KR102059958B1 - 회로 차단기 - Google Patents

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헨드릭-크리스티안 쾨프
언스트-디에터 빌케닝
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엘렌베르거 앤드 포엔스겐 게엠베하
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Abstract

본 발명은 특히, 비히클(vehicle)(2)의 전력 공급 시스템(12, 16)에서 직류를 인터럽트하기 위한 회로 차단기(14)에 관한 것이며, 이는 스위치(52)를 포함하는 메인 전류 경로(22)를 포함하고 메인 전류 경로(22)에 걸친 전류 흐름(I)을 검출하기 위한 리드 릴레이(34)를 포함한다. 스위치(52)는 리드 릴레이(34)에 커플링된다. 본 발명은 추가로, 회로 차단기(14)의 사용에 관한 것이다

Description

회로 차단기
본 발명은 스위치를 포함하는 메인 전류 경로를 포함하는, 직류를 인터럽트하기 위한 회로 차단기에 관한 것이다. 회로 차단기는 특히, 자동차 또는 항공기와 같은 비히클(vehicle)의 온-보드 전기 시스템의 컴포넌트이다. 본 발명은 추가로, 비히클의 온-보드 전기 시스템을 보호하기 위한 회로 차단기의 사용에 관한 것이다.
포토볼테익(photovoltaic) 시스템들은 일반적으로 서로 직렬 또는 병렬로 전기적으로 연결되는 다수의 포토볼테익 모듈들을 갖는다. 포토볼테익 모듈들 그 자체의 결합은, 포토볼테익 모듈에 의해 제공된 전기 에너지가, 통상적으로 교류를 갖는 공급 네트워크에 공급되게 하는 인버터에, 전력 라인에 의해 접촉된다. 대조적으로, 직류는 원칙적으로 전력 라인에서 전도된다. 고장 시에 인버터로부터 포토볼테익 모듈들을 연결해제하기 위해, 기존의 전류 흐름으로 인한 포토볼테익 모듈들의 소손(burn-up) 또는 인버터에 대한 손상이 방지되게 하는 회로 차단기들이 일반적으로 사용된다. 이 경우에, 몇십 암페어의 전류 세기를 갖는 전류들은 일반적으로 스위칭되며, 여기서, 몇백 볼트의 전압이 포토볼테익 모듈 내의 적합한 상호연결로 인해 개별 전기 극들(electrical poles) 사이의 콘택들에 존재한다.
직류를 인터럽트하기 위한 회로 차단기의 다른 애플리케이션은 항공기 또는 자동차들과 같은 비히클들이다. 이 경우에, 전기 모터에 의해 구동되는 자동차들은 일반적으로 고전압 배터리를 포함하는 고전압 온-보드 전기 시스템을 갖는다. 400 내지 500 볼트의 전압과 몇백 암페어까지의 전류 세기가 고전압 배터리에 의해 제공된다. 고전압 배터리의 오작동 또는 인버터 또는 인버터에 연결된 전기 모터 내의 단락의 경우에, 안전 이유들로, 고전압 온 보드 전기 시스템의 가능한 가장 신속한 연결해제가 필요하다. 고전압 배터리의 소손을 방지하기 위해, 가능한 가장 짧은 스위칭 시간이 필요하다. 이는 또한, 자동차 사고 및 그로 인해 전기 모터 또는 인버터 내에서 야기된 단락의 경우에 보장될 것이며, 여기서 사고의 유형에 의존하여, 회로 차단기의 전력 공급기의 장애가 배제되지 않을 수 있다.
직류로 인해, 코일들을 통한 변압기 커플링이 전류 세기를 검출하는데 사용될 수 없기 때문에, 과전류 그 자체의 검출이 추가의 난제이다. 따라서, 일반적으로 전류가 흐르게 하는 전기 코일을 갖는 바이메탈 센서(bimetallic sensor) 또는 충격 전기자 시스템(impact armature system)이 사용된다. 그러나, 이 경우에, 손실들이 전기 코일 내에서 발생하는데, 이는 한편으로, 효율을 감소시키고, 다른 한편으로, 이러한 열 입력으로 조정되어야 하는 회로 차단기의 가열을 초래한다. 이렇게 요구되는 냉각 엘리먼트들로 인해 생산 비용들이 증가된다. 이에 대한 대안은, 전기 저항이 알려져 있는 소정의 라인 섹션에 걸친 전압의 강하가 검출되는 션트(shunt)의 사용이다. 전류 흐름은 검출된 전압에 기초하여 계산된다. 여기서의 단점은 전기 저항 그 자체가 온도-의존적(이는 전류 세기에 대한 잘못된 값을 유발함)이라는 것이다. 대안적으로, 실질적으로 온도-독립적 전기 저항을 갖는 재료가 션트를 위해 선택되나, 이는 제조 비용들을 증가시킨다.
모든 회로 차단기들에서, 센서들은, 회로 차단기 그 자체가 반드시 다른 컴포넌트들로부터 전기적으로 격리되도록 전류 흐름이 인터럽트되게 하는 라인에 항상 전기적으로 접촉된다. 또한, 회로 차단기 내의 의도하지 않은 단락에 대하여 회로 차단기 내에서 적절한 조치들을 취하는 것(이러한 조치를 취하지 않았으면, 전류 흐름의 지속 및 결과적으로, 회로 차단기의 기능적 손실로 이어졌을 것임)이 필요하다.
본 발명의 목적은 안전성이 특히 증가되고 제조 비용들이 바람직하게 감소되는, 직류를 인터럽트하기에 특히 적합한 회로 차단기를 제공하는 것이다. 본 발명의 추가의 목적은 회로 차단기의 사용을 제공하는 것이다.
회로 차단기와 관련하여, 상기 목적은 청구항 1의 특징들에 의한 그리고 사용과 관련하여 청구항 15의 특징들에 의한 본 발명에 따라 달성된다. 유리한 정제들 및 실시예들은 종속 청구항들의 요지이다.
회로 차단기는 직류를 인터럽트하기 위해 사용되고 직류를 인터럽트하는데 특히 적합하다. 바람직하게는, 직류를 인터럽트하기 위한 회로 차단기가 제공되고 구성된다. 회로 차단기는, 예를 들어, 포토볼테익(photovoltaic) 시스템 또는 포토볼테익 모듈에 의해 그리고 예를 들어, 포토볼테익 시스템 또는 포토볼테익 발전소의 컴포넌트에 의해 전기적으로 접촉된다. 이에 대한 대안으로, 회로 차단기는 100 볼트, 200 볼트, 300 볼트 또는 400 볼트보다 크고, 예를 들어 1000 볼트 또는 900 볼트 보다 작은 전압을 갖는 비히클의 온-보드 전기 시스템, 예를 들어 고전압 온-보드 전기 시스템의 컴포넌트이다. 이 비히클은 예를 들어, 항공기이고, 온-보드 전기 시스템은 예를 들어, 항공기의 액추에이터들에 공급(supply)하도록 역할을 한다. 이에 대한 대안으로, 비히클은 자동차, 특히 전기 또는 하이브리드 비히클이다. 특히, 이 경우에, 회로 차단기는 자동차의 메인 드라이브에 전류를 공급하도록 역할을 하는 온-보드 전기 시스템의 컴포넌트이다.
회로 차단기는 특히, 10 암페어, 100 암페어, 200 암페어, 300 암페어, 500 암페어 또는 600 암페어 이상의 전류들을 스위칭하기 위해 제공된다. 적절하게는, 회로 차단기로 스위칭 가능한 최대 전류 세기는 900 암페어, 1000 암페어, 1500 암페어 또는 2000 암페어이다. 예를 들어, 회로 차단기로 스위칭 가능한 전압은 10 볼트, 50 볼트, 100 볼트 또는 200 볼트보다 크다. 특히, 스위칭 가능한 전압은 500 볼트, 600 볼트, 700 볼트 또는 1000 볼트 미만이다.
회로 차단기는 동작 동안 인터럽트될 직류를 전도시키는 메인 전류 경로를 갖는다. 메인 전류 경로는 스위치를 포함하며, 이 스위치가 작동될 때, 이 스위치에 의해 전류 흐름이 인터럽트된다. 이 목적을 위해, 스위치는 바람직하게는, 전기 도전 상태로부터 전기 비-도전 상태로의 스위치의 적합한 제어에 의해 취해질 수 있는 2개의 콘택들을 포함한다. 즉, 2개의 콘택들은 서로 전기 도전성으로 연결되거나 또는 서로 전기적으로 절연되며, 여기서 적절하게는, 스위칭 동작들은 가역적(reversible)이다. 스위치는 적절하게는, 메인 전류 경로를 통한 전류 흐름이 영향을 받도록 활성화가 발생하게 하고 메인 전류 경로의 부분이 아닌 추가의 컴포넌트를 갖는다. 스위치는 예를 들어, 반도체 스위치, 특히 GTO 또는 MOSFET과 같은 전력 반도체 스위치이다. 대안으로, 스위치는 릴레이와 같은 전자기계적 스위치이거나, 예를 들어, 서로 직렬로 또는 병렬로 연결되는, 반도체 스위치 및 전자기계적 스위치와 같은 이러한 유형의 다수의 스위칭 엘리먼트들을 갖는다. 예를 들어, 스위치는 2개의 직렬 연결된 전자기계적 스위치들 또는 이중-차단 구성의 콘택터(contactor)를 포함한다.
회로 차단기는 추가로, 메인 전류 경로에 걸쳐 전도되는 전류 흐름을 검출하기 위한 리드 릴레이를 포함한다. 즉, 리드 릴레이는 메인 전류 경로에 걸친 전류 흐름을 검출하도록 제공되고 구성된다. 이러한 종류의 릴레이는 생산하기에 비교적 저렴하며, 이는 회로 차단기의 제조 비용이 감소되는 이유이다. 리드 스위치 또는 리드 콘택으로서 또한 지칭되는 리드 릴레이는 바람직하게는, 강자성 재료로 제조된 퓨즈형 콘택 블레이드(fused contact blade)들을 갖는 유리관을 갖는다. 콘택 블레이드들은 특히 철-니켈 합금으로 제조되고, 외부 자기장의 함수로서 서로에 대해 이동하도록 제공되고 구성되며, 여기서 소정의 자기장 세기에서, 2개의 콘택들은 서로 전기적으로 접촉된다. 추가의 미리 결정된 자기장 세기에서, 2개의 콘택들은 서로 전기적으로 격리되고, 적절하게는 서로 이격된다. 특히, 2개의 콘택들은 컨테이너(container), 예컨대, 관(tube), 바람직하게는, 적절하게는, 보호 가스, 예를 들어, 질소/수소 또는 불활성 가스로 충전된 유리관 내에 배치된다. 대안적으로, 하우징은 진공처리(evacuate)된다.
