KR20010046970A - 과전류 차단기를 구비한 스위치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 과전류 차단기를 구비한 스위치에 관한 것으로, 기존의 스위치에서는 바이메탈과 스위치회로가 분리된 체 직렬접속되어 통전회로를 구성함으로서 이들을 접속하는 구조와 분리된 구동장치로 인하여 복잡하였다.

본 발명에서는 바이메탈에 접점을 부착하여 스위치 회로를 겸하게 함으로서 통전경로가 단순해지고, 과전류 상태에서 바이메탈이 변형되어 전류를 차단함과 동시에 이러한 변형 상태가 지속될 수 있도록 하는 과전류차단 기능과, 부착된 놉을 절환하면 그에 연동하여 바이메탈의 접점이 강제로 개폐되게 하는 스위치 기능을 하나의 장치에서 가능하여, 구조가 단순하고 조립이 용이하며 가격이 저렴하고 소형인 과전류 차단기를 구비한 스위치를 제공하기 위한 것이다.

Description

과전류 차단기를 구비한 스위치{Switch with over current breaker}

본 발명은 스위치에 관한 것으로 특히 과전류를 검출하여 이를 차단하는 과전류 차단기를 구비한 스위치의 구조에 관한 것이다.

과전류를 검출하여 차단하는 수단으로는 전자석의 원리와 바이메탈의 원리를 응용하는 두 가지의 방법이 주로 사용되고 있다.

전자석을 이용하는 경우, 철심에 감긴 권선에 흐르는 전류에 비례하여 발생한 자력이 장치를 구동하여 스위치가 차단되게 하고, 동시에 차단상태를 유지되게 하는 것으로서 권선과 부하의 직렬접속으로 인한 전압강하와 권선의 발열 등을 고려하면 철심을 둘러싼 권선의 권수가 상당히 제한되므로 스위치를 구동하기 위한 충분한 자력을 얻기 어렵다. 따라서 구동장치를 고감도의 것으로 하더라도 코일에 흐르는 전류가 수십 암페어 이상의 대용량에 적합하며 전자석의 구조가 복잡하므로 고가이고 부피가 크다. 반면에 전자석을 이용한 과전류 차단기는 응답시간이 빠르므로 주로 고가, 대형, 대용량의 전기기기의 보호용으로 사용된다.

바이메탈을 이용한 과전류 차단기는 바이메탈에 부하전류가 흘러 저항성분에서 발생한 열에 의한 팽창력으로 구동장치를 작동하게 하여 전원을 차단하게 하는 것으로, 바이메탈이 팽창되기 위한 온도에 도달할 때까지 응답이 지연되는 반면, 작동력을 생성하는 구조가 단순하고 10 암페어 전후의 적은 전류에서도 작동력을 얻을 수 있으므로 전자석 방식과 비교하여 소용량, 소형, 저가를 그 특징으로 한다. 지금까지는 주로 과전류 차단기로서 만 사용되고 있으며, 과전류 차단기와 스위치의 기능을 하나의 케이스에서 구현하고 있는 제품의 경우, 하나의 통전경로에 바이메탈과 직렬로 스위치 회로를 두게되어 바이메탈의 팽창력을 스위치로 전달하는 장치와 스위치의 차단상태를 유지하는 장치, 강제로 스위치를 개폐하는 장치 등을 조합하여야 하므로 구조가 복잡하고 소형화하기 어려운 문제가 있다.

본 발명은 바이메탈에 접점을 부착하여 스위치 회로를 구성케 하고, 바이메탈에 전류가 흐를 때 자체의 저항성분으로 발열되어 팽창되는 점을 이용하여 과전류 상태에서 바이메탈이 변형되어 전류를 차단함과 동시에 이러한 변형 상태가 지속될 수 있도록 하는 과전류차단 기능과, 부착된 놉을 절환하면 그에 연동하여 바이메탈의 접점이 강제로 개폐 되게 하는 스위치의 기능을 하나의 장치로 가능하게 하여, 구조가 단순하고 소형화가 용이한 과전류 차단기를 구비한 스위치를 제공하기 위한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 스위치의 통전상태를 도시한 단면도

도 2는 본 발명에 따른 스위치의 차단상태를 도시한 단면도

도 3은 본 발명의 시소플레이트의 사시도

도 4는 바이메탈의 형상을 도시한 사시도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1. 케이스

2. 놉(KNOB)

3. 스프링

4. 바이메탈

5. 시소플레이트

6. 트리거 플레이트

이하 첨부된 도면에 의해 상세한 구조를 설명한다.

