KR20180053760A - 래칭 릴레이 및 하이브리드 스위치의 코일에 전력을 공급하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

미세한 힘을 가하는 스프링 락 핀, 락 핀을 가이드하기 위한 인덴테이션 경로를 가지는 슬라이더 및 슬라이더를 위한 트랙을 포함하는 기계적 래칭 디바이스에 의해 적어도 하나의 제1 접점과 극 접점의 결합 또는 분리 상태를 유지하기 위한 릴레이 또는 하이브리드 스위치에서 적어도 하나의 스프링 극에 대한 하나의 극 접점을 래칭하기 위한 래칭 디바이스 및 방법에 관한 것으로, 상기 래칭 디바이스는 전기자 또는 스프링 극으로부터 릴레이 또는 하이브리드 스위치의 베이스 또는 몸체로 확장되고, 상기 스프링 극은 상기 정격전압 펄스 및 플런저의 푸시에 의해 공급되는 전압 정격 마그네틱 코일에 의한 당김 중 하나에 의해 추진되는 상기 슬라이더 이동에 의해 가이드되며, 마그네틱 코일에 마그네틱 인력을 증가시키기 위해 적어도 하나의 방전 고전압을 공급하여 보다 높은 전류를 스위치하기 위한 보다 강한 코일을 동작시키기 위한 래칭 디바이스 및 방법에 관한 것이다.

Description

래칭 릴레이 및 하이브리드 스위치의 코일에 전력을 공급하기 위한 장치 및 방법

본 발명은 기계적 래칭 하이브리드 스위치(mechanical latching hybrid switches) 및 릴레이를 작동시키고 기계적 래칭을 동작시키는데 필요한 힘을 감소시키기 위해 사용되는 마그네틱 코일(magnetic coil)에 전력을 공급하는 것에 관한 것이다.

거주지, 사무실, 공공건물, 기업, 식당 및 공장에서 워터 보일러, 에어컨, 히터, 조명 및 기타 전기 장비 및 가전제품과 같은 전기제품들을 온-오프 스위칭(switching)하기 위한 스위치 및 릴레이는 매우 잘 알려져 있다. 홈오토메이션(home automation)용으로 잘 알려진 릴레이 디바이스는 일반적으로 주어진 구내의 주(main) 또는 서브(sub) 전기 캐비닛에 설치된다. 설치된 릴레이는 버스 라인(bus line), RF, 또는 AC 전원 라인을 통해 전파되는 제어 신호에 의해 동작된다.

기존의 알려진 오토메이션 디바이스 및 릴레이의 설치를 포함하는 오토메이션 디바이스 및 릴레이의 비용은 전기 와이어링(electrical wiring)이 전기 월 박스(wall boxes)에 공통적으로 설치되는 스위치를 통해 공급되는 전력이 공통적으로 적용되는 표준 와이어링 시스템으로 변경되어야 하기 때문에 매우 높다. 이는 릴레이를 통해 주 또는 서브 전기 캐비닛으로부터 전기의 직접 공급과 분명히 대조된다.

전기 캐비닛에서 릴레이를 제어하기 위해, 일반적으로 사용되는 표준 스위치는, 전기 캐비닛에서 릴레이의 제어 회로에 도달하고 동작시키기 위한 전기신호, RF 신호, AC 전원 라인 신호 및 경우에 따라 오픈 에어(open air)에서의 IR 신호를 전파하는 제어 스위치에 의해 대체된다.

구조화된 전기 시스템에서 이러한 주요한 기본적 변경은 너무 복잡하고, 비용이 많이 들며, 게다가 복잡성은 설치된 전기 오토메이션 시스템의 심각한 반복적 오작동의 원인이 된다. 또한, 알려진 홈오토메이션 디바이스는 홈 오너(home owners)에세 개별적인 전기제품에 의해 소비되는 전력의 보고 및 통계 보고를 위한 유용한 데이터를 제공하지 않으며, 아직 "스마트 그리드(smart grid)"도 아니다.

미국 특허 제7,649,727호는 전기제품 또는 조명을 일반적으로 사용되는 스위치를 통해 수동적으로 스위치 및 홈오토메이션 콘트롤러를 통해 원격으로 스위치할 수 있는 일반적으로 사용되는 SPDT 스위치 또는 DPDT(dual poles dual throw) 스위치에 연결되는 SPDT(single pole dual throw) 릴레이에 의한 새로운 개념을 도입했다. SPDT 및 DPDT 스위치는 2방향, 4방향 또는 직교-직진(cross-straight)로 각각 알려져 있다.

또한, 미국 특허 제7,639,907호, 제7,864,500호, 제7,973,647호, 제 8,041,221호, 제8,148,921호, 제8,170,722호, 제8,175,463호, 제8,269,376호, 제8,331,794호, 제8,331,795호, 제8,340,527호, 제8,344,668호, 제8,384,249호 및 제 8,442,792호는 SPDT 및 DPDT 릴레이 또는 전류 드레인 어댑터(current drain adaptors)와 같은 애드온(add on) 디바이스를 통해 전기제품을 동작시키기 위한 홈오토메이션 제어, 연결, 스위치 및 릴레이를 개시하고 있다. 특히 미국 특허 제9,036,320호, 제9,257,251호 및 제9,281,147호는 래칭 릴레이 및 하이브리드 스위치를 개시한다.

참조된 미국 특허는 추가적으로 릴레이 또는 AC 아울렛(outlet) 및 플러그 또는 전류 드레인 어댑터를 통해 가전제품에 의해 소비되는 전력을 보고하는 것을 상세하게 개시하고 있다. 전류 드레인 또는 전력 소비 보고는 POF 또는 광 가이드(lightguide)와 같은 플라스틱 광섬유 케이블을 통한 광 신호, 오픈 에어에서의 IR 또는 RF 및 버스 라인 또는 다른 네트워크를 통해 직접적으로 또는 명령 컨버터(command convertors)를 통한 전기 신호를 통해 전달된다.

상기 열거된 미국 특허 및 기타 국가에서 출원(pending applications)은 고급 주책 및 다른 빌딩 오토메이션을 교시하는(teach) 애드온 또는 별도의 SPDT 또는 DPDT 스위치의 조합 및/또는 전원 소켓(power sockets) 및/또는 전류 감지(sensing) 어댑터 조합을 개시한다.

그러나 상기 애드온 또는 별도의 SPDT 또는 DPDT 스위치의 조합 및/또는 전원 소켓 및/또는 전류 감지(sensing) 어댑터 조합은 현재의 오토메이션 디바이스보다 저렴한 가격 및 쉽고 간편한 설치를 제공하기 위한 현재 일반적으로 사용되는 AC 스위치의 크기와 모양으로 구조화된 하이브리드 스위치 및 릴레이의 조합을 포함하는 단일 오토메이션 디바이스를 필요로 한다.

래칭 릴레이 또는 하비브리드 스위치의 크기 및 효율성에 영향을 미치는 한 가지 이슈(issue)는 마그네틱 코일 인력(pull power) 및 락 링크(lock link)로 불리는 기계적 가이드(mechanical guide)의 스프링을 압축하기 위해 전력을 필요로 하는 래칭 장치, 및 이하에서 추가적으로 개시되는 것과 같이 릴레이 또는 하이브리드 스위치의 래치 및 릴리즈 동작에서 인덴테이션 경로(indentation path) 및 리지(ridges)내에서 핀 이동이다.

또 다른 미국 특허 제9,219,358호는 본 발명의 또 다른 목적인 전기 지능형 서포트 박스에 설치하기 위해 적합하게 구조화된 하이브리드 스위치, 릴레이 및 스위치로 불리는 스위치 설치 및 비용을 크게 줄여주기 위해 간단히 푸시(push)하여 부착하는 것에 의해 지능형 박스에 부착되는 릴레이, 스위치 및 하이브리드 스위치에 의해 소비되는 전력 측정 및 전력 보고를 위한 지능형 서포트 박스(intelligent support boxes)를 개시한다.

미국 특허 출원 제15/073,081호는 본 발명의 래칭 구조를 가지는 마이크로 스위치 극의 작동을 포함하는 하이브리드 스위치를 수동적으로 작동시키기 위한 키를 개시하지만, 래칭 구조의 상세한 내용을 개시하지 않고 있다.

따라서, 본 발명의 주목적은 복수의 표준 AC 스위치 및 AC 아울렛/소켓의 설치를 위한 미국에서 알려진 2x4" 또는 4x4" 월 박스 또는 유럽에서 사용되는 60mm 라운드형 유럽 전기 월 박스 또는 다른 사각형 전기 박스와 같이, 표준 전기 월 박스에 마운트되는, 이하에서 언급되는 "표준 AC 스위치"같이, 일반적으로 사용되는 AC 스위치의 모양 및 사이즈와 유사하게 구조화된 SPST, SPDT, DPST 또는 DPDT 하이브리드 스위치 및 릴레이의 작은 사이즈 조합을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 지능형 월 박스의 SPDT 릴레이 및 전력 소비 계산 회로와 결합하는 AC SPDT 또는 DPDT 스위치인, 결합된 스위치를 통합하는 것이다. 이하 및 청구항에서 결합된 스위치는 참조된 미국 특허 및 특허 출원에 개시된 거주지 오토메이션 시스템에서 다른 어플리케이션(application) 사이에 사용되는 "하이브리드 스위치"를 의미한다.

하이브리드 스위치를 제어하고 하이브리드 스위치를 통해 소비되는 전력을 보고하는 것은 개시된 비디오 인터폰 시스템 또는 쇼핑 단말 및/또는 전용 오토메이션 콘트롤러 또는 콘트롤 스테이션(station)을 통해 제공된다. 비디오 인터폰은 미국 특허 제5,923,363호, 제6,603,842호 및 제6,940,957 호에 개시되어 있으며, 쇼핑 단말기는 미국 특허 제7,461,012호, 제8,117,076호 및 제8,489,469호에 개시되어 있다.

전력 소비를 줄여야하는 필요성은 자가-동작(self-operating) 및 제어를 위해 전력을 소비하는 많은 릴레이의 사용을 최소화하기 위한 또 다른 이유이다. 거주지 또는 가게, 또는 공장, 또는 공공시설에 설치되는 많은 릴레이는 전류 드레인 및 전력을 지속적으로 소비하므로, 이러한 많은 오토메이션 시스템이 설치될 때, 전체적인 소비 전력은 상당하다.

듀얼 자기화 전기자(dual magnetized armatures) 또는 극 또는 다른 구조화된 마그네틱 요소를 사용하는 래칭 전원 릴레이(latching power relays)는 고비용이고 복합한 회로 및 제어를 위한 프로그래밍(programming)을 필요로 한다. 더욱이 대부분의 마그네틱 래칭 릴레이는, 예를 들어, 16A를 표준으로 제공하는 조명을 위해 일반적으로 사용되는 AC 스위치보다 낮은 최대 8암페어(ampere)와 같이, 릴레이 접점을 단단히 결합시키기 위한 제한된 자기력(magnetic power) 때문에 제한된 전류 드레인을 위해 제공될 수 있다.

마그네틱 래칭 릴레이는 짧은 전력 펄스에 의해 동작되고, SPDT 릴레이 상태를 변경하기 위해 온 또는 오프(SPST)로 락(lock) 또는 래치(latch)하거나 듀얼 극을 사용한다. 접점이 결합 한 후 코일은 더 이상 전력을 소비하지 않고 극은 포지션으로 래치된다. 자기력은 시간에 따라 감소하고 종국적으로 접점 면을 열화시켜 결국 실패(fail)하게 된다.

미국 특허 제9,219,358호, 제9,257,251호 및 제9,281,147호에 개시되고 하이브리드 스위치를 원격 및 효율적으로 제어하기 위한 것과 같이 기계적으로 래치된 하이브리드 스위치로의 통합을 위해 적은 전력을 소모하는 코일이 필요하며, 이는 본 발명의 주된 목적이다.

달성된 또 다른 실용적인 목적은 다양한 스위치 제조업체들에 의해 이용가능하고 건설/전기 산업에 정기적으로 도입되는 다양한 키 레버에 맞을 수 있는 구조를 가지는 하이브리드 스위치, 다양한 디자인 및 컬러를 포함하는 다양한 레버 및 장식 커버 및 프레임으로부터 임의의 것을 선택할 수 있는 자유를 제공하는 미국 특허 출원 제15/073,081호에 개시되어 있다.

AC 가전제품 및 조명 설비를 위해 4가지 타입의 스위치가 일반적으로 사용되며, SPST(single pole-single throw) 및 SPDT(single pole-double throw) 스위치가 있다. SPST 스위치는 기본적인 온-오프 스위치이고, SPDT는 체인지 오버(change over) 스위치이다. SPDT 스위치는 동일한 홀(gall) 또는 룸(room)의 두 입구와 같이, 두 개의 분리된 포지션으로부터 조명 설비와 같이 주어진 가전제품의 온-오프 스위칭을 위해 사용된다.

주어진 홀 또는 룸에서 동일한 조명 설비를 스위치 온-오프하기 위해 3개 또는 그 이상의 스위치가 필요한 경우, 다른 타입의 DPDT(dual pole-dual throw) 스위치가 사용된다. DPDT 스위치 또는 복수의 스위치는 상술한 2개의 SPDT 스위치 사이에서 주어진 직진-직교 구성으로 연결된다. 또한 DPDT 스위치는 "리버싱(reversing)" 스위치로 알려져 있다.

후술되는 바와 같이, 연속된 트래블러(traveler) 구성으로 연결되는 하나 또는 그 이상의 DPDT 스위치를 포함하는 2개의 SPDT 스위치는, 다른 스위치의 상태에 상관없이 각각의 개별 스위치가 독립적으로 동작되도록 한다. 그러므로 이러한 SPDT 및/또는 DPDT 셋업 구성으로 연결되는 임의의 스위치는 연결된 다른 스위치의 상태와 상관없이 조명 설비를 스위치 온 및 오프한다.

이는 연결된 스위치의 임의의 키 레버에 대해 특정한 온 또는 오프 포지션이 없다는 것을 의미하며, 스위칭 온 또는 오프는 스위치 레버의 반대 포지션으로 스위치 레버를 푸시하거나, 또는 푸시 온 - 푸시 오프 키를 푸시함으로써, 달성된다.

따라서 본 발명의 목적은 "일반적으로 사용되는" 수동 스위치를 통해 동작을 유지하는 것에 의해 조명 설비 또는 전기제품을 동작시키기 위해 연결된 동일한 장식키 및 프레임을 갖는 SPDT 또는 DPDT 수동 스위치를 연결하기 위한 SPDT 릴레이를 포함하는 하이브리드 스위치를 제공하고, SPDT 하이브리드 스위치의 코일을 통해 원격 스위칭을 제공하거나, 또는 일반적으로 사용되는 DPDT 및 SPDT 스위치의 체인을 통해 조명 설비를 동작시키고, 직교-직진 DPDT 릴레이를 도입, 또는 트래블러 라인의 한 쪽 끝단에 단일 SPDT 하이브리드 스위치를 연결함으로써, 동일한 원격 스위치를 제공하는 것이다.