스위치는 예를 들어, 시그널링 측면에서 또는 전기적으로 리드 릴레이에 커플링된다. 특히, 리드 릴레이는, 스위치의 스위칭 상태가 리드 릴레이에 의해 검출된 신호의 함수로서 변경되도록 배치된다. 적절하게는, 리드 릴레이는, 과전류의 경우에, 메인 전류 경로가 리드 릴레이의 스위칭 상태를 변화시키도록 배치된다.
이 경우에, 메인 전류 경로와의 직접적인 전기 콘택이 전류 흐름을 검출하기 위해 필요하지 않으며, 이는 리드 릴레이가, 바람직하게는, 메인 전류 경로로부터 갈바니식으로(galvanically) 격리되어서, 리드 릴레이로 인한 회로 차단기의 단락이 실질적으로 배제될 수 있게 하는 이유이다. 또한, 리드 릴레이를 동작시키기 위해 어떠한 전류도 필요하지 않아서, 한편으로, 리드 릴레이는 동작을 위해 어떠한 전기 에너지도 필요로 하지 않는다. 다른 한편으로, 리드 릴레이는 또한 동작 동안 가열되지 않아서, 그의 냉각을 위해 비교적 복잡한 설계 조치들이 취해질 필요가 없다. 또한, 전류 흐름의 변화의 검출은 비교적 짧은 시간 내에 발생하며, 이는 회로 차단기가 비교적 짧은 트리핑(tripping) 특성을 가져서 안전성이 증가되는 이유이다.
특히 바람직하게는, 스위치는 전자기계적 스위치를 갖거나 전자기계적 스위치에 의해 형성된다. 여기서, 스위치 콘택들은 스위치 콘택들 중 하나에 적합하게 연결되는 전자기 코일에 의해 이동된다. 리드 릴레이는 바람직하게는, 예를 들어, 직접 또는 다른 전기 컴포넌트들에 의해, 스위치의 전기 코일에 전기적으로 접촉된다. 예를 들어, 리드 릴레이는 전기 코일에 병렬로 연결된다. 그러나, 특히 바람직하게는, 리드 릴레이는 스위치의 전기 코일에 직렬로 연결되어서, 전기 코일의 통전(energization)은 리드 릴레이의 스위칭 상태의 변화에 의존하여 변경된다. 예를 들어, 이로써, 단지 하나의 전기 라인 또는 추가의 전기 컴포넌트들이 리드 릴레이와 전기 코일 사이에 연결된다. 이에 따라, 직렬 연결로 인해, 실질적으로 메인 전류 경로에 걸친 전류 흐름의 변화 및 결과적으로 리드 릴레이의 스위칭 직후에, 그의 전기 코일에 의한 스위치의 스위칭이 인에이블되고, 이는 회로 차단기의 스위칭 시간이 추가로 단축되고 안정성이 증가되는 이유이다.
예를 들어, 리드 릴레이는, 단지 전류 흐름만이 스위칭 온 또는 오프되게 하는 단극 스위치(single-pole switch) 방식으로 설계된다. 이러한 방식으로, 제조 비용이 비교적 낮은, 비교적 견고한 회로 차단기가 제공된다. 결과적으로, 리드 릴레이의 작동 시에, 스위치의 전기 코일이 통전되거나 그의 통전이 인터럽트된다. 결과적으로, 스위칭 동작이 리드 릴레이에 의해 수행되는 경우에, 스위칭 동작이 스위치에 의해 수행된다. 그러나 특히 바람직하게는, 리드 릴레이는 중앙 단자와 제1 및 제2 단자를 포함하는 전환 스위치 구성을 가지며, 리드 릴레이의 스위칭 상태에 의존하여, 중앙 단자가 제1 단자 또는 제2 단자에 전기적으로 접촉된다. 이 경우에, 예를 들어, 제1 단자는 보통, 중앙 단자에 전기적으로 접촉되고, 중앙 단자는 제2 단자로부터 전기적으로 격리된다. 즉, 제1 단자는 NC("normally closed")이고 제2 단자는 NO("normally open")이다. 특히, 리드 릴레이는 단안정 전환 콘택이거나 적어도 단안정 전환 콘택의 방식으로 구성된다. 대안으로, 리드 릴레이는 쌍안정 전환 콘택이거나 적어도 쌍안정 전환 콘택의 방식으로 구성된다.
바람직하게는, 중앙 단자는 스위치의 전기 코일에 전기적으로 접촉되어, 스위칭 상태에 따라, 중앙 단자는 제1 또는 제2 단자에 전기적으로 접촉된다. 예를 들어, 중앙 단자는 전기 코일에 직접 접촉되거나 또는 회로 차단기의 추가의 컴포넌트들이 중앙 단자와 전기 코일 사이에 로케이팅되며, 따라서 이 추가의 컴포넌트들은 중앙 단자와 전기 코일에 직렬로 연결된다. 그러나 적어도, 중앙 단자와 전기 코일 사이에 리드 릴레이의 어떠한 추가의 컴포넌트들도 없다. 특히, 스위치는 전기 코일이 통전되고 이에 따라 전류를 전도할 때만 전기 도전 상태가 된다. 결과적으로, 리드 릴레이의 스위칭 동작에서, 코일에 저장되는 전기 에너지는 제2 단자로의 전류 흐름에 의해 소산되고 이에 따라, 스위칭 시간이 추가로 단축된다.
적절하게는, 이러한 목적을 위해, 제1 커패시터가 전기 코일 및 리드 릴레이에 병렬로 연결된다. 특히, 제1 커패시터는, 보통 상태에서 중앙 단자와 전기적으로 격리되는, 리드 릴레이의 제2 단자에 전기적으로 접촉된다. 결과적으로, 리드 릴레이 스위치의 경우에, 공진 회로(이 회로는 전기 코일에 저장된 전기 에너지가 소산되게 함)는 스위치의 전기 코일 및 제 1 커패시터에 의해 형성된다. 적절하게는, 회로 차단기가 전기 도전 상태(보통 상태)에 있을 때 제1 커패시터는 충전되지 않으며, 이는 한편으로, 제1 커패시터의 가능한 동작 시간이 증가되고, 다른 한편으로, 전기적 단락의 가능성이 방지되는 이유이다.
바람직하게는, 다이오드, 특히 2개의 다이오드들이 제1 커패시터와 전기 코일 사이에 연결되며, 여기서 바람직하게는, 전도 방향이 동일한 방향으로 지향되는 다이오드들 중 하나가 적절하게는, 제1 커패시터의 각각의 전극과 전기 코일 사이에 배열된다. 결과적으로, 리드 릴레이의 스위칭 동작에서, 전기 코일의 인덕턴스로 인해, 그의 저장된 전기 에너지가 실질적으로 제1 커패시터에 완전히 충전되는 단일 오실레이션 동작이 수행된다. 제1 커패시터의 방전이 다이오드로 인해 방지되며, 이는, 스위치의 의도하지 않은 재폐쇄로 이어질, 전기 코일의 재개된 통전이 배제될 수 있는 이유이다.
바람직하게는, 회로 차단기는 드라이브 코일 및 이에 따라 추가의 전기 코일을 포함한다. 드라이브 코일은 제1 커패시터에 커플링된다. 특히, 드라이브 코일은 제1 커패시터에 의해 통전된다. 바람직하게는, 다이오드가 드라이브 코일에 직렬로 연결되며, 상기 다이오드는 드라이브 코일로, 제1 커패시터로 역으로 송신된 전기 에너지의 소산이 방지되게 한다. 적절하게는, 드라이브 코일은 제2 커패시터에 전기적으로 접촉된다. 예를 들어, 드라이브 코일은 제2 커패시터에 병렬로 연결된다. 그러나, 적합하게는, 제2 커패시터는 드라이브 코일에 직렬로 연결되어서, 드라이브 코일의 통전이 발생하거나 적어도 제2 커패시터에 의해 발생될 수 있다. 예를 들어, 제2 커패시터는 제1 커패시터에 전기적으로 접촉되거나 또는 시그널링의 측면에서 제1 커패시터에 연결된다. 적절하게는, 2개의 커패시터들은 제1 커패시터의 충전 상태가 변할 때, 드라이브 코일이 통전되거나, 또는 적어도 드라이브 코일의 통전이 변하는 방식으로 연결된다. 결과적으로, 리드 릴레이의 스위칭 동작에서, 드라이브 코일의 통전 및/또는 특히, 제2 커패시터의 충전 상태가 변한다. 드라이브 코일로 인해, 제1 커패시터의 방전이 가능하게 되어서, 회로 차단기의 트리핑 이후, 제1 커패시터에 저장된 전기 에너지가 소산되며, 이는 안전성을 증가시킨다. 특히, 컴포넌트가 드라이브 코일에 의해 구동되고, 따라서 드라이브 코일에 저장된 에너지가 소산된다.
적합하게는, 드라이브 코일은 스위칭 엘리먼트에 의해 제2 커패시터에 전기적으로 접촉된다. 즉, 스위칭 엘리먼트는 제2 커패시터와 드라이브 코일 사이에 로케이팅된다. 예를 들어, 스위칭 엘리먼트는 반도체 스위치, 특히 사이리스터(thyristor)이다. 반도체 스위치의 게이트는 바람직하게는, 예를 들어 전기적으로 또는 시그널링 측면에서 제1 커패시터에 커플링되어서, 충전의 상태가 변할 때, 드라이브 코일이 제2 커패시터에 의해 통전되도록 스위칭 엘리먼트가 스위칭된다. 즉, 드라이브 코일은 사이리스터에 의해 제1 커패시터에 커플링된다. 적절하게는, 보통 상태에서, 따라서, 회로 차단기가 전기 도전 상태에 있을 때, 제2 커패시터가 충전되어서, 제1 커패시터의 충전의 상태가 비교적 짧은 시간 기간 내에 사이리스터에 의해 미리 결정된 임계치를 초과할 때 드라이브 코일은 비교적 큰 전류 흐름으로 통전된다.