도 4는 본 발명의 스위치에서 사용하는 바이메탈의 사시도로 바이메탈 시트를 도면과 같이 타발한 다음 양단의 한면은 접점을 다른 면은 전극의 단자를 부착할 수 있도록 하고, 그 장축의 단면이 완만한 곡선을 같게 하도록 성형하는데 곡면의 내측에 열팽창률이 큰 면이 되게 한다. 그 다음으로 중앙부를 곡면의 외측으로 엠보싱하게 되면 적절한 탄성을 가지게 되며, 이러한 구조의 바이메탈에 전류를 흘리게되면 바이메탈의 저항성분에 의해 발열이 되어 팽창이 시작되고 열팽창률이 큰 곡면의 내측에서 외측으로 휘어 지려고 하지만 상기의 형상에 기인한 탄력으로 인해 바이메탈은 변형되지 않는다. 하지만 전류가 증가하여 팽창력이 탄력을 초과하는 순간, 비로소 정반대의 곡면을 이루는 형상으로 급격히 변형되게 된다.

상기 구조의 바이메탈의 폭과 길이, 곡면의 크기, 엠보싱의 구조와 깊이를 조절함으로서 기본적인 과전류 차단기의 차단특성을 결정할 수 있다.

도 1과 2는 본 발명의 과전류 차단기를 구비한 스위치의 구조를 도시한 것으로, 입력단자(7)와 바이메탈(4), 출력단자(8)로서 전류가 흐르는 경로를 구성케 하고, 이 경로를 개폐하는 입력단자(7)와 바이메탈(4)의 접촉부에는 각각 입력접점(9)과 바이메탈접점(10)을 부착시키는데, 접점은 은과 같은 도전성이 높은 금속의 합금으로 걔폐시의 기계적 충격과 아크 등의 영향으로 인한 접점의 손실을 최소화하기 위한 것이다. 바이메탈(4)의 종단부는 출력단자(8)가 부착되고, 출력단자(8)를 케이스(1)에 고정시켜 바이메탈(4)의 팽창에 따라 바이메탈접점(10)이 상하로 움직일 수 있도록 한다. 바이메탈(4)의 상단에는 트리거플레이트(6)가 부착되어져 있는데, 이는 바이메탈(4)의 팽창력을 시소플레이트(5)에 전달하기 위한 것이다. 도 3은 시소플레이트(5)의 사시도로서 중앙부의 스프링돌기(22)는 상단으로 엠보싱하여 놉(2) 절환용 스프링(3)이 끼워지게 하고, 그 양면에 고정날개(21)를 형성시켜 케이스(1)의 시소가이드(13)에 끼워 시소플레이트(5)의 이탈을 방지하며, 좌측의 이탈방지고리(23)는 트리거 플레이트(6)를 이탈을 방지하기 위하여 벤딩한 구조이다. 시소플레이트(5) 하단에는 케이스(1)의 양 측면에 형성된 시소가이드(13) 사이에 돌기형상의 시소받침(14)을 형성시켜 시소플레이트(5)가 시소운동을 원활히 할 수 있게 한다.

놉(2)은 중심부의 양 측면에 놉축(11)을 형성시켜 케이스(1)에 형성된 구멍에 끼움으로서 시소 절환이 가능하게된다. 한편 놉(2)의 하단에 형성된 스프링 가이드(12)와 시소플레이트(5) 상단의 스프링 돌기(22)와의 사이에 스프링(3)을 압축된 상태로 삽입하면, 스프링(3)의 팽창력으로 인하여 놉(2)과 시소플레이트(5)는 평행상태를 유지하지 못하고 서로 반대방향으로 기울어지게 된다. 따라서 놉(2)이 좌측으로 기울면 스프링(3)은 팽창력으로 인해 우측으로 휘어지면서 시소플레이트(5)의 우측을 누르게되어 시소플레이트(5)는 우측으로 기울게되며, 이와 동일한 원리로 놉(2)이 우측으로 기울면 시소플레이트(5)는 좌측으로 기울게된다. 이와는 정반대로 시소플레이트(5)를 강제로 좌우로 기울게 하면 상기와 동일한 힘이 작용하여 놉(2)이 반대방향으로 기울게된다. 여기서 시소플레이트(5)와 시소받침(14)의 중심의 위치를 놉축(11)의 중심을 기준으로 편심지게 하면 편심방향에서의 스프링(3)의 꺽임각이 커져 직선에 가까워지면서 스프링(3)이 편심방향의 반대방향으로 팽창하기 쉬워지기 때문에 놉(2)과 시소플레이트(5) 또는 스프링(3)에 편심방향의 반대방향으로 작은 힘이 작용하더라도 쉽게 절환이 이루어지고, 반대로 스프링(3)이 편심의 반대 방향으로 휘어져 있을 때는 편심방향으로의 절환에는 더 큰 힘을 작용시켜야 한다. 본 발명에서는 트리거플레이트(6)의 방향으로 편심지게 하는 구조로 하여 트리거플레이트(6)의 미소한 작용력에도 스프링(3)이 반대편으로 팽창되게 하여 차단동작은 약하게 통전동작은 강하게 하는 구조로 하고 있다.

