KR20230051482A

KR20230051482A - 부상 퓨즈 장치

Info

Publication number: KR20230051482A
Application number: KR1020237001018A
Authority: KR
Inventors: 다니엘 설리반; 버나드 부시 부시; 머레이 맥티그
Original assignee: 기가백, 엘엘씨
Priority date: 2020-07-22
Filing date: 2021-07-21
Publication date: 2023-04-18
Also published as: WO2022020526A1; EP4182567A4; JP2023535020A; CN116601734A; EP4182567A1; US20220028639A1

Abstract

퓨즈 장치들 및 퓨즈 장치들을 사용하는 전기 시스템이 개시되고, 상기 퓨즈 장치들은 콘택트들을 통해 미리 결정된 전류 레벨에 도달할 때 퓨즈 개방 이벤트(fuse blown event)를 야기하는 내부 컴포넌트들을 포함한다. 내부 컴포넌트들은 전류 레벨이 미리 결정된 레벨에 접근함에 따라 하나 이상의 콘택트들 사이를 분리시키기 위한 부상 액추에이터를 포함할 수 있다. 이로 인해 콘택트 부상 및 아크가 발생하여, 상기 콘택트가 분리될 때 저항을 증가시킨다. 이는 차례로 콘택트들을 통한 전류가 본 발명의 실시예에 따른 파이로 특성에 대한 경로인 또 다른 경로를 찾도록 한다. 상기 전류는 파이로 특성을 활성화하여 콘택트들을 분리하고 퓨즈 장치를 전류가 더 이상 콘택트들을 통해 흐를 수 없는 "퓨즈 개방(fuse blown)" 상태로 만든다.

Description

부상 퓨즈 장치

본 출원은 2021년 7월 22일에 출원된 미국 임시특허출원 제63/055,172호의 우선권을 주장한다.

전기 퓨즈 장치와 같은 전기 스위칭 장치와 함께 사용하기 위한 트리거링 메커니즘 및 구성에 관한 장치가 여기에서 설명된다.

전기 회로를 연결하고 분리하는 것은 전기 회로 자체만큼 오래되었으며 "온(on)"과 "오프(off)" 상태 사이에서 연결된 전기 장치의 전원을 전환하는 방법으로 주로 사용된다. 회로를 연결하고 분리하는 데 일반적으로 사용되는 하나의 장치의 예시는 하나 이상의 장치 또는 전원에 전기적으로 연결되는 콘택터(contactor)이다. 콘택터는 장치로 들어오고 나가는 전력을 제어하기 위해 회로를 차단하거나 완료할 수 있도록 구성된다. 종래기술의 콘택터의 하나의 유형은 완전 밀폐된 콘택터(hermetically sealed contactor)이다.

장치의 정상 작동 중에 전기 회로를 연결하고 분리하는 목적을 제공하는 콘택터 외에도 과전류 보호를 제공하기 위해 다양한 추가 장치를 사용할 수 있다. 이러한 장치는 단락, 과부하 및 전기 시스템 또는 연결된 전기 장치의 영구적인 손상을 방지할 수 있다. 이러한 장치에는 연결 해제 장치가 수리, 교체 또는 재설정될 때까지 회로가 끊어진 상태로 유지되도록 영구적인 방법으로 회로를 신속하게 차단할 수 있는 연결 해제 장치가 포함된다. 이러한 유형의 연결 해제 장치 중 하나가 퓨즈 장치이다. 종래기술의 퓨즈는 희생 장치(sacrificial device) 역할을 하는 일종의 저저항 전도체이다. 일반적인 퓨즈는 너무 많은 전류가 흐를 때 녹아서 연결된 회로를 차단하는 금속 와이어 또는 스트립을 포함한다.