본 발명의 일 실시예에서, 드라이브 코일은 커플러에 의해 제1 커패시터에 커플링된다. 특히, 커플러는 갈바니 격리 커플러(galvanically isolating coupler)이어서, 드라이브 코일은 제1 커패시터로부터 그리고 또한, 이에 따라 리드 릴레이로부터 갈바니식으로 격리된다. 예를 들어, 동작 동안, 갈바니 격리에도 불구하고 커플러를 통해 펄스 전달이 가능하게 된다. 적절하게는, 커플러는 변압기이거나, 특히, 입력 측 상에 발광 다이오드(LED) 및/또는 출력 측 상에 포토다이오드, 포토트랜지스터 및/또는 DIAC를 갖는 옵토커플러이다.
적절하게는, 이 경우에, 제2 커패시터는 메인 전류 경로에 전기적으로 접촉된다. 특히, 제2 커패시터의 전극이 메인 전류 경로에, 특히, 회로 차단기의 단자들 중 하나에 직접 전기적으로 접촉된다. 바람직하게는, 제2 커패시터의 제2 전극은, 예를 들어, 직접적으로 또는 추가의 컴포넌트들에 의해 회로 차단기의 추가의 단자에 전기적으로 접촉된다. 적절하게는, 회로 차단기의 동작 동안, 회로 차단기가 온-보드 전기 시스템의 부분인 경우에, 온-보드 전기 시스템의 전압이 제2 커패시터에 인가된다. 제2 커패시터는 특히, 이 목적을 위해 적합하게 배치된다. 결과적으로, 동작 동안, 비교적 많은 양의 전기 에너지가 제2 커패시터에 의해 저장되어서, 리드 릴레이가 스위칭 될 때, 스위치의 전기 코일에 저장되고 제1 커패시터에 의해 드라이브 코일에 송신되는 에너지뿐만 아니라, 이와 대조적으로 증가된 에너지의 량이 드라이브 코일을 통전하는데 이용 가능하며, 이는 드라이브 코일에 의해 구동되는 임의의 컴포넌트가 비교적 신속하게 가속되는 이유이다. 커플러로 인해, 이 경우에, 제2 커패시터가 리드 릴레이로부터 갈바니식으로 격리되며, 이는 안전성을 증가시킨다.
바람직하게는, 커플러는 스위칭 엘리먼트, 특히 반도체 스위치, 특히 사이리스터의 게이트에(만약 이들이 존재한다면) 전기적으로 접촉되어서, 드라이브 코일과 커플러 사이의 커플링이 사이리스터에 의해 생성된다. 적절하게는, 커플러는 제1 커패시터에 병렬로 연결된다.
특히, 제2 커패시터의 하나의 전극은 제3 커패시터에 의해 메인 전류 경로에 전기적으로 접촉된다. 즉, 제2 및 제3 커패시터들은 직렬로 연결되며, 여기서 제3 커패시터는 제2 커패시터와 메인 전류 경로 사이에 배치된다. 이러한 방식으로, 제2 커패시터와 메인 전류 경로 사이에 갈바니 격리가 실현되며, 이는 안전성을 추가로 증가시킨다. 또한, 메인 전류 경로에 인가된 모든 전압이 제2 커패시터에 인가되는 것은 아니며, 이는 그것이 더 작아질 수 있는 이유이며, 이는 제조 비용들을 감소시킨다. 이에 대한 대안으로, 제2 커패시터와 메인 전류 경로 사이의 다른 갈바니 디커플링이 사용된다.
추가의 대안에서, 드라이브 코일과 제1 커패시터의 커플링은 전기적 병렬 연결에 의해 달성된다. 즉, 드라이브 코일은 제1 커패시터에 병렬로 연결되어 그것에 전기적으로 접촉된다. 이 경우에, 바람직하게는, 스위칭 엘리먼트 또는 추가의 스위칭 엘리먼트가 드라이브 코일에 직렬로 연결되어서, 이를테면, 예컨대, 트랜지스터 또는 사이리스터와 같은 반도체 스위치와 같은, 스위칭 엘리먼트를 작동시킴으로써, 드라이브 코일이 제1 커패시터에 의해 통전된다. 이러한 방식으로, 제1 커패시터에 저장된 전기 에너지가 드라이브 코일에 의해 소산된다. 특히, 이 경우에, 제2 커패시터는 (만약 그것이 존재한다면) 제1 커패시터에 병렬로 연결되며, 여기서 적절하게는, 제2 커패시터로부터 제1 커패시터로의 전류 흐름은 다이오드에 의해 방지된다.
예를 들어, 회로 차단기는 리드 릴레이 및 스위치의 전기 코일을 갖는 2차 전류 경로를 포함한다. 회로 차단기가 자동차의 온-보드 전기 시스템의 컴포넌트인 경우, 자동차의 고전압 온-보드 전기 시스템은 적절하게는, 메인 전류 경로에 의해 보호된다. 2차 전류 경로는 바람직하게는, 예를 들어, 12 볼트, 24 볼트 또는 42 볼트를 갖는 저전압 온-보드 전기 시스템의 컴포넌트이다. 특히, 2차 전류 경로의 전압 및/또는 전류는 메인 전류 경로의 각각의 대응하는 값보다 작다. 그 결과, 스위치의 전기 코일에 의해서가 아니라 스위치에 의해 전도되는 전류 흐름이 인터럽트된다. 결과적으로, 동작 동안, 스위치의 전기 코일 및 리드 릴레이는 비교적 낮은 전압들/전류들을 전도하며, 여기서 메인 전류 경로에 의해 전도된 비교적 큰 전류들/전압들이 회로 차단기에 의해 스위칭될 수 있다.
본 발명의 대안적인 실시예에서, 회로 차단기는 예를 들어, 전기 및/또는 전자 컴포넌트들에 의해 생성되는 제어 유닛을 포함한다. 예를 들어, 제어 유닛은 마이크로프로세서를 포함한다. 리드 센서(리드 릴레이)는 시그널링 측면에서 제어 유닛에 연결되며, 제어 유닛은 차례로, 시그널링 측면에서 스위치에 연결된다. 결과적으로, 고장이 검출될 때, 신호가 리드 스위치(리드 릴레이)에 의해 제어 유닛으로 먼저 송신되고, 제어 유닛에 의해 평가된다. 리드 릴레이에 의해 검출된 전류 흐름이 임계 값을 초과하는 경우, 스위치에 대한 제어 신호가 제어 유닛에 의해 생성되어서, 메인 전류 경로가 전기적으로 인터럽트된다. 이 경우의 스위치는 예를 들어, 게이트가 예를 들어, 제어 유닛에 전기적으로 접촉되는 반도체 스위치이다. 예를 들어, 반도체 스위치는 GTO 또는 MOSFET과 같은 전력 반도체 스위치이다. 대안적으로, 스위치는 릴레이와 같은 전자기계적 스위치이거나, 예를 들어, 직렬로 또는 병렬로 연결되는, 반도체 스위치 및 전자기계적 스위치와 같은 이러한 유형의 다수의 스위칭 엘리먼트들을 갖는다. 예를 들어, 스위치는 2개의 직렬 연결된 전자기계적 스위치들 또는 이중-차단 구성의 콘택터(contactor)를 포함한다. 제어 유닛은 적절하게는, 에너지 저장 수단, 예를 들어, 배터리 또는 커패시터를 포함하여서, 제어 유닛에 대한 외부 전력 공급기가 적어도 소정의 시간 기간 동안 고장난 경우조차도 모니터링이 가능해진다.
스위치는 바람직하게는, 전기 코일 내에 적어도 부분적으로 배치되는 전기자를 갖는다. 전기자는 스위치의 스위치 콘택들 중 적어도 하나에 기계적으로 커플링되고, 특히 이들에 연결되고, 바람직하게는 거기에 부착된다. 전기 코일의 통전이 변하는 경우, 결과적으로, 전기자가 전기 코일 내에서 이동된다. 예를 들어, 전기자 및/또는 스위치 콘택이 스프링 로딩(spring-load)된다. 스프링 력은, (만약 그것이 통전되는 경우) 전기 코일에 의해 제공되는 자력에 의해 소거된다. 결과적으로, 전기 코일의 통전의 인터럽션의 경우에, 스위치 콘택은 작용하는 스프링 력으로 인해 이동되어서, 스위치는 개방 상태가 된다. 안전성이 이러한 방식으로 증가된다.
적절하게는, 보조 드라이브가 전기자에 커플링된다. 보조 드라이브는 적절하게는, 리드 릴레이가 스위칭된 경우에만 활성화된다. 결과적으로, 고장/과전류의 경우에, 전기자는 비교적 신속하게 이동되어서, 회로 차단기의 스위칭 시간이 단축된다. 적절하게는, 드라이브 코일은, 드라이브 코일이 존재하는 경우, 보조 드라이브의 컴포넌트이다. 결과적으로, 전기 코일에 저장된 전기 에너지는 보조 드라이브에 의해 소산된다. 결과적으로, 전기자는 이미 회로 차단기에 저장된 전기 에너지로 인해 가속된다. 특히 바람직하게는, 이 경우에, 제2 커패시터가 존재하여서, 보조 드라이브에 의해 인가된 힘은 비교적 크다.
적절하게는, 보조 드라이브는 와상 전류 드라이브를 포함한다. 와상 전류 드라이브는, 전기 도체가 적절하게는, 회로 차단기의 전기 도전 상태에서 기계적으로 베어링하는 제2 전기 코일을 가지며, 바람직하게는 이들 사이에 절연 층이 로케이팅된다. 전기 도체는 적절하게는, 전기자에 커플링되거나 또는 추가의 엘리먼트에 의해 커플링된다. 특히, 드라이브 코일인 제2 전기 코일이 통전될 때, 전기 도체 그 자체는 이에 따라 자기장의 생성 동안 자기장의 불균일성 및 이에 따라 전기 도체 내에서 유도된 와상 전류로 인해 제2 전기 코일로부터 반발(repel)된다. 여기서, 예를 들어, 이하에서 작동 엘리먼트로서 또한 지칭되는 전기 도체는 전기자에 직접 기계적으로 커플링되어서, 보조 드라이브가 전기자 상에 직접 작용한다.
