KR20210145154A - 단락 전류의 빠른 단절을 위한 스위칭 장치 - Google Patents

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KR20210145154A
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요한네스 마이스너
줄리아 오떼
카이 슈로더
매들린 필립손
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이턴 인텔리전트 파워 리미티드
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Abstract

단락 전류를 빠르게 단절하기 위한 스위칭 장치(1)는 스위칭 브리지(10)와 자기장을 생성하기 위한 코일(20) 및 자석 앵커(15)를 갖는 전자기 스위칭 드라이브(100)를 포함한다. 스위칭 장치(1)는 자석 앵커(15)의 이동을 가이드하기 위한 가이드 슬리브(30)를 포함한다. 자석 앵커(15)는 가이드 슬리브(30) 내에 배열되어 캐비티(33)가 자석 앵커(15) 아래에 형성되도록 한다. 폭약식 추진 충전제(60)는 캐비티(33) 내에 위치된다. 캐비티(33) 내에서 폭약식 추진 충전제(60)의 점화의 결과로서, 자석 앵커(15)가, 스위칭 브리지(10)가 폐쇄 상태에서 동작되는 제1위치로부터 스위칭 브리지(10)가 개방 상태에서 동작되는 제2위치로 이동한다.

Description

단락 전류의 빠른 단절을 위한 스위칭 장치
본 개시는 단락 전류, 예를 들어, 높은 DC 전류의 빠른 단절을 위한 스위칭 장치에 관한 것으로, 주로, 일렉트로모빌리티(electromobility) 분야의 적용을 위한 것이다.
특히, 전기 차량의, 소위, 고전압 온보드 공급 시스템에서, 높은 DC 전류를 전도 및 스위칭하기 위해서, 극성 독립 DC 컴팩트 스위칭 장치가 사용될 수 있다. 많은 스위칭 동작의 실현을 위해서, 스위칭 장치는 전자기 스위칭 드라이브/액추에이터를 통해서 스위칭 브리지의 스위칭 접촉을 개방 및 폐쇄할 수 있는 적어도 2개의 콘택트 쌍이 구비된 스위칭 브리지/컴포넌트를 포함하는 콘택터의 원리에 기반한다.
정격 동작 시 DC 전류를 스위칭하기 위해서, 스위칭 회로는, 콘택트가 탈이온화 아크 소화 챔버의 방향으로 개방될 때 형성된 아크를 드라이브하는 영구 자기 아크 드라이버를 포함하는데, 탈이온화 아크 소화 챔버에서 이들을 개별적인 부분적인 아크로 분할 및 냉각함으로써 아크는 신속히 소화된다.
충돌 시 발생할 수 있는 킬로 암페어의 누전 및 단락 전류를 제어하기 위해서, 스위칭 장치 내의 전류 경로는, 이러한 경우, 영구 자기장을 겹쳐 놓은 동적 자기 블래스트 장 힘이 생성되고, 스위칭 접촉을 개방한 후, 아크 소화 챔버의 방향으로 아크의 신속한 이동 및 후속 소멸을 보장하는 방식으로 설계된다.
감시 센서는, 바람직하게는, 홀 센서의 형태인데, 스위칭 장치 내의 전류가 전류 제한 값 위로 증가할 때, 스위칭 장치의 제어 전자 장치에서 스위치 오프를 개시하고, 스위칭 장치 내의 접촉의 조기 개방을 보장하며, 이는, 차례로, 전자기 스위칭 드라이브의 솔레노이드 드라이브 코일의 신속한 전원 단절(de-energization) 및 따라서 접촉의 신속한 개방을 보장한다.
스위칭 장치에 의한 높은 단락 전류의 제어를 위해서, 단락의 발생으로부터 관련된 아크의 소멸로의 타임스팬(timespan)은 아크의 에너지를 최소로 제한하기 위해서 가능한 짧게 되는 것이 매우 중요하다. 또한, 단락이 발생한 후 전기 차량에서 안전을 위해서, 단락의 원인이 발견되고 소멸할 때까지, 고전압 온보드 파워 공급 시스템이 다시 스위칭될 수 없는 것은 중요하다.
스위칭 장치의 콘택트 사이에서 생성된 아크의 고에너지에 의해서 야기된 소정의 손상이 방지될 수 있게, 단락 전류의 빠른 단절을 위한 스위칭 장치를 제공하려는 요구가 있다.
단락 전류의 빠른 단절을 위한 스위칭 장치의 실시예가 청구항 1에 특정된다.
가능한 실시예에 따라서, 스위칭 장치는 이동 가능한 접촉 엘리먼트 및 고정 접촉 엘리먼트를 갖는 스위칭 브리지를 포함한다. 스위칭 브리지는, 이동 가능한 접촉 엘리먼트가 고정 접촉 엘리먼트와 접촉하는 폐쇄 상태, 및 이동 가능한 접촉 엘리먼트가 고정 접촉 엘리먼트로부터 이격되는 개방 상태에서 동작 가능하다.
스위칭 장치는 자기장을 생성하기 위한 코일 및 자석 앵커를 갖는 전자기 스위칭 드라이브를 더 포함하고, 여기서, 자석 앵커의 이동은 스위칭 브리지의 이동에 결합된다.
스위칭 장치는 코일의 자기장에서 자석 앵커의 이동을 가이드하기 위한 가이드 슬리브를 더 포함한다. 자석 앵커는 가이드 슬리브 내에 배열되어 캐비티가 자석 앵커 아래에 형성되도록 한다. 스위칭 장치는 캐비티 내에 위치된 불꽃식 추진 충전제를 포함한다. 가이드 슬리브와 자석 앵커 및 불꽃식 추진 충전제는 상호 작용해서, 캐비티 내에서 불꽃식 추진 충전제의 점화의 결과로서, 자석 앵커는 스위칭 브리지가 폐쇄 상태에서 동작되는 가이드 슬리브의 제1위치로부터 스위칭 브리지가 개방 상태에서 동작되는 가이드 슬리브 내의 제2위치로 이동하도록 한다.