수동 SPDT 스위치 및 더 포괄적인 스위칭 셋업에 연결되는 조명 설비 또는 다른 전기 가전제품을 원격으로 스위칭 온-오프하기위한 4방향 DPDT 릴레이를 연결하는 것은, 다른 모든 층은 트래블러 라인을 종료시키는(terminating) 마지막 스위치를 SPDT(양방향)스위치로 가지는 수동 DPDT(직교-직진) 스위치에 의해 수동적으로 각각 동작된 것과 함께, 콘트롤러에 의해 기본 층에서, 원격으로 동작되는, 단일 래칭 SPDT(2방향) 하이브리드 스위치 또는 릴레이를 사용하여, 주거용 또는 사무실 건물의 입구 및 계단의 조명 제어를 향상시키고, 다른 모든 층은 수동 DPDT(직교-직진) 스위치 각각 수동적으로 동작된다.

상기 콘트롤러에 대한 참조는 본 발명의 다양한 래칭 하이브리드 스위치 및 릴레이를 원격으로 동작시키기 위한 버스 라인과 같은 유선 네트워크, 광케이블의 광 네트워크 또는 그리드, 양방향 IR 네트워크, RF 무선 네트워크 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 통신 네트워크를 통해 명령을 수신하고 데이터를 전송하기 위한 컨트롤러이다.

지능형 서포트 박스에 포함된 하이브리드 스위치의 트랜시버(transceiver)는 홈오토메이션 콘트롤러, 비디오 인터폰 또는 쇼핑 단말과 양방향(two way) 또는 양방향(bidirectional)의 신호의 적어도 한 방향(one way)으로 통신한다.

트랜시버 및 CPU는 전원 온이 확인된 응답, 또는 질의 관련 상태에 대한 응답, 전류 드레인 및 가전제품의 소비되는 전력에 대한 응답과 함께 연결된 가전제품에 대한 전원-온(power-on) 명령에 대한 응답을 위해 프로그램되며, 그것에 의해 상기 언급된 미국 특허에 개시된 홈오토메이션 제어기, 또는 상기 비디오 폰 또는 쇼핑 단말을 업데이트하거나, 또는 명령이 가전제품을 스위치 오프하는 경우 "오프 상태"로 응답할 수 있다.

이후 홈오토메이션 콘트롤러에 대한 언급은 상기에서 언급한 출원 및 미국 특허에서 개시된 비디오 인터폰 및/또는 쇼핑 단말과 유사한 제어키, 터치 아이콘 또는 터치스크린 및 회로를 가지는 디스플레이 디바이스에 관한 것이다.

이하 및 청구항에서 용어 "하이브리드 스위치" 및 "하이브리드 스위치 릴레이"는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 SPDT 릴레이, DPDT 릴레이, SPDT 스위치를 가지는 DPDT 리버싱 릴레이, DPDT 스위치 및 리버싱 DPDT 스위치의 그룹으로부터 선택되는 통합된 조합을 의미한다.

용어 "SPDT 하이브리드 스위치"는 주어진 부하를 수동 및 원격으로 동작시키기 위한 독립형(stand-alone) 스위칭 디바이스를 의미한다.

용어 "DPDT 하이브리드 스위치"는 부하의 두 극, 즉 라이브(live) AC 및 뉴트럴(neutral) AC를 수동 및 원격으로 스위치하는 것에 의해 욕실 또는 세탁실과 같은, 습기가 있거나 습기가 많은 환경에서 부하를 동작시키기 위한 독립형 스위칭 디바이스를 의미한다.

용어 "리버싱 하이브리드 스위치", "크로싱(crossing) 하이브리드 스위치" 및 "리버싱 DPDT 하이브리드 스위치"는 연결된 각각의 스위치가 주어진 부하를 동작시키거나, 또는 스위치 온-오프할 수 있는 리버싱 하이브리드 스위치 및 적어도 하나의 SPDT 스위치 및/또는 듀얼 트래블러 라인의 캐스케이드된 체인으로 모두 연결된 중간의 n개 DPDT 스위치를 통해 스위치 온-오프되는 주어진 부하를 위한 스위칭 디바이스를 의미한다.

본 발명의 주요 목적은 본 발명의 바람직한 실시예의 설명에서, 후술하는 푸시-푸시, 푸시-릴리즈 스위치에 대해 개시된 래칭 구조와 유사한 기계적 래칭 구조의 사용이다.

기계적 래칭 구조는 20A 및 그 이상의 AC 전류 드레인을 가지는 가전제품을 동작시키기 위한 작은 릴레이 코일의 사용, 온 상태 또는 오프 상태인 두 상태에 대한 래칭이 가능한 추가된 접촉 압력을 제공한다.

두 상태는 릴레이 코일에 전력을 공급하지 않는 점에 유의해야 하고, 어느 한 상태에서 부하에 본 발명의 SPDT 또는 DPDT 래칭 릴레이 또는 하이브리드 스위치의 트래블러 단자를 통해 및/또는 SPST(single pole single throw) 통해 직접적으로 및/또는 온-오프 스위치 또는 릴레이 또는 하이브리드 스위치로써, 알려진 스위치의 트래블러 단자를 통해 전력이 공급될 수 있다.

또 다른 주요 목적은 도면에 도시되고 이하에서 상세히 설명되는 래치, 부분적 릴리즈 및 완전 릴리즈 이동을 위한 래칭 슬라이더 상으로 확장되는 힘을 감소시키는 것이다. 개시된 미국 특허에 언급되는 래칭 바(latching bar)는 본 출원에서 접촉 포지션으로 극을 래칭하기 위해 사용되는 "슬라이더(slider)"로 지칭되고, 종래 기술의 완전히 부착된 전기자 상태로부터 이동을 위해 또는 미국 특허들에서 적용된 개시된 힘으로부터 이동을 위해 작은 푸싱력(pushing force)에 의해 릴리즈 되도록 만들어진다.

이러한 이동은 두 접점, 극 접점 및 SPDT 릴레이의 듀얼 접점 중 하나의 사이에서의 이동을 야기 시킨다. 마이크로 스위치 극에 의한 약간(slight)의 이동은 접점 표면으로부터 전기적인 흠(blemishes)을 제거하기 위한 "브러싱 효과(brushing effect)"를 제공할 수 있다. 그러나, 이러한 이동은 내부 접점 이동에 의해 전류 전달 용량(current carrying capacity)이 영향을 받지 않도록 최소화되어야 접점 압력 변동을 생성할 수 있다.

극 자체의 접점을 포함하여 확장된 "벤딩(bending)" 극 또는 스프링 활성화 접점을 제공하기 위한 결정은 선택사항이며, 이들 모두는 본 발명의 다른 바람직한 일실시예를 커버(cover)하는 문제없는 래칭 메커니즘을 제공하는 또 다른 목적이다.

이하 및 청구항에서 용어 "스프링 요소(springy element)", "스프링 락 핀(spring lock pin)", "스프링 극(spring pole)"은 벤딩 및/또는 플렉싱(flexing) 요소 및 부분, 또는 벤딩 및 플렉싱한 극 또는 핀 또는 스프링과 같은 접점을 제공하기 위해 구조화된 극, 또는 마이크로 스위치 극과 같은 스프링을 포함하는 극, 또는 스프링에 의해 구동되는 극, 또는 스프링에 의해 구동되는 전기적 접점, 스프링을 포함하는 접점, 또는 스프링과 같은 요소 및 스프링 또는 극과 관련된 구조의 조합으로 구조화된 접점을 의미하며, 락 핀 및 락 핀을 안내하고 래칭 상태로부터 릴리즈 이동 중에 슬라이더를 푸시하기 위한 작은(small) 또는 미세한(minute) 힘을 가하는 래칭 릴레이 및/또는 하이브리드 스위치의 접점을 포함할 수 있다. 이하 및 청구항에서 미세한 힘은 약 0,1 내지 0.2 뉴턴 및 그 이하의 범위, 또는 10gr 이하의 푸싱력, 및/또는 약 10 내지 20 grams 사이와 같은 푸싱력을 의미한다.

용어 래칭 디바이스는 전기자에 의해 압축되거나 또는 주어진 스프링에 대항하는 수동 푸시 요소 및/또는 스프링 극 또는 마이크로 스위치 극의 스프링과 같은 극의 스프링, 또는 슬라이더에 의한 래칭 경로 상, 즉 래치로부터 부분적 릴리즈 및 부분적 릴리즈로부터 완전 릴리즈 상태로의 교대 이동 중에 스스로 푸싱력을 발휘하기 위한 스프링 락 핀과 같은 스프링 핀으로 구조화되는 것에 의해 래치 포지션 릴리즈 포지션 사이에서 가이드 락 핀의 래칭 핀을 구동시키는 인덴테이션 경로 및 리지를 가지는 바 또는 슬라이더와 같은 구조화된 요소를 의미한다.

이하 및 청구항에서 용어 교대시키다(alternate)는 하나 또는 또 다른 극과의 극 접점을 결합 및 분리시키기 위해 적용되는 것으로, 래치로부터 릴리즈를 래칭 상태를 리버싱하는 것을 의미한다.

미국 특허 제9,219,358호, 제9,257,251호 및 제9,281,147호에 개시된 가이드 락 링크는 래칭 바 또는 현재 지칭되는 슬라이더의 인덴테이션으로 스프링에 의해 푸시되는 강성 구조의 핀이다.

바를 리셉터클에서 릴리즈 포지션으로 푸시하기 위해 동일한 스프링이 사용된다. 이중용도 스프링(dual purpose spring)은 동작을 위해 힘을 사용하고 릴레이 또는 하이브리드 스위치를 작동시키기 위해 더 높은 전력을 사용하는 더 큰 마그네틱 코일을 요구한다.

따라서, 본 발명의 또 다른 주요 목적은 래칭 슬라이더를 동작시키기 위해 필요한 기계적 힘의 감소이며, 이에 따라 코일의 크기를 추가로 줄이고, 래칭 및 릴리즈 동작을 위한 메커니즘을 단순화할 수 있고, 기계적 래칭 릴레이 및/또는 하이브리드 스위치를 마그네틱 코일로도 알려진 더 작은 릴레이 코일에 의해 동작시킬 수 있다. 감소된 코일은 전력을 덜 소모한다.

또 다른 목적은 다음에 의해 얻어진다. 첫 번째로 인덴테이션 및 리지가 있는 작고 얇은 슬라이더를 사용하여 래칭 포인트, 부분적 릴리즈 및 릴리즈 동작 사이의 이동을 가이드 락 핀에 제공한다.

두 번째는 인덴테이션 패스 및 리지에 핀에 대한 탄성 압력을 자체적으로 제공하는 스프링(springy) 가이드 락 핀을 사용하는 것이다.

그리고 세 번째는 극 또는 전기자에 의해 슬라이더에 부착시키거나 또는 슬라이더를 작동시킴으로써, 슬라이더 및 가이드된 락 핀을 릴리즈 하거나, 또는 작동하는 숄더(shoulder)를 통해 전기자에 의해 작동되는 슬라이더를 위한 부분적 릴리즈로부터 극으로부터 연결 해제되는 완전 릴리즈 동작을 위한 매우 낮은 힘 스프링을 제공하는 극 스프링 힘을 이용하는 것이다. 이에 따라 래칭 메커니즘으로부터 전력을 소모하는 아이템을 제거하고, 우선 전기자를 자기적으로 부착하기 위해 코일에 필요한 전력을 실질적으로 감소시킨다.

