KR20080092811A

KR20080092811A - 형상기억합금을 이용한 과열차단 장치

Info

Publication number: KR20080092811A
Application number: KR1020070054914A
Authority: KR
Inventors: 정환국
Original assignee: 정환국
Priority date: 2007-04-12
Filing date: 2007-06-05
Publication date: 2008-10-16
Also published as: KR20070000515U

Abstract

본 발명은 형상기억합금을 이용한 과열차단 장치에 관한 것으로서, 특정 동작 온도가 되면 특정 변형량을 갖고 선형으로 수축되는 형상기억합금 선형 액튜에이터; 및 상기 형상기억합금 선형 액튜에이터의 수축 운동 이후에 접점을 복귀시키도록 탄성 운동하는 바이어스 스프링을 포함한다. 본 발명에 의하면, 형상기억합금을 이용한 과열차단 장치를 제공함으로써, 과열 또는 과전류에 대해 반 영구적 사용이 가능하여 반복 사용에 의한 비용을 절감할 수 있고, 화재시에도 유해 가스를 발생시키지 않아 친환경적이며, 온도에 대하여 제품의 전수 검사가 가능하므로 제품의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

형상기억합금, 과열, 과전류, 액튜에이터

Description

형상기억합금을 이용한 과열차단 장치{Apparatus for Blocking Overheat by Using Shape Memory Alloy}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 I형 과열차단 장치의 동작 과정을 나타낸 도면,

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 M형 과열차단 장치의 동작 과정을 나타낸 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

110: 형상기억합금 선형 액튜에이터 120: 금속 홀더

122: 형상기억합금 고정 단자 130: 바이어스 스프링

132: 접점 140: 리드선

150: 절연 케이스 210: 형상기억합금 선형 액튜에이터

220: 바이어스 스프링 230: 시소막대

232: 접점 234: 힌지

240: 리드선 250: 절연 케이스

본 발명은 과열차단 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 형상기억합금을 이용한 과열차단 장치에 관한 것이다.

일반적으로 전기를 이용하는 전기/전자 제품은 항상 과열 및 과전류에 의해 사고가 내재 되어 있으므로, 이를 예방하기 위해 임의의 온도가 되면 열에 의해 녹는 물질이 충진된 일회용 퓨즈를 사용하거나 열팽창계수가 다른 이종의 금속판을 이용한 바이메탈 스위치를 사용하고 있고, 나아가 최근에는 특수 고분자를 이용하여 연속 사용 가능한 퓨즈를 사용하고 있다.

하지만, 일회용 퓨즈는 값은 저렴하나 재사용이 불가능하고, 바이메탈 퓨즈는 단지 접점의 기능을 수행하여 온도 편차가 클 뿐만 아니라 별도의 리미트 장치 등이 요구된다. 또한, 고분자 퓨즈는 연속 사용할 수 있으나 화학 제품의 사용에 따른 물질의 안정성이 떨어지고 아울러 반응 시간이 늦어 수초를 다투는 위급한 상황을 초래할 수 있으며 공해물질을 발생시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 과열 또는 과전류에 대해 영구적인 사용이 가능한 형상기억합금을 이용한 과열차단 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 과열 또는 과전류에 대해 신뢰성이 우수한 형상기억합금을 이용한 과열차단 장치를 제공한다.

본 발명의 다른 목적은 친환경적인 형상기억합금을 이용한 과열차단 장치를 제공한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 가전 제품 및 전열 기기의 과열을 방지하는 과열차단 장치에 있어서, 특정 동작 온도가 되면 특정 변형량을 갖고 선형으로 수축되는 형상기억합금 선형 액튜에이터; 및 상기 형상기억합금 선형 액튜에이터의 수축 운동 이후에 접점을 복귀시키도록 탄성 운동하는 바이어스 스프링을 포함한다.