불꽃식 활성 원리에 기반하는 스위칭 장치는 단락 전류의 빠른 스위칭 오프를 가능하게 한다. 더욱이, 스위칭 장치는, 유리하게는, 접촉한 엘리먼트 사이의 아크의 소멸까지 단락 전류의 발생으로부터의 타입스팬이 가능한 짧게 되게, 접촉 엘리먼트와 고정 접촉 엘리먼트 사이에서 생성된 아크의 빠른 소멸이 가능하도록 구성될 수 있다. 이 목적을 위해서, 불꽃식 추진 충전제의 점화에 의해서 생성된 가스 제트는, 개방된 이동 가능한 접촉 엘리먼트와 고정 접촉 엘리먼트 사이의 스페이스에서 가이드될 수 있는데, 여기서, 아크가 스위칭 브리지의 개방 상태에서 생성된다.
또 다른 유리한 실시예에 따르면, 스위칭 장치는 스위칭 브리지의 이동 가능한 접촉 엘리먼트를 잠금하는 구속 장치를 포함한다. 스위칭 장치의 구속 기능은 기계적 또는 전자 기계적인 방식으로 실현될 수 있다. 스위칭 브리지의 개방 상태에서 이동 가능한 접촉 엘리먼트를 잠금하기 위한 구속 장치는, 스위칭 브리지가 이전 단락 이벤트가 후 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 의도하지 않게 다시 이동하는 것을 방지하도록 허용한다.
추가적인 특징 및 장점은, 다음의 상세한 설명에서 설명되고, 부분적으로, 설명으로부터 및 기재된 상세한 설명 및 그 청구항만 아니라 첨부 도면에 기술된 바와 같이 실시예의 실시함으로써 당업자가 명확히 인식할 것이다. 상기 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두는 단지 예시일뿐이며, 청구항의 본성 및 특성을 이해하기 위한 개관 또는 토대를 제공하는 것을 의도한다.
첨부 도면은 추가적인 이해를 제공하기 위해서 포함되고, 본 명세서의 부분에 통합되어 이를 구성한다. 본 도면들은 하나 이상의 실시예를 도시하고, 상세한 설명과 함께 다양한 실시예의 원리 및 동작을 설정하기 위해서 제공된다. 따라서, 본 개시는 첨부 도면과 함께 취해지는 다음의 상세한 설명으로부터 더 충분히 이해될 것인데:
도 1은 단락 전류의 빠른 단절을 위한 스위칭 장치의 실시예를 나타낸다;
도 2는 전기 아크를 소화하기 위한 소화제를 흡수하기 위한 흡수 엘리먼트를 갖는 단락 전류의 빠른 단절을 위한 스위칭 장치의 확대된 부분을 도시한다;
도 3은 유연한 돌출부를 갖는 디스크를 포함하는 이동 가능한 접촉 엘리먼트를 잠금하기 위한 구속 장치의 실시예와 함께 단락 전류의 빠른 단절을 위한 스위칭 장치의 확대된 부분을 나타낸다;
도 4는 스위칭 브리지 헤드를 수취하기 위한 브릿지 리셉터클의 벽 내에 유연한 돌출부를 갖는 이동 가능한 접촉 엘리먼트를 잠금하기 위한 구속 장치의 실시예와 함께 단락 전류의 빠른 단절을 위한 스위칭 장치의 확대된 부분을 나타낸다;
도 5는 스위칭 브리지 헤드의 벽 내에 유연한 돌출부를 포함하는 이동 가능한 접촉 엘리먼트를 잠금하기 위한 구속 장치의 실시예와 함께 단락 전류의 빠른 단절을 위한 스위칭 장치의 확대된 부분을 나타낸다;
도 6은 전자 기계적인 원리에 기반해서 이동 가능한 접촉 엘리먼트를 잠금하기 위한 구속 장치의 실시예와 함께 단락 전류의 빠른 단절을 위한 스위칭 장치의 확대된 부분을 나타낸다.
도 1은 이동 가능한 접촉 엘리먼트(40) 및 고정 접촉 엘리먼트(45)를 갖는 스위칭 브리지/컴포넌트 엘리먼트(10)를 포함하는 단락 전류의 빠른 단절을 위한 스위칭 장치(1)의 실시예를 나타낸다. 스위칭 장치(1)는 자기장을 생성하기 위한 코일(20) 및 드라이브 코일(20)과 대면하는 단부에서 자석 앵커(15)를 갖는 전자기 스위칭 구동/액추에이터(100)를 더 포함한다. 자석 앵커(15)는 페리틱(ferritic) 재료로 만들어지고, 바람직하게는, 원통 형상을 가질 수 있다. 자석 앵커(15)는 스위칭 브리지(10)에 결합되어, 자석 앵커(15)의 이동이 스위칭 브리지(10)의 이동에 결합되도록 한다. 스위칭 브리지(10)는 폐쇄 상태에서 동작 가능한데, 이 상태에서 이동 가능한 접촉 엘리먼트(40)는 고정 접촉 엘리먼트(45)와 접촉한다. 스위칭 브리지(10)는 개방 상태에서 더 동작 가능한데, 이 상태에서 이동 가능한 접촉 엘리먼트(40)는 고정 접촉 엘리먼트(45)로부터 이격된다.