사회가 발전함에 따라, 전기 시스템 및 전자 장치에 대한 다양한 혁신이 점점 보편화되고 있다. 이러한 혁신의 예시로는 최근의 전기 자동차의 발전이 포함되고, 언젠가는 에너지 효율적인 표준이 되어 기존의 석유 자동차를 대체할 수 있다. 이러한 고가의 일상적으로 사용되는 전기 장치에서 과전류 보호는 장치 오작동을 방지하고 장치의 영구적인 손상을 방지하기 위해 특히 적용된다. 또한, 과전류 보호 특성은 전기 화재와 같은 안전 위험을 방지할 수 있다. 전기 시스템 및 장치에 대한 이러한 최신 개선 사항에는 퓨즈 장치를 트리거하는 메커니즘의 편의성과 효율성을 높이기 위한 최신 솔루션이 필요하다.

본 발명은 퓨즈 장치를 사용하는 퓨즈 장치 및 전기 시스템에 관한 것으로, 이 장치는 콘택트들을 통해 미리 결정된 전류 레벨에 도달할 때 퓨즈 개방 이벤트(fuse blown event)를 유발하는 내부 컴포넌트를 구비한다. 내부 컴포넌트는 전류 레벨이 미리 결정된 레벨에 접근함에 따라 하나 이상의 콘택트들 사이를 분리시키는 부상 액추에이터를 포함할 수 있다. 이로 인해 콘택트 부상 및 아크가 발생하여 콘택트가 분리될 때 저항이 증가한다. 이는 차례로 콘택트들을 통한 전류가 본 발명의의 실시예에 따른 파이로 특성에 대한 경로인 또 다른 경로를 찾도록 한다. 전류는 파이로 특성을 활성화하여 콘택트들을 분리하고 퓨즈 장치를 전류가 더 이상 콘택트들을 통해 흐를 수 없는 "퓨즈 개방" 상태로 만든다.

본 발명에 따른 전기 스위칭 장치의 일 실시예는 적어도 두 개의 고정 콘택트들을 포함한다. 가동 콘택트는 고정 콘택트와 전기적으로 접촉하는 제1 위치에서 작동하도록 배열된다. 또한 고정 콘택트들과 전기적으로 접촉하지 않는 제2 위치에서 작동하도록 배열된다. 부상 액추에이터(levitation actuator)는 가동 콘택트 또는 고정 콘택트들 중 하나 상에 포함된다. 부상 액추에이터는 가동 콘택트가 제1 위치에 있고 임계 전류가 고정 콘택트들 및 가동 콘택트를 통과할 때 가동 콘택트와 고정 콘택트들 중 적어도 하나 사이를 분리시킨다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 스위칭 장치는 하우징 및 하우징 외부의 컴포넌트에 전기적으로 커플링되고 외부 컴포넌트로부터 하우징 내부의 컴포넌트로 전기 신호를 전도하도록 배열되는 고정 콘택트들을 포함한다. 가동 콘택트를 통해 고정 콘택트들 사이에 전류가 흐르도록 하는 제1 위치로부터 고정 콘택트들로부터 가동 콘택트를 통해 전류가 흐르지 않는 제2 위치로 이동할 수 있는 가동 콘택트가 포함된다. 부상 액추에이터가 포함되어 가동 콘택트를 제1 위치에서 제2 위치로 이동시킨다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전기 시스템은 전기 회로 및 전기 회로를 개폐하기 위해 전기 회로에 전기적으로 연결된 전기 장치를 포함한다. 스위칭 장치는 적어도 두 개의 고정 콘택트들을 포함한다. 가동 콘택트는 고정 콘택트들과 전기적으로 접촉하는 제1 위치에서 고정 콘택트들과 전기적으로 접촉하지 않는 제2 위치로 이동할 수 있다. 부상 액추에이터는 가동 콘택트 또는 고정 콘택트들 중 하나 상에 포함된다. 부상 액추에이터는 가동 콘택트가 제1 위치에 있고 임계 전류가 고정 콘택트들과 가동 콘택트를 통과할 때 가동 콘택트와 고정 콘택트들 중 적어도 하나 사이를 분리시킨다.