이에 대한 대안으로, 보조 드라이브는 플렉시블 연결 엘리먼트에 의해 전기자에 연결되는 기계적 스프링 엘리먼트를 포함한다. 연결 엘리먼트는 예를 들어, 스틸 밴드(steel band)이거나 또는 고무, 코드 등으로 제조된다. 결과적으로, 보조 드라이브는 단지, 힘이 한 방향으로 가해지는 것을 가능하게 하며, 이는 보조 드라이브를 동작시키지 않고 전기자가 스위칭될 수 있는 이유이다. 적절하게는, 코일 스프링 또는 비틀림 코일 스프링(coiled torsion spring)과 같은 기계적 스프링 엘리먼트가 연결 엘리먼트에 연결된다. 스프링 엘리먼트는 예를 들어, 래칭에 의해, 특히 와상 전류 드라이브의 작동 엘리먼트 (그것이 만약 존재한다면)로 인장된 상태로 유지된다. 보조 드라이브가 트리거링될 때, 래칭은 결과적으로 해제되고 전기자는 연결 엘리먼트를 통해 스프링 엘리먼트에 의해 가속된다. 적절하게는, 래칭이 존재하는 경우, 기계적 스프링 엘리먼트는 인장된다. 즉, 기계적 에너지가 기계적 스프링 엘리먼트에 저장된다. 결과적으로, 보조 드라이브가 비교적 낮은 에너지로 통전될 때조차도, 전기자 상에 비교적 큰 힘의 행사(exertion)가 가능하게 되고, 이 목적을 위해 기계적 스프링 엘리먼트는 조립 동안 사전 인장된다(pretensioned).
적절하게는, 메인 전류 경로는 예를 들어, 구리 바(bar)에 의해 생성되는 버스바(busbar)를 포함한다. 버스바는 적절하게는, 외측 상에서 전기적으로 격리되며, 이는 단락을 방지한다. 버스바는 적어도 구획적으로 캐리어에 의해 주변이 둘러싸여 있으며, 캐리어는 특히 버스바를 포지티브 방식으로 베어링한다. 캐리어는 적절하게는, 강자성 재료로 제조되며, 예를 들어, 버스바 상에 플러깅된다. 결과적으로, 버스바 주위의 자기장이 캐리어에 의해 형성된다. 캐리어는 리드 릴레이가 포지셔닝되는 리세스를 갖는다. 리세스는 특히, 그루브-형상으로 구성되며, 그루브의 개구는 적절하게는, 버스바에 의해 폐쇄된다. 대안적으로, 리세스는 갭(gap)의 방식으로 설계되어서, 캐리어가 갭으로 인해, 버스바를 완전히 둘러싸게 형성되는 것이 아니라, 갭에 의해 서로 이격된 2개의 단부들을 갖는다. 그 결과, 리드 릴레이는 버스바에 의해 전도되는 전류 흐름에 의해 야기되는 자기장 라인들에 의해서만 실질적으로 관통된다. 결과적으로, 실질적으로, 전류 흐름에 의해 생성된 자기장 만이 강자성 재료로 제조된 캐리어로 인해 리드 릴레이에 의해 검출된다. 대조적으로, 추가의 외부 자기장들은 리드 릴레이에 의해 비교적 작은 정도로만 검출되며, 이는 거짓 트립(false trip)들의 수가 비교적 낮은 이유이다.
적절하게는, 리드 릴레이는 리세스 내에 유지되고, 여기서 에어 갭이 캐리어와 리드 릴레이 사이에 형성된다. 이로써, 에어 갭에 의해, 메인 전류 경로에 걸쳐 전도되고 리드 릴레이의 스위칭 동작이 트리거되는 전류 흐름의 전류 세기를 세팅하는 것이 가능하게 된다. 즉, 에어 갭에 의해, 리드 릴레이를 관통하는 자기장의 세기는 캐리어를 관통하는 자기장의 프랙션(fraction)으로서 세팅된다. 그 결과, 회로 차단기(트립 임계치)의 조정은 캐리어의 변화, 특히 에어 갭의 조정에 의해 가능하게 된다. 그러나 리드 릴레이의 교체는 필요하지 않다. 결과적으로, 회로 차단기의 제조에서, 원하는 동작 조건에 관계없이, 단지 하나의 유형의 리드 릴레이 만이 필요하다.
적절하게는, 리드 릴레이는 홀더에 의해 리세스 내에 유지되어서, 회로 차단기의 진동에서조차 에어 갭이 실질적으로 일정하다. 여기서, 리드 릴레이는, 적어도 부분적으로 리세스 내에 배치되는 홀더에 의해 포지티브하게 그리고/또는 마찰식으로(frictionally) 적어도 부분적으로 둘러싸인다. 홀더 그 자체는 적절하게는, 상자성 또는 반자성 재료로 제조된다. 특히, 홀더의 재료의 자기 투자율은 실질적으로 0.9 내지 1.1이며, 적절하게는, 실질적으로 1과 동일하여서, 캐리어에 의해 전도된 자기장은 홀더에 의해 실질적으로 영향을 받지 않는다.
자동차 또는 항공기와 같은 비히클의 온-보드 전기 시스템을 보호하기 위해, 스위치를 포함하는 메인 전류 경로 및 메인 전류 경로에 걸친 전류 흐름을 검출하기 위한 리드 릴레이를 포함하는 회로 차단기가 사용된다. 스위치는 예를 들어, 전기적으로 또는 시그널링 측면에서 리드 릴레이에 커플링된다. 온-보드 전기 시스템은 특히 바람직하게는, 10 암페어, 20 암페어, 50 암페어, 100 암페어 또는 200 암페어 초과의 전류 세기를 갖는 전류를 전도하는 고전압 온-보드 전기 시스템이다. 특히, 고전압 온-보드 전기 시스템에 의해 전달되는 최대 전류 세기는 2000 암페어, 1800 암페어 또는 1500 암페어 미만이다. 특히, 고전압 온-보드 전기 시스템의 전압은 100 볼트, 200 볼트, 300 볼트, 또는 350 볼트보다 크다. 적절하게는, 고전압 온-보드 전기 시스템의 전압은 1000 볼트, 800 볼트 또는 600 볼트 미만이다.
본 발명의 예시적인 실시예들은 도면을 사용하여 아래에서 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1은 회로 차단기를 갖는 고전압 온-보드 전기 시스템을 갖는 자동차를 개략적으로 단순화된 형태로 도시한다.
도 2는 회로 차단기의 버스바 및 캐리어의 리세스에 배치되는 버스바에 걸친 전류 흐름을 검출하기 위한 리드 릴레이를 단면도로 도시한다.
도 3은 버스바에 플러깅된 캐리어의 평면도이다.
도 4는 제1 실시예의 보조 드라이브에 커플링되는, 회로 차단기의 스위치의, 전기 코일 내에 배치되는 전기자를 도시한다.
도 5는 전기자에 커플링되는 보조 드라이브의 추가의 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 6은 회로 차단기의 제1 실시예의 블록도이다.
도 7 내지 도 9는 각각, 회로도로서 상이한 버전들의 회로 차단기들을 도시한다.
서로 대응하는 부분들은 모든 도면들에서 동일한 참조 문자들로 제공된다.
개별 컴포넌트들이 제1, 제2, 제3, ... 컴포넌트로서 지칭되는 경우에, 이는 특히, 특정 컴포넌트를 지정하는 것으로만 역할을 한다. 특히, 이는 소정의 수의 컴포넌트들의 존재를 암시하지 않는다.
드라이브 휠들(4) 및 비-드라이빙 휠들(6)을 갖는 자동차(2)가 도 1에서 개략적으로 단순화된 형태로 도시된다. 드라이브 휠들(4)은 인버터(보다 상세히 도시되지 않음)를 갖는 전기 모터(8)에 커플링된다. 인버터/전기 모터(8)에 대한 전류는 전기 에너지가 제공되게 하는 고전압 배터리(10)에 의해 공급되며, 여기서, 400 볼트의 전압이 고전압 배터리의 두 극들 사이에 인가된다. 고전압 배터리(10)는 전기 라인(11)에 의해 인버터/전기 모터(8)에 커플링되며, 여기서 1000 암페어까지의 전류 흐름(I)이 전기 라인(11)에 의해 전도된다. 고전압 배터리(10), 전기 라인(11) 및 인버터/전기 모터(8)는 고전압 온-보드 전기 시스템(12)의 컴포넌트들이다.
고전압 전기 시스템(12)을 보호하기 위해, 고전압 전기 시스템(12)은 회로 차단기(14)를 갖는데, 이 회로 차단기(14)는 과전류에서 이에 따라, 1000 암페어를 초과하고, 예를 들어, 인버터/전기 모터(8) 내의 단락으로 인해 야기되는 전류 흐름(I)에서 트리거되고, 이에 따라 고전압 배터리(10)를 인버터/전기 모터(8)로부터 전기적으로 연결해제한다. 또한, 자동차(2)는, 그 각각의 전기 극들 사이에 12 볼트 또는 48 볼트의 전압이 인가되는 저전압 배터리(18)를 갖는 저전압 온-보드 전기 시스템(16)을 갖는다. 저전압 온-보드 전기 시스템(16)은 추가로, 예를 들어, 윈도우들 또는 시트들과 같은 조정 부분들이 전기적으로 조정될 수 있게 하는 다수의 액추에이터들(20)을 포함한다.
회로 차단기(14)는 버스바(24)을 갖는 메인 전류 경로(22)를 가지며, 이는 도 2에서 단면도로 그리고 도 3에서 평면도로 도시된다. 실질적으로 입방형 버스바(24)는, 회로 차단기(14)의 다른 컴포넌트들과의 전기 단락이 실질적으로 배제될 수 있도록, 플라스틱으로 제조된 절연 층(26)에 의해 외측 상에서 둘러싸인 구리 코어, 이에 따라 구리로 제조된 코어를 갖는다. 버스바(24)는 캐리어(28)로 둘러싸여 있으며, 캐리어(28)는 또한 실질적으로 입방형으로 구성된다. 캐리어(28)는 강자성 재료로 제조되고 버스바(24)가 포지티브(positive) 방식으로 배치되는 중앙 개구(30)를 갖는다. 추가로, 캐리어(28)는 버스바(24)와 평행하게 연장되고, 그의 개구가 버스바(24)에 의해 폐쇄되는 그루브-형상 리세스(32)를 포함한다. 즉, 리세스(32) 및 개구(30)는 서로 연결된다. 리세스(32) 내에, 리드 릴레이(34)가 배치되지만, 이는 에어 갭(36)을 형성하도록 캐리어(28)로부터 이격된다. 즉, 리드 릴레이(34)는 캐리어(28)를 베어링하지 않는다. 리드 릴레이(34)는 홀더(38)에 의해 리세스(32) 내에 유지되어, 회로 차단기(14)의 진동이 있더라도 에어 갭(36)이 유지된다. 홀더(38)는 μr = 1의 투자율을 갖는 재료로 제조되고, 예를 들어, 버스바(24) 상의 단부에서, 지지된다.