코일에 의해 적용되는 힘을 감소시키기 위한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 다른 해결책은, 부분적 릴리즈 상태로부터 슬라이더의 릴리즈 이동을 위한 마이크로 스위치 극 또는 극의 압축된 스프링의 사용과 전기자 및/또는 수동적으로 푸시되는 키에 의한 작동을 위한 숄더가 있는 간단한 슬라이더의 사용과 극 스프링 작용 또는 스프링의 외부에 추가적인 스프링을 사용하지 않고, 전기자 및/또는 수동적으로 푸시되는 키에 의한 작동을 위한 숄더를 가지는 간단한 슬라이더와 함께 스프링 가이드 락 핀을 사용하여 전체 하이브리드 구조를 간단화하는 것이다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 개시된 제어된 전력 공급의 사용은 정격 코일 전력까지 방전되는 전력의 적용으로 가속되고 자가 조정되는, 마그네틱 코어로 당겨지는 전기자의 속도 라인에서, 주어진 밀리 초의 시간 기간 동안, 전기자가 마그네틱 코일 및 전기자 사이의 에어 갭을 폐쇄할 때 지수적으로 감소하는 전압 및 전류를 적용 한 후, 래칭 및 릴리즈 과정에서 전기자를 안정화 시키고 바운싱(bouncing), 채터링(chattering) 또는 지터링(jittering)을 제거하기 위한 정격 코일 전력을 적용함으로써, 사용되는 정격 코일보다 높은 전압 및 전류 용량으로 충전된 큰 커패시터로부터, 코일에 전력을 지수적으로 방전시킴으로써, 달성된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 래칭 디바이스는 스프링 락 핀(springy lock pin), 상기 락 핀을 가이드하기 위한 인덴테이션 경로(indentation path)를 가지는 슬라이더 및 상기 슬라이더를 위한 트랙(track)을 포함하고, 상기 래칭 디바이스는, 정격 전압 펄스가 공급된 전압 정격 마그네틱 코일에 의한 상기 전기자의 당김 및 플런저를 통한 상기 슬라이더의 수동 푸시 중 적어도 하나에 의해 래치로부터 릴리즈로 및 릴리즈로부터 래치되는 상기 슬라이더 및 상기 적어도 하나의 스프링 극의 상태를 교대하기 위해 전기자 및 적어도 하나의 스프링 극(springy pole) 중 하나로부터 구조화된 릴레이 및 하이브리드 스위치 중 하나를 포함하는 베이스 및 몸체로 확장되며 상기 슬라이더는, 적어도 하나의 제1 접점과 상기 적어도 하나의 스프링 극의 단일 스로 접점의 결합 및 분리 상태 및 상기 적어도 하나의 스프링 극의 듀얼 스로 접점과 상기 적어도 하나의 제1 접점을 결합시키는 것 중 하나 및 상기 각각의 래치 및 릴리즈 상태 동안 개별적으로 상기 각 당김 및 푸시에 의해 상기 듀얼 스로 접점과 적어도 하나의 제2 접점을 교대로 결합시키는 것 중 하나를 유지하며 상기 스프링 락 핀은, 상기 인덴테이션 경로 상에 미세한 가이딩 힘을 가하며 상기 적어도 하나의 스프링 극은 역방향으로 추진하고 상기 슬라이더에 무시할 수 있는 푸시 백 힘(push back force)을 가함으로써, 상기 슬라이더를 푸시하여 락 핀을 래치 상태로 및 상기 슬라이더를 부분적 릴리즈 및 완전 릴리즈 상태 중 하나로 역방향으로 가이드하며, 이를 통해 상기 인덴테이션 경로 상의 상기 락 핀 및 상기 슬라이더를 이동시키기 위한 무시할만한 임에 의한 상기 미세한 가이딩 힘을 포함하여 상기 전기자를 작동시키는데 필요한 상기 정격 전압 펄스에 상응하는 마그네틱 인력(magnetic pull force)에 의해 상기 제1 및 제2 접점 중 하나와 상기 적어도 하나의 스프링 극의 접점을 결합시키는 것을 가능하도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 릴레이 및 하이브리드 스위치는, SPST(sing pole sing throw), SPDT(sing pole dual throw), DPST(dual poles sing throw), DPDT(dual poles dual throw), 리버싱(reversing) DPDT, MPST(three and more(multi) poles single throw) 및 MPDT(multi poles dual throw)를 포함하는 그룹으로부터 선택되며 상기 릴레이 및 하이브리드 스위치 중 하나의 상기 상태는, 스위치 온, 스위치 오버, 스위치 오프, 어떠한 접촉이 없는 것을 포함하여 상기 적어도 하나의 극과 상기 적어도 하나의 제1 접점 및 적어도 하나의 제2 접점을 각각 결합시킴으로써, 직교(cross)로부터 직진(straight)으로의 스위치 및 직진으로부터 직교로의 스위치를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 극의 부분적 릴리즈 및 완전 릴리즈 이동은, 상기 접점을 전기적 흠(blemishes)으로부터 닦아 내기 위해 상기 적어도 하나의 극에 대한 접점 및 제1 접점 및 제2 접점 중 하나 사이의 미세한 이동을 강제하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 릴레이 및 하이브리드 스위치 중 하나는, 스프링 구조의 극, 마이크로 스위치 극, 확장된 극, 스프링으로 구동되는 극, 스프링 구조의 상기 제1 및 제2 접점 중 하나, 스프링으로 구동되는 상기 제1 및 제2 접점 중 하나 및 이들의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 스프링 요소에 의해 상기 제1 및 제2 접점 중 하나와의 상기 래칭을 통해 및 상기 래칭 이후에 상기 결합을 유지하기 위해 구조화되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 하이브리드 스위치는, 상기 키에 의해 상기 당김 및 푸시 중 하나에 의해 상기 적어도 하나의 극에 대한 결합을 가능하도록 하기 위해 상기 플런저를 푸싱하기 위한 상기 키를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 릴레이 및 하이브리드 스위치 중 하나는, 인쇄 회로 기반(PCB)상에 납땜(soldering)하기 위한 표면 장착 단자, PCB에 납땜하기 위한 솔더 핀 및 단자 중 적어도 하나, 리셉터클 소켓으로 삽입하기 위한 플러그 인 핀 및 단자 중 적어도 하나, 상호(reciprocal) 소켓 및 단자와 결합하기 위한 플러그 인 단자 및 소켓 중 하나, 스크류(screw) 단자, 푸시-인(push-in) 와이어 단자, 크림핑(crimping) 단자, 래핑(wrapping) 단자, 솔더 와이어 단자 및 이들의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 와이어 부착을 위한 와이어 단자 및 커넥터 중 적어도 하나를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 연결 단자 및 핀을 가지는 케이싱(casing)으로 인클로즈(enclosed)되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 적어도 하나의 스프링 극은, 상기 정격 전압에서 상기 마그네틱 코일에 의해 생성되는 마그네틱 인력을 증가시키기 위한 더 높은 전기 전류 및 상기 정격 전압 펄스를 다루기 위한 더 강한 힘으로 상기 제1 및 제2 접점 중 하나를 결합시키기 위한 더 강한 스프링에 의해 구조화 된 것 및 포함하며 상기 정격 전압 펄스로 상기 마그네틱 코일을 공급하기 위한 관련 전기 회로는, 방전되는 높은 전압을 적시에 상기 펄스에 인젝팅(inhecting)함으로써, 상기 정격 전압 펄스를 증가시키기 위한 커패시터를 충전하기 위한 보다 높은 전압을 갖는 적어도 하나의 전기 공급 소스로 증가되어, 더 높은 속도에서 전기자가 정격 전압과 그 이하의 전압 중 하나를 낮추는 방전된 전압 공급 감소와 함께 타이밍된 마그네틱 코어와 결합하기 위한 방식으로 힘을 가하여 트레일링(trailing) 마그네틱 갭(gap)을 폐쇄함으로써 전기자의 가속된 이동에 상응하는 보다 높은 전압 및 전류의 방전 패턴에서 지수적으로 감소하는 상기 더 높은 전압에 이은 정격 전압에서의 초기 공급을 포함하는 조합 펄스를 생성하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 조합 펄스는, 지수 곡선(exponential curve)을 넓히기 위해 적어도 하나의 메디안 방전 전압에 의해 추가적으로 증가되어, 마그네틱 코어를 완전히 결합하기 위한 전기자에 대한 가속된 속도 및 트레일링 거리에 상응하도록 방전 전압의 공급 시간을 길게 하는 것을 특징으로 한다.

또한 정격 전압까지 감소시키는 상기 방전 전압은, 상기 래칭 및 상기 결합을 안정화시키기 위한 상기 정격 전압의 트레일러(trailer)에 의해 증가되는 것을 특징으로 한다.

아울러 본 발명의 일실시예에 따른 래칭 방법은, 래칭 디바이스에 의해 적어도 하나의 제1 접점과 극 접점의 결합 및 분리 상태 중 하나를 유지하기 위한 릴레이 및 하이브리드 스위치 중 하나에 포함되는 적어도 하나의 스프링 극에 대한 단일 스로 및 듀얼 스로 극 중 접점 중 하나를 래칭하는 방법에 있어서, 상기 래칭 디바이스는, 미세한 힘을 가하는 스프링 락 핀, 상기 락핀을 가이드하기 위한 인덴테이션 경로를 가지는 슬라이더, 상기 슬라이더를 위한 트랙을 포함하며, 상기 래칭 디바이스는, 전기자 및 상기 적어도 하나의 스프링 극으로부터 상기 릴레이 및 하이브리드 스위치 중 하나의 베이스 및 몸체 중 하나로 확장되고, 상기 스프링 극은 전압 정격 마그네틱 코일에 의한 당김 및 플런저에 의한 푸시 중 하나에 의해 가해지는 무시할만한 힘에 의해 추진되는 상기 슬라이더의 이동에 의해 가이드되며, 상기 방법은, a. 상기 정격 전압 펄스 및 상기 적어도 하나의 스프링 극을 동작시키는 것을 포함하는 사람의 개별적인 손가락에 의해 공급되는 상기 코일에 의해 생성되는 상기 마그네틱 인력, 상기 스프링 락 핀에 의해 가해지는 미세함 힘 및 상기 슬라이더 포지션을 추진하고 이동시키기 위한 무시할 만한 힘 중 하나와 상응하는 힘으로 상기 당김 및 상기 푸시 중 하나를 가하는 단계, b. 상기 적어도 하나의 극 접점과 상기 적어도 하나의 제1 접점 및 상기 적어도 하나의 제2 접점 및 어떠한 접촉이 없는 것 중 하나를 결합 및 분리 중 하나를 위한 부분적 릴리즈를 포함하는 릴리즈 포지션으로부터 래치 포지션으로 상기 당김 및 푸시 중 하나를 통해 추진되는 상기 슬라이더 포지션을 교대하는 단계, 및 c. 상기 결합 중 하나 및 상기 분리 중 하나 및 새로운 상기 당김 및 푸시 중 하나를 대기하는 상기 극의 상기 접점을 교대하는 것을 유지하기 위해 상기 슬라이더의 상기 릴리즈 및 상기 부분적 릴리즈 상태 중 상기 하나를 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

미세한 힘을 가하는 스프링 락 핀, 락 핀을 가이드 하기 위한 인덴테이션 경로를 가지는 슬라이더 및 슬라이더를 위한 트랙을 포함하는 기계적 래칭 디바이스에 의해 적어도 하나의 제1 접점과 극 접점의 결합 또는 분리 상태를 유지하기 위한 릴레이 또는 하이브리드 스위치에서 적어도 하나의 스프링 극에 대한 하나의 극 접접을 래칭하고, 전기자 또는 스프링 극으로부터 릴레이 또는 하이브리드 스위치의 베이스 또는 몸체로 확장되고, 상기 스프링 극은 상기 정격전압 펄스 및 플런저의 푸시에 의해 공급되는 전압 정격 마그네틱 코일에 의한 당김 중 하나에 의해 추진되는 상기 슬라이더 이동에 의해 가이드되며, 마그네틱 코일에 마그네틱 인력을 증가시키기 위해 적어도 하나의 방전 고전압을 공급하여 보다 높은 전류를 스위치하기 위한 보다 강한 코일을 동작시키기 위한 래칭 디바이스를 통해 래칭 메커니즘의 구조를 단순화하며, 래칭 릴레이 및 하이브리드 스위치의 전기자를 작동시키는 데 필요한 전력과 상기 래칭 릴레이 및 하이브리드 스위치를 작동시키는 코일의 크기를 감소시킬 수 있도록 함으로써, 기계적으로 랭치된 릴레이 및 하이브리드 스위치의 전체 크기 및 비용을 감소시키도록 하는 효과가 있다.

본 발명의 상기 및 다른 목적과 특징은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 다음의 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1a ~ 1c는 래칭 인덴테이션 경로 및 리지에 가이드 락 링크를 가압하기 위한 이중 목적 스프링의 사용 및 래칭 릴레이 또는 하이브리드 스위치를 위해 사용되는 스프링 및 래칭 디바이스를 압축하는 동안 추가적인 압력이 확장되는 미국 특허 제9,257,251호에 개시된 종래 기술의 래칭 디바이스 요소를 나타낸다.
도 2a는 도 1a ~ 1c와 유사한 래칭 메커니즘을 나타내지만, 인덴테이션 래칭 경로 상에 힘을 최소로 가하는 구조인 스프링 래칭 핀 외부의 주 스프링을 사용하지 않는다.
또 2b에 도시한 종래기술의 바 리셉터클 및 스프링을 포함하여 구조화되는 래칭 릴레이, 최소한의 확장된 압력으로 동작하는 도 2c에 도시한 트랙 및 가이드 락 핀과, 다른 점에서 유사한 도 2b 및 2c의 래칭 릴레이 둘 다의 다른 요소들 사이의 비교를 도시한다.
도 2d는 3개의 구조화된 래칭 슬라이더를 도시하고, 하나는 도 2c에 도시한 극에 부착하기 위한 것이고 다른 하나는 도 2e에 나타낸 릴레이 극 또는 전기자에 의한 작동을 위한 것이다.
도 2e는 슬라이더를 작동시키기 위한 돌출된 숄더(projecting shoulder)를 포함하고 슬라이더를 릴리즈하기 위한 저압(low pressure)스프링에 의해 상부로 가볍게 가압된 다른 슬라이더를 도시하며, 세 번째 슬라이더는 슬라이더 및 트랙 요소 및 릴레이 또는 스위치 몸체 및 극 또는 전기자 사이의 기능을 예시한다.
도 3a는 전기자의 코일 마그네틱 당김에 의해 부분적 릴리즈 상태로부터 릴리즈 포지션으로 초기화하고 DPDT 마이크로 스위치 극을 작동 및 래칭하기 위한 숄더 및 두 개의 암(arms)으로 확장된 작동된 래칭 슬라이드를 가지는 DPDT 마이크로 스위치를 도시한 부분 분해도이다.
도 3b는 슬라이더 암 상에서 키의 직접적인 푸시에 의해 수동적으로 동작되고 압축에 의해 래치 및 릴리즈하기 위한 작동 숄더를 통해 래칭 슬라이더를 작동시키기 위한 코일에 의해 당겨지는 전기자에 의해 원격으로 동작되는 하이브리드 스위치의 절단도이다.
도 3c는 본 발명의 바람직한 실시예의 하이브리드 스위치에 대한 분해도이며, 손가락 푸시에 의해 수동적으로 하이브리드 스위치를 동작시키기 위한 푸시 키의 상세를 도시한다.
도 4는 본 발명을 위해 수정된 종래 기술의 하이브리드 스위치 및 래칭 릴레이를 수용하는 지능형 서포트 전기 월 박스에 사용되는 본 발명의 전기적 블록 다이어그램이다.
도 5a는 본 발명 및 상기 도 2c ~ 3b에 도시한 래칭 슬라이더 및 마이크로 스위치 극 또는 릴레이 극의 작동에 필요한 마그네틱 당김(pull)을 제공하기 위한 제어된 전력 공급에 의해 전기자를 작동시키기 위한 본 발명의 전력 공급 회로에 대한 블록 다이어그램이다.
도 5b는 시간 대비 코일에 적용된 전력의 움직임과 전기자를 코일의 마그네틱 코어에 당기고 코일의 물리적 마그네틱 코어 및 전기자 사이의 다양한 갭(거리(distances))에서 전기자를 당기는데 필요한 초기 높은 마그네틱 당김을 제공하기 위해 필요한 전력의 조합을 도시한 그래프이다.

도 2a1B 및 1C는 푸시 스위치에 사용되고 래칭 릴레이 및 하이브리드 스위치에 적용되는 종래 기술의 알려진 락-릴리즈 디바이스를 도시한다. 도시된 락-릴리즈는 릴레이의 기계적 래칭(mechanical latching)으로도 알려져 있으며, 스위치 및 릴레이 조합을 위한 수동 푸시-키(push-key)에 대해서는 참조된 미국 특허에 도시되어 있다. 알려진 매커니즘은 일반적으로 개별적으로 키 바(key bar)에 내장되고, SPDT 릴레이 극 또는 DPDT 릴레이의 듀얼 극을 래칭하기 위한 유사한 래칭 구조의 사용은 미국 특허 제9,257,251호의 릴레이 극을 래칭하기 위한 새로운 구조였다.

도 1a는 도 2b의 전기자 ARM-1 및 리셉터클 R에 느슨하게 부착된 릴레이 극에 부착되는 종래 기술의 도 2b에 도시된 구조에 매우 단순한 락-릴리즈를 결합함으로써, 생성되는 특징을 설명하기 위해 도입된 종래 기술의 메커니즘을 도시한다. 리셉터클 R 및 바 B는 인덴테이션 경로(indentation path) 상에 락 링크 LP를 가압하는 동안 릴리즈되는 스프링 S1에 의해 가압되는 강직한(rigid) 가이드 락 링크 LP를 통해 연결된다.

도 1b 및 1c는 래치 및 릴리즈 포지션 사이에서 스프링 동작 및 가이드 락 링크의 이동에 대한 많은 각도를 도시한다. 도 1b 및 1c는 인덴테이션 경로 및 리지(ridges)에서 가이드 락 링크를 압축 및 가압하기 위한 스프링 상에 적용된 압력을 명확하게 도시한다. 실제로 스프링에 적용되는 압력은 0.7 ~ 1.2N(Newton) 또는 70gr ~ 120gr 사이의 범위이다.

