KR200236254Y1 - 과전류 차단기를 구비한 스위치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 과전류 차단기를 구비한 스위치에 관한 것으로, 특히 바이메탈의 열변형을 이용한 과전류차단기능과 임의로 전류를 차단할 수 있도록 하는 스위치기능을 한 개의 케이스에서 겸하는 스위치에 있어서 조립성이 좋고 소형이며 안정된 과전류 차단특성을 갖도록 하기 위한 것이다.

본 고안에서는 바이메탈을 스위치 케이스의 측벽과 평면으로 하여 측면으로 배치함으로서 케이스 중심부에 스위치기능을 위한 시소 절환 장치와 과전류차단을 위한 절연판의 작동장치 용이하게 구성되어지고, 절연판과 바이메탈의 접촉면을 최소화하면서 절연판의 작동력을 스프링에 의존하게 하여 바이메탈의 변형을 방해하는 요소를 줄이게되어 과전류차단특성을 안정되게 한 과전류 차단기를 구비한 스위치를 제공하기 위한 것이다.

Description

과전류 차단기를 구비한 스위치{Switch with over current breaker}

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

과전류를 검출하여 차단하는 수단으로는 전자석의 원리와 바이메탈의 원리를 응용하는 두가지의 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 바이메탈의 저항성분에서 발생한 열에 의한 팽창력으로 구동장치를 작동하여 전원을 차단하게 하는 것으로, 바이메탈이팽창되기 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, 주로 케이스 내부에 바이메탈에 의한 과전류차단부와 스위치부를 복층으로 겹치는 구조로 구성하게되어 바이메탈의 팽창력을 전달하는 장치와 스위치의 차단상태를 유지하는 장치, 강제로 스위치를 개폐하는 장치들의 조합이 복잡하고 조립이 어려우며, 바이메탈을 복귀시키기 위하여 스위치놉과는 별개의 놉을 이중으로 장착하는 경우가 많다.

본 고안에서는 바이메탈을 케이스의 측벽과 평면으로 하여 측면에 배치함으로서 케이스 중심부에 스위치기능을 위한 슬라이드 구조가 소형이면서 간단하게 구성되어지고, 바이메탈의 변형을 방해하는 요소를 최소화하여 차단특성이 안정된 과전류차단기를 구비한 스위치를 제공하기 위한 것이다.

도 1은 본 고안에 따른 스위치의 차단상태를 도시한 단면도

도 2는 본 고안에 따른 스위치의 통전상태를 도시한 단면도

도 3은 본 고안에 따른 스위치의 내부구조를 도시한 평면도

도 4는 본 고안의 바이메탈 조립상태를 도시한 사시도

도 5는 본 고안의 절연판의 형상을 도시한 사시도

도 6은 본 고안의 시소 슬라이드의 형상을 도시한 사시도

도 7은 본 고안의 입력단자의 형상을 도시한 사시도

도 8은 본 고안의 출력단자의 형상을 도시한 사시도

도 9는 본 고안에 따른 과전류차단부의 통전상태를 도시한 단면도

도 10은 본 고안에 따른 과전류차단부의 차단상태를 도시한 단면도

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

10. 바이메탈 11,13,31,51 접점

12. 고정러그 20. 절연판

21. 스프링봉 22. 통전구멍

30. 슬라이드 32. 스프링돌기

33. 시소가이드홈 40. 출력단자

50. 입력단자 60. 시소놉

61. 농축 62. 스프링핀

70. 케이스 80,81. 스프링

이하 첨부된 도면에 의해 상세한 구조를 설명한다.

도3은 본 고안에 따른 스위치의 내부구조를 도시한 평면도로서 시소놉(60)을 제거한 상태의 구조를 보여주고 있다. 먼저 통전경로를 살펴보면 라인에 접속되는 입력단자(50)에서 시작하에 입력단자 접점(13), 슬라이드 접점(31), 시소슬라이드(30)를 거쳐서 부하와 연결되는 출력단자(40)로 연결된다. 상기의 경로에서 사용된 접점들은 은과 같은 도전성이 높은 금속의 합금으로 개폐시 기계적 충격과 아크 등의 영향으로 인한 접점의 손실을 최소화하기 위한 것이다.

상기 경로에서 바이메탈의 접점(11)과 입력단자 접점(51)의 개폐는 바이메탈 시트(10)의 열팽창에 의해 이루어지고 따라서 과전류를 차단하는 기능을 담당하며, 고정러그 접점(13)과 시소슬라이드 접점(31)은 시소놉(60)의 작동에 의한 이력에 의해 개폐되므로 스위치의 기능을 한다.