리드 릴레이(34)는 유리관(40) 내에 배치되고 중앙 단자(44)에 전기적으로 접촉하는 스위치 콘택(42)을 갖는다. 스위치 콘택(42)은 니켈-철 합금으로 제조되고 제1 단자(46)와 제2 단자(48) 사이에서 선회 가능하다. 유리관(40) 그 자체는 질소로 충전된다. 전류 흐름(I)이 존재하고 결과적으로 도 2에 도시된 단면에 대해 수직인 방향(50)의 전류 흐름가 존재하는 경우, 자기장이 버스바(24) 주위에 형성되고 리드 릴레이(34)를 통해 캐리어(28)에 의해 전도된다. 자기장의 세기에 의존하여, 스위치 콘택(42)은 편향되어서, 중앙 단자(44)가 제1 단자(46) 또는 제2 단자(48)에 전기적으로 접촉된다. 결과적으로, 리드 릴레이(34)는 전류 흐름(I)이 소정의 값을 초과하는지를 검출하며, 따라서 센서 그 자체의 동작에 대한 검출을 위해 어떠한 전기 에너지도 필요하지 않다.
도 4는 전자기계적 스위치의 방식으로 설계되고 예를 들어, 이중 인터럽션을 위한 콘택 브리지(54)(도 8 및 도 9)를 포함하는 회로 차단기(14)의 스위치(52)를 상세히 도시한다. 스위치(52)는 종축을 따른 단면도로 도시된 전기 코일(56)을 갖는다. 전기자(58)는 코일(56) 내에 포지셔닝되고; 전기자는 강자성 재료 또는 영구 자석으로 제조되며, 이는 전기 코일의 커플링 지점(60)과 이것을 둘러싸는 요크(62)의 형성과 더불어, 단부 측 상에서 돌출하고 철과 같은 강자성 재료로 제조되고, 예를 들어, 솔리드 철 코어로 제조되거나 라미네이트된 것으로 설계되고, 이에 따라 서로 전기적으로 격리된 시트들을 갖는 라미네이트된 코어로서 제조되며, 특히, 개별 변압기 시트들로 제조된다. 콘택 브리지(54)는 커플링 지점(60)에서 연결된다.
전기자(58)의 대향 단부에서, 보조 드라이브(66)가 전기자(58)에 연결되게 하는 스틸 스트립(steel strip)의 형태로 플렉시블 연결 엘리먼트(64)가 연결된다. 보조 드라이브(66)는, 단부에서, 연결 엘리먼트(64)가 부착되는 단부 부재(70)가 연결되는, 스프링 형태의 기계적 스프링 엘리먼트(68)를 갖는다. 기계적 스프링 엘리먼트(68)에 의해, 연결 엘리먼트(64)를 통해 개방 방향(72)으로 전기자(58) 상에 힘이 가해진다. 전기자(58)가 개방 방향(72)으로 이동될 때, 메인 전류 경로(22)에 걸친 전류 흐름(I)은 인터럽트되고, 예를 들어, 콘택 브리지(54)가 개방 포지션으로 이동된다.
단부 엘리먼트(70)는 홀딩 엘리먼트(74)에 래칭되어서, 인장된 기계적 스프링 엘리먼트(68)에도 불구하고, 단부 엘리먼트(70)는 미리 정의된 포지션에서 유지된다. 플렉시블 연결 엘리먼트(64)로 인해, 전류의 흐름을 인터럽트하기 위해 개방 방향(72)으로의 전기자(58)의 이동이 가능하게 되며, 여기서 보조 드라이브(66)는 활성화되지 않는다. 그러나 보조 드라이브(66)의 활성화 및 단부 부재(70)로부터의 홀딩 엘리먼트(64)의 해제 및 이에 따른 래칭의 제거 시에, 연결 엘리먼트(64)로 인해, 전기자(58)는 개방 방향(72)으로 이동되며, 여기서 기계적 스프링 엘리먼트(68)가 완화된다. 홀딩 엘리먼트(74)는 제2 기계적 스프링 엘리먼트(76)에 의해, 단부 부재(70) 및 단부 부재(70)에 형성된 리세스에 대해 가압되어서 래칭이 존재하게 된다.
드라이브 코일(80) 및 작동 엘리먼트(82)를 갖는 와상 전류 드라이브(eddy current drive)(78)는 홀딩 엘리먼트(74)와 제2 기계적 스프링 엘리먼트(76) 사이에 포지셔닝되며, 여기서 작동 엘리먼트(82)는 단부에서 제2 기계적 스프링 엘리먼트(76)에 연결된다. 작동 엘리먼트(82)는 예를 들어, 알루미늄과 같은 전기 도전성 재료로 제조되며, 예를 들어, 원형 단면을 갖는 디스크-형상 형태를 갖는다. 따라서, 드라이브 코일(80)의 통전(energization) 시에, 작동 엘리먼트(82)는 제2 기계적 스프링 부재(76)의 스프링 력에 대항하여 이동되고, 따라서 홀딩 엘리먼트(74)는 단부 엘리먼트(70)로부터 제거되며, 이는 이들의 맞물림을 서로 맞물림해제시킨다. 결과적으로, 기계적 스프링 엘리먼트(68)로 인해, 단부 엘리먼트(70) 및 결과적으로, 연결 엘리먼트(64)에 의해 거기에 커플링된 전기자(58)도 또한 개방 방향(72)으로 이동된다.
보조 드라이브(66)의 추가의 실시예가 도 5에 도시되며; 상기 드라이브는 이전 실시예에서와 같이, 전기 코일(56) 내에 배치되는 스위치(52)의 전기자(58)에 커플링된다. 전기 코일(56) 그 자체는 재차, 요크(62)에 의해 둘러싸인다. 전기자(58)는 또한 그 자신의 하나의 종 측 상의 커플링 지점(60)을 갖는다. 플렉시블 또는 강성으로 또한 설계될 수 있는 연결 엘리먼트(64)가 또한 잔여 단부에 부착된다. 연결 엘리먼트(64)는, 원칙적으로 이전의 예시적인 실시예와 유사하게 설계된 보조 드라이브(66)의 작동 엘리먼트(82)에 연결된다. 여기서 마찬가지로, 작동 엘리먼트(82)는 원형 단면을 갖는 디스크-형상으로 구성되고 알루미늄과 같은 강자성 재료로 제조된다. 스위치의 폐쇄된 상태에서, 작동 엘리먼트(82)는 드라이브 코일(80)을 느슨하게 베어링하며, 이는 증가된 전류 세기를 갖는 전류에 대해서 이전의 예시적인 실시예와 상이하게 설계되고, 이러한 이유로, 드라이브 코일(80)은 비교적 두꺼운 와이어로 감긴다. 또한, 드라이브 코일(80)은 요크(62)에 부착된다.
드라이브 코일(80)이 통전되면, 작동 엘리먼트(82)는 그로부터 제거되고, 연결 엘리먼트(64)로 인해, 전기자(58)는 개방 방향(72)으로 전기 코일(56)로부터 풀링(pull)된다. 따라서, 스위치(52)가 정상 동작으로 동작되고, 그에 따라, 고장이 없는 경우에, 전기 코일(56)이 적절히 제어된다. 이 경우에, 드라이브 코일(80)의 통전이 존재하지 않고, 전기자(58) 및 작동 엘리먼트(82)는, 연결 엘리먼트(64)가 강성인 경우 전류 흐름(I)을 인터럽트하도록 개방 방향(72)으로 이동된다. 고장, 이에 따라 예를 들어, 과전류가 존재하는 경우에, 드라이브 코일(80)이 또한 통전되며, 이는 개방 방향(72)으로 전기자(58)의 가속도를 증가시킨다.
회로 차단기(14)의 제1 실시예가 도 6의 블록도에 개략적으로 도시된다. 회로 차단기(14)는, 각각의 단부에서 고전압 온-보드 전기 시스템(12)의 전력 라인(86)에 전기적으로 접촉하기 위한 콘택 단자(84)를 갖는 메인 전류 경로(22)를 갖는다. 메인 전류 경로(22)는 스위치(52)를 가져서, 2개의 콘택 단자들(84) 사이의 전류 흐름(I)은 스위치(52)에 의해 조정될 수 있다. 그 결과, 2개의 콘택 단자들(84)은 스위치(52)에 의해 서로 전기적으로 접촉되거나 또는 서로 전기적으로 격리된다. 스위치(52)는 제1 신호 라인(88)에 의해, 배터리 형태의 에너지 저장 수단(92)을 갖는 제어 유닛(90)에 신호-커플링된다. 동작 동안, 배터리(92)는 저전압 온-보드 전기 시스템(16)에 의해 충전된다. 에너지 저장 수단(92)으로 인해, 제어 유닛(90) 및 회로 차단기(14)의 동작은 또한 저전압 온-보드 전기 시스템(16)의 오작동의 경우에도 가능하다.
제어 유닛(90)은, 제2 신호 라인(94)에 의해, 예를 들어, 캐리어(28) 내에 배치되는 리드 릴레이(34)에 추가로 신호-커플링된다. 전류 흐름(I)은, 리드 릴레이(34)에 의해 검출되고 이 값은 제2 신호 라인(94)에 의해 제어 유닛(90)에 전달된다. 검출된 값이 소정의 임계 값을 초과하는 경우에, 스위치(52)는 제1 신호 라인(88)에 의해 트리거링되어서, 회로 차단기(14)의 2개의 콘택 단자들(84) 사이의 전류 흐름(I)이 방지된다. 스위치(52)는 예를 들어, MOSFET 또는 GTO와 같은 전력 반도체 스위치와 같은, 예를 들어, 전자기계적 스위치 또는 반도체 스위치이다. 스위치(52)의 구성에 의존하여, 전류 흐름이나, 그렇지 않으면, 전압이, 제1 신호 라인(88)에 의해 스위치(52)를 작동시키기 위한 신호로서 사용된다.
