KR20190056324A - 더블 브레이커 스위치 - Google Patents

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KR20190056324A
KR20190056324A KR1020180140826A KR20180140826A KR20190056324A KR 20190056324 A KR20190056324 A KR 20190056324A KR 1020180140826 A KR1020180140826 A KR 1020180140826A KR 20180140826 A KR20180140826 A KR 20180140826A KR 20190056324 A KR20190056324 A KR 20190056324A
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티투스 지글러
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티이 커넥티버티 저머니 게엠베하
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Abstract

더블 브레이커 스위치(100)는, 연결 지점(204)에서 액추에이터(202)에 힘-전달 방식으로 연결되는 컨택 브릿지(200), 제1 아암(210)을 통해 연결 지점에 힘-전달 방식으로 연결되고, 스위치의 폐쇄 상태에서, 제1 컨택 지점(501)에서 제1 브릿지 컨택(230)을 대향하는 제1 고정 컨택(300)과 전기적으로 컨택시키는 제1 컨택 어레인지먼트(500), 제2 아암(220)을 통해 연결 지점에 힘-전달 방식으로 연결되고, 스위치의 폐쇄 상태에서, 제2 컨택 지점(602) 및 제3 컨택 지점(603)에서 제2 브릿지 컨택(240)을 대향하는 제2 고정 컨택(400)과 전기적으로 컨택시키는 제2 컨택 어레인지먼트(600)를 포함하며, 제2 아암은 제1 아암보다 길다.

Description

더블 브레이커 스위치{DOUBLE BREAKER SWITCH}
본 발명은 더블 브레이커 스위치(double breaker switch)에 관한 것이다.
지금까지, 전기 스위치들, 특히 콘택터(contactor)들 및 릴레이(relay)들에 대한 다양한 기법들이 개발되었다. 일반적으로, 전기 스위치들은 전기 제어 전압들에 의해 적어도 하나의 전기 회로를 폐쇄 또는 개방하기에 적합하며, 다음의 응용 분야들에서 사용된다:
- 작은 전력으로 제어되는 고전력을 스위칭하는 것,
- 상이한 전압 레벨들, 예컨대, 입력측에서의 낮은 전압 및 출력측에서의 네트워크 전압을 분리하는 것,
- 직류 및 교류 회로들을 분리하는 것,
- 단일 제어 신호에 의해 복수의 회로들을 동시에 스위칭하는 것,
- 정보를 링크하고, 그에 의해 제어 프로시저들을 구성하는 것.
특히, 상이한 스위칭 태스크들을 위한 스위치들은 자동차 전자 장치 분야에서 사용된다. 이러한 경우, 예컨대, BEV(battery electric vehicle)들, HEV(hybrid electric vehicle)들 또는 PHEV(plug-in hybrid electric vehicle)들과 같은 전기 모터들을 갖는 차량용 스위치들이 사용된다. 예컨대, 중간 전력 범위 내의 하이브리드 및 전기 차량용 고-전압 콘택터가 사용될 수 있다. 따라서, 그러한 콘택터들은 400V 리튬 이온 어큐뮬레이터(accumulator)용 주 스위치들로서 사용될 수 있다. 그러한 고-전압 콘택터들은, 예컨대, 175A의 정전류 및 5kA의 단락-회로 커패시턴스에 대해 구성될 수 있다. 결과적으로, 그러한 고-전압 콘택터들은 중간 전류 부하들에 대한 요건들을 충족한다.
일반적으로, 반드시 그런 것은 아니지만, 릴레이는 단일 브레이커 스위치로서 설명되는 반면, 더블 브레이커 스위치는 콘택터로서 설명된다. 예컨대, 더블 브레이커 스위치는, 스위치에 안전하게 연결된 2개의 고정 콘택들, 및 스위치에서 이동가능한 콘택 브리지(contact bridge)에 맞추어진(fitted) 2개의 브리지 콘택들을 가질 수 있다.
게다가, 릴레이들은 일반적으로, 비교적 낮은 스위칭 전력들로 구성되며, 통상적으로 임의의 스파크 소화 챔버를 갖지 않는 반면, 콘택터들은 비교적 큰 스위칭 전력들로 구성되며, 통상적으로 스파크 소화 챔버를 추가로 갖는다.
비교적 큰 스위칭 전력들의 결과로서, 보다 큰 콘택들이 통상적으로 콘택터들에 필요하다. 일반적으로, 전기 회로 또는 전자 회로가 단락-회로 동안의 출력들에서 어떠한 손상도 입지 않는 경우, 이는 단락-회로 저항(short-circuit resistance)으로 지칭된다. 단락-회로 저항은, 과부하의 경우 또는 단락-회로들 동안, 과도한 전압들 또는 전류들 또는 열 부하들에 의해 회로들이 손상 또는 파괴되지 않도록 보장한다.
예컨대, 단락-회로 저항은 고정 콘택들과의 브리지 콘택들의 강력한 압축에 의해 증가될 수 있다. 그에 따라서, 고 단락-회로 전류들에서 콘택들의 용접(welding) 또는 더블 브레이커 스위치의 파괴(destruction)가 회피될 수 있다.
