연 디스크를 관통할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 전기 콘센트.
12. 청구항 10에 있어서,
    전기 플러그와 결합하기 위한 적어도 두 개의 클립을 구비하는 바이메탈 서모스탯 결합 장치를 더 포함하고, 전기 플러그는 시가 라이터를 포함하고, 바이메탈 서모스탯은 센터 파스너에 의해 전기적으로 그리고 기계적으로 결합되고, 시가 라이터의 발화 온도에 도달하면 바이메탈 서모스탯 클립들이 반경 방향 외측으로 이동하여 시가 라이터를 클립들과의 전기적인 그리고 기계적인 결합으로부터 해제하는 것을 특징으로 하는 전기 콘센트.
13. 청구항 12에 있어서,
    바이메탈 서모스탯과 판스프링 사이의 도전성 스페이서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 콘센트.
14. 청구항 1에 있어서,
    퓨즈 부재가 부당 변경 방지형(tamper proof)인 것을 특징으로 하는 전기 콘센트.
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29. 청구항 1에 있어서,
    소켓 웰을 둘러싸는 차열재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 콘센트.
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