도 4는 본 고안의 바이메탈의 조립 구조를 도시한 사시도로 바이메탈 시트(10)를 도면과 같이 직사각형의 완만한 곡면으로 타발 성형한 다음 장방향 종단의 한쪽 끝에는 접점(11)을 반대편은 책상모양의 고정러그(12)의 측면을 용접 또는 리벳팅하여 부착하고, 고정러그(12)의 중심 내측에는 접점(13)을 부착하여 통전경로를 형성하며, 고정러그(12)에서 바이메탈(10)이 부착되지 않은 반대편을 케이스에 압입하여 바이메탈이 고정되게 한다. 따라서 도 3에서와 같이 고정러그(12)를 수평으로 부착하면 바이메탈(10)은 케이스 측벽과 평면으로 측면에 놓이게 되어 시소놉(60)의 작동력을 전달하는 공간이 확보된다.

한편 바이메탈시트(10)의 장축의 단면이 완만한 곡선을 같도록 성형하는데 곡면의 내측을 열팽창률이 큰 면이 되게 한다. 그 다음으로 중앙부를 엠보싱하게 되면 적절한 탄성을 가지게 되며, 이러한 구조의 바이메탈에 전류를 흘리게되면 바이메탈의 저항성분에 의해 발열하여 팽창이 시작되고 열팽창률이 큰 곡면의 내측에서 외측으로 휘어지려고 하지만 상기의 형상에 기인한 탄력으로 인해 바이메탈은 변형되지 않는다. 하지만 전류가 증가하여 팽창력이 탄력을 초과하는 순간, 비로소정반대의 곡면을 이루는 형상으로 급격히 변형되게 된다.

상기 구조의 바이메탈의 폭과 길이, 곡면의 크기, 엠보싱의 형상과 깊이를 조절여 기본적인 과전류차단기의 차단특성을 결정할 수 있다.

본 고안의 스위치의 구조는 도1과 2의 단면도에서와 같이 케이스(70)의 바닥 면 중간에는 도 8과 같이 요철이 형성된 출력단자(40)를 좌측에는 도 8과 같이 접점이 부착된 입력단자(50)를 고정하고, 출력단자(40)의 요철 홈에는 도 6과 같이 접점(31)이 부착되고 스프링돌기(32)가 성형된 시소슬라이드(30)종단의 시소가이드홈(33)이 끼워지게 한 다음 바이메탈의 고정러그(12)를 도 3에서와 같이 부착하면 고정러그(12)의 접점(13)과 슬라이드 접점(31)이 상하로 마주보게 놓여지고, 바이메탈 접점(11)과 입력단자 접점(51)은 마주치게 된다. 여기서 도 5에서 도시한 절연판(20)의 스프링봉(21)에 스프링(81)을 끼우고, 통전구멍(22)이 서로 대향하는 바이메탈 접점(11)과 입력단자 접점(51)의 사이에 위치하도록 삽입되어지며, 시소놉(60)의 스프링핀(62)과 시소슬라이드(30)의 스프링돌기(32) 사이에 스프링(80) 압축 삽입되어져 있다.

과전류차단기를 구비한 스위치는 통전회로를 임의로 개폐하기 위한 스위치기능과 과전류를 검출하여 차단하는 과전류차단기능, 과전류차단상태를 유지하는 기능, 차단상태를 복귀시키는 기능이 요구되는데, 도 1은 스위치의 차단상태 및 절연판(20)의 복귀 상태를 도시한 것이며, 도2는 스위치의 통전상태 및 절연판(20)의 과전류 차단상태를 도시한 것으로 시소놉(60)을 놉축(61)을 중심으로 강제로 좌우 절환하게 되면 스프링(80)의 변형에 의해 시소슬라이드(30)가 시소운동을 하면서슬라이드 접점(31)이 상하로 움직여 접점이 개폐되어 스위치기능을 한다. 한편 도 9에서와 같이 바이메탈(10)이 냉각상태에서 바이메탈 접점(11)과 입력단자 접점(51)은 절연판(20)의 통전구멍(22)을 통하여 통전상태이고, 절연판(20)은 압축된 스프링(81)에 의해 상향하는 힘이 작용하지만 두 접점에 걸려 정지된 상태가 유지되어 통전된다. 여기서 시소놉(60)이 우측으로 기울어져 스위치가 통전상태이면 입력단자(50)와 출력단자(40)는 통전회로가 되어 전류가 흐르게 된다. 과전류가 흘러 바이메탈의 온도가 상승하여 변형되는 순간 도 10과 같이 절연판(20)이 스프링(81)의 힘으로 상승하여 바이메탈 접점(11)과 입력단자 접점(51) 사이에 절연판(20)의 절연부가 두 접점을 가로막아 차단하게되어 바이메탈이 냉각되더라도 절연판(20)에 의해 복귀되지 못하고 과전류 차단상태가 유지된다.