상기 범위는 300 ~ 350mA 전류 드레인을 갖는 12V DC와 같은 3 ~ 4W의 전력 소비 코일에 대한 릴레이 산업에서 알려진 코일 크기로 달성될 수 있다. 그러나 이러한 코인은 1 ~ 1.2mm 거리와 같이 전기자와 코일의 마그네틱 코어 사이의 좁은 갭을 요구한다.

AC 전원 라인에서 동작하는 고 전력 릴레이의 경우 1 ~ 1.2mm의 갭은 작고, 코일 및 수동키를 통해 동작하는 하이브리드 스위치의 경우 갭은 확장되어야 한다. 그러나 일반적으로 사용가능한 스위치의 크기 내에서 하이브리드 스위치 크기를 유지하려면 3 ~ 4W 코일의 크기를 증가시킬 수 없다. 이는 바를 리셉터클과 인덴테이션 경로로 가압하기 위해 적용되는 물리적인 힘의 감소를 요구한다.

도 2a는 슬라이드 13의 몰딩된(molded) 락-릴리즈 인덴테이션을 도시한다. 슬라이더는 본 발명에 도시된 슬림 바 및 트랙 TK에 대해 주어진 용어이다. 인덴테이션 14를 가지는 슬라이더 13은 가이드 락 핀 15를 위한 경로를 제공하고, 인덴테이션 경로와 함께 형성되며, 락 릴리즈 구조를 융기시킨다(ridges).

가이드 락 핀의 한 단부는 가이드 중 인 포인트 R16로 도시된 포지션에 유지되고, 또 다른 단부는 도시한 락 포인트 19에 대한 래칭 경로를 통한 위쪽 및 릴리즈 포인트 20에 대한 릴리즈 경로를 통한 아래쪽인 2개의 포지션 사이에서 슬라이더의 이동을 좌-우로 제한하는 트랙 TK의 개구(opening) 34를 통해 홈(groove) 또는 인덴테이션 14 내측으로 이동하는 가이드 락 핀의 핀 17이다.

가이드 락 핀의 후단(back end)은 인덴테이션 14의 래치 및 릴리즈 경로 사이의 진자(pendulum) 운동으로 축(axis) 18을 따라 이동하고, 인덴테이션 14 상에서 핀 17에 의해 적용되는 작은 압력에 카운터 서포트(counter support)를 제공한다.

스프링 가이드 락 핀을 제외하고, 도 2a는 스프링이 사용되거나 도시되어 있지 않다.

가이드 락 핀 15는 인덴테이션 길이 14 및 락 포지션 또는 포인트 19 및 릴리즈 포지션 20에 대한 2개의 포지션으로 슬라이더 13의 전-후(forward-backward) 이동을 제한한다. 릴리즈 포인트 19는 넓은 공차(tolerances)로 상-하 자유로운 이동을 제공하며, 엄격한 포인트가 아니다.

인덴테이션 경로 14 내에서의 슬라이더 13의 이동은 수동 푸시 키 또는 락하기 위한 당김에 의한 전기자 ARM-2 또는 ARM-3, 및 릴리즈를 위한 스프링 압력에 의한 강제 이동이다. 스프링은 이하에서 추가적으로 논의된다.

반시계 방향의 이동은 락을 위한 도 1c에 도시한 장금 해제하기 위한 리지 R1 ~ R3 및 R4로 도시된 블로킹(blocking) 리지에 의해 생성된다. 리지는 시계 방향으로의 이동을 방지하고, 각 락 19 및 릴리즈 20 포인트 또는 포지션인 2개의 고정된 지점을 유지한다.

슬라이더 13과 결합하는 기계적 구조를 락 또는 래치하기 위해 적용되는 상술한 2개의 포지션, 또는 기타 알려진 락-릴리즈 메커니즘이 사용될 수 있다. 도시된 구조는 2개의 이동 부분만, 다른 부분으로 몰딩된 슬라이더 13 및 스프링 가이드 락 핀 15를 사용하는 바람직한 저비용의 메커니즘이며, 이러한 간단한 메커니즘은 정상적인 사용에서 결코 실패하지 않는 신뢰성이 매우 높다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 락 및 릴리즈 포지션 사이의 거리는 도 2a에 도시한 최대 이동 거리 내에 있다. 실제 이동 범위는 1.5 ~ 2.0mm이다. 도 2c의 전기자 ARM-2 또는 도 2e의 ARM-3 또는 도 3b ~ 3c의 하이브리드 스위치의 키 12 또는 1SPL에 의한 락-릴리즈 이동은 1.5 ~ 2.0mm의 스트로크(stroke) 이동에 의해 극을 락킹하고 릴리즈할 것이다. 일예로, 이러한 제한된 스트로크는 도 3a ~ 3b의 SPST 또는 SPDT 마이크로 스위치 MS1 및 MS2를 동작시키기에 충분하지 않은 작은 스트로크이며, 스트로크 범위는 확장되어야 한다. 공차(tolerances)는 이하에서 더 논의 되는 부분적 릴리즈 상태를 고려하는 것을 포함하는 스프링 S4에 의해 작동되는 마이크로 스위치의 부정확한 변화를 커버하기 위해 필요하다.

상기 수정된 락-릴리즈 메커니즘/구조는 SPDT 릴레이를 가진 SPDT 또는 DPDT 스위치인 스위치하이브리드 스위치 조합을 동작시키고 도 3b의 키 12 및/또는 도 3c의 장식키 1SPL을 통해 2방향 스위칭, 수동 스위칭 및 코일 1L을 통해 DPST 릴레이를 동작시킴으로써 원격 스위칭을 제공할 수 있다.

DPST 릴레이 또는 하이브리드 스위치(dual poles single throw)는 라이브(live) AC 라인 및 뉴트럴(neutral) AC 라인을 스위칭 온-오프 하기 위해 빌딩 및 거주지의 습기가 많은 룸 또는 구역에 사용되는 DPST 수동 스위치를 교체하는 데 필요하다. 일부 국가에서 공통되거나 확립된 건물/전기 코드(code)는 예를 들어, 욕실이나 세탁실 코너에 있는 조명, 히터 및 워터 보일러를 라이브 및 뉴트럴을 스위칭 온-오프하는 듀얼 극 스위치를 통해 스위치 온-오프해야 한다.

이러한 애플리케이션을 위해, 본 발명은 요구사항, 코드 및 규칙을 완전히 준수하며, 도 3a의 2개의 마이크로 스위치 MS1 및 MS2를 통해 2개의 AC 라인을 수동 및 원격으로 작동시키는 것을 제공한다. 도 3a에 도시한 하이브리드 스위치는 DPDT(dual pole dual throw)이며, 예를 들어, 단자 T2 및 T4를 제거하는 것은 하이브리드 스위치가 DPST 스위칭 디바이스로 변경된다. 상기 2개의 단자를 제거함으로써, DPDT 스위치를 DPST 스위치로 변경하는 단순성의 도입은 래칭 디바이스의 실질적인 구조, 즉 도 3a 및 3b에 도시한 숄더 및 트랙을 가지는 슬라이더를 또한 도입하는 것이다.

잘 알려진 마이크로 스위치는 도시한 단자 T2 및 T2A의 접점을 가지는 극 MS1 및 MS2의 결합시키는 N.C.(normally close) 상태로 극을 유지시키는 스프링 S4의 힘에 대항하여 극 어셈블리 MS1 또는 MS2를 푸시하는 플런저에 의해 동작된다. 알려진 마이크로 스위치의 플런저는 접점 T1과 결합하기 위해 도 3b에 도시한 극 MS2를 플립하도록 스프링 S4를 동작시키기 위한 극(도시된 것과 같이)을 "아래쪽으로(downwards)"푸시하기 위한 푸시 암 31 및 31A로 대체된다.

상기 "아래쪽으로(downwards)"는 설명을 위해, 도면의 상단-하단 또는 좌측-우측 방향을 기준으로 한다. 본 발명의 마이크로 스위치 및 하이브리드 스위치는 벽에 장착될 수 있으므로, 용어 "아래쪽으로"는 벽에 대한 푸시를 포함해야 하고, 상기의 "아래쪽으로"라는 용어는, 정상적인 상태 즉, N.C. 또는"normal close"에 대한 푸시를 제안 또는 예시하며, 이하에서 용어 아래쪽으로(downward) 또는 위쪽으로(upward)는 현재 상태에서 반대 상태로 리버싱 또는 교대(alternating)하는 것으로 읽을 수 있다.

전기적 스위칭 애플리케이션의 경우, 정상적인 상태(normal state)는 마이크로 스위치와 같은 디바이스가 레스팅 포지션(resting position)에 있는 상태, 즉 스프링 S4가 플런저 또는 도 3a 및 도 3b의 푸시 암 31 또는 31A에 의해 작동되지 않는 상태를 의미한다.

그러므로 정상적인 상태에서, 도 3a에 도시한 극 MS2는 접점 및 단자 T2에 반대하여 "위쪽으로" 레스팅(resting)된다. 단자 T1, 마이크로 스위치의 플런저 또는 슬라이더 13의 암 31A의 접점을 결합하기 위한 마이크로 스위치의 교대 또는 스위치 오버는 극 MS2의 후방 단부를 아래쪽으로 푸시하고, 이에 의해 스프링 S4를 작동시켜 극을 플립 및 스위치 오버, 리버스 또는 교대시켜 T1의 접점과 결합시킨다.

이는 슬라이더 13 및 푸시 암이 실제로 마이크로 스위치에 의해 사용되는 잘 알려진 플런저이며, 이는 기계적 스위칭을 위해 마이크로 스위치 극을 채용하는 하이브리드 스위치에 의해 위쪽으로 푸시되는 것을 의미한다. 스프링 S4는 도 2에 도시된 래칭 릴레이의 스프링 극 PR 및/또는 도 2b의 선행기술에 대한 극 PR과 유사하게 극의 후방을 위쪽으로 플립하고 슬라이더 13을 위쪽으로 푸시하며, 이는 플런저(참조된 미국 특허에서 바로 불림)를 통해 동작된다.

슬라이더 13 및 그것의 암 31 및 31A는 락 포인트 및 릴리즈 사이에서 락 핀에 의해 가이드된다. 도 2a 및 3b에 도시한 것과 같이 이동은 스프링 S4에 의해 작동되는 극 MS2에 의해 위쪽으로 푸시되는 도 3b의 32R에 도시한 릴리즈된 전기자 ARM-3을 가진 숄더 32의 결합 포인트까지 릴리즈 포인트를 위쪽으로 제한한다.

슬라이더를 래치하기 위해서는, 수동 키 12 및 듀얼 플런저 12PL 및 12PR를 통해 또는 전기자 ARM-3을 통해 숄더 32를 코일 1L의 보빈(bobbin) BT에 대한 상면(top surface) 끝까지 푸시하면 된다. 보빈 상부 BT는 도 3b에 도시한 슬라이더를 이동시키기 위한 전기자를 수동으로 푸싱하거나 자기적으로 풀링(pulling)하기 위한 물리적 제한이다. 그러나 로빈 BT의 제한은 락 핀 17을 락 포인트 19로 가이드하지 않는다.

로빈 상부 BT와 숄더가 결합되는 포인트에서, 인덴테이션 경로 14 내의 숄더 32 및 핀 17에 의한 하향 이동의 조정된 제한은, 핀 17이 도 1c 및 2a의 락 포인트 19로 부터 더 높은 인덴테이션의 포지션으로 핀을 유도하는 도 1c 및 2a의 리지/R3을 통과하기 위해 가이도되도록 위한 것이다.

솔더가 릴리즈될 때, 즉 코일 1L에 전력 펄스를 공급하는 것이 종료될 때, 또는 키 12가 릴리즈될 때, 슬라이더 13은 마이크로 스위치 스프링 S4의 힘에 의해 위쪽으로 푸시되고, 핀 17은 도 1c 및 도 2a에 도시한 리지/R4를 통해 락 포인트로 이동한다. 핀 17의 락킹은 슬라이더 13의 리버스(위쪽으로) 이동을 정지시킨다.

BT 포인트로부터 정지 포인트(stop point) 19로의 초기 리버스(위쪽으로) 이동은 도 3b에 도시한 것과 같이 로빈 상부 BT로부터 숄더 32를 분리하는 최대 푸시 포지션으로부터 숄더 32의 부분적 릴리즈를 야기 시킨다.

숄더 32의 부분적 릴리즈는 가이드 락 핀을 릴리즈하고 새로운 푸시 또는 당김(pull)으로 하이브리드 스위치를 리버스하기 위한 전기자를 위한 새로운 푸시 또는 코일 1L에 의해 당김을 가능하게 하는 절대적인 필요성이다. 키 12 또는 코일 1L에 전력 펄스를 공급하는 것을 통해 수동적으로 된다.

숄더 32가 코일 1L의 로빈 BT의 상부에 락되고 핀 17이 정지 포인트 19에 락되면, 영구적으로 또는 "영원히(forever)" 락될 하이브리드 스위치의 상태를 리버스시키는 것이 불가능할 것이다. 따라서 부분적 릴리즈는 참조된 미국 특허에서 설명되고 청구된 것과 같이 강제적인 상태이다.

상기 설명으로부터 명백한 것과 같이, 단일 또는 듀얼 마이크로 작동 스프링 S4과 함께 마이크로 스위치 극 MS1 및/또는 MS2의 사용은 슬라이더의 필요한 이동을 "위쪽으로"추진하도록 제공한다. 즉, 스위치 상태를 리버스하기 위해 슬라이더(플런저)에 적용되는 푸시 방향과 반대 방향으로 이동한다.

도 3b에 도시한 하이브리드 스위치에 사용되는 유일한 스프링은 코일 1L에 의한 당김의 방식에서 의미 있는 힘을 나타내지 않는 스프링 S4 및 탄력있는 가이드 락 핀 13인 것이 명백해야 한다.

도 2d 및 도 2e는 슬라이더 13A와 함께 사용되는 스프링 S3을 도시하지만, 도 2c의 슬라이더 13과는 함께 사용되지 않는다. 이 이유는 간단하고, 슬라이더 13은 그루브(grove) 13B를 통해 전기자 ARM-2에 느슨하게 부착된 스프링 극 PR에 부착되고, 슬라이더 13은 정지 포인트로부터 핀 17의 릴리즈에 의해 위쪽으로 이동한다. 도 2e의 슬라이더 13A는 극 PR 또는 전기자 ARM-3 또는 둘 다에 의해 작동되고, 부착되지 않으므로 슬라이더 13A는 극에 의해 당겨 올려 질 수 없다.

슬라이더 13A는 하부 숄더 32로 극에 의해 푸시되고 상부 숄더 32A를 통해 올려지고 당겨지도록 하기 위한 듀얼 숄더 32 및 32A로 구성될 수 있거나, 도시된 바와 같이 슬라이더를 위쪽으로 추진 및 이동시키는 저(low) 힘 스프링 S3과 함께 제공될 수 있다. 매우 가벼운 무게의 슬라이더(1 ~ 2gr)를 1.5 ~ 2.0mm의 거리로 추진하고 이동시키기 위한 이러한 저 힘 스프링은 무시해도 좋고 코일 1L로의 전력 공급을 방해하는 의미 있는 힘이 아니다.