스위칭 장치(1)는 코일(20)의 자기장에서 자석 앵커(15)의 이동을 가이드하기 위한 가이드 슬리브(30)를 포함한다. 가이드 슬리브(30)는, 바람직하게는, 내열성 금속 재료로 만들어진다. 가이드 슬리브(30) 내에서 자석 앵커(15)의 슬라이딩 이동을 가능하게 하기 위해서, 자석 앵커(15)의 외경과 가이드 슬리브(30)의 벽 사이에 작은 간극이 있다.
스위칭 브리지(10) 및 전자기 스위칭 드라이브(100)는 협동해서, 자석 앵커(15)가 가이드 슬리브(30) 내의 제1위치로 이동할 때, 스위칭 브리지(10)가 폐쇄 상태에서 동작하고, 자석 앵커(15)가 가이드 슬리브(30) 내의 제2위치로 이동할 때, 스위칭 브리지(10)가 개방 상태에서 동작하도록 한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 자석 앵커(15)는 가이드 슬리브(10) 내에 배열되어 캐비티(33)가 자석 앵커(15) 아래에 형성되도록 한다. 불꽃식 추진 충전제(60)는 캐비티(33)에 위치된다. 불꽃식 추진 충전제(60)는, 이를 둘러싸는 추진 충전제를 갖는, 예를 들어, 프라이머(61) 형태인, 하나의 컴포넌트 점화 가능한 혼합물 또는 개시 점화제를 포함할 수 있다. 모든 경우, 점화는 도 1에 나타낸 2개의 점화 전극(65)을 통해서 전기적으로 이루어진다.
가이드 슬리브(30)와 자석 앵커(15) 및 불꽃식 추진 충전제(60)는 상호 작용해서, 캐비티(33) 내에서 불꽃식 추진 충전제(60)의 점화의 결과로서, 자석 앵커(15)가, 스위칭 브리지(10)가 폐쇄 상태에서 동작되는 가이드 슬리브(30)의 위치로부터 스위칭 브리지(10)가 개방 상태에서 동작되는 가이드 슬리브(30) 내의 제2위치로 이동하도록 된다.
스위칭 장치(1)는 가이드 슬리브(30)를 지지하기 위한 지지 장치(35)를 포함한다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 캐비티(33)는 자석 앵커(15)의 바닥 측면과 지지 장치(35)의 바닥 표면(32) 사이에 형성된다. 불꽃식 추진 충전제(60)는 가이드 슬리브(30) 내측에서 캐비티/빈 볼륨(22) 내의 지지 장치(35)의 바닥 표면에 배열되는데, 스위칭 브리지(10)의 스위치 온인 경우, (디핑) 자기 앵커(15)가 코일(20) 중앙에 위치되고, 자석 앵커(15) 아래에 유지한다.
지지 장치(35) 및 가이드 슬리브(30)는 갭(32)이 가이드 슬리브(30)와 지지 장치(35) 사이에 형성되도록 배열된다. 스위칭 장치(1)의 실시예에 따르면, 가이드 슬리브(30)는 불꽃식 추진 충전제(60)의 점화 동안 생성된 가스가 캐비티(33)로부터 갭(37) 내로 출현하는 적어도 하나의 개구(31)를 갖는다. 적어도 하나의 개구(31)는 가이드 슬리브(30)의 벽(34)에서 고리 형상 홀 배열로서 형성될 수 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 가이드 슬리브(30) 자체는 가이드 슬리브(30)의 둘레에 위치된 적어도 하나의 개구(31) 아래에서 가이드 슬리브(30)를 타이트하게 둘러싸는 마찬가지로 고정해서 배열된 컵 형상 지지 장치(35) 내에 매립된다. 도 1에 더 나타낸 바와 같이, 적어도 하나의 개구 배열(31)로부터 시작해서, 지지 장치(35)는 약간 확장된 직경을 갖는데, 이에 의해서 (고리 형상) 갭(37)은 가이드 슬리브(30)와 지지 장치(35) 사이에서 이 영역 내에 형성된다.
도 1에 나타낸 스위칭 장치(1)의 실시예에 따르면, 이동 가능한 접촉 엘리먼트(40) 및 고정 접촉 엘리먼트(45) 각각은 고정 접촉 엘리먼트(45)와 이동 가능한 접촉 엘리먼트(40)를 전기적으로 접촉하기 위한 접촉 멤버(41 및 46)를 포함한다. 갭(37)은 캐비티(33)로부터의 가스의 유출을 위한 출구 개구(38)를 갖는다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 접촉 멤버(41, 46)의 레벨에서, 갭(37)은 2개의 콘택트 멤버(41, 46)와 정렬된 2개의 직경으로 대항하는 출구 개구(38)를 갖는다. 지지 장치(35) 및 가이드 슬리브(30)는, 불꽃식 추진 충전제(60)가 점화될 때, 갭(37)의 출구 개구(38)로부터 출현하는 가스가, 이동 가능한 접촉 엘리먼트(40)의 접촉 멤버(41)와 고정 접촉 엘리먼트(45)의 접촉 멤버(46) 사이의 스페이스 내로 흐르도록 하는 형상을 갖는다.
스위칭 브리지(10)의 스위칭 동작 동안, 자석 앵커(15)는 고정 가이드 슬리브(30) 내에서 이동한다. 스위칭 브리지(10)의 스위치 온 동작 상태 동안, 드라이브 코일(20)에 전원이 공급될 때, 자석 앵커(15)는 코일(20)의 중앙으로 당겨진다. 동시에, 전기 접촉이 이동 가능한 접촉 엘리먼트(40)의 단부에서 접촉 멤버(41)와 고정 접촉 멤버(46) 사이에 만들어진다. 접촉 압력 스프링(50)은 스위칭 브리지(10)의 폐쇄 상태에서 필요한 접촉 압력을 보장한다. 이동 가능한 접촉 엘리먼트(40)는, 기본적으로, 선형 지오메트리가 될 수 있거나 또는 과전류 및 단락 경우에 대한 동적 자기 블로우아웃 장의 생성을 위한 수정된 형태를 가질 수 있다.