그것은, 반발력(repelling force)이 2개의 분리가능한 콘택들 사이의 콘택 지점에서 생산될 수 있다는
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
(Investigations into the current-carrying capacity and the switching capacity of contact arrangements in non-hermetically-sealed switching chambers at 400 V) [21st Albert-Keil Contact Seminar, Karlsruhe, 28th-30th September 2011, VDE-Fachbereich 67, VDE VERLAG GMBH, Berlin, Offenbach]라는 발행물로부터 알려져 있다. 특히, 도 11은 측면도로서 그리고 도 12는 평면도로서, 콘택 척력(contact repulsion)을 야기하는 이러한 발행물에 따른 전류 경로들의 개략적 예시들을 도시한다.
지각가능한 잡음들 및 진동들을 방지하기 위해 더블 브레이커 스위치에 대한 솔루션이 WO 2014/093045 A1에서 더 잘 알려져 있다. 이 솔루션은 2개의 고정 콘택들과 콘택가능한 이동가능한 브리지 상에 3개의 표면 콘택들을 제공한다. 특히, 콘택 브리지의 아암(arm)들은 액추에이터(actuator)로부터 힘을 전달하기 위해 대칭이 된다.
본 발명의 목적은, 스위치의 서비스-수명에 걸쳐 단락-회로 저항을 증가시키는 것, 사용되는 재료들을 감소시키는 것 및 예컨대, 급격한 주기적인 부하 전류 변화들의 결과로서 생산되는 휘바람 잡음들을 감소시키는 것이다.
게다가, 본 발명의 목적은 기존의 시스템들에서 개조될 수 있고 비용-효율적 솔루션을 발견하는 것이다.
이 목적은 독립항에 의해 달성된다. 유리한 전개들은 종속항들의 컴포넌트들이다.
일 실시예에 따라, 더블 브레이커 스위치는 연결 지점에서 액추에이터에 힘-전달 방식으로 연결되는 콘택 브리지를 포함한다. 더블 브레이커 스위치는, 제1 아암(arm)을 통해 연결 지점에 힘-전달 방식으로 연결되고, 스위치의 폐쇄 상태에서, 제1 콘택 지점에서 제1 브리지 콘택을, 대향하는 제1 고정 콘택과 전기적으로 콘택시키는 제1 콘택 어레인지먼트(contact arrangement)를 더 포함한다. 더블 브레이커 스위치는, 제2 아암을 통해 연결 지점에 힘-전달 방식으로 연결되고, 스위치의 폐쇄 상태에서, 제2 콘택 지점 및 제3 콘택 지점에서 제2 브리지 콘택을, 대향하는 제2 고정 콘택과 전기적으로 콘택시키는 제2 콘택 어레인지먼트를 더 포함하고, 여기서 제2 아암은 제1 아암보다 길다.
그러한 스위치의 결과로서, 전류(I)는 제1 폐쇄 상태에서 운반될 수 있다. 스위치의 제2 개방 상태에서, 전류는 2회 인터럽트된다. 이러한 경우, 스위치에 단단히 연결된 고정 콘택들의 포지션에 대한 콘택 브리지의 제1 및 제2 포지션의 결과로서 스위치의 폐쇄 상태 및 개방 상태는 서로 상이하다. 유리하게, 콘택 브리지는 제1 포지션과 제2 포지션 사이에서 액추에이터에 의해 이동된다.
특히, 전류(I)에 대한 라인 단면은 콘택 지점들에서 폐쇄 상태에서 최소이다. 게다가, 콘택 지점들에서 스위치의 폐쇄 상태에서 연결되고 서로 대향하는 고정 콘택들 및 브리지 콘택들은 유한 범위를 갖는다. 이러한 경우, 고정 콘택들 및 브리지 콘택들의 원주는 콘택 지점들의 원주보다 크다. 결과적으로, 콘택 지점들을 통해 흐르기 위해, 전류(I)는 콘택 지점의 한 측에 포커싱되며, 콘택 지점의 대향하는 측에 디포커싱된다. 특히, 둥근 고정 콘택들 및 브리지 콘택들의 경우, 방사상으로 대칭인 필드가 전도체에 형성되고, 여기서 콘택 지점은 필드의 중심 지점을 형성한다. 다시 말해서, 콘택 지점은 별-형 방식으로 공급된다. 이러한 경우, 전류가 콘택 지점을 향해 한 번 흐르고 대향하는 측에서의 콘택 지점으로부터 멀어지게 흐르기 때문에, 대향하는 고정 콘택들 및 브리지 콘택들에서의 전류들의 방향들은 각각 대향한다. 원형 이외의 주변 형상들, 즉, 예컨대, 직사각형, 타원형 또는 콘택 지점의 지역에서의 제1 근사로서의 임의의 다각형을 갖는 고정 콘택들 및 브리지 콘택들이 또한, 방사상으로 대칭인 필드를 형성한다는 것 ― 여기서, 콘택 지점이 이 필드의 중심 지점을 형성함 ― 이 당업자에게 명백하다.
전류의 방사상으로 대칭인 필드를 갖는 그러한 대향하는 전류-운반 전도체들 ― 전류(I)는 대향하는 전도체들에서 대향하는 방향으로 흐름 ― 은 로런츠(Lorentz) 힘의 결과로서 반발(repel)된다. 결과적으로, 반발력 F는 폐쇄 상태에서 그러한 더블 브레이커 스위치 내의 각각의 고정 콘택들과 브리지 콘택들 사이에서 생산된다. 이러한 경우, 콘택 지점에서의 힘 R은 일반적으로, 전류(I)의 강도의 제곱에 비례하며, 즉, F~I2이다.
