KR102149533B1 - 온도 반응 기반의 전원 차단기 - Google Patents

온도 반응 기반의 전원 차단기 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 온도 반응 기반의 전원 차단기는, 선로에서의 전류 공급을 스위칭하기 위한 금속 재질의 스위칭 부재와, 자유단이 상기 스위칭 부재로부터 소정 간격만큼 떨어져 위치하고, 고정단이 베이스에 고정 장착되며, 자기장에 의해 자화 가능한 재질의 금속 부재와, 상기 금속 부재의 외면으로부터 소정 거리만큼 이격되는 형태의 코일 형상으로 상기 금속 부재를 둘러싸는 온도 반응 재질의 코일 스프링과, 상기 스위칭 부재를 이탈 자유롭게 파지하며, 일단이 상기 코일 스프링의 상부측 일단에 부착되고, 타단이 상기 코일 스프링의 상부측 타단에 부착되는 가이드 부재를 포함하고, 상기 코일 스프링에 흐르는 제 1 전류에 의해 발생하는 자기장을 통해 상기 금속 부재가 자화되면 상기 스위칭 부재가 상기 자유단에 접촉됨으로써, 상기 선로에서의 전류 공급이 차단되고, 상기 코일 스프링에 흐르는 제 2 전류 또는 주변 환경에 의한 온도가 기 설정된 임계치에 도달할 때 생성되는 수축력에 의해 상기 코일 스프링이 수축되어 상기 가이드 부재가 상기 스위칭 부재를 상기 자유단 측으로 당김으로써, 상기 스위칭 부재가 상기 자유단에 접촉되어 상기 선로에서의 전류 공급이 차단될 수 있다.

Description

온도 반응 기반의 전원 차단기{POWER BREAKER BASED ON TEMPERATURE REACTION}
본 발명은 전원 차단기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전류사고의 발생시에 자기장 또는 온도(열)에 반응하는 재질의 코일 스프링을 이용하여 직류 또는 교류의 전원 공급을 차단할 수 있는 온도 반응 기반의 전원 차단기에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 일반 주택 또는 상가건물 등에 주로 적용되는 전원 차단기는, 예컨대 교류 110/220V의 저압회로(예컨대, 30A 이하 등)를 구성하는 소형 분전반 내에 설치되어 인체의 감전사고, 과전류 및 단락에 의한 안전사고, 누전에 의한 화재사고 등을 예방하기 위한 목적으로 사용되고 있다.
이러한 전원 차단기는 구리를 주성분으로 하는 코일 스프링을 이용하는 자기장 원리에 의해 전원을 차단, 즉 교류 전류가 '0'이 되는 점에서 전원을 차단하도록 기능하고 있다.
한편, 직류 전류의 경우, 교류 전류와는 달리, 일정한 전류가 흐르므로 부하의 단락사고 발생시에 사고 전류가 스스로 영점이 되지 않기 때문에 교류의 사고전류에 비해 상대적으로 전원 공급을 차단하기가 어렵다는 문제가 있다.
한국공개특허 제2015-0075944호(공개일: 2015. 07. 06.)
본 발명은 코일 스프링을 자기장 뿐만 아니라 온도(열)에 반응하는 재질(성분)로 제작함으로써, 전류사고 발생시 직류 또는 교류의 전원 공급을 차단할 수 있는 온도반응 기반의 전원 차단기를 제공하고자 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래의 기재들로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에 의해 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은, 일 관점에 따라, 선로에서의 전류 공급을 스위칭하기 위한 금속 재질의 스위칭 부재와, 자유단이 상기 스위칭 부재로부터 소정 간격만큼 떨어져 위치하고, 고정단이 베이스에 고정 장착되며, 자기장에 의해 자화 가능한 재질의 금속 부재와, 상기 금속 부재의 외면으로부터 소정 거리만큼 이격되는 형태의 코일 형상으로 상기 금속 부재를 둘러싸는 온도 반응 재질의 코일 스프링과, 상기 스위칭 부재를 이탈 자유롭게 파지하며, 일단이 상기 코일 스프링의 상부측 일단에 부착되고, 타단이 상기 코일 스프링의 상부측 타단에 부착되는 가이드 부재를 포함하고, 상기 코일 스프링에 흐르는 제 1 전류에 의해 발생하는 자기장을 통해 상기 금속 부재가 자화되면 상기 스위칭 부재가 상기 자유단에 접촉됨으로써, 상기 선로에서의 전류 공급이 차단되고, 상기 코일 스프링에 흐르는 제 2 전류 또는 주변 환경에 의한 온도가 기 설정된 임계치에 도달할 때 생성되는 수축력에 의해 상기 코일 스프링이 수축되어 상기 가이드 부재가 상기 스위칭 부재를 상기 자유단 측으로 당김으로써, 상기 스위칭 부재가 상기 자유단에 접촉되어 상기 선로에서의 전류 공급이 차단되는 온도 반응 기반의 전원 차단기를 제공할 수 있다.