예를 들어, 홀 센서에 의해서 검출될 수 있는, 차량의 고전압 공급 시스템에서 단락이 발생하면, 불꽃식 추진 충전제(60)가 몇 마이크로초 내에서 점화하게, 차량 전자 장치의 스위치 전자 장치가 점화 전극(65)에 점화 신호를 제공할 수 있다. 불꽃식 추진 충전제(60)는, 또한, 충돌에 의해서 유발된 차량의 고전압 공급 시스템에서 가능한 단락을 방지하기 위해서 차량의 충돌의 이벤트에서 안전 조치로서 점화될 수 있다. 이 경우, 점화 신호는, 바람직하게는, 차량의 에어백 전자 장치에 의해서 트리거된다. 점화 신호와 동시에, 전자기 스위칭 드라이브(100)의 제어 전자 장치는, 또한, 드라이브 코일(20)의 즉각적인 단절 및 빠른 전원 단절을 위한 신호를 수신한다. 활성화 직후, 불꽃식 추진 충전제(60)는 자석 앵커(15) 아래의 캐비티(33)에 높은 가스 압력을 구축해서 반응 챔버의 특성을 캐비티(33)에 제공한다. 가스 압력은 자기 앵커(15) 자체가 이동 가능한 접촉 엘리먼트(40)의 방향으로 직접 움직이게 설정되고, 따라서 매우 빠른 접촉 개방을 개시하는 방식으로 자기 앵커(15)에 강한 힘을 생성한다. 더욱이, 가스 흐름은 캐비티(33)에서 동시에 생성되는데, 예를 들어, 고리 형상 홀 배열(31)인 적어도 하나의 개구(31)를 통해서 가이드 슬리브(30)와 지지 장치(35) 사이의 갭(37) 내로 먼저 가압되고, 개방된 접촉 멤버(41 및 46) 사이의 영역 내에서 출구 개구(38)를 통해서 더 가압된다.
펄스의 형태로 출현하는 가스 스트림은 접촉 멤버(41 및 46) 사이의 영역에 직접 작용해서, 이격된 접촉 멤버(41, 46) 사이에 형성된 아크가 그들의 포메이션 직후 강한 냉각 및 탈이온화를 겪으므로, 이들이 자기장 블래스트 장 힘의 효과 아래에서 소화 챔버 내로 구동하기 전에도 아크가 소화될 수 있도록 된다. 빠른 소화 효과를 가능하게 하기 위해서, 한편으로, 불꽃식 추진 충전제(60)의 재료의 타입과 양 사이의 최적의 조정 및 다른 한편으로, 적어도 하나의 개구/홀 배열(31) 및 출구 개구(38)의 갭(37) 및 단면의 디멘전이, 필요하다.
스위칭 장치(1)에서 불꽃식 추진 충전제를 사용해서 것에 기반하는, 특히 효과적인 아크 소멸이, 반응 챔버, 즉, 캐비티(33) 또는 갭(37) 내에 소화제를 도입함으로써 달성될 수 있다. 갭(37)에서 소화제와 함께 제공되는 스위칭 장치의 부분의 예시적인 실시예를 도 2에 나타낸다. 도 2에 나타낸 스위칭 장치(1)의 실시예에 따르면, 스위칭 장치(1)는 갭(37)에 배열되는 가스 투과성 흡수 엘리먼트(137)를 포함한다. 가스 투과성 흡수 장치 엘리먼트(137)는 접촉 멤버(41, 46) 사이에서 전기 아크를 소화하기 위한 소화제를 흡수하도록 적응된 재료를 포함한다. 스위칭 장치(1)의 유리한 실시예에 따르면, 가스-투과성 흡수 장치 엘리먼트(137)는 미네랄 섬유 패드/쿠션으로서 형성된다.
유리한 실시예에 따르면, 증발 가능한 액체 소화제는 개방된 접촉 멤버(41 및 46) 사이에서 생성된 아크의 빠른 소멸에 도움을 주기 위해서 사용될 수 있다. 실리콘 오일은 증발 가능한 액체 소화제로서 사용될 수 있다. 소화제가 전기 아크에 접촉하면, 소화제는 완전히 또는 적어도 부분적으로 기체 상태로 변하고, 이에 의해서, 에너지는 아크에서 추출된다. 더욱이, 증발된 소화제의 전기적 절연 특성은 아크의 전기 저항이 증가시킨다.
도 2에 나타낸 스위칭 장치(1)의 예시적인 실시예 따르면, 다공성, 가스-투과성 캐리어 재료가 흡수 장치 엘리먼트(137)에 대해서 사용된다. 흡수 장치 엘리먼트(137)는 적신 스폰지와 유사한 미네랄 섬유 패드/쿠션으로 구성할 수 있는데, 실리콘 오일로 침윤되고, 소화제로 침윤된 흡수 장치 엘리먼트(137)의 캐리어 재료가 출구 개구(38)의 높이 바로 아래에 고리 형상 방식으로 가이드 슬리브(30)를 둘러싸고 있도록 갭(37) 내에 위치된다. 흡수 장치 엘리먼트(137)는 가스 투과성 캐리어 재료로 만들어진 캐리어 링으로서 구현될 수 있다.