스위치(52)가 재차, 전자기계적 스위치로서 설계되고 이에 따라 전기 코일(56)을 갖는 회로 차단기(14)의 추가의 실시예가 도 7에 도시된다. 콘택 브리지(54) 또는 다른 스위치 콘택들이 연결되거나, 또는 적어도 이들이 동작 가능하게 연결되는 전기자(58)는 전기 코일(56)에 배치된다. 스위치(52)는, 옴 레지스터들이고, 예를 들어, 상이한 재료들로 인해 스위치(52) 내에 형성되고 전기 코일(56)에 직렬로 연결되는 코일 레지스터(Rs)를 갖는다. 전기 코일(56)은 리드 릴레이(34)에 직렬로 전기적으로 연결되고 리드 릴레이(34)의 중앙 단자(44)에 직접 전기적으로 접촉된다. 리드 릴레이(34)의 제1 단자(46)는, 전계 효과 트랜지스터의 형태의 반도체 스위칭 엘리먼트(96)에, 구체적으로, 그의 드레인에 라우팅되고, 전계 효과 트랜지스터의 소스는, 회로 차단기(14)의 단자가 저전압 온-보드 전기 시스템(16)에 제공되게 하는 제2 콘택 단자(98)에 전기적으로 접촉된다. 이 경우에, 제1 제너 다이오드(DZ1)는 전계 효과 트랜지스터에 병렬로 연결된다. 제2 콘택 단자(98)는 접지(GND)에 연결된다. 대조적으로, 코일 레지스터(Rs)는, 전위가 12 볼트이고 저전압 배터리(18)에 의해 제공되는 제3 콘택 단자(100)에 라우팅된다. 따라서, 전기적으로 직렬로 연결되는 전기 코일(56) 및 리드 릴레이(34)를 갖는 제2 전류 경로(102)는 제2 및 제3 콘택 단자(98, 100) 사이에 형성된다.
차례로 직렬로 연결되는 제1 다이오드(D1), 제1 커패시터(C1) 및 제2 다이오드(D2)는 리드 릴레이(34)와 전기 코일(56) 및 코일 레지스터(Rs)에 병렬로 연결된다. 여기서, 제2 다이오드(D2)는 리드 릴레이(34)의 제2 단자(48)에 전기적으로 접촉되며, 여기서 전도 방향은 제2 단자(48)로부터 제1 커패시터(C1)의 방향으로 배향된다. 상이한 재료들이 사용됨으로 인해 드라이브 코일 레지스터(RH)의 형태의 옴 레지스터를 또한 갖는 보조 드라이브(66)의 드라이브 코일(80)이 제1 커패시터(C1)에 병렬로 연결된다. 보조 드라이브(66) 및 제1 커패시터(C1) 사이에, 한 측 상에서, 제3 다이오드(D3)가 제1 커패시터(C1)의 전극들 중 하나에 전기적으로 접촉되고 제4 다이오드(D4)가 제1 커패시터(C1)의 잔여 전극에 전기적으로 접촉된다.
보조 드라이브(66)는 또한, 드라이브 코일(80), 및 드라이브 코일 레지스터(RH)에 병렬로 연결되고 전도 방향이 제4 다이오드(D4) 및 제3 다이오드(D3)의 방향과 반대로 지향되는 추가의 다이오드(DH)를 갖는다. 제2 사이리스터(T2)(그의 게이트가, 제2 제너 다이오드(DZ2)와 제1 레지스터(R1)를 포함하는 직렬 연결부에 전기적으로 접촉됨)는 제3 다이오드(D3)와 드라이브 코일 레지스터(RH) 사이에 연결된다. 특히, 추가의 제너 다이오드가 없어서, 보조 드라이브(66)는 단지 하나의 제너 다이오드, 즉 제2 제너 다이오드(DZ2)만을 갖는다. 제1 레지스터(R1)는 제1 커패시터의 전극에 전기적으로 접촉되며, 제1 커패시터의 전극은 또한 제2 다이오드(D2) 및 제4 다이오드(D4)에 전기적으로 접촉된다. 제5 다이오드(D5) 및 제2 커패시터(C2)의 직렬 연결부는 드라이브 코일(80)과 드라이브 코일 레지스터(RH) 및 제2 사이리스터(T2)의 직렬 연결부에 병렬로 연결되며, 여기서 제5 다이오드(D5)의 캐소드는 제4 다이오드의 캐소드로 라우팅된다.
제2 커패시터(C2)의 전극, 즉 제5 다이오드(D5)에 접촉되는 상기 전극은 추가로, 제6 다이오드(D6)의 캐소드로 라우팅되며, 제6 다이오드(D6)의 애노드는 제2 레지스터(R2)를 통해 제3 콘택 단자(100)에 전기적으로 접촉된다. 제2 커패시터(C2)의 전극, 즉 제2 사이리스터(T2) 및 제3 다이오드(D3) 둘 모드에 전기적으로 접촉되는 상기 전극은 제7 다이오드(D7)를 통해 제2 콘택 단자(98)로 라우팅되며, 여기서 제2 커패시터(C2)는 제7 다이오드(D7)의 애노드에 전기적으로 접촉된다. 결과적으로, 드라이브 코일(80)은 한편으로 제2 사이리스터(T2)에 의해, 제2 커패시터(C2)에 또한 전기적으로 접촉된다. 다른 한편으로, 드라이브 코일은 제1 커패시터(C1)에 커플링된다.
회로 차단기(14)의 동작 동안, 반도체 스위칭 엘리먼트(96)가 트리거링되어서, 2차 전류 경로(102)가 전류를 전도한다. 그 결과, 전기 코일(56)이 통전되고 스위치(52)의 스위치 콘택들이 폐쇄되며, 이는 메인 전류 경로(22)가 또한 전기 도전성이 되는 이유이다. 그 결과, 전기 모터(8)의 동작이 인에이블된다. 추가로, 제2 커패시터(C2)는 제6 다이오드(D6) 및 제7 다이오드(D7)를 통해 충전되어서, 저전압 온-보드 전기 시스템(16)의 전압(이 예에서, 12볼트)이 그것에 인가된다. 제2 커패시터(C2)의 방전은 제6 다이오드(D6)에 의해 방지된다. 메인 전류 경로(22)에 걸친 과전류가 리드 릴레이(34)에 의해 검출되는 경우에, 이에 따라 메인 전류 경로(22)에 걸친 전류 흐름(I)이 특정 임계 값을 초과하고, 결과적으로 메인 전류 경로(22)를 둘러싸는 자기장이 소정의 값을 초과하는 경우에, 리드 릴레이의 스위치 콘택(42)은 제1 단자(46)로부터 떨어지고 제2 단자(48)에 전기적으로 접촉된다. 그 결과, 제2 전류 경로(102)를 통한 제2 및 제3 콘택 단자(98, 100) 사이의 전류 흐름이 인터럽트된다. 전기 코일(56)에 여전히 저장된 전기 에너지는 제2 다이오드(D2)를 통해 제1 커패시터(C1)에 송신된다. 제1 커패시터(C1)로부터 코일(56)로의 에너지의 리턴은 제2 다이오드(D2) 및 제1 다이오드(D1)로 인해 방지된다. 그 결과, 전기 코일(56) 내에서 전기자(58)가 보유하는 자기장은 상대적으로 신속하게 소산된다. 결과적으로, 전기자(58)가 코일(56)에 의해 스프링 력에 대하여 유지되는 경우에, 전기자(58)는 스프링 력으로 인해 비교적 이르게 이동된다.
제1 커패시터(C1)가 전기 코일(56)에 의해 충전되는 경우에, 제1 레지스터(R1), 제2 제너 다이오드(DZ2), 제3 다이오드(D3) 및 제1 커패시터(C1)에 의해 조정 가능한 임계치를 초과하는 전압이 그것에 인가되면, 제2 사이리스터(T2)가 트리거된다. 결과적으로, 제1 커패시터(C1)에 저장된 전기 에너지는 드라이브 코일(38)을 통해 소산되며, 드라이브 코일(38)은 결과적으로 통전된다.
추가로, 드라이브 코일(80)은, 점화된 제2 사이리스터(T2)에 의해, 제1 커패시터(C1)에 비해 더 많은 저장된 양의 에너지를 갖는 제2 커패시터(C2)에 의해 통전된다. 스윙 백(swinging back) 및 결과적으로, 드라이브 코일(80)의 극성 반전이 제4 다이오드(D4) 및 제5 다이오드(D5)에 의해 방지된다. 제1 커패시터(C1)에 그리고 제2 커패시터(C2)에 저장된 에너지로 인해, 비교적 많은 양의 에너지가 동작을 위해 드라이브 코일(80)에 대해 이용 가능하다. 바람직하게는, 보조 드라이브(66)는, 도 4에 도시된 실시예에 따라 구성되며, 여기서, 이에 따라 기계적 스프링 부재(68)로 인한 작동 엘리먼트(82)의 작은 움직임의 경우에도, 드라이브 코일(80)에 의해 인가될 수 있는 힘(force)을 초과하는 비교적 큰 힘이 전기자(58)에 작용한다. 따라서, 스위치(52)의 스위치 콘택들의 스위칭이 가속된다. 그 결과, 리드 릴레이(34)에 의한 과전류의 검출 이후 비교적 짧은 시간 기간 후에도, 메인 전류 경로(22)가 인터럽트된다.
도 8은 도 7에 따른 회로 차단기의 추가의 실시예를 도시한다. 제2 콘택 단자(98)와 제3 콘택 단자(100) 사이에 직렬로 연결되는 전기 코일(56), 리드 릴레이(34) 및 반도체 스위칭 엘리먼트(96)를 갖는 제2 전류 경로(102)가 이전 실시예와 비교하면 변하지 않은 채로 남겨진다. 전기 코일(56)과 중앙 단자(44)의 콘택 및 제1 단자(46)와 반도체 스위칭 엘리먼트(96)의 콘택은 이전 실시예에 대응한다. 리드 릴레이(34) 및 코일(56)은 또한, 제1 커패시터(C1), 제1 다이오드(D1) 및 제2 다이오드(D2)에 의해 전기적으로 브리지되며, 여기서 제2 다이오드(D2)의 애노드는 이전 실시예에서와 같이 제2 단자(48)에 전기적으로 접촉된다.