바람직하게는, 상기 형상기억합금 선형 액튜에이터는 상기 바이어스 스프링과 동일선 상에 위치하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 가전 제품 및 전열 기기의 과열을 방지하는 과열차단 장치에 있어서, 특정 동작 온도가 되면 특정 변형량을 갖고 선형으로 수축되는 형상기억합금 선형 액튜에이터; 상기 형상기억합금 선형 액튜에이터의 수축 운동 이후에 접점을 복귀시키도록 탄성 운동하는 바이어스 스프링; 및 일단은 상기 형상기억합금 선형 액튜에이터의 일단에 연결되고 타단은 상기 바이어스 스프링의 일단에 연결되어 힌지를 중심으로 시소 운동하는 시소막대를 포함한다.

바람직하게는, 상기 형상기억합금 선형 액튜에이터와 상기 바이어스 스프링은 평행한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 형상기억합금을 이용한 I형 과열차단 장치의 동작 과정을 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, (a)는 형상기억합금 선형 액튜에이터(110)의 이완 상태를 도시한 것이고, (b)는 형상기억합금 선형 액튜에이터(110)의 수축 상태를 도시한 것이다. 본 발명에 따른 I형 과열차단 장치는 일정 동작 온도가 되면 일정 변형량을 갖고 선형으로 수축하는 형상기억합금 선형 액튜에이터(110), 형상기억합금 고정 단자(122)를 구비하여 형상기억합금 선형 액튜에이터(110)의 양 끝단에 연결되는 두 개의 금속 홀더(120), 두 개의 금속 홀더(120) 사이에 구비되고 형상기억합금 선형 액튜에이터(110)의 수축 운동 이후에 금속 홀더(120)가 접점(132)에 접촉하도록 탄성 운동하는 바이어스 스프링(130), 회로를 구성하기 위해 금속 홀더(120) 및 접점(132)에 연결되는 리드선(140) 및 형상기억합금 선형 액튜에이터(110), 금속 홀더(120) 및 바이어스 스프링(130)을 수납하는 절연 케이스(150) 등을 포함한다. 여기서, 형상기억합금 선형 액튜에이터(110)와 바이어스 스프링(130)은 동일선 상에 위치하고, 형상기억합금 선형 액튜에이터(110)는 바이어스 스프링(130)을 관통하여 바이어스 스프링(130) 내에 위치함이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 I형 과열차단 장치는 회로를 구성하기 위해 형상기억합금 선형 액튜에이터(110), 금속 홀더(120) 및 접점(132)이 전기적으로 접속됨이 바람직하다.

본 발명에 따른 I형 과열차단 장치의 동작 원리를 살펴보면, 실온에서 형상기억합금 선형 액튜에이터(110)는 (a)와 같이 이완된 상태로 존재하며, 피가열체가 특정 온도 이상 과열되거나 화재가 발생하여 온도가 상승하게 되면, 형상기억합금 선형 액튜에이터(110)의 내부조직의 변화에 의하여 (b)와 같이 자기의 변형량만큼 수축하게 되어 바이어스 스프링(130)의 탄성력을 이겨내고 접점(132)과 금속 홀더(120)를 끊어줌으로써, 회로를 차단하게 된다.

도 2를 참조하면, (a)는 형상기억합금 선형 액튜에이터(210)의 이완 상태를 도시한 것이고, (b)는 형상기억합금 선형 액튜에이터(210)의 수축 상태를 도시한 것이다. 본 발명에 따른 M형 과열차단 장치는 시소막대(230)의 일단에 연결되고 일정 동작 온도가 되면 일정 변형량을 갖고 선형으로 수축하는 형상기억합금 선형 액튜에이터(210), 시소막대(230)의 타단에 연결되고 형상기억합금 선형 액튜에이터(210)의 수축 운동 이후에 시소막대(230)의 일단이 접점(232)에 접속하도록 탄성 운동하는 바이어스 스프링(220), 형상기억합금 선형 액튜에이터(210)의 수축/이완 운동 및 바이어스 스프링(220)의 탄성 운동에 의해 힌지(234)를 중심으로 시소 운동하는 시소막대(230), 회로를 구성하기 위해 형상기억합금 선형 액튜에이터(210) 및 접점(232)에 연결되는 리드선(240) 및 형상기억합금 선형 액튜에이터(210) 및 바이어스 스프링(220)을 수납하는 절연 케이스(250) 등을 포함한다. 여기서, 형상기억합금 선형 액튜에이터(210)와 바이어스 스프링(220)은 평행함이 바람직하다.