불꽃식 추진 충전제(60)의 점화에 의해서 생성된 가스 제트가 흡수 장치 엘리먼트(137)를 가격할 때, 예를 들어, 실리콘 오일인 여기에 저장된 소화제는 미세 입자(140)로 입자화되어 출구 개구(38)를 통해서 접촉 멤버(41, 46)가 개방될 때 형성된 아크(145)로 파열된다. 예를 들어, 실리콘 오일인 분무된 소화제는 전기 아크와의 접촉 효과 하에서 큰 범위로 기화된다. 동시에, 아크의 전기 저항은 증발된 소화제의 절연 효과에 의해서 증가한다. 에너지의 관련된 손실 및 저항 증가는 아크 전압의 신속한 증가로 이어지고, 이는, 통상, 아크의 조기 소화를 일으킨다.
전자기 스위칭 드라이브(100)에 의해서 트리거된 스위칭 브리지(10)의 정규 스위치 오프의 경우, 스위칭 브리지(10)의 접촉 개방 방식은 브리지 리셉터클(110) 내에 배열되고 이동 가능한 접촉 엘리먼트(40)에 연결되는 제한 스프링(70)에 의해서 제한된다. 스프링(70)은 스위치 오프 스위칭 브리지(10)의 복원력에 반작용한다. 최대 접촉 개방의 포인트는 2개의 대항하는 힘의 평형에 의해 결정된다. 단락 또는 우발적인 셧다운의 이벤트에서, 자기 앵커(15) 상의 불꽃식 추진 충전제의 점화에 의해서 생성된 높은 힘이 이동 가능한 접촉 엘리먼트(40)의 이동 시퀀스를 지배한다. 이 힘은, 최대 접촉 개방의 포인트 넘어 이동 가능한 접촉 엘리먼트(40)의 추가적인 이동 및 제한 스프링(70)의 압축을 일으킨다. 스위칭 장치(1)의 유리한 실시예에 따르면, 스위칭 장치는 이동 가능한 접촉 엘리먼트(40)를 잠금하기 위한 구속 장치(80)를 포함한다. 구속 장치(80)는, 불꽃식 추진 충전제(60)의 점화의 결과로서 스위칭 브리지(10)가 개방 상태로 이동했을 때, 구속 장치(80)가 개방 상태에서 이동 가능한 접촉 엘리먼트(40)를 구속하도록 배열된다.
스위칭 장치는 이동 가능한 접촉 엘리먼트(40)에 연결된 스위칭 브리지 헤드(90)를 포함한다. 스위칭 장치(1)는, 이동 가능한 접촉 엘리먼트(40)의 이동 동안, 스위칭 브리지 헤드(90)를 수취하기 위한 및 스위칭 브리지 헤드(90)를 가이드하기 위한 브리지 리셉터클(110)을 더 포함한다.
가능한 실시예에 따르면, 구속 장치(80)는 브리지 리셉터클(110)의 벽(111) 내의 보어(112) 내에 배열될 수 있다.
도 1에 나타낸 스위칭 장치(1)의 실시예에 따르면, 구속 장치(80)는 구속 핀(85) 및 스프링(86)을 포함한다. 스위칭 브리지 헤드(90)는 리세스(91)를 갖는다. 구속 장치(80)는, 스위칭 브리지(10)가 불꽃식 추진 충전제(60)의 점화의 결과로서 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 이동할 때, 스프링(86)이 구속 핀(85)에 힘을 발휘해서, 구속 핀(85)의 헤드(81)가 스위칭 브리지 헤드(90)의 표면을 따라서 슬라이드하고 스위칭 브리지 헤드(90)의 리세스(91)에 체결되도록 구현된다.
스위칭 브리지(10)의 이동 가능한 접촉 엘리먼트(40)의 구속 포인트는, 스위칭 브리지 헤드(90)의 원추 형상 단부 부분(92)을 통과한 후 브리지 리셉터클(110)에서 측방향으로 탑재되는 구속 핀(85)이 구속 스프링(86)을 통해서 바이어스되어, 그 다음, 스위칭 브리지 헤드(90) 내에 제공된 원주의 그루브(91)에 진입하므로, 이에 의해서, 스위칭 브리지(10)의 이동 가능한 접촉 엘리먼트(40)의 추가적인 이동을 블록킹할 때, 도달한다. 그 결과, 스위칭 브리지(10)의 이동 가능한 접촉 엘리먼트(40)는, 예를 들어, 구속 핀(85)을 뒤로 당기거나 또는 제거함으로써, 외부로부터 이것이 다시 해제될 때까지, 이 비상 정지 위치에서 잠금을 유지한다. 이 방식으로, 비상 셧다운 후 즉시 고전압 파워 공급 시스템의 의도하지 않은 재연결이 신뢰할 수 있게 방지된다.
단락 또는 충돌에 기인해서 발열적으로 인덱싱된 비상 셧다운 후 스위칭 브리지(10)의 이동 가능한 접촉 엘리먼트(40)를 영구적으로 잠금하기 위한 유리한 실시예를 도 3에 나타낸다. 이 실시예에 따르면, 구속 장치(80)는, 유연한 돌출부, 예를 들어, 고리 형상 디스크(120)의 내부로 돌출하는 설형 돌출부를 갖는, 고리 형상 디스크(120)로서 형성된다. 스위칭 브리지 헤드(90)는 리세스(91)를 갖는다.
도 1에 나타낸 스위칭 장치의 실시예와 비교할 때, 도 1에 나타낸 브리지 리셉터클(110)은 스프링 장력을 갖는 구속 핀 배열이 고리 형상 디스크(120)에 의해서 대체되도록 이 버전에서 수정되었다. 유연한 돌기(121)를 포함하는 고리 형상 디스크(120)는 분리의 부분으로서, 바람직하게는, 적합한 탄성 플라스틱으로부터의 하나의 피스로 구성될 수 있거나 또한 적합한 스프링 스틸로부터의 리프-스프링 배열로서 구성될 수 있다. 고리 형상 디스크(120)는, 브리지 리셉터클(110)의 스텝(113) 상에 안착되고, 밀봉 플러그(130)로 고정되는 방식으로, 브리지 리셉터클(110)의 하부 측면에 위치된다.