그러나 종래 기술의 압축 스프링의 제거는 본 발명의 1개 또는 2개 또는 그 이상의 마이크로 스위치 극을 작동시키기 위한 코일의 전력 및 크기를 감소시킬 필요가 있는 장점을 제공한다는 것은 명백하다. 이상에서 설명한 바와 같이, 도 3b 및 3c에 도시한 다른 스프링 S5 및 S6을 가리킬 필요가 있다. 2개의 스프링 S5는 키 12 또는 1SPL이 레스트 포지션에 있을 때, 또는 키가 손가락 또는 어떤 방법으로든 푸시되지 않을 때 플런저 12PL 및 12PR가 슬라이더 13으로부터 분리되도록 유지하기 위해 사용된다.

스프링 S6은 키 커버 1SPL의 표면을 통해 손가락 푸시에 의해 작동되는 플런저 12PL 및 12PR 상에 신속한 푸시 작용을 제공하는 촉감이 있는 스프링(tactile spring)이다. 키가 레스트 포지션에 있을 때 스프링 S6은 플런저 12PL 및 12PR로부터 분리된다.

도 3b 및 도 3c는 스프링 S5 및 S6을 도시하며, 여기서 도 3b는 마이크로 스위치 극의 후방 단부를 푸시하기 위한 암(플런저) 12PL 및 12PR을 동작시키기 위해 도시한 키 12가 푸시되어 졌을 때 압축되는 스프링 S6 및 S5를 도시한다. 전기자 ARM-3이 작동되거나(완전히 당겨짐), 릴리즈 또는 부분적 릴리즈가 될 때, 도시한 스프링 S5는 도 3b의 3개의 상태 박스 32R, 32M 및 32P로 확장된다.

도 3c에 도시한 스프링 S6에 동일하게 적용되는데, 키 12 또는 1SPL이 눌려지지 않을 때, 스프링은 두 세트 또는 에지 12R에 의해 힌지된 모든 방향으로 상향 레스팅되며, 플런저 12L 및 12PR로부터 떨어져 스프링 및 키를 분리시킨다.

이것은 하이브리드 스위치 및/또는 래칭 릴레이의 다른 스프링이 코일 1L의 자기 인력(magnetic pull power)에 의해 극복될 어떠한 추가 중량, 마찰력 또는 힘으로 코일 1L에 부하를 가하지 않음을 명확하게 보여준다.

주목해야할 또 다른 중요한 아이템은 도 2d의 트랙 TK 및 슬라이더 13C의 리버싱이다.

논의되지는 않았지만, 도시한 트랙 및 슬라이더는 베이스 B1 및 B2에 부착 또는 일부인 것으로 나타나 있지만, 도 2d의 13c에 나타낸 것과 같이 슬라이더 및 트랙이 리버스되면 도 2c 및 2e에 도시된 래칭 릴레이의 작동에는 차이가 없다.

슬라이더 및 트랙이 리버스되고 푸시 암이 슬라이더가 아닌 트랙의 일부인 경우, 도 3a ~ 3c의 하이브리드 스위치에 동일하게 적용되며, 하이브리드 스위치 H의 동작은 동일할 것이다.

도 4는 본 발명의 n개의 하이브리드 스위치 및 릴레이에 전력을 공급하고 작동시키기 위한 지능형 서포트 월 박스의 전기 및 제어 회로의 수정된 블록 다이어그램을 도시한다.

또한 도 4는 미국 특허 제9,219,358에 개시된 지능형 서포트 박스의 블록 다이어그램에 대한 수정 및 n개의 인디케이터(indicators)를 포함하는 특허 출원 제15/073,075호의 추가적인 수정안을 나타낸다. 도 3c에 도시한 LED 인디케이터 3은 도 3b에 점선으로 나타낸 광 가이드 LG 및 도 3c에 도시한 키 커버 1SPL의 인디케이터 윈도우 1-IN을 통해 도 3c에 도시한 하이브리드 스위치의 상태를 표시하기 위해 사용된다. 도 3b에 도시한 본 출원의 단일 LED 3 또는 복수의 인디케이터 3은 주어진 서포트 박스 크기 조합을 위해 할당되고 프로그래밍된 LED I/O 드라이버 A1 ~ An 또는 B1 ~ Bn 중 임의의 것을 사용할 수 있고, 본 발명의 하이브리드 스위치 또는 릴레이 당 단일 또는 복수의 인디케이터가 된다.

본 출원의 도 4에 대한 수정은 코일 1L에 전력 공급을 증가시키기 위한 DC 전원 라인 V2A의 추가이다. 증가된 DC 전력은 상기 정격 전압 펄스의 초기 공급 후에 미리 결정된 n 밀리초에서의 다이오드(diode)를 통해 상기 펄스로의 인젝션(injection)에 의한 방전을 위한 큰 커패시터에 충전되는 더 높은 전압이며, 그것에 의해 코일 1L에 지수 패턴으로 방전되는 2개의 상이한 전압, V2의 정격 전압 및 V2A의 방전된 전압을 포함하는 조합 펄스에 의해 공급된다.

전력 공급 회로의 수정안은 V2A 값의 예로써 12V DC로 도시한 nV를 충전 및 방전하기 위한 레지스터(resistors) R4A 및 R5A, 커패시터 C4A, 정류기(rectifier) D4A, 제너 다이오드(zener diode) ZD4A 및 전해 커패시터(electrolytic capacitor)의 추가를 도시한다.

또 다른 추가는 앞서 개시된 전력 V2를 연결하는 다이오드 D10이며, 12V 라인에 예로써, 5V로 도시되어 있다. 따라서, VCC 라인 전압을 포함하는 전력 펄스 조합을 출력하기 위해 전력 공급 라인을 듀얼 전압으로 변환하고, 후술하는 바와 같이 V2A를 코일 1L에 인젝팅(injecting)함으로써, 적어도 2개의 전압에 대한 공급 시퀀스(sequence)에서 높은 전압으로 방전한다.

출력 V2/V2A 라인은 H-1 ~ H-n의 코일 1L-1 ~ 1L-n(지능형 박스의 CPU 50에 의해 명령되는 것과 같이)에 전력을 공급하기 위해 플러그-인 커넥터(미도시)를 통해 복수의 스위칭 트랜지스터(transistors) DL-1 ~ DL-n에 연결된다. H는 일예로써 도시한 것과 같이 하이브리드 스위치를 나타낸다. 또한 상술한 H는 본 출원에 개시되고 도 2c 및 2e에 도시한 것과 같이 래칭 릴레이를 포함한다.

도 4에 추가되는 전력 회고 2VA는 정류기 D4A에 작은 AC 전류를 필터링 또는 공급하기 위한 AC 라인에 사용되는 알려진 마일러 커패시터(mylar capacitor) C4A를 통해 전력이 공급되는 기본적인 회로이다.

도 5a의 블록 다이어그램은 후술하는 바와 같이, 2개의 전압을 연속적으로 공급하이 위해 CPU 50의해 제어되는 이중 조절된 DC 전압을 제공하기 위한 전력 공급을 보다 상세하게 도시한다. 또한 도 5a는 이러한 공급이 필요한 경우 3개 또는 그 이상의 전압을 연속적으로 공급하기 위한 제3 또는 n개의 전력 공급을 도시한다.

레귤레이터(regulators) 1C1 및 1C2는 간략화를 위해 도시되고 2개 또는 그 이상의 조정된 상이한 전압을 출력하기 위한 잘 알려진 단일 직접회로일 수 있다. 그렇지 않으면 도시된 레귤레이터가 필요하지 않을 수 있다. 도시된 V2는 레귤레이터 58에 의해 공급되는 도 4에서 사용되는 VCC일 수 있고 V2A는 C12로 도시한 1A ~ 2A만큼 큰 또는 그 이상의 순간 전류, 커패시터를 충전하는데 n초 또는 밀리초가 걸리는 100mA ~500mA와 같은 충전전류로 12V DC 방전을 가능하게 하는 470μF ~ 2,000μF와 같은 큰 커패시터를 충전하기 위한 조정된 전력 V2A를 공급하기 위한 잘 알려진 스위칭 IC 또는 잘 알려진 오실레이터(oscillator) 회로인 DC-DC 컨버터(미도시)에 의해 생성될 수 있다.

상기 설명은 도 2c 및 2e에 도시한 릴레이, 도 3a ~ 3c에 도시한 하이브리드 스위치 및 미국 특허 제9,036,320호, 제9,257,251호 및 제9,281,147호에 개시된 임의의 다른 릴레이 또는 하이브리드 스위치를 작동시키기 위해 코일 1L에 의해 발생되는 마그네틱 인력에 비례하여 전력 펄스의 필요한 전압 및 전류에 대한 전력 공급 및 레귤레이터를 요약한다.

래칭 릴레이 및 하이브리드 스위치의 다른 근본적인 이슈는 극 및 단자 접점을 통한 전류 드레인이다. 이는 본 발명의 목적이 아닌 접점의 합금 및 크기를 포함한다.

릴레이 및 스위치 구조에서 근본적으로 중요한 다른 이슈는 접점을 결합하기 위한 속도 및 힘(Newton)이다. 이는 일반적으로 코일에 의한 마그네틱 인력을 증가시키기 위해 더 큰 마그네틱 코일을 도입함으로써 해결된다. 이러한 솔루션은 인클로져(enclosure)의 크기가 증가하고, 상기 릴레이 또는 스위치를 서포트하는 전기 월 박스의 크기가 실용적이지 않거나 건축가에게 만족감을 주지 않기 때문에 항상 단순하지는 않다.

또 다른 새로운 솔루션은 릴레이 또는 하이브리드 스위치에 의해 정격된 적절한 힘으로 접점을 결합시키기 위해, 전기자가 릴리즈로부터 코일에 의해 완전히 부착될 때 까지 전기자를 당기는데 필요한 가속도 및 속도에 상응하는 패턴으로 코일을 활성화시키기 위해, V3A보다 낮고 V2 전압보다 높은 n개의 조정된 중앙 전력 소스(median power source)를 결합한 전력 펄스를 공급하는 것이다.

그렇게 하기 위해 코일에 공급되는 DC 전압은 정격 코일 전력(전압 및 전류)보다 충분히 높아야 할 수 있으며, 이는 주어진 저항으로 제공되는 마그네틱 코일의 기본적인 아이템이다.

저항은 최대 전류 드레인 및 현재 전력 손실을 정의하기 위한 주요 아이템이고 코일의 자기력 대비 효율성에 영향을 미치는, 코일의 Q 팩터를 감소시킨다. 상기 이유 및 크기에 대한 고려 사항으로, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 코일은 이하에서 설명되는 것과 같이 작은 저항 및 두꺼운 와인딩(winding) 와이어를 가지는 저전압 코일이다.

또 다른 중요한 이슈는 공공 도메인에 설치된 AC 전원 릴레이에 대한 UL 또는 VDE 승인과 같은 안전 문제이다. 코일에 과전압을 공급하면 코일이 가열되고 화재를 야기시킬 수 있으며, 이러한 상태는 설치자에 의한 실수 또는 제어 회로의 고장과 같은 어떠한 조건에서도 허용될 수 없다.

이러한 이유 및 다른 이유로 정격 전력 이상으로 릴레이 코일에 전력을 공급하기 위한 본 솔루션은 정격 전류보다 더 큰 전류의 연속적인 전력 공급이 절대 될 수 없는 방전된 커패시터에 의한 것이고, 이러한 공급은 필요에 따라 자기적 당김에 비례하여 계산되는 순간적이고 지수적으로 감소하며, 이는 본 발명의 다른 주요 목적 및 바람직한 실시예이다.

일반적으로 더 큰 코일 및 코일 크기에서 발견되는, 움직이고 있는 전기자의 물리적 포지션에 상응하는 자기적 당김을 생성하기 위한 전력 및, 더 높은 자기력을 가지는 코일을 필요로 하는 릴레이 또는 하이브리드 스위치를 동작시키기 위한 전기자를 코어로 모든 방향으로 작동시키기 위해 필요한 마그네틱 당김을 공급하기 위한, 하나 또는 그 이상의 방전 전력을 포함하는, 다이오드를 통한 인젝션과 같은, 연속적으로 복수의 전력 소스의 공급은 본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예이다.

도 5a에 도시한 전력 공급 회로는 단일 코일 1L에 전력을 공급하는 것이지만, 도 4에 도시한 것과 같이 한 번에 하나씩 복수의 코일 1L에 전력을 공급할 수 있거나, 또한 도 4에 도시한 CPU 50의 포트 I/O1 ~ I/On을 통해 충전 상태 또는 전압 레벨 데이터를 보고하기 위해 간격(interval)에서 대기하는 복수의 커패시터 C12와 모두 함께 있다.

VCC 레귤레이터 및 스위칭 레지스터 TR1과 연결되는 포트 I/OA 및 I/OB는 L1 코일 또는 복수의 1L 코일을 위한 VCC 전력 또는 V2의 공급 및 스위칭을 제어한다.

연속적으로 코일 1L 또는 복수의 1L 코일 또는 도 3b에 도시한 릴레이 단자 TC에 연결되는 방전된 커패시터 12로 공급되는 복수의 코일 각각에 충전된 전력을 충전 및 방전하기 위한 12V 또는 V2A를 제어하고 스위칭하기 위한 도시한 12V 레귤레이터 IC2 및 트랜지스터 TR2의 포트 I/OC 및 I/OD에 대해서도 동일하게 적용되며, 다른 코일 단자는 이하에서 설명되는 L단자(AC 라이브 단자인 L 단자와 연결 된다.

각각의 하이브리드 스위치 또는 릴레이에 대해 하나인 복수의 고용량 전해 커패시터를 충전하고 필요하거나 프로그래밍된 것에 따라 복수의 코일 1L을 위해 동시에 커패시터를 방전시키는 것은 유사하다.

이는 디자인 선택의 문제이다. CPU 50에 의해 필요한 유일한 정보는 도 4에 도시한 하나의 I/O1 포트 또는 복수의 포트 I/O1 ~ I/On을 통해 각각의 단일 커패시터 C12 또는 복수의 커패시터 C12로 부터 CPU로 공급되는 주어진 커패시터의 충전된 상태이다.

도 5a에 도시한 TL(라이브 AC 단자) 및 TN(뉴트럴 AC 단자) 및 레지스터 R13, 다이오드 D13, 필터 코일 L21 및 필터 커패시터 C20 및 C21은 스위칭 레귤레이터 IC에 깨끗하고 안전한 정격 AC 공급을 제공하기 위해 스위칭 레귤레이터에 연결되는 AC 전원 라인의 일반적인 입력 회로이다. 지능형 서포트 박스의 회로는 AC 라이브 라인이 도 4에 도시한 회로의 PCB 전체 그라운드(ground)패턴을 커버링하는 회로 그라운드에 연결되는 새로운 개념을 사용하는 점에 유의해야 한다.