전류(I)가 이제, 제1 콘택 어레인지먼트에 의해 그리고 제2 콘택 어레인지먼트에 의해 운반되면, 제1 아암 상에 작용하는 힘 F1 및 제2 아암 상에 작용하는 힘 F2,3이 계산될 수 있다. 상세하게는, 제1 브리지 콘택과 제1 고정 콘택 사이에 제1 반발력 F1 = k*I²가 작용하며, 여기서 k는 상수이다. 제2 콘택 어레인지먼트의 경우, 전류(I)는 제2 콘택 지점 및 제3 콘택 지점을 통해 분배될 수 있다. 전류(I)가 제2 및 제3 콘택 지점들을 통해 균일하게 분배되는 것, 즉, 전류 J=I/2가 제2 및 제3 콘택 지점들 각각을 통해 흐르는 것이 특히 유리할 수 있다. 결과적으로, 힘 F2 = m*J²= m*I²/4는 그 다음, 제2 콘택 지점에 대한 결과로 나타나고, 힘 F3 = n*J²= n*I²/4²는 그 다음, 제3 콘택 지점에 대한 결과로 나타나며, 여기서, m 및 n은 상수들이다. 그에 따라서, 제2 브리지 콘택과 제2 고정 콘택 사이에 반발력 F2,3 = (F2 + F3)이 작용한다. 상수들을 고려하지 않고, 즉, 예컨대, k=m=n인 경우, 결과는, 전류가 2개의 콘택 지점들에 의해 균일하게 운송되므로 제2 아암에 대한 힘이 감소된다는 것이다. 특히, J=I/2인 경우, 힘 F2,3은 반으로 준다.
힘들이 또한, 상수들 k, m 및 n의 값들에 의해 치수가 정해진다는 것이 당업자에게 명백하다. 이러한 경우, 상수들 k, m 및 n은 또한, 적어도, 고정 및 브리지 콘택들의 특성들을 고려한다. 상수들은 특히, 고정 및 브리지 콘택들의 형상을 고려한다. 이러한 경우, 형상은 변수들, 이를테면, 고정 및 브리지 콘택들의 원주 및 대향하는 고정 및 브리지 콘택들의 표면들의 특성들을 포함한다. 예컨대, 반발력은 고정 및 브리지 콘택들의 원주에 따라 증가한다. 표면의 특성은 곡률 반경일 수 있으며, 이에 의해 콘택 지점이 고정 또는 브리지 콘택 상에 형성된다. 예컨대, 콘택 지점은 원뿔형의 고정 또는 브리지 콘택에 의해 형성될 수 있다.
반발력들 F1 및 F2,3은 스위치를 폐쇄 상태로 유지하기 위해 보상되어야 한다. 이를 위해, 액추에이터는 연결 지점에서 콘택 브리지에 힘-전달 방식으로 연결된다. 특히, 적어도 필요한 힘 FB는 레버 원리에 의해 액추에이터에서 계산될 수 있다. 결과적으로, 바람직하게는 아암의 길이 및 힘으로부터의 곱들이 각각 동일하다는 것이 밝혀졌다. 그에 따라서, 제1 아암(a)의 길이와 힘 F1의 곱은 바람직하게, 제2 아암(b)의 길이 힘 F2,3의 곱과 동일하다. 적합하게 선택되는 상수들 및 아암 길이들(a 및 b)에 의해, 액추에이터가 콘택 브리지 상으로 전달해야 하는 힘이 감소될 수 있다. 특히, 제2 아암이 제1 아암보다 긴 경우, 힘이 감소될 수 있다.
결과적으로, 액추에이터는 고정 콘택들과 브리지 콘택들 사이의 반발력을 보상하기 위해 더 적은 힘을 제공해야 한다. 동시에, 동일한 힘이 소비되는 경우, 단락-회로 저항이 감소될 수 있다.
제1 브리지 콘택 및 제2 브리지 콘택이 전기적으로 연결되는 것이 유리하며, 여기서, 유리하게는 제1 브리지 콘택 및 제2 브리지 콘택은 콘택 브리지의 대향하는 종단들에 배열된다.
바람직하게는, 3개의 콘택 지점들은 평면을 정의한다. 결과적으로, 콘택 브리지는 고정 콘택들과 관련하여 안정적인 방식으로 포지셔닝될 수 있다. 평면의 법선이 액추에이터에 의해 전달되는 힘의 방향으로 지향되는 것이 특히 유리하다. 결과적으로, 힘 전달은 액추에이터에 의해 최적화될 수 있다. 게다가, 결과적으로 힘이 최적으로 전달되고, 브리지 콘택이 고정 콘택들과 관련하여 특히 안정적인 방식으로 포지셔닝될 수 있기 때문에, 3개의 콘택 지점들이 등변 삼각형(equal-sided triangle)을 형성하는 것이 유리할 수 있다.
게다가, 고정 콘택들 및 브리지 콘택들 중 적어도 하나가 볼륨 엘리먼트에 연결된 콘택 돌출부를 포함하는 것이 유리할 수 있으며, 여기서, 콘택 돌출부의 원주는 볼륨 엘리먼트의 원주보다 작다.