본 발명에 따른 M형 과열차단 장치의 동작 원리를 살펴보면, 실온에서 형상기억합금 선형 액튜에이터(210)는 (a)와 같이 이완된 상태로 존재하고 바이어스 스 프링(220)의 탄성력에 의해 시소막대(230)의 일단은 접점(232)에 접촉하게 된다. 이후, 피가열체가 특정 온도 이상 과열되거나 화재가 발생하여 온도가 상승하게 되면, 형상기억합금 선형 액튜에이터(210)의 내부조직의 변화에 의하여 (b)와 같이 자기의 변형량만큼 수축하게 되어 바이어스 스프링(220)의 탄성력을 이겨내고 시소막대(230)의 일단과 접점(232)을 끊어줌으로써, 회로를 차단하게 된다.

한편, 본 발명에 따른 과열차단 장치에 이상이 발생한 경우, I형 과열차단 장치는 형상기억합금 선형 액튜에이터(110), 금속 홀더(120) 및 바이어스 스프링(130) 각각을 분해하여 수리해야되는 반면에, M형 과열차단 장치를 사용하게 되면, 형상기억합금 선형 액튜에이터(210) 및 바이어스 스프링(130) 각각이 분리되어 있어 고장난 분위를 쉽게 진단 및 수리할 수 있다.

본 발명의 I형 과열차단 장치와 M형 과열차단 장치에서 사용되는 형상기억합금의 재질은 니켈과 티타늄 합금이며, 바이어스 스프링(130, 220)은 탄성력이 일정하게 유지될 수 있는 재질을 사용함이 바람직하다. 이는 바이어스 스프링(130, 220)이 일정 온도에 의해 형상기억합금 선형 액튜에이터(110, 210)가 수축하여 접점(132, 232)을 단락시킨 후, 다시 온도가 내려가 형상기억합금 선형 액튜에이터(110, 210)의 힘이 감소하게 되면 접점(132, 232)을 재접촉시켜 주기 위해 필요하다. 또한, 절연 케이스(150, 250)는 고온에서 견딜 수 있고 유해물질이 발생하지 않으며 전류가 통하지 않는 재질로 유리 등이 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 형상기억합금 선형 액튜에이터(110, 210)의 선 굵기는 0.01 mm 이상이 되도록 하고, 형상기억합금 선형 액튜에이터(110, 210)의 변형량은 형상 기억합금 선형 액튜에이터(110, 210)의 길이에 대해 0을 초과하고 10 % 이하로 줄어듬이 바람직하다. 이는, 형상기억합금 선형 액튜에이터(110, 210)가 평상시 바이어스 스프링(130, 220)의 탄성력에 견딜 수 있고, 가전 제품 및 전열 기기의 과열 발생시 바이어스 스프링의 탄성력에 대응하여 적절하게 변형 가능하도록 하기 위함이다.

또한, 본 발명에 따른 형상기억합금 선형 액튜에이터(110, 210)는 50을 초과하고 120 ℃ 미만의 동작 온도를 갖는 형상기억합금을 사용하도록 한다. 이는, 동작 온도가 50 ℃ 이하인 형상기억합금 선형 액튜에이터(110, 210)를 사용할 경우, 여름과 같은 더운 날씨 또는 미세한 온도 상승에 형상기억합금 선형 액튜에이터(110, 210)가 동작될 수 있고, 동작 온도가 120 ℃ 이상인 형상기억합금 선형 액튜에이터(110, 210)를 사용할 경우, 가전 제품 및 전열 기기의 과열 발생시 형상기억합금 선형 액튜에이터(110, 210)의 동작 온도가 너무 높아서 화재 발생의 위험이 있을 수 있다.