지금까지 서술한 도 1과2의 구조를 토대로 과전류 차단기로서의 동작을 순차적으로 살펴보면, 도 1에서와 같이 입력단자(7)와 바이메탈(4),출력단자(8)가 통전된 상태에서 전류가 증가하면 바이메탈(4)의 온도상승과 더불어 팽창력이 증가하지만 바이메탈(4)의 구조에서 기인하는 탄성과 통전상태를 유지하려는 스프링(3)의 팽창력 등으로 인하여 변형이 억제되어진다. 전류가 더욱 증가하여 바이메탈(3)의 팽창력이 이에 반하는 힘을 초과하게 되면, 바이메탈(4)이 변형되어 상단으로 구부러지게 되고, 트리거플레이트(6)가 상승되면서 우측으로 기울게되어 시소플레이트(6)를 우측으로 밀치게되므로 시소플레이트(7)가 우측으로 기울면서 스프링(3)의 꺽임부를 누름과 동시에 스프링(3)의 하단좌측을 압축하면서 우측을 이완되게 하여, 스프링(3)이 반대방향으로 팽창되어 놉(2)의 방향절환이 이루어져 도 2와 같이 전류가 차단된다. 곧이어 바이메탈(4)이 냉각되어 트리거플레이트(6)와 바이메탈(4)이 원상으로 회복되려 하지만, 시소플레이트(5)의 편심으로 인하여 절환된 방향의 스프링 팽창력이 바이메탈(4)의 복귀력보다 강하므로 트리거플레이트(6)의 상단이 시소플레이트(5)의 이탈방지고리(23)에 걸려 복귀되지 못한다. 따라서 외부에서 놉(2)을 절환시키지 않는 한 차단 상태가 유지되어 진다.

다음으로 스위치로서의 동작을 살펴보면 도 1의 통전상태에서 놉(2)의 좌측을 누르면, 스프링(3)의 팽창력에 의해 시소플레이트(5)가 우측으로 기울면서 시소플레이트(5)의 이탈방지고리(23)가 트리거플레이트(6)의 상단을 끌어올려 바이메탈(4)을 강제로 들어올려 전류의 흐름을 차단시키게되어 도 2와 같이 차단상태가 되게 한다. 다시 놉(2)의 우측을 누르면 바이메탈(4)의 복귀력과 함께 스프링(3)의 탄성으로 시소플레이트(5)를 절환시켜 통전상태로 되돌아간다.

이상에서와 같이 본 발명의 과전류 차단기를 구비한 스위치는 스위치와 바이메탈 과전류 차단기의 기능을 한 개의 바이메탈 접점으로 가능하게되어, 기존의 바이메탈과 별도의 스위치 접점을 같는 과전류차단 스위치와 비교하여 단순한 구조가 되어 소형화가 용이하고 제조비용을 절감할 수 있다.

Claims (2)

1. 직사각형으로 타발한 바이메탈(4)을 곡면으로 성형하고, 그 종단의 윗면에 트리거플레이트(5)를 밑면에는 접점(10)을 부착하고 반대편에 단자(8)를 부착하여 고정되게 하여 트리거플레이트(6)와 접점이 바이메탈(4)의 팽창에 따라 상하로 이동이 가능하게 하고, 바이메탈(4)의 상부에 시소운동을 하는 시소플레이트(5)를 두고 시소플레이트(5)의 측면에는 이탈방지고리(23)를 두어 트리거플레이트(6)의 끝단이 삽입되게 하여 바이메탈(4)의 변형이 시소플레이트(5)의 시소운동과 연동되게 하고, 시소플레이트(5)의 상단에 시소운동을 하는 놉(2)을 두고 놉(2)과 시소플레이트(5)의 사이에는 압축된 스프링(3)을 삽입하여 놉(2)과 시소플레이트(5)가 서로 반대방향으로 연동하게 하여 바이메탈(4)에 흐른 과전류로 인한 팽창력이 놉(2)을 절환하게 하거나 놉(2)의 절환에 따라 바이메탈(4)의 접점(10)이 개폐 되도록 하는 것을 특징으로 하는 과전류 차단기를 구비한 스위치.
2. 제1항에 있어서 놉축(11)의 중심과 스프링(3), 시소플레이트(5), 시소받침(14)을 연결하는 축에서 시소플레이트(5)와 시소받침(14)의 중심을 편심지게 함으로서 놉(2)과 시소플레이트(5)의 절환감도를 조절하는 방법.