구속 장치(80)는, 스위칭 브리지(10)가 불꽃식 추진 충전제(60)의 점화의 결과로서 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 이동할 때, 유연한 돌출부(121)가 스위칭 브리지 헤드(90)의 표면을 따라서 슬라이드하고 스위칭 브리지 헤드(90)의 리세스(91)에 체결되도록 구현된다.
트립핑(tripping)의 이벤트에서, 스위칭 브리지 헤드(90)는 불꽃식 추진 충전제(60)의 가스 압력에 의해서 브리지 리셉터클(110) 내로 구동한다. 스위칭 브리지 헤드(90)의 원추형 단부 페이스(92)가 디스크(120)를 가격할 때, 내부로 향하는 탄성 돌출부(121)는 스위칭 브리지 헤드(90)의 이동의 방향으로 위쪽으로 굽혀진다. 원추형 표면(92) 바로 뒤의 원주의 그루브(91)에 도달할 때, 유연한 돌출부(121)의 단부는 그루브 내로 굽혀지고, 따라서, 스위칭 브리지의 이동 가능한 접촉 엘리먼트(40)가 뒤로 구동하는 것 및 고전압 파워 공급 시스템이 의도하지 않게 다시 스위치 온되는 것을 방지한다.
스위칭 브리지(10)의 영구 기계식 잠금에 대한 또 다른 유리한 실시는 도 3에 나타낸 유연한 돌출부 잠금 메커니즘이 브리지 리셉터클(110)에 통합되는 것이다. 이 실시예를 도 4에 나타낸다.
도 4에 나타낸 스위칭 장치의 실시예에 따르면, 스위칭 장치는 이동 가능한 접촉 엘리먼트(40)에 연결된 스위칭 브리지 헤드(90)를 포함한다. 스위칭 장치는, 스위칭 브리지(10)의 이동 동안, 스위칭 브리지 헤드(90)를 수취하기 위한 및 스위칭 브리지 헤드(90)를 가이드하기 위한 브리지 리셉터클(110)을 더 포함한다. 구속 장치(80)는 브리지 리셉터클(110)의 벽(111)으로부터 돌출하는 돌출부(114)로서 형성된다. 구속 장치는, 바람직하게는, 브리지 리셉터클의 사출 몰딩된, 내부로 향하는 돌기(114)로서 설계될 수 있다. 스위칭 브리지 헤드(90)는 리세스(91)를 갖는다. 구속 장치(80)는, 스위칭 브리지(10)가 불꽃식 추진 충전제(60)의 점화의 결과로서 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 이동할 때, 돌출부(114)가 스위칭 브리지 헤드(90)의 표면을 따라서 슬라이드하고 스위칭 브리지 헤드(90)의 리세스(91)에 체결되도록 구현된다.
구속 장치(80)의 또 다른 유리한 실시예를 도 5에 나타낸다. 도 5에 도시된 실시예에 따르면, 잠금 메커니즘은 스위칭 브리지 헤드(90)에 통합될 수 있는데, 그 둘레를 따라서 그 하단부에서, 예를 들어, 설형 탄성 돌기인 다수의 유연한 돌출부를 갖는다.
도 5에 나타낸 실시예에 따르면, 스위칭 장치(1)는 이동 가능한 접촉 엘리먼트(40)에 연결된 스위칭 브리지 헤드(90)를 포함한다. 스위칭 브리지 헤드(90)는 스위칭 브리지 헤드(90)의 벽(94)으로부터 돌출하는 유연한 돌출부(93)를 갖는다. 스위칭 장치는, 스위칭 브리지(10)의 이동 동안, 스위칭 브리지 헤드(90)를 수취하기 위한 및 스위칭 브리지 헤드(90)를 가이드하기 위한 브리지 리셉터클(110)을 더 포함한다. 브리지 리셉터클(110)의 벽은 캐비티(115)를 갖는다. 구속 장치(80)는, 스위칭 브리지(10)가 불꽃식 추진 충전제(60)의 점화의 결과로서 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 이동할 때, 유연한 돌출부(93)가 브리지 리셉터클(110)의 측면의 벽(111)을 따라서 슬라이드하고 벽(111)의 캐비티(115)에 체결되도록 구현된다.
비상 셧다운 후 즉시 스위칭 브리지(10)를 잠금하는 것은, 또한, 잠금이 전기 신호를 통해서 의도하지 않게 해제되고 고전압 회로가 다시 폐쇄될 수 있는 방식으로 전자 기계적으로 수행되는 것이 바람직할 수 있다. 전자 기계적인 잠금 메커니즘의 유리한 설계를 도 6에 나타낸다. 이 설계의 동작 원리는 도 1에 나타낸 기계적 잠금 배열의 타깃 수정이다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 구속 장치(80)는 구속 핀(85)을 들러싸는 코일(83)을 포함한다. 구속 핀은 원통 형상 잠금 핀으로서 구성될 수 있다. 구속 핀(85)은 라운드된 팁(81)을 갖는 스위칭 브리지 헤드(90)의 방향을 향하는 페리틱(ferritic) 재료로 만들어지는데, 스위칭 브리지 헤드(90)가 브리지 리셉터클(110)에 진입할 때 상부 측면 상에서 라운드 오프된 스위칭 브리지 헤드(90)와 접촉하고, 이것이 뒤로 이동할 장력을 갖는다. 스위칭 브리지 헤드(90)가 불꽃식 비상 셧다운에 의해서 사전-빠른, 트리거(pre-fast, triggered)될 때, 사전-장력의 구속 핀(85)의 팁(81)은, 이것이 통과함에 따라서 원주의 그루브(91) 내로 점프한다. 동시에, 제한 스프링(70)은 이 상태에서 압축된다.