이러한 연결은 뉴트럴 AC 라인을 통해 정류된 AC 전력을 공급할 수 있게 한다. 선택적으로 전력을 공급하는 AC 라이브 와이어와는 달리, 뉴트럴 AC 라인은 일반적으로 주어진 아파트의 전기 아울렛 및 가전제품에 무차별적으로 연결되어 서지(surges)와 노이즈가 섞이고 혼합되어 있다. 이러한 이유 및 다른 이유로 본 제어 회로는 그라운드 패턴에 대해 라이브 라인을 사용한다. 또한, 전력 공급 회로에 뉴를 AC 전력 소스를 공급하는 것은 AC 라인이 PCB의 그라운드 면에 연결되는 라인일때, 공통적인 문제인 PCB의 많은 부분과 영역에서 회로 분리가 발생하는 간격과 관련된 문제가 제거된다.

도 5a에 상세히 설명된 본 출원 및 종래의 미국 특허 및 출원에서, 뉴트럴 라인은 레지스터 R13 및 다이오드 D13에 연결되는 TN단자에서 다른 연결 및 노광(exposures) 없이 설립된다.

C20, L2 및 C21은 더 이상 관련된 뉴트럴 라인 구성 요소의 간격 제한으로 인한 TN 단자 주면의 작은 공간을 점유하지 않으므로, 도 4 및 5a의 전체 회로의 다른 요소, 패턴 및 구성요소로부터 안전하게 분리된다.

D10에 연결된 다이오드 Dn 및 릴레이 코일 1L에 이르는 전력선(power line)은 주어진 전압 V2n을 3-5V(VCC)로 도시한 V2 및 12V로 도시한 V2A인 두개의 전압에 연결하기 위한 연결하기 위한 도시한 또 다른 입력을 가지며, 이를 통해 코일 1L을 3 또는 n개로 동작시키기 위한 공급 전압을 증가시킨다. 이는 이하에서 설명하는 것과 같이 방전된 전력이고 직접 공급이 아닌 추가전력(필요한 경우)을 가지는 것이 바람직하지만 이는 또한 경우에 따른 설계 선택이다.

상술한 바와 같이, 선택된 코일 1L은 제한된 마그네틱 풀(pull) 용량을 가지며, 물리적인 크기에 의해 제한된다. 만약 크기가 문제가 아니고 코일이 코일의 정격 전압 및 전류에 의해 래칭 릴레이 또는 하이브리드 스위치를 작동시키도록 동작될 수 있다면 상기 모든 추가 전력공급은 필요하지 않으며 사용되지 않는다.

본 발명의 바람직한 솔루션은 코일 정격공급에서 주어진 코일의 자기 당김에 의해 생성되는 힘보다 더 큰 힘에 의해 주어진 기계적 부하를 작동시키는 것이다.

코일 1L, 마그네틱 전기자 ARM-3 및 코어는 중앙 코어 1CC 및 전기자 서포트 ARS를 포함하며, 이동 모두는 전기자 ARN-3에 자기 인력을 제공하기 위한 잘 알려진 마그네틱 C-core를 형성한다.

전기자는 인디케이터 A, B, C 및 D를 통해 화살표로 표시된 3개의 각도로 위치하도록 도 5a에 도시된다.

마지막에 도시된 각도 C 및 D는 전기자 ARM-3이 완전히 당겨진 포지션인 중앙 코어 1CC와의 갭(D)을 폐쇄(closing)할 때의 완전히 당겨진 위치이다. 완전히 당겨진 상태는 릴레이 또는 하이브리드 스위치의 극을 래칭 또는 릴리즈하기 위한 목적 또는 도 3b의 32M에 도시한 것과 같이 보인의 상부면 BT로 슬라이더 숄더의 최대 당김으로써, 짧은 시간 상태이다.

코일은 주어진 전압 및 전류, 주어진 로빈 및 코어 크기를 위해 선택되는 0.08mm 내지 최고 1.0mm 범위의 두께 또는 더 두꺼운 직경 범위를 가지는 잘 알려진 에나멜 도료를 입힌 구리 와이어에 의해 권취된다.

선택은 와이어 저항, 및 주어진 회전 수, 코일의 자기력 및 효율성을 함께 적용되는 전류 드레인 및 전압의 필요성에 의해 제한된다.

높은 저항은 코일의 효율성을 감소시키고 낮은 저항은 전압을 감소시키지만, 전류 드레인을 증가시키는 것으로 잘 알려져 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선택은 마그네틱 코일의 효율성을 증가시키기 위한 저항의 감소 및 이하에서 더 상세하게 설명하는 것과 같이 방전되는 고전압 및 포인트로의 전류를 감소시키는 것을 제공하는 것이다.

도 5b의 코일 어셈블리에 대한 마그네틱 인장력은 중앙 코어 1CC 표면으로부터 전기자 ARM-3의 거리에 의존한다. 다음과 같이 알려진 간단한 공식, 힘(force) = 1/거리(distance)² 또는 질량(mass) x 가속도(acceleration)는 도시한 어셈블리에 적용할 수 없다. 전기자와 중앙 코어 사이의 거리는 단일 그림이 아니다. 코어는 측정 포인트가 아니고 정확한 힘은 이슈가 되지 않는다. 더욱이, 스프링 S4 또는 두개의 S4 스프링은 극복하기 위한 의미 있는 힘을 나타내고 있고, 또 다른 이슈는 어떻게 짧은 펄스 시간 동안 코일 1L에 힘을 가하여 마이크로 스위치의 극을 작동시켜 다른 접점으로 결합시키는 즉, 10 ~ 20mSec와 같은 기간 동안 지속되는 전력 펄스 공급 중에 극 또는 극 상태를 교대 또는 리버스 및 슬라이더를 래치 또는 릴리즈하는 전기자에 대한 관성 및 이동 속도를 가하는 것이다.

도 5a의 회로로부터 전력은 도 5b에 도시한 코일 어셈블리 1L의 두 단자 TCL 및 TCA에 공급되고, 여기서 TCL은 라이브 AC 라인 L로 상술한 그라운드 단자이고 TCA는 AC 라이브 라인 및 DC 전압 단자 사이에 적용되는 도 5b의 그래프에 도시한 V2/V2A 조합에 대한 DC 전압이다.

도시한 전압 대 시간 좌표의 그래프에서, 제안된 값, 예를 들어 12V DC는 V2A이고 VCC는 예를 들어 4V이며, 도 5a에 VCC의 조정된 출력으로써 도시된 3 ~ 5V의 중간값이다.

시간 기간은, 예를 들어, 각 T 단계에 대해 5.0mSec일 수 있으며, 심볼 T는 전기자의 이동 포지션(밀리초에서)과 관련된 도 5b에 도시한 커패시터 충전을 위한 시간 상수를 위한 것이다.

상기의 값을 사용하면 커패시터 C12는 예를 들어 1,000μF일 수 있고, 코일 1L(4V 정격)의 저항은 대약 8옴(ohm)이 될 수 있으며, 커패시터의 12V 방전은 1/3값(4V)이 될 수 있다. 방전은 완전 방전에 대해 대약 C x R x 5(C x R의 5배)로 계산된다.

따라서 (1,000μF) 0.001(F) = 8(R) x 5(T) = 40mSec이다. 실제로 커패시터 C12는 약 15mSec에서 4V까지 방전하기 위한 시간 상수(기간)를 제공하기 위한 680μF ~ 820μF이다.

도 5a의 그래프는 시간 T0에서 VCC 또는 4V를 스위칭 트랜지스터 TR1을 통해 릴레이에 공급하고, 다이오드 D10을 통해 코일 1L에 공급하는 것을 도시한다. 펄스의 초기 시작 시간에서 코일 1L은 전기자 ARM-3이 숄더 32와 결합되는 포인트까지 끌어당기는 자기적 당김을 발생시키거나, 또는 전기자가 숄더 32와 결합되는 경우, 코일에 12V가 방전되기 전에, 당김은 그 시점에서 전기자 및 슬라이더가 마이크로 스위치 극의 후단과 결합되는 것을 야기 시키며, 발생된 마그네틱 인력은 더 필요한 당김보다 낮다(릴리즈 상태에서의 하이브리드 스위치).

릴리즈된 상태에서 전기자의 포지션은 정밀하게 정의되지 않았고, 슬라이더 13 및 릴리즈 상태에서 특정 정지 포지션 또는 포인트가 없이 자유롭게 릴리즈되는 마이크로 스위치 극(극들)의 후단에 동일하게 적용되므로 정격 코일 전력에 의해 당겨되는 전기자 ARM-3의 초기 이동에 대한 기간은 정밀하게 계산할 수 없다. 그러나 개별적인 릴리즈되는 요소들의 이동 및 결합된 거리는 1.0mm의 일부이다.

따라서 코일 1L에 대한 전력(4V/VCC)의 초기 공급 후에 전기자가 정지하기 전, 즉 1.0mm보다 작은 거리의 초기 이동을 정지시키기 전에 가속된 관성(inertia)을 제공하도록 타이밍된(timed) 커패시터 C12로부터 12V 방전된다. 이러한 정격 코일 전압 공급에서 1.0mm 미안의 초기 이동은 일반적으로 10 ~ 20mSec로 규정된다.

따라서 특정되지 않은 릴리즈 포지션 AR 에서 A1로 이동하는, 전기자가 당겨지고 움직이는 동안, 5.0mSec의 지연 시간 T1에서 트랜지스터 TR2를 스위치 온하는 것이 바람직하고 안전하다. TR1이 온되는 동안 TR2가 스위칭 온되고, 전기자 이동은 전기자(슬라이더 및 마이크로 스위치 극의 후단부를 포함)를 일정한 높은 속도로 포지션 B1로 이끌도록 강하게 가속된다(이동하는 전기자의 관성을 가속하는 것).

방전되는 전력 전압이 지수적으로 감소하더라도 안정된 고속을 유지하는 것은 전기자를 당기기 위해 지수적으로 감소되는 힘을 필요로 하는 전기자와 마그네틱 코어 중앙 1CC 사이의 갭(gap) 감소의 결과이다.

상기에서 언급된 지수적이란 용어는, Xⁿ 또는 Yⁿ에서 "n"과 같은 지수(exponents) 또는 동력 수(power number)로 알려진 정확한 용어가 아니다. R-C 충전 및 방전 패턴(커패시터로 및 커패시터로부터)의 알려진 그래프는 전압 상승에 따른 충전 시간 동안의 전류 감소 및 전압 감소에 따른 방전 전류에서의 동일한 감소를 나타낸다.

그러나 커패시터 전압 방전에 대한 시간축 그래프는 2n 그래프와 유사한 커브(curve)를 제안하므로, 용어 지수적은 X^"n"에서 지수 "n"이 아니라 상술한 바와 같이 판독되어야 한다.

VCC가 적용된 후에 코일 1L에 더 높은 전압을 인젝션하는 것은 설계 선택 사항이다. 더 높은 전압은 충전된 커패시터로부터 단일 펄스, 예를 들어 15V로 제공될 수 있다. 코일 1L은 충분한 자기적 당김을 발생시키고 래칭 디바이스를 동작시키며, 릴레이 또는 하이브리드 스위치의 상태를 변경하기 위해 릴레이 또는 하이브리드 스위치를 작동시킬 것이다.

그러나 바람직한 실시예는 VCC 또는 4V의 적용으로써, 상술 및 이하에서 설명하는 것과 같이 두 전압을 공급하는 것이고 제어된 스위칭 트랜지스터를 통해 방전된 전압은 래칭, 접점의 결합 및 슬라이더, 극(극들) 및 전기자에 의한 이동을 을 보다 잘 제어하기 위해 안정적인 전력으로 코일에 공급할 수 있게 하며, VCC 오프(약 30mSec)를 스위치하기 전 바운싱 및 채터링을 방지하고 락 핀을 안정적인 위치로 유도하는 것이다.

방전 전압이 VCC 레벨에 도달 할 때, CPU 50에 의한 어떠한 동작도 필요하지 않고 VCC는 트레일러(trailer)의 코일에 전력을 공급하거나 또는 전기자(이동 중) 및 전기자, 결합 및 래칭을 안정화시키기 위해, D에서 마그네틱 코어 중앙 1CC를 결합시키는 VCC(4V)에 의한 정격 코일 전력에 의해 당김 내에 있는 거리 C에서의 마지막 당김을 위해 재개된다.

VCC 및 방전 전력을 코일 1L에 공급하는 트랜지스터 TR1 및 TR2 및 다이오드 D10 및 D11은 VCC 라인과 충전/방전 라인 사이의 양방향 역전류(reverse current)를 방지한다. CPU는 5.0msec의 제2 기간으로 도시된 T2 시간에서 VCC 레벨로 방전의 끝에서 트랜지스터 TR2를 스위치 오프 할 것이다.

코일 1L은 TR2의 스위칭 오프에 의해 방전 전력으로부터 차단됨에 따라, 12V 레귤레이터는 본 발명의 릴레이 또는 하이브리드 스위치를 리버싱하기 위한 전기자를 작동시키기 위한 다음의 사이클(cycle)을 준비하면서 커패시터 C12의 충전을 재개한다.

반복 사이클은 레지스터 R12를 통해 처리되며, 이는 충전 전류를 오작동 또는 다른 경우에 있어서 코일에 손상을 줄 수 없는 전류로 제한한다. 이는 12V 레귤레이터 회로 또는 IC2의 구성에 관계없이, 그리고 레귤레이터가 DC-DC 변환 회로, 또는 도 5a에 도시한 것과 같이 정류된 AC 전원 라인 회로에 의해 작동되는 지에 대한 여부와 상관없이 이루어진다. 레지스터 R12는 12V가 코일 정격 전류 이하의 전류로 코일에 도달하는 유일한 경로이다.

4V 또는 5V 또는 12V롤 정격된 코일 1L은 코일의 정격 전류보다 낮은 전류에 의해 손상되거나 연소될 수 있다. 상기에서 반복하여 언급한 예제에서, 2 ~ 3W를 적용하기 위한 코일 사이즈가 선택되므로, 4V 설계를 위한 전류 드레인은 500 ~ 750mA가 된다. 이는 초기 방전을 위한 커패시터 C12에 1.5A ~ 2.25A로 충전해야 된다. 충전 전류 및 시간은 설계상의 선택이다.

커패시터 C12에 1초 동안 1.5 ~ 2.25A를 새로 충전하기 위해서는 1.5A 또는 2.25A의 최대 전류로 충전해야 된다. 설계상의 선택으로 3초 이내에 충전되는 경우 정격 전류는 적절하게 즉, 500 ~ 750 mA가 된다. 더욱이, 거주지의 하이브리드 스위치의 스위칭 온-오프, 또는 사람에 의한 제어를 위해 래칭 릴레이가 할당되는 상황에서 충전 시간을 5초로 확장시키지 않을 이유가 없어야 한다. 사용자는 5초 마다 교대 또는 리버스하기 위해 스위칭할 수 있다.