본 발명의 상기 코일 스프링은, 형상 기억 합금으로 구성될 수 있다.
본 발명의 상기 코일 스프링은, 형상 기억 합금을 포함하는 복합 재질로 구성될 수 있다.
본 발명의 상기 제 1 전류는 교류 전류이고, 상기 제 2 전류는 직류 전류일 수 있다.
본 발명의 상기 금속 부재는, 원통형의 막대형 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 상기 가이드 부재는, 상기 코일 스프링에 착탈 자유롭게 부착될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 코일 스프링을 자기장 뿐만 아니라 온도(열)에 반응하는 재질(성분)로 제작함으로써, 전류사고의 발생시에 교류 전류 뿐만 아니라 직류 전류까지도 효과적으로 차단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 온도 반응 기반의 전원 차단기의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 자기장에 반응하여 스위칭 부재가 금속 부재의 자유단에 접착된 상태를 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 온도(열)에 반응하여 스위칭 부재가 금속 부재의 자유단에 접착된 상태를 보여주는 단면도이다.
먼저, 본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어지는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 여기에서, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 범주를 명확하게 이해할 수 있도록 하기 위해 예시적으로 제공되는 것이므로, 본 발명의 기술적 범위는 청구항들에 의해 정의되어야 할 것이다.
아울러, 아래의 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성 등에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들인 것으로, 이는 사용자, 운용자 등의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있음은 물론이다. 그러므로, 그 정의는 본 발명의 설명 전반에 걸쳐 기술되는 기술사상을 토대로 이루어져야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 온도 반응 기반의 전원 차단기는, 예컨대 30A 이하의 저압회로를 구성하는 소형 분전반(예컨대, 태양광 설비 등에 적용될 수 있는 소형 분전반) 등에 설치되어 사용될 수 있는 것으로, 이러한 전원 차단기는 일반 주택 또는 상가건물 등에 설치되어, 예컨대 인체의 감전사고, 과전류 및 단락에 의한 안전사고, 누전에 의한 화재사고 등을 예방하기 위한 목적으로 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 온도 반응 기반의 전원 차단기의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 발명의 실시예의 온도 반응 기반의 전원 차단기는 스위칭 부재, 금속 부재(120), 코일 스프링(130), 가이드 부재(140) 등을 포함할 수 있다.
먼저, 스위칭 부재는 지지대(150), 가동부(110), 가변 접점(112) 및 가이드 바(160) 등으로 구성될 수 있다. 즉, 지지대(150), 가동부(110), 가변 접점(112) 및 가이드 바(160)는 하나의 스위칭 부재로서 정의될 수 있다.
여기에서, 지지대(150)는 가동부(110)를 지탱하기 위한 것으로 그 일단(하부단)은 베이스(100)로부터 떨어짐 가능하게 맞닿고, 타단은 가동부(110)의 소정 위치에 회동 가능하게 연결된다.
보다 상세하게, 지지대(150)는 시소와 같이 위/아래로 움직이도록 동작, 즉 지지대(150)의 일단(하부단)은 가변 접점(112)이 금속 부재(120)의 자유단(122)으로부터 소정 간격만큼 이격된 위치에 있을 때 베이스(100) 상에 맞닿아 있고, 가변 접점(112)이 자유단(122)에 접촉될 때 베이스(100)로부터 떨어지는 형태로 상하 운동을 할 수 있다.
그리고, 가동부(110)의 일단에는 가변 접점(112)이 형성(연결)되어 있고, 타단의 걸림턱 부분에는 가이드바(160)가 올려져 있어 가동부(110)가 시소 운동을 할 때 상부 방향으로 가이딩될 수 있다.
여기에서, 가이드바(160)는 도시 생략된 전원 스위치에 연결되어 상부 방향으로 움직이면서 전원 스위치를 오프(즉, 선로에서의 전류 공급 오프)시키는 기능을 수행할 수 있다.
그리고, 가변 접점(112)은, 예컨대 금속 재질로 제작될 수 있는 것으로, 금속 부재(120)가 자기장에 의해 자화되면 자석의 당기는 힘에 의해 가변 접점(112)이 아래 방향으로 당겨져 금속 부재(120)의 자유단(122)과 물리적으로 접촉될 수 있다.