구속 장치(80)는, 코일(83)에 전원을 공급함으로써 힘이 구속 핀(85)에 발휘되어, 구속 핀(86)의 헤드(81)가 스위칭 브리지 헤드(90) 내의 리세스(91)로부터 당겨져나오고 이동 가능한 접촉 엘리먼트(40)의 잠금이 해제되도록 구현된다. 특히, 스위칭 브리지(10)의 블로킹은, 볼트 가이드(88)에 의해서 고정된 (고리 형상) 코일(83)에 의해서 해제될 수 있고, 잠금된 경우, 그 중앙에서, 구속 핀(85)의 후방 부분이 위치된다. 이는, 코일(83)에 전원을 공급함으로써 수행되는데, 예를 들어, 전기 차량의 온보드 전자 장치로부터의 리셋 신호에 의해서 트리거된다.
코일(83) 중심 외부에 있는 구속 핀의 페리틱 팁(81)은 코일(83)의 중앙으로 약간 당겨져서, 다시, 잠금된 스위칭 브리지를 해제한다. 그 다음, 스위칭 브리지의 이동 가능한 접촉 엘리먼트는 폐쇄 방향으로 이동해서, 스위칭 브리지(10)의 정규 스위치 오프 위치가 스위칭 장치의 제한 스프링과 인입식 스프링(S) 사이의 힘 평형에 도달할 때까지, 제한 스프링(70)을 해제한다. 그 다음, 스위치 장치의 정규 스위치 온 및 스위치 오프 동작이 다시 가능하다.
1 스위칭 장치
10 스위칭 브리지
15 자석 앵커
20 코일
30 가이드 슬리브
31 가이드 슬리브 내의 개구
32 지지 장치의 바닥 표면
33 캐비티
34 가이드 슬리브의 벽
35 지지 장치
37 갭
38 출구 개구
40 이동 가능한 접촉 엘리먼트
41 이동 가능한 접촉 멤버
45 고정 접촉 엘리먼트
46 고정 접촉 멤버
50 접촉 압력 스프링
60 불꽃식 추진 충전제
61 프라이머
65 점화 전극
70 압축 스프링
80 구속 장치
81 구속 핀의 헤드/팁
83 구속 장치의 코일
85 구속 핀
86 스프링
88 볼트 가이드
90 스위칭 브리지 헤드
91 스위칭 브리지 헤드 내의 그루브
92 스위칭 브리지 헤드의 단부 부분
93 스위칭 브리지 헤드의 유연한 돌출부
94 스위칭 브리지 헤드의 벽
95 스위칭 브리지 헤드의 상단 부분
100 자기 스위칭 드라이브
113 브리지 리셉터클 내의 스텝
114 브리지 리셉터클 내의 돌기
115 브리지 리셉터클 내의 캐비티
120 디스크
121 유연한 돌출부
130 밀봉 플러그
137 가스 투과성 흡수 장치 엘리먼트
140 입자
145 아크

Claims (15)

  1. 단락 전류의 빠른 단절을 위한 스위칭 장치로서:
    이동 가능한 접촉 엘리먼트(40) 및 고정 접촉 엘리먼트(45)를 갖고, 이동 가능한 접촉 엘리먼트(40)가 고정 접촉 엘리먼트와 접촉하는 폐쇄 상태, 및 이동 가능한 접촉 엘리먼트(40)가 고정 접촉 엘리먼트(45)로부터 이격되는 개방 상태에서 동작 가능한, 스위칭 브리지(10),
    자기장을 생성하기 위한 코일(20) 및 자석 앵커(15)를 갖고, 자석 앵커(15)의 이동이 스위칭 브리지(10)의 이동에 결합되는, 전자기 스위칭 드라이브(100),
    코일의 자기장에서 자석 앵커(15)의 이동을 가이드하기 위한 가이드 슬리브(30)로서, 캐비티(33)가 자석 앵커(15) 아래에 형성되도록 자석 앵커(15)가 가이드 슬리브(30) 내에 배열되는, 가이드 슬리브(30),
    캐비티(33) 내에 위치된 불꽃식 추진 충전제(60)를 포함하고,
    가이드 슬리브(30)와 자석 앵커(15) 및 불꽃식 추진 충전제(60)는 상호 작용해서, 캐비티(33) 내에서 불꽃식 추진 충전제(60)의 점화의 결과로서, 자석 앵커(15)가, 스위칭 브리지(10)가 폐쇄 상태에서 동작되는 가이드 슬리브(30) 내의 제1위치로부터 스위칭 브리지(10)가 개방 상태에서 동작되는 가이드 슬리브(30) 내의 제2위치로 이동하도록 되는, 스위칭 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    가이드 슬리브(30)를 지지하기 위한 지지 장치(35)를 포함하고,
    지지 장치(35) 및 가이드 슬리브(30)는 갭(37)이 가이드 슬리브(30)와 지지 장치(35) 사이에 형성되도록 배열되는, 스위칭 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    가이드 슬리브(30)는 불꽃식 추진 충전제(60)의 점화 동안 생성된 가스가 캐비티(33)로부터 갭(37) 내로 출현하는 적어도 하나의 개구(31)를 갖는, 스위칭 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    적어도 하나의 개구(31)는 가이드 슬리브(30)의 벽(34)에서 고리 형상 홀 배열로서 형성되는, 스위칭 장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    이동 가능한 접촉 엘리먼트(40) 및 고정 접촉 엘리먼트(45) 각각은 고정 접촉 엘리먼트(45)와 이동 가능한 접촉 엘리먼트(40)를 전기적으로 접촉하기 위한 접촉 멤버(41, 46)를 포함하고,
    갭(37)은 가스의 유출을 위한 출구 개구(38)를 갖고,
    지지 장치(35) 및 가이드 슬리브(30)는, 불꽃식 추진 충전제(60)가 점화될 때, 갭(37)의 출구 개구(38)로부터 출현하는 가스가, 이동 가능한 접촉 엘리먼트(40)의 접촉 멤버(41)와 고정 접촉 엘리먼트(45)의 접촉 멤버(46) 사이의 스페이스 내로 흐르도록 하는 형상을 갖는, 스위칭 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    갭(37) 내에 배열된 가스-투과성 흡수 장치 엘리먼트(137)를 포함하고,