이러한 경우, 콘택 돌출부가 또한 볼륨 엘리먼트의 콘택 터칭 면인 것으로 이해될 수 있다는 것이 당업자에게 명백하다. 대안적으로, 콘택 돌출부는 콘택 터칭 지점을 갖는 콘택 팁일 수 있다. 그러한 볼륨 엘리먼트는, 그것이 콘택 발화(contact fire)에 의해 침식하기 위한 재료를 제공하기 때문에, 특히 유리하다. 볼륨 엘리먼트의 원주가 콘택 돌출부의 원주보다 큰 경우, 스위치의 서비스-수명 동안, 볼륨 엘리먼트는 주로 표면에서 침식되고, 그리고 동시에 볼륨 엘리먼트의 높이는 보호된다. 이러한 경우, 스위치의 서비스-수명 동안의 높이의 침식은 액추에이터의 보다 큰 힘 FB에 의해 보상될 수 있다. 콘택 돌출부가 수 밀리미터 직경, 예컨대, 2mm를 가지며, 볼륨 엘리먼트가 2배 내지 3배나 큰 직경을 갖는 것이 특히 유리할 수 있다.
콘택 돌출부 ― 이는 또한 콘택 팁일 수 있음 ― 를 갖는 볼륨 엘리먼트가 볼륨 엘리먼트의 높이(h)에 걸쳐 일정한 콘택 단면을 갖는 것이 특히 유리하다. 예컨대, 반경(r)을 갖는 원형 콘택 단면은, 원주가 2*π*r이고 볼륨이 2*π*r*h인, 콘택 돌출부 ― 이는 또한 콘택 팁일 수 있음 ― 를 갖는 원통형 볼륨 엘리먼트를 형성한다. 콘택 단면이 대안적으로 또한, 타원형, 삼각형, 사변형 원주, 또는 예컨대, 다각형에 의해 설명될 수 있는 임의의 원주를 가질 수 있다는 것이 당업자에게 명백하다. 특히, 그러한 일정한 콘택 단면은, 급격한 콘택들, 즉, 예컨대, 콘택 팁을 갖는 원뿔형 볼륨 엘리먼트들 ― 이는 또한 콘택 터칭 지점일 수 있음 ― 이 초기에 보다 빨리 마모되기 때문에 유리하다. 특히, 반발력은 콘택 피스 직경 대 실제 금속 전도성 콘택 터칭 지점들의 비율로부터 발생하는 로그에 비례한다는 것이 당업자에게 명백하다. 즉, 콘택 직경이 2배만큼 감소되면, 반발력은 10%만큼 감소한다.
특히, 또한 콘택 터칭 지점일 수 있는 콘택 돌출부의 원주와 볼륨 엘리먼트의 원주 사이의 사이즈 비율의 선택에서 상이한 변수들이 고려될 수 있다. 예컨대, 콘택 직경이 제로에 근접하는 것, 즉, 연필 심형, 원뿔형 또는 원뿔대형처럼 보이는 것이 반발력에 유리할 수 있다. 동시에, 이것은 보다 강력한 마모를 초래하며, 그에 따라서, 리프팅 아마추어(lifting armature)에 보다 많은 재료가 다시 필요하다. 고정 콘택들 및 브리지 콘택들 중 적어도 하나가 은 또는 은 합금을 포함하는 것이 추가로 유리할 수 있다. 유리하게는, 모든 고정 콘택들 및 브리지 콘택들이 은으로 생산된다.
제2 고정 콘택들 및 브리지 콘택들 중 적어도 하나는 별개의 개별 콘택들로 세분화되는 것이 추가로 유리할 수 있다. 유리하게는, 이러한 별개의 개별 콘택들은 동일한 치수들을 갖는다. 제1 고정 콘택들 및 브리지 콘택들 중 적어도 하나는 개별 콘택들과 동일한 치수들을 갖는 것이 특히 유리하다. 그러한 적어도 부분적으로 동일한 고정 콘택들 및 브리지 콘택들은 보다 비용-효율적으로 생산될 수 있다. 게다가, 동일한 컴포넌트들의 어셈블리가 에러에 보다 저항성이 있기 때문에, 생산은 최적화될 수 있다. 모든 개별 콘택들 및 더블 콘택들이 동일하고, 특히, 동일한 치수들을 갖는 것이 특히 유리한 것으로 밝혀졌다.
대안적으로, 제2 고정 콘택들 및 브리지 콘택들 중 적어도 하나는 볼륨 엘리먼트에 연결된 2개의 콘택 돌출부들을 갖는 프로파일링된(profiled) 더블 콘택을 갖는 것이 유리할 수 있다. 그러한 솔루션은, 그것이 기존 시스템들에서 용이하게 개조될 수 있기 때문에 특히 유리하다.
더블 브레이커 스위치가 액추에이터에 대한 전자기적 구동부를 포함하는 것이 추가로 유리할 수 있다. 그러나, 액추에이터가 또한, 예컨대, 공압 구동될 수 있을 수 있기 때문에, 본 발명은 그러한 구동으로 제한되는 것은 아니다.
더블 브레이커 스위치가 스위칭 아크들에 의해 생산되는 콘택 발화를 감소시키기 위해 블로 자석(blow magnet)을 더 포함하는 것이 유리할 수 있다. 게다가, 그러한 블로 자기장(blow magnetic field)이 전류가 흐르는 콘택 브리지에 힘 FM을 가할 수 있다는 것이 당업자에게 명백하다. 특히, 최적의 연결 지점의 계산에서 이러한 힘 FM을 고려하는 것이 유리할 수 있다. 특히, 그러한 블로 자기장은 또한 제1 및 제2 아암의 상이한 길이를 초래한다.