여기에서, 가동부(110)의 가변 접점(112)이 금속 부재(120)의 자유단(122)에 접촉된다는 것은 가동부(110)의 타단에 올려져 있는 가이드바(160)가 도시 생략된 전원 스위치를 오프시킴으로써, 선로에서의 전류(예컨대, 교류 전류) 공급이 차단됨을 의미할 수 있다.
상기와는 달리, 가동부(110)의 가변 접점(112)은 기 설정된 임계치(예컨대, 발화점으로 규정될 수 있는 80도(℃) 등)의 온도(열)에 반응하여 코일 스프링(130)이 아래 방향으로 소정 길이만큼 수축되면, 가동부(110)의 가변 접점(112)을 이탈 자유롭게 파지하여 코일 스프링(130)의 상부측의 일단과 타단 사이에 부착된 가이드 부재(140)에 의해 아래로 당겨져 금속 부재(120)의 자유단(122)과 물리적으로 접촉될 수 있다.
여기에서, 가동부(110)의 가변 접점(112)이 금속 부재(120)의 자유단(122)에 접촉된다는 것은 가동부(110)의 타단에 올려져 있는 가이드바(160)가 도시 생략된 전원 스위치를 오프시킴으로써, 선로에서의 전류(예컨대, 직류 전류) 공급이 차단됨을 의미할 수 있다.
그리고, 금속 부재(120)는 고정단(124)이 베이스(100)에 고정 접착(부착)되고, 자유단(122)이 가동부(110)의 가변 접점(112)으로부터 소정 간격만큼 떨어져 위치하는, 예컨대 원통형의 막대형 구조를 가질 수 있는 것으로, 코일 스프링(130)에 의해 기 설정된 소정 크기 이상의 자기장이 발생할 때 자화 가능한 금속 재질로 제작될 수 있다.
즉, 금속 부재(120)는 코일 스프링(130)에 의해 기 설정된 소정 크기 이상의 자기장이 발생하게 되면 자화되어 자석으로써 기능할 수 있으며, 이와 같이 금속 부재(120)가 자화되면 가동부(110)의 가변 접점(112)이 자석의 당기는 힘에 의해 아래 방향으로 당겨져 금속 부재(120)의 자유단(122)에 물리적으로 접촉될 수 있다.
또한, 코일 스프링(130)은 일단과 타단이 베이스(100) 상의 소정 위치에 각각 고정 접착(부착)될 수 있는 것으로, 예컨대 원통형의 막대 구조를 갖는 금속 부재(120)의 외면으로부터 소정 거리만큼 이격되어 금속 부재(120)를 둘러싸는(휘감는) 코일 형상을 가질 수 있다. 여기에서, 코일 스프링(130)은, 예컨대 전류에 의한 자기장을 발생시키거나 온도에 반응(스프링 수축)하는 형상 기억 합금(SMA: shape memory alloy)의 재질 또는 형상 기억 합금을 포함하는 복합 재질로 제작될 수 있다.
그리고, 가이드 부재(140)는 가동부(110)의 가변 접점(112)을 이탈(예컨대, 아래 방향으로의 이탈) 자유롭게 파지하는 구조를 가질 수 있는 것으로, 일례로서 도 1의 우측에 별도 도시하고 있는 바와 같이, 일단이 코일 스프링(130)의 상부측 일단에 부착되고, 타단이 코일 스프링(130)의 상부측 타단에 부착되는 금속 띠 형상, 예컨대 도 1의 원형 일점쇄선에 도시한 바와 같이, 아치(arch) 형상으로 구성될 수 있다.
여기에서, 가이드 부재(140)는, 예컨대 금속 재질로 제작되어 원형 구조의 스프링 외면을 둘러싸는 형상으로 코일 스프링(140)의 상부 측의 소정 위치에 착탈 자유롭게 부착될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 자기장에 반응하여 스위칭 부재가 금속 부재의 자유단에 접착된 상태를 보여주는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 금속 부재(120)는, 예컨대 전류사고 등에 기인하여 코일 스프링(130)에 과전류가 흘러 자기장의 크기(세기)가 기 설정된 크기 이상으로 되면 자화(자석화)되는데, 이와 같이 금속 부재(120 자화되면 자석의 당기는 힘에 의해 가동부(110)의 가변 접점(112)이 아래 방향으로 당겨져서 금속 부재(120)의 자유단(122)에 물리적으로 접촉된다.
따라서, 가동부(110)의 시소 작용에 따라 타단의 걸림턱 부분에 올려져 있는 가이드바(160)가 상부 방향으로 움직여 도시 생략된 전원 스위치를 오프시킴으로써, 선로에서의 전류(예컨대, 교류 전류) 공급이 자동 차단된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 온도(열)에 반응하여 스위칭 부재가 금속 부재의 자유단에 접착된 상태를 보여주는 단면도이다.