선행 실시예와 대조적으로, 애노드들이 서로 전기적으로 접촉되는 제3 다이오드(D3) 및 제2 제너 다이오드(DZ2)가 제1 커패시터(C1)에 병렬로 연결된다. 제3 다이오드(D3)의 캐소드는 제1 다이오드(D1)의 애노드로 라우팅되고, 제2 제너 다이오드(DZ2)의 캐소드는 제2 다이오드(D2)의 캐소드로 라우팅된다.
회로 차단기(14)는 추가로, 발광 다이오드(104)가 캐소드 측 상에서 제1 다이오드(D1)의 애노드에 전기적으로 접촉되고 애노드 측 상에서 제1 레지스터(R1)에 전기적으로 접촉되는 옵토커플러(optocoupler)(IC1)를 포함하며, 제3 제너 다이오드(DZ3)는 제2 다이오드(D2)의 캐소드에 전기적으로 접촉된다. 제2 다이오드(D2)의 캐소드와 제3 제너 다이오드(DZ3)의 캐소드는 서로 전기적으로 접촉된다. 결과적으로, 옵토커플러(IC1)의 발광 다이오드(104)는 제1 커패시터(C1)에 병렬로 연결된다. 출력 측 상에서, 옵토커플러(IC1)는 DIAC(106)를 가지며, DIAC(106)는 한 측 상에서, 제1 사이리스터(T1)의 게이트에 전기적으로 접촉되고 그리고 제4 저항(R4) 및 제3 저항(R3)을 통해 제1 사이리스터(T1)의 애노드에 전기적으로 접촉된다. 제1 사이리스터(T1)의 캐소드는 제2 사이리스터(T2)의 게이트에 전기적으로 접촉되며, 제2 사이리스터(T2)의 애노드는 차례로, 보조 드라이브(66)에 그리고 결과적으로 드라이브 코일(88)에 전기적으로 접촉된다. 이 경우에, 제2 사이리스터(T2)와 보조 드라이브(66)의 상호연결은 또한 이전 실시예에 대응한다. 드라이브 코일(88)은 추가로, 제4 및 제3 레지스터(R4, R3) 둘 모두로, 이에 따라 제3 레지스터(R3)에 의해 제1 사이리스터(T1)에 그리고 제4 레지스터(R4)에 의해 DIAC(106)로 라우팅된다.
제2 커패시터(C2) 및 제5 다이오드(D5)는 차례로, 보조 드라이브(66) 및 제2 사이리스터(T2)에 병렬로 전기적으로 연결되며, 여기서 제5 다이오드(D5) 및 제2 커패시터(C2)는 서로 직렬로 연결된다. 또한, 제2 커패시터(C2)의 2개의 전극들은 한편으로, 제7 다이오드(D7)에 그리고 다른 한편으로, 제6 다이오드(D6) 및 제2 레지스터(R2)에 전기적으로 접촉된다. 그러나, 이들은 2차 흐름 경로(102)로 라우팅되는 것이 아니라, 구체적으로 전기 모터(8)의 유효 레지스터(RLOAD)의 양 측들 상에서 메인 전류 경로(22)로 라우팅되며, 이는 이에 따라 회로 차단기(14)에 의해 모니터링된다. 그 결과, 동작 동안, 고전압 배터리의 전압, 구체적으로, 고전압 배터리(10)의 양의 전위(HV+) 및 음의 전위(HV-)가 제2 커패시터(C2)에 존재한다. 2개의 전위들 사이에 형성된 전압은 400 볼트이어서, 400 볼트가 제2 커패시터(C2)에 또한 인가된다.
회로 차단기(14)의 동작 동안, 반도체 스위칭 엘리먼트(96)가 작동되어서, 2차 흐름 경로(102)가 전류를 전도한다. 그 결과, 스위치(52)의 전기 코일(56)이 통전되고, 콘택 브리지(54)는 폐쇄된 상태로 이동되어서, 전류 흐름(I)이 메인 전류 경로(22)에 의해 인에이블된다. 이 경우에, 전기 모터(8)가 통전되고 결과적으로 자동차(12)가 구동된다. 이 경우에, 제2 커패시터(C2)는 항상 고전압 배터리(10)에 의해 제공된 전압으로 충전되어서, 400 볼트가 거기에 인가된다. 방전은 2 사이리스터(T2) 및 제6 다이오드(D6)를 전류-차단함으로써 방지된다. 전기 모터(8)의 통전의 계획된 인터럽션을 위해, 예를 들어, 반도체 스위칭 엘리먼트(96)가 재차 작동되어서, 2차 흐름 경로(102)에 걸친 전류의 흐름이 인터럽트되고, 결과적으로 콘택 브리지(54)가 개방 포지션으로 이동되고 이에 따라 전기 모터(8)의 통전이 인터럽트된다.
과전류가 메인 전류 경로(22)에 의해 동작 동안 전도되는 경우에, 리드 릴레이(34)는 변경된 자기장으로 인해 작동되고, 결과적으로 스위치 콘택(42)이 제2 단자(48)로 전향되어서, 전기 코일(46)의 통전이 인터럽트된다. 스프링 로드(도시되지 않음)로 인해, 이 경우에, 전기자(58)에 커플링되는 콘택 브리지(54)가 개방 상태가 된다. 전기 코일(56)은 차례로, 제1 커패시터(C1)로 방전되어서, 콘택 브리지(54)를 개방 상태가 되게 하는 것은 단지, 전기 코일(56)에 의해 생성된 자기장으로 인한 비교적 작은 자기력에 의해 좌절(counteract)된다.
제1 커패시터(C1)에서의 과전압은 제2 제너 다이오드(DZ2)에 의해 방지되어서, 그것은 파괴로부터 보호된다. 제3 제너 다이오드(DZ3)의 차단 전압은 제2 제너 다이오드(DZ2)의 제너 전압보다 낮아서, 제1 커패시터(C1)가 어느 정도로 충전될 때, 옵토커플러(IC1)의 발광 다이오드(104)가 활성화된다. 그 결과, 제1 사이리스터(T1)가 점화되고, 이는 차례로, 제2 사이리스터(T2)의 점화로 이어진다. 그 결과, 제2 커패시터(C2)는 보조 드라이브(66)의 드라이브 코일(88)을 통해 방전된다. 요약하면, 드라이브 코일(88)은 2개의 사이리스터들(T1 및 T2) 및 옵토커플러(IC1)에 의해 제1 커패시터(C1)에 커플링된다. 사이리스터(T2)의 쓰루 연결(through connection)로 인해, 비교적 급격한 전류 슬루 레이트(current slew rate)가 존재하여서, 보조 드라이브(66)에 의해 비교적 큰 힘이 가해진다. 제2 사이리스터(T2)의 유한한 턴-온(turn-on) 시간 및 제2 커패시터(C2)의 방전 후에, 2개의 사이리스터들(T1, T2)의 홀딩 전류가 도달되지 않아서, 이들은 재차 차단하기 시작하며, 이는 안전성을 증가시킨다. 적절하게는, 도 5에 도시된 변형은 보조 드라이브로서 사용되며, 결과적으로 전기자(58)는 작동 엘리먼트(82)에 의해 직접적으로 영향을 받는다. 제2 커패시터(C2)에 인가되는 비교적 큰 전압으로 인해, 와상 전류 드라이브(80)에 의해 인가된 힘은 전기자(58)의 비교적 빠른 움직임에 대해 충분하다.
회로 차단기(14)의 추가의 수정이 도 9에 도시되며, 여기서 메인 전류 경로(22)의 구성 및 한편으로, 메인 전류 경로(22)와 제7 다이오드(D7)의 콘택 및 다른 한편으로, 제2 레지스터(R2)를 통한 제6 다이오드(D6)와의 콘택은 변경되지 않은 채로 남겨진다. 또한, 2차 전류 경로(102)는 물론, 제1 레지스터(R1) 및 제3 제너 다이오드(DZ3)와 직렬로 연결되는 제1 커패시터(C1), 제3 다이오드(D3), 제2 제너 다이오드(DZ2) 및 옵토커플러(IC1)의 병렬 연결은 변경되지 않은 채로 남겨진다. 또한, 보조 드라이브(66)는 도 5에 예시된 변형에 따라 구성되고 드라이브 코일(80), 드라이브 코일 레지스터(RH) 및 보조 드라이브(DH)의 병렬-연결된 다이오드를 포함한다.
옵토커플러(IC1)의 DIAC(106)는 차례로, 제1 사이리스터(T1)의 게이트에 전기적으로 접촉되고 그리고 제4 저항(R4) 및 제3 저항(R3)을 통해 제1 사이리스터(T1)의 애노드에 전기적으로 접촉된다. 제1 사이리스터(T1)의 캐소드는 제2 사이리스터(T2)의 게이트로 라우팅되고, 제2 사이리스터(T2)의 캐소드는 제7 다이오드(D7)의 애노드에 전기적으로 접촉된다. 추가로, 제2 사이리스터(T2)의 캐소드는 드라이브 코일 레지스터(RH) 및 보조 드라이브(DH)의 다이오드의 캐소드 둘 모두에 전기적으로 접촉되며, 이 보조 드라이브(DH)는 드라이브 코일(80)의 드라이브 코일 레지스터(RH) 및 제8 다이오드(D8)에 병렬로 연결되고, 제8 다이오드(D8)의 캐소드는 보조 레지스터(DH)의 애노드에 전기적으로 접촉된다. 추가로, 제2 커패시터(C2)의 전극은 제8 다이오드(D8)의 캐소드에 전기적으로 접촉되고 커패시터의 잔여 전극은 제2 사이리스터(T2)의 애노드 및 제4 및 제3 레지스터(R4, R3)에 전기적으로 접촉된다. 결과적으로, 드라이브 코일(80)은 차례로, 제2 사이리스터(T2)에 의해 제2 커패시터(C2)에 전기적으로 접촉되고, 드라이브 코일(80)은 2개의 사이리스터들(T1, T2) 및 옵토커플러(IC1)에 의해 제1 커패시터(C1)에 커플링된다.