전류가 제2 및 제3 콘택 지점들에 걸쳐 균일하게 분배되고, 즉, J = I/2이고, 상수들이 동일한 것으로 선택되고, 즉, k=m=n, 그리고 어떠한 다른 힘들도 작용하지 않는 것, 즉, 제2 아암이 제1 아암보다 2배가 더 길도록 FM = 0 또는 FM이 연결 지점에서 콘택 브리지에 작용하는 것이 유리할 수 있다. 대안적 실시예에 따라, 전류는 불균일한 방식으로 분배된다. 그런 다음, 제2 아암의 길이가 제1 아암의 길이의 2배보다 작으므로 액추에이터가 가해야 하는 힘 FB가 감소된다.
본 발명의 보다 양호한 이해를 위해, 이것은 다음의 도면들에서 예시되는 실시예들을 참조하여 보다 상세하게 설명된다. 이러한 경우, 동일한 컴포넌트들은 동일한 참조 번호들 및 동일한 컴포넌트 명칭들로 표시된다. 게다가, 도시되고 설명되는 상이한 실시예들로부터의 일부 특징들 또는 특징 조합들은 또한, 본질적으로 독립적인 발명의 솔루션들 또는 본 발명에 따른 솔루션들을 도시할 수 있다.
도면들에서:
도 1은 고정 콘택들 및 콘택 브리지의 사시도를 도시한다.
도 2는 고정 콘택들 및 콘택 브리지의 다른 사시도를 도시한다.
도 3은 고정 콘택들 및 콘택 브리지의 측면도를 도시한다.
도 4는 더블 브레이커 스위치의 측면도를 도시한다.
도 5는 콘택 브리지에 의해 콘택되는 고정 콘택들의 개략도를 도시한다.
도 6은 도 5의 어레인지먼트에서의 전자들의 이동의 개략도를 도시한다.
도 7은 도 5의 어레인지먼트에서의 작용력(acting force)들의 개략도를 도시한다.
도 8은 도 5의 어레인지먼트에서의 합성력(resultant force)들의 개략도를 도시한다.
도 9는 3개의 콘택 지점들의 어레인지먼트의 개략적 평면도를 도시한다.
도 10은 3개의 콘택 지점들의 다른 어레인지먼트의 개략적 평면도를 도시한다.
도 11은 콘택 척력을 야기하는 전류 경로들의 개략적 측면도를 도시한다.
도 12는 콘택 척력을 야기하는 전류 경로들의 개략적 평면도를 도시한다.
이제, 본 발명은 도면들 및 처음에 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명될 것이다. 도 1에서 가장 잘 알 수 있는 바와 같이, 더블 브레이커 스위치(100)는 콘택 브리지(200), 제1 고정 콘택(300) 및 제2 고정 콘택(400)으로 구성된다.
도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 액추에이터(202)는 연결 지점(204)에서 콘택 브리지(200)에 힘-전달 방식으로 연결된다. 콘택 브리지(200)는 연결 지점(204)에 힘-전달 방식으로 연결된 제1 아암(210) 및 제2 아암(220)을 더 포함한다. 제1 아암(210)에서, 제1 브리지 콘택(230)은 제1 브리지 종단(206)에 구성되고, 제2 브리지 콘택(240)은 제1 브리지 종단(206)과 대향하는 제2 브리지 종단(208)에서 제2 아암(220) 상에 구성된다. 게다가, 콘택 브리지(200)는 연결 지점(204)에서 탄성 엘리먼트(205)에 의해 액추에이터(202)에 탄성적으로 연결된다.
도시되는 실시예에 따라, 스위치(100)의 개방 상태에서, 제1 고정 콘택(400)은 제1 브리지 콘택(230)에 대향하고, 제2 고정 콘택(500)은 제2 브리지 콘택(240)에 대향한다. 이러한 어레인지먼트는 본 발명으로 제한되는 것은 아니라는 것이 당업자에게 명백하다. 대안적으로, 브리지 콘택들(230 및 240)은 또한 스위치(100)의 개방 상태에서 고정 콘택들(300 및 400)에 대해 측방향으로 오프셋되도록 배열될 수 있다.
게다가, 도 1에서 가장 잘 알 수 있는 바와 같이, 제1 고정 콘택(300)은 제1 볼륨 엘리먼트(304)와의 단일 콘택으로서 구성된다. 제2 고정 콘택(400)은 더블 콘택으로서 구성되며, 제2 볼륨 엘리먼트(404) 및 제3 볼륨 엘리먼트(406)를 포함한다.
유사하게, 도 2에서 가장 잘 알 수 있는 바와 같이, 제1 브리지 콘택(230)은 제4 볼륨 엘리먼트(234)와의 단일 콘택으로서 구성된다. 제2 브리지 콘택(240)은 더블 콘택으로서 구성되며, 제5 볼륨 엘리먼트(244) 및 제6 볼륨 엘리먼트(246)를 포함한다.
본 발명은 더블 콘택으로서 구성되는 제2 고정 콘택(400) 및/또는 제2 브리지 콘택(240)에 의해 제한되는 것이 아니라는 것이 당업자에게 명백하다. 예컨대, 스위치(100)의 폐쇄 상태에서, 더블 콘택이 단지 제2 고정 콘택(400) 상에서 구성되거나 또는 더블 콘택이 단지 제2 브리지 콘택(240) 상에서 구성되므로, 제2 아암(220) 상의 더블 콘택이 또한 생산될 수 있다. 대안적으로, 둘 모두, 즉, 제2 고정 콘택(400) 및 제2 브리지 콘택(240)을 단일 콘택으로서 구성하고, 그리고 스위치(100)의 폐쇄 상태에서, 절연 디바이스, 예컨대, 콘택된 제2 고정 콘택(400)과 제2 브리지 콘택(240) 사이의 절연 스레드를 도입하는 것이 또한 가능하다.