    가스 투과성 흡수 장치 엘리먼트(137)는 전기 아크를 소화하기 위한 소화제를 흡수하도록 적응된 재료를 포함하는, 스위칭 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    가스 투과성 흡수 장치 엘리먼트(137)가 미네랄 섬유 패드로서 형성되는, 스위칭 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    불꽃식 추진 충전제(60)는 점화성 혼합물 또는 개시 점화기를 포함하는, 스위칭 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    이동 가능한 접촉 엘리먼트(40)를 잠금하기 위한 구속 장치(80)를 포함하고,
    구속 장치(80)는, 불꽃식 추진 충전제(60)의 점화의 결과로서 스위칭 브리지(10)가 개방 상태로 이동했을 때, 구속 장치(80)가 개방 상태에서 이동 가능한 접촉 엘리먼트(40)를 구속하도록 배열되는, 스위칭 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    이동 가능한 접촉 엘리먼트(40)에 연결된 스위칭 브리지 헤드(90),
    스위칭 브리지(10)의 이동 동안, 스위칭 브리지 헤드(90)를 수취하기 위한 및 스위칭 브리지 헤드(90)를 가이드하기 위한 브리지 리셉터클(110)을 포함하고,
    구속 장치(80)는 브리지 리셉터클(110)의 벽(111) 내의 보어(112) 내에 배열되는, 스위칭 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    구속 장치(80)는 구속 핀(85) 및 스프링(86)을 포함하고,
    스위칭 브리지 헤드(90)는 리세스(91)를 가지며,
    구속 장치(80)는, 스위칭 브리지(10)가 불꽃식 추진 충전제(60)의 점화의 결과로서 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 이동할 때, 스프링(86)이 구속 핀(85)에 힘을 발휘해서, 구속 핀(85)의 헤드(81)가 스위칭 브리지 헤드(90)의 표면을 따라서 슬라이드하고 스위칭 브리지 헤드(90)의 리세스(91)에 체결되도록 구현되는, 스위칭 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    구속 장치(80)는 구속 핀(85)을 둘러싸는 코일(83)을 포함하고,
    구속 장치(80)는, 코일(83)에 전원을 공급함으로써 힘이 구속 핀(85)에 발휘되어, 구속 핀(86)의 헤드(81)가 스위칭 브리지 헤드(90) 내의 리세스(91)로부터 당겨져나오고 이동 가능한 접촉 엘리먼트(40)의 잠금이 해제되도록 구현되는, 스위칭 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    구속 장치(80)는 고리 형상 디스크(120)의 내부로 돌출하는 유연한 돌출부(121)를 갖는 고리 형상 디스크(120)로서 형성되고,
    스위칭 브리지 헤드(90)는 리세스(91)를 가지며,
    구속 장치(80)는, 스위칭 브리지(10)가 불꽃식 추진 충전제(60)의 점화의 결과로서 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 이동할 때, 유연한 돌출부(121)가 스위칭 브리지 헤드(90)의 표면을 따라서 슬라이드하고 스위칭 브리지 헤드(90)의 리세스(91)에 체결되도록 구현되는, 스위칭 장치.
  14. 제9항에 있어서,
    이동 가능한 접촉 엘리먼트(40)에 연결된 스위칭 브리지 헤드(90),
    스위칭 브리지(10)의 이동 동안, 스위칭 브리지 헤드(90)를 수취하기 위한 및 스위칭 브리지 헤드(90)를 가이드하기 위한 브리지 리셉터클(110)을 포함하고,
    구속 장치(80)는 브리지 리셉터클(110)의 벽(111)으로부터 돌출하는 돌출부(114)로서 형성되며,
    스위칭 브리지 헤드(90)는 리세스(91)를 가지며,
    구속 장치(80)는, 스위칭 브리지(10)가 불꽃식 추진 충전제(60)의 점화의 결과로서 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 이동할 때, 돌출부(114)가 스위칭 브리지 헤드(90)의 표면을 따라서 슬라이드하고 스위칭 브리지 헤드(90)의 리세스(91)에 체결되도록 구현되는, 스위칭 장치.
  15. 제9항에 있어서,
    이동 가능한 접촉 엘리먼트(10)에 연결되고, 스위칭 브리지 헤드(90)의 벽(94)으로부터 돌출하는 유연한 돌출부(93)를 갖는, 스위칭 브리지 헤드(90),
    스위칭 브리지(10)의 이동 동안, 스위칭 브리지 헤드(90)를 수취하기 위한 및 스위칭 브리지 헤드(90)를 가이드하기 위한 브리지 리셉터클(110)을 포함하고, 브리지 리셉터클(110)의 벽은 캐비티(115)를 가지며,
    구속 장치(80)는, 스위칭 브리지(10)가 불꽃식 추진 충전제(60)의 점화의 결과로서 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 이동할 때 유연한 돌출부(93)가 브리지 리셉터클(110)의 벽(111)을 따라서 슬라이드하고 브리지 리셉터클(110)의 벽(111)의 캐비티(115)에 체결되도록 구현되는, 스위칭 장치.
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