본 발명에서는 형상기억합금을 직선 상태로 가공하고 일정 변형량을 갖게 함으로써, 온도에 대해 내부 조직이 변하여 작동하기 때문에 별도의 형상(예컨대, 스프링, 직선 형태가 아닌 힘을 가질 수 있도록 굴곡 등의 변형이 있는 선 형태 또는 판재 등)을 필요로 하지 않는다. 따라서, 생산된 각 제품은 온도에 대하여 반복 작동시킬 수 있기 때문에 전수 검사가 가능하여 제품의 신뢰성을 높일 수 있고, 연속 생산된 선을 절단하여 바로 형상기억합금 선형 액튜에이터(110, 210)로 사용함으로써, 대량 생산이 가능하고 생산성을 향상시킬 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 형상기억합금을 이용한 과열차단 장치를 제공함으로써, 과열 또는 과전류에 대해 반 영구적 사용이 가능하여 반복 사용에 의한 비용을 절감할 수 있고, 화재시에도 유해 가스를 발생시키지 않아 친환경적이며, 온도에 대하여 제품의 전수 검사가 가능하므로 제품의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 형상기억합금을 직선 상태로 가공하고 일정 변형량을 갖게 함으로써, 온도에 대해 내부 조직이 변하여 작동하기 때문에 별도의 형상(예컨대, 스프링, 직선 형태가 아닌 힘을 가질 수 있도록 굴곡 등의 변형이 있는 선 형태 또는 판재 등)을 필요로 하지 않고, 이에 따라 생산된 각 제품은 온도에 대하여 반복 작동시킬 수 있기 때문에 전수 검사가 가능하여 제품의 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 형상기억합금 선형 액튜에이터의 제조시 연속 생산된 선을 절단하여 바로 형상기억합금 선형 액튜에이터로 사용함으로써, 대량 생산이 가능하고 생산성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims

가전 제품 및 전열 기기의 과열을 방지하는 과열차단 장치에 있어서,

특정 동작 온도가 되면 특정 변형량을 갖고 선형으로 수축되는 형상기억합금 선형 액튜에이터; 및

상기 형상기억합금 선형 액튜에이터의 수축 운동 이후에 접점을 복귀시키도록 탄성 운동하는 바이어스 스프링;

을 포함하는 것을 특징으로 하는 형상기억합금을 이용한 과열차단 장치.
제1항에서,

상기 형상기억합금 선형 액튜에이터는 상기 바이어스 스프링과 동일선 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 형상기억합금을 이용한 과열차단 장치.
가전 제품 및 전열 기기의 과열을 방지하는 과열차단 장치에 있어서,

특정 동작 온도가 되면 특정 변형량을 갖고 선형으로 수축되는 형상기억합금 선형 액튜에이터;

상기 형상기억합금 선형 액튜에이터의 수축 운동 이후에 접점을 복귀시키도록 탄성 운동하는 바이어스 스프링; 및

일단은 상기 형상기억합금 선형 액튜에이터의 일단에 연결되고 타단은 상기 바이어스 스프링의 일단에 연결되어 힌지를 중심으로 시소 운동하는 시소막대;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 형상기억합금을 이용한 과열차단 장치.
제3항에서,

상기 형상기억합금 선형 액튜에이터와 상기 바이어스 스프링은 평행한 것을 특징으로 하는 형상기억합금을 이용한 과열차단 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서,

상기 형상기억합금 선형 액튜에이터는 니켈 및 티타늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 형상기억합금을 이용한 과열차단 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서,

상기 형상기억합금 선형 액튜에이터의 선 굵기는 0.01 mm 이상인 것을 특징으로 하는 형상기억합금을 이용한 과열차단 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서,

상기 형상기억합금 선형 액튜에이터의 변형량은 형상기억합금 선형 액튜에이터의 길이에 대해 0을 초과하고 10 % 이하로 줄어드는 것을 특징으로 하는 형상기억합금을 이용한 과열차단 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서,

상기 형상기억합금 선형 액튜에이터는 50을 초과하고 120 ℃ 미만의 동작 온도를 갖는 형상기억합금인 것을 특징으로 하는 형상기억합금을 이용한 과열차단 장치.