게다가 그리고 특히 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 일 실시예에 따라, 6개의 볼륨 엘리먼트들 각각이 콘택 돌출부에 연결될 수 있다. 각각의 콘택 돌출부는 또한, 볼륨 엘리먼트의 콘택 팁일 수 있다. 특히, 제1 볼륨 엘리먼트(304)는 제1 콘택 돌출부(302)에 연결되고, 제2 볼륨 엘리먼트(404)는 제2 콘택 돌출부(402)에 연결되고, 제3 볼륨 엘리먼트(406)는 제3 콘택 돌출부(405)에 연결된다. 게다가, 제4 볼륨 엘리먼트(234)는 제4 콘택 돌출부(232)에 연결되고, 제5 볼륨 엘리먼트(244)는 제5 콘택 돌출부(242)에 연결되고, 제6 볼륨 엘리먼트(246)는 제6 콘택 돌출부(245)에 연결된다.
도 5에 도시되는 실시예에 따라, 콘택 돌출부들은 둥근 원뿔대형들로서 제1 근사치로서 구성된다. 특히, 콘택 돌출부의 원주는 콘택 돌출부들에 연결된 볼륨 엘리먼트들의 원주보다 작다. 그러한 어레인지먼트는, 볼륨 엘리먼트가 그에 의해 스위치의 서비스-수명 동안 콘택 발화의 결과로서 침식될 수 있는 재료를 제공하기 때문에, 특히 유리하다. 특히, 콘택 돌출부의 원주와 비교하여 볼륨 엘리먼트의 비교적 큰 원주의 결과로서, 볼륨 엘리먼트의 재료의 침식은 높이 측면에서라기 보다는 표면-면적 측면에서 더 크다. 결과적으로, 스위치(100)의 서비스-수명에 걸쳐, 스위치의 폐쇄 상태에서의 콘택들의 간격은, 볼륨 엘리먼트의 원주가 콘택 돌출부의 원주와 동일하거나 또는 그보다 작고, 그리고 결과적으로 서비스-수명 동안 높이의 측면에서 보다 강력하게 침식될 경우보다 더 작은 범위까지 감소된다.
예컨대, 대략 2mm인 콘택 돌출부의 직경 및 대략 5mm의 볼륨 엘리먼트의 직경의 경우, 스위치의 서비스-수명 동안 0.2mm의 볼륨 엘리먼트의 높이의 감소가 생산된다. 게다가, 콘택 돌출부에 비해 볼륨 엘리먼트의 비교적 큰 직경은, 그러한 콘택들이 또한 측방향 허용 오차들을 제공하기 때문에, 유리하다. 그러나, 대향하는 고정 콘택들(300 및 400) 및 브리지 콘택들(230 및 240) 사이의 반발력은 볼륨 엘리먼트의 비교적 큰 원주의 결과로서 증가된다.
콘택 돌출부들은 볼륨 엘리먼트보다는 원주 측면에서 보다 작아지게 하기 위해 둥근 원뿔대형에 의해 반드시 형성될 필요는 없다는 것이 당업자에게 명백하다. 예컨대, 콘택 돌출부는 볼륨 엘리먼트 상의 돌출부에 의해 형성될 수 있다. 볼륨 엘리먼트 및 콘택 돌출부가 일체형으로 생산되는 것이 특히 유리할 수 있다.
일 실시예에 따라, 도시되는 바와 같이, 예컨대, 도 1 내지 도 4에서, 브리지 콘택들(230 및 240) 및 고정 콘택들(300 및 400)의 6개의 볼륨 엘리먼트들(234, 244, 246, 304, 404 및 406)은 직육면체인 것으로 구성된다. 도 1 내지 도 4에 도시되지 않은 콘택 돌출부들은 바람직하게, 고정 콘택들 및 브리지 콘택들의 볼륨 엘리먼트들의 대향하는 베이스 면들의 중앙에 구성된다. 이러한 베이스 면들은 정사각형이며, 볼륨 엘리먼트들의 높이보다 큰 측면 길이들을 갖는다.
도시되지 않은 대안적 실시예에서, 볼륨 엘리먼트들은 원통형들로서 구성된다. 콘택 돌출부들은 바람직하게, 원통형들의 대향하는 원형 면들의 중앙에 배열된다. 바람직하게는, 원통형의 높이는 원통형의 직경보다 작다.
일반적으로, 베이스 면 및 높이에 의해 설명되는 볼륨 엘리먼트는 콘택으로서, 즉, 고정 콘택 및 브리지 콘택 둘 모두로서 사용될 수 있다. 베이스 면 및 특히, 그것의 원주는, 예컨대, 다각형에 의해 설명될 수 있다. 베이스 면은 콘택 지점에서 대향하는 콘택에 콘택하며, 대향하는 콘택은 바람직하게, 베이스 면의 중앙에 배열되며, 바람직하게, 콘택 돌출부에 의해 형성된다. 이러한 경우, 베이스 면의 중심 직경은 바람직하게, 볼륨 엘리먼트의 높이보다 크다.
본 발명에 따르면, 도 9 및 도 10에서 알 수 있는 바와 같이, 스위치(100)는, 폐쇄 상태에서, 제1 콘택 어레인지먼트(500) 및 제2 콘택 어레인지먼트(600)를 포함한다.