제2 사이리스터(T2)의 애노드는 제9 다이오드(D9) 및 제3 커패시터(C3)를 통해 제6 다이오드(D6)의 캐소드에 라우팅되며, 여기서 제9 다이오드(D9)의 차단 방향은 제6 다이오드(D6)의 차단 방향에 대응한다. 결과적으로, 제2 커패시터(C2)는, 제2 커패시터(C2)가 메인 전류 경로(22)로부터 갈바니식으로(galvanically) 격리되도록, 한 측 상에서 제3 커패시터(C3)에 의해서만 메인 전류 경로(22)에 연결된다. 선택적으로, 제2 커패시터(C2)는 제5 레지스터(R5)에 의해 그리고/또는 제3 커패시터(C3)는 제6 레지스터(R6)에 의해 브리지되며, 이들 각각은 비교적 큰 저항 값을 갖는다.
동작 동안, 반도체 스위칭 엘리먼트(96)가 차례로 작동되어서, 코일(56)이 통전되고 결과적으로 스위치(52)는 전류-전도 상태가 된다. 그 결과, 메인 전류 경로(22)에 걸친 전류 흐름(I)이 인에이블된다. 추가로, 메인 전류 경로(22)에 의해, 제2 커패시터(C2)는 제3 커패시터(C3)를 통해 충전되고, 여기서 고전압 배터리(10)에 의해 제공되는 전체 전압은 제2 커패시터(C2)에 인가되지 않지만, 용량 분할 비(capacitive division ratio)에 따라, 제2 커패시터(C2)와 제3 커패시터(C3) 사이에서 나타난다. 감소된 전압이 제2 커패시터(C2)에 인가되기 때문에, 회로 차단기(14)의 개별 컴포넌트들, 이를테면, 예컨대, 제2 커패시터(C2), 제6 다이오드(D6), 제2 레지스터(R2) 등은 더 낮은 전력 정격에 대해 설계되어서, 비교적 저렴한 컴포넌트들이 사용될 수 있다. 또한, 제2 커패시터(C2)는 제3 커패시터(C3)에 의해 메인 전류 경로(22)로부터 갈바니식으로 격리되어서, 제2 커패시터(C2)의 단락 또는 오작동의 경우에, 고전압 배터리(10)의 두 극들(HV+V+ HV-)의 단락이 발생하지 않는다(이 단락이 발생한다면, 고전압 배터리(10)에 대한 소손 또는 비교적 심각한 손상으로 이어질 수 있음).
리드 릴레이(34)의 작동 시에, 제1 커패시터(C1)는 재차 충전된다. 이 커패시터가 소정의 충전 상태를 갖는 경우에, 옵토커플러(IC1)의 발광 다이오드(104)는 제3 제너 다이오드(DZ3)로 인해 활성화되며, 이는 제1 사이리스터(T1) 및 제2 사이리스터(T2) 둘 모두가 트리거링되는 이유이다. 결과적으로, 제2 커패시터(C2)는 드라이브 코일(80)을 통해 방전되며, 이는 보조 드라이브(66)의 작동 엘리먼트(82)가, 콘택 브리지(54)의 개구 움직임을 가속시키는 유도된 와상 전류들로 인해 드라이브 코일(80)로부터 멀어지게 이동되는 이유이다.
본 발명은 위에서 설명된 예시적인 실시예들에 제한되지 않는다. 오히려, 본 발명의 다른 변형들이 또한, 본 발명의 주제를 벗어나지 않고 당업자들에 의해 본 발명으로부터 유도될 수 있다. 특히, 추가로 개별 예시적인 실시예들와 관련하여 설명되는 모든 개별 특징들은 또한 본 발명의 주제로부터 벗어나지 않고 상이한 방식으로 서로 결합될 수 있다.
2 자동차
4 드라이브 휠
6 휠
8 전기 모터
10 고전압 배터리
11 전기 라인
12 고전압 온-보드 전기 시스템
14 회로 차단기
16 저전압 온-보드 전기 시스템
18 저전압 배터리
20 액추에이터
22 메인 전류 경로
24 버스바
26 절연 층
28 캐리어
30 개구
32 리세스
34 리드 릴레이
36 에어 갭
38 홀더
40 유리관
42 스위치 콘택
44 중앙 단자
46 제1 단자
48 제2 단자
50 방향
52 스위치
54 콘택 브리지
56 전기 코일
58 전기자
60 커플링 지점
62 요크
64 연결 엘리먼트
66 보조 드라이브
68 기계적 스프링 엘리먼트
70 단부 엘리먼트
72 개방 방향
74 홀딩 엘리먼트
76 제2 기계적 스프링 엘리먼트
78 와상 전류 드라이브
80 드라이브 코일
82 작동 엘리먼트
84 콘택 단자
86 전력 라인
88 제1 신호 라인
90 제어 유닛
92 에너지 저장 수단
94 제2 신호 라인
96 반도체 스위칭 엘리먼트
98 제2 콘택 단자
100 제3 콘택 단자
102 2차 전류 경로
104 발광 다이오드
106 DIAC
I 전류 흐름
GND 접지
C1 제1 커패시터
C2 제2 커패시터
C3 제3 커패시터
D1 제1 다이오드
D2 제2 다이오드
D3 제3 다이오드
D4 제4 다이오드
D5 제5 다이오드
D6 제6 다이오드
D7 제7 다이오드
D8 제8 다이오드
D9 제9 다이오드
DH 보조 드라이브의 다이오드
DZ1 제1 제너 다이오드
DZ2 제2 제너 다이오드
DZ3 제3 제너 다이오드
IC1 옵토커플러
Rs 코일 레지스터
RH 드라이브 코일 레지스터
R1 제1 레지스터
R2 제2 레지스터
R3 제3 레지스터
R4 제4 레지스터
R5 제5 레지스터
R6 제6 레지스터
RLOAD 유효 레지스터
HV+V+의 전위
HV- 음의 전위
T1 제1 사이리스터
T2 제2 사이리스터

Claims (15)

  1. 비히클(vehicle)(2)의 온-보드 전기 시스템(12, 16)에서 직류를 인터럽트(interrupt)하기 위한 회로 차단기(14)로서,
    스위치(52)를 포함하는 메인 전류 경로(22), 및
    상기 메인 전류 경로(22)에 걸친 전류 흐름(I)을 검출하기 위한 리드 릴레이(34)를 포함하고,
    상기 스위치(52)는 상기 리드 릴레이(34)에 커플링되며,
    상기 리드 릴레이(34)는 상기 스위치(52)의 전기 코일(56)에 직렬로 전기적으로 연결되고,
    상기 리드 릴레이(34)는, 상기 스위치(52)의 전기 코일(56)에 전기적으로 접촉되는 중앙 단자(44)를 갖는 전환 스위치 구성(changeover switch configuration), 그리고 제1 단자(46) 및 제2 단자(48)를 가지며,
    상기 리드 릴레이(34)의 스위칭 상태에 의존하여, 상기 중앙 단자가 상기 제1 단자(46) 또는 상기 제2 단자(48)에 전기적으로 접촉되고,
    상기 제1 단자(46)는 보통 상태에서, 상기 중앙 단자(44)에 전기적으로 접촉되고, 상기 제2 단자(48)로부터 전기적으로 격리되며,
    제1 커패시터(C1)가 상기 리드 릴레이(34) 및 상기 전기 코일(56)에 병렬로 전기적으로 연결되고,
    상기 제1 커패시터(C1)는 상기 리드 릴레이(34)의 제2 단자(48)에 전기적으로 접촉되는,
    회로 차단기(14).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 커패시터(C1)는 다이오드(D1, D2)와 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는,
    회로 차단기(14).
  3. 제1항에 있어서,
    제2 커패시터(C2)에 전기적으로 접촉되고 상기 제1 커패시터(C1)에 커플링되는 드라이브 코일(80)을 특징으로 하는,
    회로 차단기(14).
  4. 제3항에 있어서,
    상기 드라이브 코일(80)은 사이리스터(T2)에 의해 상기 제2 커패시터(C2)에 전기적으로 접촉되는 것을 특징으로 하는,
    회로 차단기(14).
  5. 제3항에 있어서,
    상기 드라이브 코일(80)은 커플러(coupler)(IC1)에 의해 상기 제1 커패시터(C1)에 커플링되고, 상기 제2 커패시터(C2)는 상기 메인 전류 경로(22)에 전기적으로 접촉되는 것을 특징으로 하는,
    회로 차단기(14).
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 커패시터(C2)의 전극은 제3 커패시터(C3)에 의해 상기 메인 전류 경로(22)에 전기적으로 접촉되는 것을 특징으로 하는,
    회로 차단기(14).
  7. 제3항에 있어서,
    상기 드라이브 코일(80)은 상기 제1 커패시터(C1)에 병렬로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는,
    회로 차단기(14).
  8. 제1항에 있어서,
    상기 리드 릴레이(34) 및 상기 스위치(52)의 전기 코일(56)을 갖는 2차 전류 경로(102)를 특징으로 하는,
    회로 차단기(14).
  9. 제1항에 있어서,
    상기 스위치(52)는 상기 전기 코일(56) 내에 배치되는 전기자(58)를 갖고, 보조 드라이브(66)에 커플링되는 것을 특징으로 하는,
    회로 차단기(14).
  10. 제9항에 있어서,
    상기 보조 드라이브(66)는 플렉시블 연결 엘리먼트(64)에 의해 상기 전기자(58)에 연결되는,
    회로 차단기(14).
  11. 제1항에 있어서,
    상기 메인 전류 경로(22)는, 상기 리드 릴레이(34)가 포지셔닝되는 리세스(32)를 갖는 캐리어(28)에 의해, 주변이 둘러싸인 버스바(24)를 갖는 것을 특징으로 하는,
    회로 차단기(14).
  12. 제11항에 있어서,
    상기 리드 릴레이(34)는 에어 갭(36)이 형성된 채로, 홀더(38)에 의해 상기 리세스(32) 내에 유지되며, 상기 홀더(38)는 반자성 또는 상자성 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    회로 차단기(14).
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 회로 차단기(14)를 사용하여, 비히클(2)의 온보드 전기 시스템(12, 16)을 보호하기 위한 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
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