도 3을 참조하면, 코일 스프링(130)에 흐르는 전류 또는 주변 환경에 의한 온도가 기 설정된 임계치(예컨대, 80도 등)에 도달하면, 형상 기억 합금의 특성에 따라 스프링이 아래 방향으로 수축되는데, 이러한 스프링 수축에 의해 가이드 부재(140)가 가동부(110)의 가변 접점(112)을 금속 부재(120)의 자유단(122) 측으로 당김으로써, 가변 접점(112)이 자유단(122)에 물리적으로 접촉된다.
따라서, 가동부(110)의 시소 작용에 따라 타단의 걸림턱 부분에 올려져 있는 가이드바(160)가 상부 방향으로 움직여 도시 생략된 전원 스위치를 오프시킴으로써, 선로에서의 전류(예컨대, 직류 전류) 공급이 자동 차단된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경 등이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다. 즉, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것으로서, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
따라서, 본 발명의 보호 범위는 후술되는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110 : 가동부
112 : 가변 접점
120 : 금속 부재
122 : 자유단
124 : 고정단
130 : 코일 스프링
140 : 가이드 부재
150 : 지지대
160 : 가이드바

Claims (6)

  1. 선로에서의 전류 공급을 스위칭하기 위한 금속 재질의 스위칭 부재;
    자유단이 상기 스위칭 부재로부터 소정 간격만큼 떨어져 위치하고, 고정단이 베이스에 고정 장착되며, 자기장에 의해 자화 가능한 재질의 금속 부재;
    상기 금속 부재의 외면으로부터 소정 거리만큼 이격되는 형태의 코일 형상으로 상기 금속 부재를 둘러싸는 온도 반응 재질의 코일 스프링; 및
    상기 스위칭 부재를 이탈 자유롭게 파지하며, 일단이 상기 코일 스프링의 상부측 일단에 부착되고, 타단이 상기 코일 스프링의 상부측 타단에 부착되는 가이드 부재;를 포함하고,
    상기 코일 스프링에 흐르는 제 1 전류에 의해 발생하는 자기장을 통해 상기 금속 부재가 자화되면 상기 스위칭 부재가 상기 자유단에 접촉됨으로써, 상기 선로에서의 전류 공급이 차단되고,
    상기 코일 스프링에 흐르는 제 2 전류 또는 주변 환경에 의한 온도가 기 설정된 임계치에 도달할 때 생성되는 수축력에 의해 상기 코일 스프링이 수축되어 상기 가이드 부재가 상기 스위칭 부재를 상기 자유단 측으로 당김으로써, 상기 스위칭 부재가 상기 자유단에 접촉되어 상기 선로에서의 전류 공급이 차단되며,
    상기 스위칭 부재는,
    상기 금속 부재가 자기장에 의해 자화되면 자력에 의해 아래 방향으로 당겨져 상기 금속 부재의 상기 자유단과 물리적으로 접촉되는 가변 접점;
    상기 가변 접점과 일단이 연결되는 가동부;
    상기 가동부의 타단의 걸림턱 부분에 올려지는 가이드바; 및
    일단이 상기 베이스로부터 떨어짐 가능하게 맞닿아 있고, 타단이 상기 가동부의 일정 위치에 회동 가능하게 연결되는 지지대;를 포함하되,
    상기 가이드바는 전원 스위치와 연결되며, 상기 가변 접점이 상기 자유단과 물리적으로 접촉될 때 상기 가동부가 시소 운동을 하여 상부 방향으로 가이딩되면서 상기 전원 스위치를 오프시켜 상기 선로에서의 전류 공급을 차단시키는 것을 특징으로 하는
    온도 반응 기반의 전원 차단기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 코일 스프링은,
    형상 기억 합금으로 구성되는
    온도 반응 기반의 전원 차단기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 코일 스프링은,
    형상 기억 합금을 포함하는 복합 재질로 구성되는
    온도 반응 기반의 전원 차단기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전류는 교류 전류이고, 상기 제 2 전류는 직류 전류인
    온도 반응 기반의 전원 차단기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 부재는,
    원통형의 막대형 구조를 갖는
    온도 반응 기반의 전원 차단기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 가이드 부재는,
    상기 코일 스프링에 착탈 자유롭게 부착되고,
    일단이 상기 코일 스프링의 상부측 일단에 부착되고, 타단이 상기 코일 스프링의 상부측 타단에 부착되는 아치 형상인 것을 특징으로 하는
    온도 반응 기반의 전원 차단기.
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