제1 콘택 어레인지먼트(500)는 제1 콘택 지점(501)을 포함하며, 제1 콘택 지점(501)은, 스위치(100)의 폐쇄 상태에서, 대향하는 제1 고정 콘택(300)과 함께 제1 브리지 콘택(230)에 의해 형성된다. 일 실시예에 따라, 제1 콘택 지점(501)은 제1 콘택 돌출부(302) 및 제4 콘택 돌출부(232)에 의해 형성된다.
제2 콘택 어레인지먼트(600)는 제2 콘택 지점(602) 및 제3 콘택 지점(603)을 포함하며, 제2 콘택 지점(602) 및 제3 콘택 지점(603)은, 스위치(100)의 폐쇄 상태에서, 대향하는 제2 고정 콘택(400)과 함께 제2 브리지 콘택(240)에 의해 형성된다. 일 실시예에 따라, 제2 콘택 지점(602)은 제2 콘택 돌출부(402) 및 제5 콘택 돌출부(242)에 의해 형성되고, 제3 콘택 지점(603)은 제3 콘택 돌출부(405) 및 제6 콘택 돌출부(245)에 의해 형성된다.
도 6이 도시하는 바와 같이, 음으로 하전된 전자들은 제1 콘택 어레인지먼트(500) 및 제2 콘택 어레인지먼트(600)를 통해 흐른다. 대안적으로, 이러한 효과들은 또한 정공(positive hole) 전도에 의해 도시될 수 있다. 특히, 전자들은 콘택 지점들(501, 602 및 603)에 도달될 때 집중되며, 전자들은 콘택 지점들(501, 602 및 603)을 떠날 때 발산한다. 서로 대향하는 이동된 전하들은 대향하는 자기장들을 형성하며, 이 대향하는 자기장들은 콘택 지점들(501, 602 및 603) 각각에서 반발하는 로런츠 힘을 유도한다.
콘택 브리지(200)에 작용하는 힘들은 도 7에 도시된다. 특히, 힘 F1은 제1 브리지 콘택(230) 상의 제1 콘택 지점(501)에서 작용하고, 힘 F2는 제2 브리지 콘택(240) 상의 제2 콘택 지점(602)에서 작용하고, 그리고 힘 F3은 또한, 제2 브리지 콘택(240) 상의 제3 콘택 지점(603)에서 작용한다. 게다가, 액추에이터(202)에 의해 전달되는 힘 FB는 콘택 브리지(200) 상에서 대향하는 방향으로 연결 지점(204)에서 작용한다. 힘들은 또한, 항상 작용 및 반응의 원리에 따라 대향하는 방향으로의 대항력(counter-force)들을 생성한다는 것이 당업자에게 명백하다. 이들은 명료함을 위해 도 7 및 도 8에 예시되지 않는다.
도 8은 개념적 보조 평면(209)에 작용하는 합성력을 도시한다. 보조 평면(209)은 콘택 브리지(200) 내부에 로케이팅된다. 대안적으로, 3개의 콘택 지점들(501, 602 및 603)에 의해 보조 평면을 형성하는 것이 유리할 수 있다. 보조 평면(209)은 제1 아암(210) 및 제2 아암(220)에 작용하는 합성력들을 설정하도록 기능한다. 예컨대, 레버 원리가 계산에 사용될 수 있다. 특히, 그런 다음, 보조 평면(209)에 작용하는 제1 힘 F1 및 보조 평면(209)에 작용하는 액추에이터의 힘 FB는 레버 아암(a)에 의해 연결된다는 것이 밝혀졌다. 게다가, 힘들 F2 및 F3은 힘 F23으로서 표현될 수 있다. 보조 평면(209)에 작용하는 힘 F23 및 보조 평면(209)에 작용하는 액추에이터의 힘 FB는 레버 아암(b)에 의해 연결된다. 특히, 힘들이 블로 자석의 결과 FM으로서 무시될 수 있는 경우, 폐쇄된 상태에서 스위치(100)를 유지하기 위해 FB는 ≥ a*F1 + b*F23이어야 한다는 것이 밝혀졌다.
동일한 전류(I)는 폐쇄된 상태에서 제1 콘택 어레인지먼트(500) 및 제2 콘택 어레인지먼트(600)를 통해 흐른다. 제2 콘택 어레인지먼트(600)는 2개의 콘택 지점들(602 및 603)을 가지고, 힘은 전력 강도의 제곱에 비례하기 때문에, 전류(I)가 균등하게 분배되고 콘택 특성들이 무시되는 경우, 그것은 F23 < F1 및 극한 값으로서 F23 = 0.5*F1를 따라야 한다. 결과적으로, 이는, 레버 아암(a)보다 긴 레버 아암(b)에 대해, 액추에이터가 가해야 하는 힘 FB가 감소되는 경우이다. 결과적으로, 제1 아암(210)을 갖는 제1 콘택 어레인지먼트(500)와 제2 아암(220)을 갖는 제2 콘택 어레인지먼트(600)의 협력은 액추에이터에 의해 가해져야 하는 힘 FB가 최소화되는 효과를 유도한다.
예컨대, 블로 자석에 의해 생산되는 힘 FM의 존재와 같은 다른 효과들이 유사한 방식으로 고려될 수 있다. 특히, 이를 위해, 레버 원리가 또한 사용될 수 있다. 예컨대, 힘 F1은 레버 아암(c)을 통해 힘 FM에 연결될 수 있다. 특히, 그에 의해, 상이한 길이들의 아암들(210 및 220)이 생산될 수 있다. 바람직하게는, a<b<2*a이다.