이러한 5초 안에 충전하면 C12를 300mA 또는 450mA로 충전이 가능하다. 이 전류(300 ~ 450mA)의 레벨은 코일 1L의 정격 전류보다 낮고, 고장이 발생한 경우에도 열에 의해 코일, 릴레이 또는 스위치가 결코 손상될 수 없다. 충전 전류를 제한하기 위한 33 또는 27옴 중 하나로부터 선택되는 레지스터 R12는, 코일 단자 상에서 측정되는 코일 저항(8 ~ 6옴) 및 2.0V보다 낮은 전압을 추가할 때 250mA 또는 300mA보다 낮은 최대 전류로 코일의 일정한 드레인(회로 오작동의 경우)을 제한한다.

500mA 또는 750mA를 운반하는 코일을 위한 에나멜 와인딩 와이어의 두께(직경)는 에나멜 절연체를 포함하는 두께가 0.3mm인 명시된 AWG29 또는 30이어야 한다. 이것은 코일 보빈 및 코어 및 와이어 길이/저항에 따라 다르다. 만약 코어 직경이 와이어 길이가 더 높은 저항을 가지면 상기에서 논의된 것과 같이 전류 500 또는 450mA가 가능하지 않으며, 더 두꺼운(더 큰 직경) 와이어가 필요하다. 0.3mm 직경 또는 더 두꺼운 와인딩 와이어는 500 ~ 750mA 전류뿐만 아니라 1.5 ~ 2.25Amp의 방전전류로도 과열되거나 손상되지 않는다. 방전이 5초마다 반복되는 경우가 아니라면 5mSec 미만 또는 10 또는 20mSec이어야 한다.

설명된 바와 같이, 참조된 특허 및 지능형 서포트 월 박스에 개시된 래칭 릴레이 및 하이브리드 스위치에 본 발명을 적용함으로써 얻게 되는 안전성 및 이점은 명확하고 의미 있다.

T2 시점에서 이동하는 전기자 ARM-3은 VCC에 의해 공급되는 전격 전력에 의해 당겨지는 코어 1CC로부터 짧은 거리에 있고, 트랜지스터 TR2는 스위치 오프되지만, 트랜지스터 TR1은 T3로 이끄는 시간 기간 동안 온 상태로 유지되고 스위치 오프한다. T3 시간 기간은 5mSec, 또는 그 이상 될 수 있고, 이 역시 접점에 의한 채터링 및 바운싱을 방지하고 래칭 핀에 시간을 주어 정확한 포지션에 고정시키고 안정된 상태에서 동작을 완료 하도록 하기 위한 설계상의 선택이다.

도 5b는 좋은 이유로 특정 값이 없는 X-Y 좌표를 식별한다. 좌표는 서로 다른 크기, 구조 및 릴레이 및 스위치의 조합에 대한 배경과 결합된 코일 구조 및 전기자 이동과 관련된 특정되지 않은 시간 기간 및 전압을 참조한다.

끝없는 코일에 대한 테이블 및 선택을 위한 긴 전압 목록과 함께 다양한 타입, 모양 범주(shapes categories), 구조, 용도 및 목적에 대해 알려진 키 또는 스위치 제조업체의 문헌 또는 카탈로그에 대한 짧은 연구는 압도적이다. 긴 목록 및 테이블은 극 및 접점 및 릴레이/스위치 치수(dimensions)를 통해 전압 및 전류 드레인을 선택하기 위한 것이다.

유사한 비 정의된 상태는 코일 전압에 대한 범위, 주어진 전기자 이동 시간(힘) 및 본 발명에서 개시된 코일에 적용하는 단계의 기간을 제공하는데 적절하다.

설계상의 선택과 관련된 또 다른 아이템은 래칭 상태로부터 슬라이더 13을 릴리즈하기 위해 코일 1L에 작동 펄스(actuating pulse)를 적용하는 것이다. 슬라이더 13의 릴리즈는 부분적으로 릴리즈되는 전기자에 의해, 마이크로 스위치 극(극들)의 후단으로의 긴 푸시를 포함하지 않는다. 즉, 전기자는 마그네틱 코어 1CC에 가깝게 레스팅되고, 핀 17을 릴리즈 경로로 릴리즈하기 위해 슬라이더 13은 1.0mm(0.3mm ~ 0.4mm)의 부분만큼 푸시될 필요가 있다.

래칭된 슬라이더를 릴리즈하기 위해 필요한 동작은, 도 5b의 3단계를 필요로 하지 않고, 도 3b의 32P로 도시한 전기자 ARM-3을 부분적 릴리즈 상태로 당기기 위한 단일 VCC 단계로 충분할 것이다. 핀 17을 락 포인트로부터 릴리즈 인덴테이션 경로(약 0.4mm 거리)로 릴리즈하기 위한 필요한 이동은, 반대 방향에서 스프링(스프링들) S4에 의해 역으로 작동되는 극 MC1 및/또는 MC2 도 2a의 릴리즈 영역 내에 임의의 위치로 모든 방향으로 푸시된다.

릴리즈는 전기자 제한 밖의 추진된 동작이다. 전기자 결합은 슬라이더를 0.4mm 또는 미안으로 푸시하는 것에 의해 핀 17의 포지션으로부터 핀 17을 릴리즈하는 것이다.

여기서 설계상의 선택은 2개의 락을 위한 하나 및 릴리즈를 위한 또 다른 하나인 상이한 작동 펄스의 도입이다. 이는 명령에 의해 마지막으로 동작된 상태를 기반으로 할 수 있는 것이 아닌, 작동 시간에서 다양한 현재 상태를 포함하는 추가적인 프로그래밍을 요구한다. 저장된 데이터는 수동으로 동작되는 하이브리드 스위치의 데이터도 포함되어야 한다. 따라서, 동일한 펄스 또는 상이한 펄스 즉, 두 개의 옵션을 사용하기 위한 결정은 지능형 서포트 박스의 CPU를 통해 완벽하게 구현 가능하고 적용할 수 있다. 그러나, 언급된 바와 같이, 릴리즈 동작에 동일한 3단계 펄스를 적용하는데 손상이나 비용이 들지 않으므로 설계상의 선택사항이다.

명령만으로 작동하는 래칭 릴레이의 경우(수동 스위치의 손가락 푸시가 포함되지 않음) 설계상의 선택이 다를 수 있다. CPU는 마지막 명령을 매우 간단하게 기억할 수 있고, 상태 데이터(전류, 전압 레벨)가 공급될 수 있으며 실행 중(running operation) 릴레이를 래치 및 릴리즈하기 위한 다른 펄스를 생성할 수 있다.

도 2a ~ 3c는 연결 단자 TL, T2, TC, T1A - T2-A 및 T1 모두가 플러그-인 단자를 제안하거나 암시하고 있기 때문에, 릴레이 및 하이브리드 스위치를 플러그-인 타입으로 도시한다.

본 출원에서는 도시되지 않았지만, 릴레이 및 스위치는 스크류 단자(screw terminal), 와이어 푸시 단자(wire push terminal), 솔더 단자(solder terminal), 크림프 단자(crimp terminal) 및 릴레이 또는 스위치 둘 다를 PCB상에 마운팅하기 위한 솔더 단자를 포함하는 복수의 다른 연결 단자를 구비할 수 있다.

또한 도 4 및 5a의 회로에 대한 개시는 릴레이 및 하이브리드 스위치를 동작시키기 위한 서포트 전기 박스를 의미한다.

그러나, 관련된 회로가 제어 및 동작 회로를 포함하기 위한 하이브리드 스위치 또는 릴레이 인클로저에 내장될 수 있거나, 또는 그러한 회로가 릴레이 또는 하이브리드 스위치에 직접적으로 연결될 수 있거나, 또는 회로의 일부가 릴레이 및/또는 하이브리드 스위치의 케이싱(casing)에 통합될 수 있음은 명백하다.

유사하게 많은 작은 크기에서 매우 큰 크기의 릴레이는 제어 회로에 내장하여 사용하거나, 또는 제어 회로, 로컬 또는 원격에 연결되는 본 발명의 가이드 락 핀을 사용할 수 있다. 소형 또는 대형 통징 장치 및 PCB를 차지하는 다수 또는 소수의 신호 릴레이는 단일 전압 펄스 또는 주어진 설계상의 선택에 따라 공급되는 펄스에 포함된 전압의 조합으로 효율적인 전력(전류 및 전압)으로 모두 작동될 수 있다.

이러한 모든 릴레이는 전력 공급 또는 작은 신호 동작을 위한 것이고, 본 발명으로부터 큰 이익을 취할 수 있으며, 출원된 청구항의 한계에 의해 커버되고 바운드(bound)되어야 한다.

위의 모든 것으로부터, 래칭 메커니즘의 구조를 단순화 및 개선하며, 사용되는 요소의 수 및 래칭 릴레이 및 하이브리드 스위치의 전기자를 작동시키는 데 필요한 전력을 실질적으로 및 의미 있게 줄이며, 또한 레칭 릴레이 및 하이브리드 스위치를 작통시키는 코일의 크기를 감소시켜 기계적으로 래치된 릴레이 및 하이브리드 스위치의 전체 크기 및 비용을 감소시키는 독창적이고 간단한 방법을 교시한다.

물론, 상술한 개시는 단지 본 발명의 바람직한 실시예에 관한 것이며, 본 개시의 목적을 위해 선택된 본 발명의 예에 대한 모든 변경 및 수정을 포함하는 것으로 이해되어야하며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는다.

12, 1SPL : 키 13 : 슬라이더
14 : 인덴테이션 경로 15 : 가이드 락 핀
19 : 락 포지션 20 : 릴리즈 포지션
32 : 숄더 31, 31A : 푸시 암
1L : 코일 12PL, 12PR : 플런저
ARM-2, ARM-3 : 전기자 MS1, MS2 : 마이크로 스위치
S3, S4, S5, S6 : 스프링 TK : 트랙

Claims (24)