도2와 같은 과전류를 차단하고 있는 상태에서 시소놉(60)을 좌측으로 절환하면 절연판(20)이 시소놉(60)의 하단에 부딛혀 하강하면서 과전류차단회로가 통전상태로 복귀되어지면서 스위치는 차단상태가 되며, 다시 우측으로 절환하면 스위치가 통전상태로 되어 입력단자(50)와 출력단자(40)가 통전회로로 복귀되어 진다.

이상에서 기술한바와 같이 본 고안의 과전류차단기를 구비한 스위치는 바이메탈을 케이스의 측벽과 평면으로 측면에 배치함으로서 스위치 기능을 위한 슬라이드 구조가 소형이면서 간단하게 구성되어지고, 조립이 용이하며, 또한 절연판(20)의 작동방향과 바이메탈의 변형방향이 직각이 되고, 상호간의 접촉면이 작아서 바이메탈의 변형을 방해하는 바찰이 줄어 바이메탈의 열변형이 용이해져 바이메탈의팽창계수나 구조를 조정하는 것만으로도 원하는 과전류차단특성을 안정적으로 얻을 수 있게 되었으며 특성의 편차를 줄일 수 있다. 또한 차단상태를 안정하게 유지하며 외관상으로는 기존의 스위치와 같이 한 개의 놉으로서 스위치 동작과 복귀동작이 가능하며 놉의 좌우 절환력이 거의 동일한 상태가 되어 절환감촉이 개선된다.

Claims (1)

1. 케이스(70)의 바닥 면 중간에 요철이 형성된 출력단자(40)를 편측에는 접점이 부착된 입력단자(50)를 고정하고, 출력단자의 요철 홈에는 접점이 부착되고 스프링돌기가 성형된 시소슬라이드(30) 종단의 시소가이드홈(33)이 끼워지게 하고, 직사각형의 완만한 곡면으로 성형 타발한 바이메탈시트(10)의 장방향 종단 양편의 한쪽은 접점(11)이 반대편은 책상 모양의 고정러그(12)가 부착된 바이메탈의 고정러그(12)를 시소슬라이드 접점(31) 상단에 부착하고, 케이스 상단 중앙에 스프링핀(62)이 형성된 시소놉(60)을 장착하며, 상기의 스프링핀(62)과 스프링돌기(32)와의 사이에 압축된 스프링을 삽입하는 것에 의해 고정러그(12)에 부착된 접점(13)과 시소슬라이드의 접점(31)이 시소놉(60)의 좌우 절환과 연동하여 개폐되어지고, 통전구멍(22)과 스프링봉(21)이 형성된 절연판(20)의 통전구멍(22)이 서로 대향하는 바이메탈 접점(11)과 입력단자 접점(51)의 사이에 위치하도록 하여 이 절연판(20)이 압축된 스프링(81)에 의해 상향하는 힘이 작용하는 상태에서 통전구멍(22)이 바이메탈 접점(11)에 걸려 정지된 상태에서 과전류에 의한 바이메탈시트(10)의 변형으로 바이메탈 점점(11)이 후퇴할 때 절연판(20)이 스프링(81)의 힘으로 상승하여 바이메탈 접점(11)과 입력단자 접점(51) 사이에 절연판(20)의 일부가 두 접점을 가로막아 과전류가 차단되어지고, 시소놉(60)의 절환에 의해 절연판(20)이 하강하여 바이메탈 접점(11)과 입력단자 접점(51)이 통전상태로 복귀되게 하는 수단에 의해 통전회로를 임의로 개폐하기 위한 스위치기능과 과전류를 검출하여 차단하는 과전류차단기능을 한 개의 케이스 내에서 한 개의 놉에 의해 가능케 한 것을 특징으로 하는 과전류차단기를 구비한 스위치