도 1 내지 도 4 및 도 9에 따라, 3개의 콘택 지점들(501, 602 및 603)은 등변 삼각형을 형성한다. 콘택들이 불규칙한 둔각 삼각형을 형성하는 대안적 콘택 어레인지먼트가 도 10에 도시된다. 도시되지 않은 다른 실시예에서, 3개의 콘택들은 불규칙한 예각 삼각형을 형성한다.
일반적으로, 더블 브레이커 스위치는 항상 3-폴드 콘택(three-fold contact)을 형성한다. 시스템은 그렇지 않으면 중복 결정될 것이고 적어도 하나의 지점을 콘택하지 않을 것이기 때문에, 3개 초과의 콘택 지점들은 가능하지 않다. 게다가, 3개의 콘택 지점들은 직선 상에 로케이팅되지 않지만, 대신에 평면을 정의한다.
게다가, 고정 콘택들(300, 400) 및 브리지 콘택들(230, 240) 각각은 은 부분을 가질 수 있다.
도 4에 도시되는 다른 실시예에 따라, 스위치(100)는 전자기적으로 구동되는 액추에이터(202)를 포함한다. 특히, 구동부는 이러한 종단에 코어(250), 코일(252) 및 리프팅 아마추어(254)를 갖는다.
도면들에 도시되지 않은 다른 실시예에 따라, 더블 브레이커 스위치(100)는 스위치가 개방될 때 스위칭 아크들의 결과로서 마모를 최소화하기 위해 블로 자석 및 스파크 소화 챔버를 포함한다.
참조 번호들의 리스트:
Figure pat00004

Claims (15)

  1. 더블 브레이커 스위치(100)로서,
    연결 지점(204)에서 액추에이터(actuator)(202)에 힘-전달 방식으로 연결되는 콘택 브리지(contact bridge)(200),
    제1 아암(arm)(210)을 통해 상기 연결 지점에 힘-전달 방식으로 연결되고, 상기 스위치의 폐쇄 상태에서, 제1 콘택 지점(501)에서 제1 브리지 콘택(230)을, 대향하는 제1 고정 콘택(300)과 전기적으로 콘택시키는 제1 콘택 어레인지먼트(contact arrangement)(500),
    제2 아암(220)을 통해 상기 연결 지점에 힘-전달 방식으로 연결되고, 상기 스위치의 폐쇄 상태에서, 제2 콘택 지점(602) 및 제3 콘택 지점(603)에서 제2 브리지 콘택(240)을, 대향하는 제2 고정 콘택(400)과 전기적으로 콘택시키는 제2 콘택 어레인지먼트(600)를 포함하고,
    상기 제2 아암은 상기 제1 아암보다 긴, 더블 브레이커 스위치(100).
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 브리지 콘택 및 상기 제2 브리지 콘택은 전기적으로 연결되는, 더블 브레이커 스위치(100).
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 제1 브리지 콘택 및 상기 제2 브리지 콘택은 상기 콘택 브리지의 대향하는 종단들(206, 208)에서 배열되는, 더블 브레이커 스위치(100).
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    3개의 콘택 지점들은 평면을 정의하는, 더블 브레이커 스위치(100).
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 평면의 법선은 상기 액추에이터에 의해 전달되는 힘의 방향으로 지향되는, 더블 브레이커 스위치(100).
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    3개의 콘택 지점들은 등변 삼각형(equal-sided triangle)을 형성하는, 더블 브레이커 스위치(100).
  7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    고정 콘택들 및 브리지 콘택들 중 적어도 하나는, 볼륨 엘리먼트(volume element)(234, 244, 404, 504)에 연결된 콘택 돌출부(contact protrusion)(232, 242, 402, 502)를 포함하고,
    상기 콘택 돌출부의 원주는 상기 볼륨 엘리먼트의 원주보다 작은, 더블 브레이커 스위치(100).
  8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정 콘택들 및 브리지 콘택들 중 적어도 하나는 은 또는 은 합금을 포함하는, 더블 브레이커 스위치(100).
  9. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 고정 콘택들 및 브리지 콘택들 중 적어도 하나는 별개의 개별 콘택들로 세분화되는, 더블 브레이커 스위치(100).
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 별개의 개별 콘택들은 동일한 치수(dimension)들을 갖는, 더블 브레이커 스위치(100).
  11. 제10 항에 있어서,
    제1 고정 콘택들 및 브리지 콘택들 중 적어도 하나는 상기 개별 콘택들과 동일한 치수들을 갖는, 더블 브레이커 스위치(100).
  12. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 고정 콘택들 및 브리지 콘택들 중 적어도 하나는 볼륨 엘리먼트에 연결된 2개의 콘택 돌출부들을 갖는 프로파일링된(profiled) 더블 콘택을 갖는, 더블 브레이커 스위치(100).
  13. 제1 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액추에이터에 대한 전자기적 구동부(102)를 더 포함하는, 더블 브레이커 스위치(100).
  14. 제1 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    블로 자석(blow magnet)을 더 포함하는, 더블 브레이커 스위치(100).
  15. 제1 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 아암의 길이는 상기 제1 아암의 길이의 2배보다 작거나 또는 동일한, 더블 브레이커 스위치(100).
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