1. 래칭 디바이스에 있어서,
   상기 래칭 디바이스는,
   스프링 락 핀(springy lock pin);
   상기 락 핀을 가이드하기 위한 인덴테이션 경로(indentation path)를 가지는 슬라이더; 및
   상기 슬라이더를 위한 트랙(track);을 포함하고,
   상기 래칭 디바이스는, 정격 전압 펄스가 공급된 전압 정격 마그네틱 코일에 의한 전기자의 당김 및 플런저를 통한 상기 슬라이더의 수동 푸시 중 적어도 하나에 의해 래치로부터 릴리즈로 및 릴리즈로부터 래치되는 상기 슬라이더 및 상기 적어도 하나의 스프링 극의 상태를 교대하기 위해 전기자 및 적어도 하나의 스프링 극(springy pole) 중 하나로부터 구조화된 릴레이 및 하이브리드 스위치 중 하나를 포함하는 베이스 및 몸체로 확장되며;
   상기 슬라이더는, 적어도 하나의 제1 접점과 상기 적어도 하나의 스프링 극의 단일 스로 접점의 결합 및 분리 상태 및 상기 적어도 하나의 스프링 극의 듀얼 스로 접점과 상기 적어도 하나의 제1 접점을 결합시키는 것 중 하나 및 각각의 래치 및 릴리즈 상태 동안 개별적으로 각 당김 및 푸시에 의해 상기 듀얼 스로 접점과 적어도 하나의 제2 접점을 교대로 결합시키는 것 중 하나를 유지하며;
   상기 스프링 락 핀은, 상기 인덴테이션 경로 상에 미세한 가이딩 힘을 가하며 상기 적어도 하나의 스프링 극은 역방향으로 추진하고 상기 슬라이더에 무시할 수 있는 푸시 백 힘(push back force)을 가함으로써, 상기 슬라이더를 푸시하여 락 핀을 래치 상태로 및 상기 슬라이더를 부분적 릴리즈 및 완전 릴리즈 상태 중 하나로 역방향으로 가이드하며, 이를 통해 상기 인덴테이션 경로 상의 상기 락 핀 및 상기 슬라이더를 이동시키기 위한 무시할만한 임에 의한 상기 미세한 가이딩 힘을 포함하여 상기 전기자를 작동시키는데 필요한 상기 정격 전압 펄스에 상응하는 마그네틱 인력(magnetic pull force)에 의해 상기 제1 및 제2 접점 중 하나와 상기 적어도 하나의 스프링 극의 접점을 결합시키는 것을 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 래칭 디바이스.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 릴레이 및 하이브리드 스위치는,
   SPST(sing pole sing throw), SPDT(sing pole dual throw), DPST(dual poles sing throw), DPDT(dual poles dual throw), 리버싱(reversing) DPDT, MPST(three and more(multi) poles single throw) 및 MPDT(multi poles dual throw)를 포함하는 그룹으로부터 선택되며;
   상기 릴레이 및 하이브리드 스위치 중 하나의 상기 상태는,
   스위치 온, 스위치 오버, 스위치 오프, 어떠한 접촉이 없는 것을 포함하여 상기 적어도 하나의 극과 상기 적어도 하나의 제1 접점 및 적어도 하나의 제2 접점을 각각 결합시킴으로써, 직교(cross)로부터 직진(straight)으로의 스위치 및 직진으로부터 직교로의 스위치를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 래칭 디바이스.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 극의 부분적 릴리즈 및 완전 릴리즈 이동은,
   상기 접점을 전기적 흠(blemishes)으로부터 닦아 내기 위해 상기 적어도 하나의 극에 대한 접점 및 제1 접점 및 제2 접점 중 하나 사이의 미세한 이동을 강제하는 것을 특징으로 하는 래칭 디바이스.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 릴레이 및 하이브리드 스위치 중 하나는,
   스프링 구조의 극, 마이크로 스위치 극, 확장된 극, 스프링으로 구동되는 극, 스프링 구조의 상기 제1 및 제2 접점 중 하나, 스프링으로 구동되는 상기 제1 및 제2 접점 중 하나 및 이들의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 스프링 요소에 의해 상기 제1 및 제2 접점 중 하나와의 상기 래칭을 통해 및 상기 래칭 이후에 상기 결합을 유지하기 위해 구조화되는 것을 특징으로 하는 래칭 디바이스.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 하이브리드 스위치는,
   상기 키에 의해 상기 당김 및 푸시 중 하나에 의해 상기 적어도 하나의 극에 대한 결합을 가능하도록 하기 위해 상기 플런저를 푸싱하기 위한 상기 키를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 래칭 디바이스.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 릴레이 및 하이브리드 스위치 중 하나는,
   인쇄 회로 기반(PCB)상에 납땜(soldering)하기 위한 표면 장착 단자, PCB에 납땜하기 위한 솔더 핀 및 단자 중 적어도 하나, 리셉터클 소켓으로 삽입하기 위한 플러그 인 핀 및 단자 중 적어도 하나, 상호(reciprocal) 소켓 및 단자와 결합하기 위한 플러그 인 단자 및 소켓 중 하나, 스크류(screw) 단자, 푸시-인(push-in) 와이어 단자, 크림핑(crimping) 단자, 래핑(wrapping) 단자, 솔더 와이어 단자 및 이들의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 와이어 부착을 위한 와이어 단자 및 커넥터 중 적어도 하나를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 연결 단자 및 핀을 가지는 케이싱(casing)으로 인클로즈(enclosed)되는 것을 특징으로 하는 래칭 디바이스.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 적어도 하나의 스프링 극은,
   상기 정격 전압에서 상기 마그네틱 코일에 의해 생성되는 마그네틱 인력을 증가시키기 위한 더 높은 전기 전류 및 상기 정격 전압 펄스를 다루기 위한 더 강한 힘으로 상기 제1 및 제2 접점 중 하나를 결합시키기 위한 더 강한 스프링에 의해 구조화 된 것 및 포함하며;
   상기 정격 전압 펄스로 상기 마그네틱 코일을 공급하기 위한 관련 전기 회로는, 방전되는 높은 전압을 적시에 상기 펄스에 인젝팅(inhecting)함으로써, 상기 정격 전압 펄스를 증가시키기 위한 커패시터를 충전하기 위한 보다 높은 전압을 갖는 적어도 하나의 전기 공급 소스로 증가되어, 더 높은 속도에서 전기자가 정격 전압과 그 이하의 전압 중 하나를 낮추는 방전된 전압 공급 감소와 함께 타이밍된 마그네틱 코어와 결합하기 위한 방식으로 힘을 가하여 트레일링(trailing) 마그네틱 갭(gap)을 폐쇄함으로써 전기자의 가속된 이동에 상응하는 보다 높은 전압 및 전류의 방전 패턴에서 지수적으로 감소하는 상기 더 높은 전압에 이은 정격 전압에서의 초기 공급을 포함하는 조합 펄스를 생성하는 것을 특징으로 하는 래칭 디바이스.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 조합 펄스는,
   지수 곡선(exponential curve)을 넓히기 위해 적어도 하나의 메디안 방전 전압에 의해 추가적으로 증가되어, 마그네틱 코어를 완전히 결합하기 위한 전기자에 대한 가속된 속도 및 트레일링 거리에 상응하도록 방전 전압의 공급 시간을 길게 하는 것을 특징으로 하는 래칭 디바이스.
9. 청구항 8에 있어서,
   정격 전압까지 감소시키는 상기 방전 전압은,
   상기 래칭 및 상기 결합을 안정화시키기 위한 상기 정격 전압의 트레일러(trailer)에 의해 증가되는 것을 특징으로 하는 래칭 디바이스.
10. 청구항 7에 있어서,
    상기 릴레이 및 상기 하이브리드 스위치는,
    SPST(single pole single throw), SPDT(single pole dual throw), DPST(dual poles single throw), DPDT(dual poles dual throw), 리버싱 DPDT, MPST(three and more(multi) poles single throw)) 및 MPDT(multi poles dual throw)를 포함하는 그룹으로부터 선택되고;
    상기 릴레이 및 하이브리드 스위치 중 하나의 상기 상태는,
    스위치 온, 스위치 오버, 스위치 오프, 어떠한 접촉이 없는 것을 포함하여 상기 적어도 하나의 극과 상기 적어도 하나의 제1 접점 및 적어도 하나의 제2 접점을 각각 결합시킴으로써, 직교(cross)로부터 직진(straight)으로의 스위치 및 직진으로부터 직교로의 스위치를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 래칭 디바이스.
11. 청구항 7에 있어서,
    상기 릴레이 및 하이브리드 스위치 중 하나는,
    스프링 구조의 극, 마이크로 스위치 극, 확장된 극, 스프링으로 구동되는 극, 스프링 구조의 상기 제1 및 제2 접점 중 하나, 스프링으로 구동되는 상기 제1 및 제2 접점 중 하나 및 이들의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 스프링 요소에 의해 상기 제1 및 제2 접점 중 하나와의 상기 래칭을 통해 및 상기 래칭 이후에 상기 결합을 유지하기 위해 구조화되는 것을 특징으로 하는 래칭 디바이스.
12. 청구항 7에 있어서,
    상기 릴레이 및 하이브리드 스위치 중 하나는,
    인쇄 회로 기반(PCB)상에 납땜(soldering)하기 위한 표면 장착 단자, PCB에 납땜하기 위한 솔더 핀 및 단자 중 적어도 하나, 리셉터클 소켓으로 삽입하기 위한 플러그 인 핀 및 단자 중 적어도 하나, 상호(reciprocal) 소켓 및 단자와 결합하기 위한 플러그 인 단자 및 소켓 중 하나, 스크류(screw) 단자, 푸시-인(push-in) 와이어 단자, 크림핑(crimping) 단자, 래핑(wrapping) 단자, 솔더 와이어 단자 및 이들의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 와이어 부착을 위한 와이어 단자 및 커넥터 중 적어도 하나를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 연결 단자 및 핀을 가지는 케이싱(casing)으로 인클로즈(enclosed)되는 것을 특징으로 하는 래칭 디바이스.
13. 래칭 디바이스에 의해 적어도 하나의 제1 접점과 극 접점의 결합 및 분리 상태 중 하나를 유지하기 위한 릴레이 및 하이브리드 스위치 중 하나에 포함되는 적어도 하나의 스프링 극에 대한 단일 스로 및 듀얼 스로 극 중 접점 중 하나를 래칭하는 방법에 있어서,
    상기 래칭 디바이스는, 미세한 힘을 가하는 스프링 락 핀, 상기 락 핀을 가이드하기 위한 인덴테이션 경로를 가지는 슬라이더, 상기 슬라이더를 위한 트랙을 포함하며,
    상기 래칭 디바이스는, 전기자 및 상기 적어도 하나의 스프링 극으로부터 상기 릴레이 및 하이브리드 스위치 중 하나의 베이스 및 몸체 중 하나로 확장되고,
    상기 스프링 극은 전압 정격 마그네틱 코일에 의한 당김 및 플런저에 의한 푸시 중 하나에 의해 가해지는 무시할만한 힘에 의해 추진되는 상기 슬라이더의 이동에 의해 가이드되며,
    상기 방법은,
    a. 정격 전압 펄스 및 상기 적어도 하나의 스프링 극을 동작시키는 것을 포함하는 사람의 개별적인 손가락에 의해 공급되는 상기 코일에 의해 생성되는 마그네틱 인력, 상기 스프링 락 핀에 의해 가해지는 미세함 힘 및 상기 슬라이더의 포지션을 추진하고 이동시키기 위한 무시할 만한 힘 중 하나와 상응하는 힘으로 상기 당김 및 상기 푸시 중 하나를 가하는 단계;
    b. 상기 적어도 하나의 극 접점과 상기 적어도 하나의 제1 접점 및 상기 적어도 하나의 제2 접점 및 어떠한 접촉이 없는 것 중 하나를 결합 및 분리 중 하나를 위한 부분적 릴리즈를 포함하는 릴리즈 포지션으로부터 래치 포지션으로 상기 당김 및 푸시 중 하나를 통해 추진되는 상기 슬라이더 포지션을 교대하는 단계; 및
    c. 상기 결합 중 하나 및 상기 분리 중 하나 및 새로운 상기 당김 및 푸시 중 하나를 대기하는 상기 극의 상기 접점을 교대하는 것을 유지하기 위해 상기 슬라이더의 상기 릴리즈 및 상기 부분적 릴리즈 상태 중 상기 하나를 유지하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 래칭 방법.
14. 청구항 13에 있어서,
    상기 릴레이 및 하이브리드 스위치는,
    SPST(sing pole sing throw), SPDT(sing pole dual throw), DPST(dual poles sing throw), DPDT(dual poles dual throw), 리버싱(reversing) DPDT, MPST(three and more(multi) poles single throw) 및 MPDT(multi poles dual throw)를 포함하는 그룹으로부터 선택되며;
    상기 릴레이 및 하이브리드 스위치 중 하나의 상기 상태는,
    스위치 온, 스위치 오버, 스위치 오프, 어떠한 접촉이 없는 것을 포함하여 상기 적어도 하나의 극과 상기 적어도 하나의 제1 접점 및 적어도 하나의 제2 접점을 각각 결합시킴으로써, 직교(cross)로부터 직진(straight)으로의 스위치 및 직진으로부터 직교로의 스위치를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 래칭 방법.
15. 청구항 13에 있어서,
    상기 극의 부분적 릴리즈 및 완전 릴리즈 이동은,
    상기 접점을 전기적 흠(blemishes)으로부터 닦아 내기 위해 상기 적어도 하나의 극에 대한 접점 및 제1 접점 및 제2 접점 중 하나 사이의 미세한 이동을 강제하는 것을 특징으로 하는 래칭 방법.
16. 청구항 13에 있어서,
    상기 릴레이 및 하이브리드 스위치 중 하나는,
    스프링 구조의 극, 마이크로 스위치 극, 확장된 극, 스프링으로 구동되는 극, 스프링 구조의 상기 제1 및 제2 접점 중 하나, 스프링으로 구동되는 상기 제1 및 제2 접점 중 하나 및 이들의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 스프링 요소에 의해 상기 제1 및 제2 접점 중 하나와의 상기 래칭을 통해 및 상기 래칭 이후에 상기 결합을 유지하기 위해 구조화되는 것을 특징으로 하는 래칭 방법.
17. 청구항 13에 있어서,
    상기 키에 의해 상기 당김 및 푸시 중 하나에 의해 상기 적어도 하나의 극에 대한 결합을 가능하도록 하기 위해 상기 플런저를 푸싱하기 위한 상기 키를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 래칭 방법.
18. 청구항 13에 있어서,
    상기 릴레이 및 하이브리드 스위치 중 하나는,
    인쇄 회로 기반(PCB)상에 납땜(soldering)하기 위한 표면 장착 단자, PCB에 납땜하기 위한 솔더 핀 및 단자 중 적어도 하나, 리셉터클 소켓으로 삽입하기 위한 플러그 인 핀 및 단자 중 적어도 하나, 상호(reciprocal) 소켓 및 단자와 결합하기 위한 플러그 인 단자 및 소켓 중 하나, 스크류(screw) 단자, 푸시-인(push-in) 와이어 단자, 크림핑(crimping) 단자, 래핑(wrapping) 단자, 솔더 와이어 단자 및 이들의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 와이어 부착을 위한 와이어 단자 및 커넥터 중 적어도 하나를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 연결 단자 및 핀을 가지는 케이싱(casing)으로 인클로즈(enclosed)되는 것을 특징으로 하는 래칭 방법.
19. 청구항 13에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스프링 극은,
    상기 정격 전압에서 상기 마그네틱 코일에 의해 생성되는 마그네틱 인력을 증가시키기 위한 더 높은 전기 전류 및 상기 정격 전압 펄스를 다루기 위한 더 강한 힘으로 상기 제1 및 제2 접점 중 하나를 결합시키기 위한 더 강한 스프링에 의해 구조화 된 것 및 포함하며;
    상기 정격 전압 펄스로 상기 마그네틱 코일을 공급하기 위한 관련 전기 회로는, 방전되는 높은 전압을 적시에 상기 펄스에 인젝팅(inhecting)함으로써, 상기 정격 전압 펄스를 증가시키기 위한 커패시터를 충전하기 위한 보다 높은 전압을 갖는 적어도 하나의 전기 공급 소스로 증가되어, 더 높은 속도에서 전기자가 정격 전압과 그 이하의 전압 중 하나를 낮추는 방전된 전압 공급 감소와 함께 타이밍된 마그네틱 코어와 결합하기 위한 방식으로 힘을 가하여 트레일링(trailing) 마그네틱 갭(gap)을 폐쇄함으로써 전기자의 가속된 이동에 상응하는 보다 높은 전압 및 전류의 방전 패턴에서 지수적으로 감소하는 상기 더 높은 전압에 이은 정격 전압에서의 초기 공급을 포함하는 조합 펄스를 생성하는 것을 특징으로 하는 래칭 방법.
20. 청구항 19에 있어서,
    상기 조합 펄스는,
    지수 곡선(exponential curve)을 넓히기 위해 적어도 하나의 메디안 방전 전압에 의해 추가적으로 증가되어, 마그네틱 코어를 완전히 결합하기 위한 전기자에 대한 가속된 속도 및 트레일링 거리에 상응하도록 방전 전압의 공급 시간을 길게 하는 것을 특징으로 하는 래칭 방법.
21. 청구항 20에 있어서,
    정격 전압까지 감소시키는 상기 방전 전압은,
    상기 래칭 및 상기 결합을 안정화시키기 위한 상기 정격 전압의 트레일러(trailer)에 의해 증가되는 것을 특징으로 하는 래칭 방법.
22. 청구항 19에 있어서,
    상기 릴레이 및 상기 하이브리드 스위치는,
    SPST(single pole single throw), SPDT(single pole dual throw), DPST(dual poles single throw), DPDT(dual poles dual throw), 리버싱 DPDT, MPST(three and more(multi) poles single throw)) 및 MPDT(multi poles dual throw)를 포함하는 그룹으로부터 선택되고;
    상기 릴레이 및 하이브리드 스위치 중 하나의 상기 상태는,
    스위치 온, 스위치 오버, 스위치 오프, 어떠한 접촉이 없는 것을 포함하여 상기 적어도 하나의 극과 상기 적어도 하나의 제1 접점 및 적어도 하나의 제2 접점을 각각 결합시킴으로써, 직교(cross)로부터 직진(straight)으로의 스위치 및 직진으로부터 직교로의 스위치를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 래칭 방법.
23. 청구항 19에 있어서,
    상기 릴레이 및 하이브리드 스위치 중 하나는,
    스프링 구조의 극, 마이크로 스위치 극, 확장된 극, 스프링으로 구동되는 극, 스프링 구조의 상기 제1 및 제2 접점 중 하나, 스프링으로 구동되는 상기 제1 및 제2 접점 중 하나 및 이들의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 스프링 요소에 의해 상기 제1 및 제2 접점 중 하나와의 상기 래칭을 통해 및 상기 래칭 이후에 상기 결합을 유지하기 위해 구조화되는 것을 특징으로 하는 래칭 방법.
24. 청구항 19에 있어서,
    상기 릴레이 및 하이브리드 스위치 중 하나는,
    인쇄 회로 기반(PCB)상에 납땜(soldering)하기 위한 표면 장착 단자, PCB에 납땜하기 위한 솔더 핀 및 단자 중 적어도 하나, 리셉터클 소켓으로 삽입하기 위한 플러그 인 핀 및 단자 중 적어도 하나, 상호(reciprocal) 소켓 및 단자와 결합하기 위한 플러그 인 단자 및 소켓 중 하나, 스크류(screw) 단자, 푸시-인(push-in) 와이어 단자, 크림핑(crimping) 단자, 래핑(wrapping) 단자, 솔더 와이어 단자 및 이들의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 와이어 부착을 위한 와이어 단자 및 커넥터 중 적어도 하나를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 연결 단자 및 핀을 가지는 케이싱(casing)으로 인클로즈(enclosed)되는 것을 특징으로 하는 래칭 방법.

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