본 발명의 이들 및 다른 추가 특징 및 장점은 첨부된 도면과 함께 취해진 다음의 상세한 설명으로부터 당업자에게 명백할 것이며, 여기서 유사한 숫자는 도면에서 대응하는 부분을 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 퓨즈 장치의 일 실시예의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 퓨즈 장치의 일 실시예의 분해도이다.
도 3은 본 발명에 따른 퓨즈 장치의 일 실시예의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 퓨즈 장치의 일 실시예의 부분 단면도이다.
도5는 본 발명에 따른 퓨즈 장치의 일 실시예의 부분 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 퓨즈 장치의 일 실시예의 다른 부분 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 퓨즈 장치의 다른 실시예의 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 퓨즈 장치의 다른 실시예의 사시 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 퓨즈 장치의 다른 실시예의 다른 사시 단면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 퓨즈 장치의 다른 실시예의 부분 사시도이다.
도 11은 본 발명에 따른 퓨즈 장치의 다른 실시예의 부분 사시 단면도이다.
도 12는 본 발명에 따른 스퀴브 활성화 회로의 일 실시예의 개략도이다.
도 13은 본 발명에 따른 퓨즈 장치의 콘택트들의 다른 실시예의 부분 사시도이다.
도 14는 본 발명에 따른 퓨즈 장치의 콘택트들의 다른 실시예의 부분 측면도이다.
도 15는 본 발명에 따른 퓨즈 장치의 일 실시예의 사시도이다.
도 16은 도 17에 도시된 퓨즈 장치의 정면도이다.
도 17은 도 15에 도시된 퓨즈 장치의 측면도이다.
도 18은 도 15에 도시된 퓨즈 장치의 분해도이다.
도 19는 도 15에 도시된 퓨즈 장치의 단면선 19-19에 따른 단면도이다.
도 20은 도 15에 도시된 퓨즈 장치의 단면선 20-20에 따른 단면도이다.
도 21은 본 발명에 따른 부상 액추에이터의 일 실시예의 사시도이다.
도 22는 도 21에 도시된 부상 액추에이터의 측면도이다.
도 23은 본 발명에 따른 부상 액추에이터의 다른 실시예의 사시도이다.
도 24는 도 23에 도시된 부상 액추에이터의 측면도이다.
도 25는 본 발명에 따른 부상 액추에이터의 다른 실시예의 사시도이다.
도 26은 도 25에 도시된 부상 액추에이터의 단면선 26-26에 따른 부분 단면도이다.
도 27은 도 25에 도시된 부상 액추에이터의 단면선 27-27에 따른 부분 단면도이다.
도 28은 본 발명에 따른 또 다른 부상 액추에이터의 단면도이다.
도 29는 도 28에 도시된 부상 액추에이터의 측면도이다.
도 30은 도 28에 도시된 부상 액츄에이터의 작동 중에 생성된 자기장을 보여주는 단면도이다.
도 31은 본 발명에 따른 퓨즈 장치의 다른 실시예를 도시한다.
도 32는 본 발명에 따른 퓨즈 장치의 또 다른 실시예를 도시한다.

본 개시내용은 이제 다양한 실시예의 상세한 설명을 설명할 것이다. 이들 실시예는 발화 회로 차단 특성(pyrotechnic circuit breaking features)을 통합하는 퓨즈 장치와 같은 스위칭 장치와 함께 사용하기 위한 스위칭 특성 및 분리 구성을 갖는 장치를 제시한다. 이러한 스위칭 장치는 전기 장치 또는 시스템에 전기적으로 연결되어 연결된 장치 또는 시스템의 전원을 "온(on)" 또는 "오프(off)"로 전환할 수 있다. 본 명세서에 개시된 예시적인 디바이스는 개시된 스위칭 특성에 추가로 또는 그 대신에 상이한 수동 및/또는 능동 트리거링 특성을 이용할 수 있다. 수동 트리거링 특성은 임계 전류 레벨에 대한 응답으로 발화 회로 차단을 자동으로 트리거하는 이점을 제공한다.

일부 실시예에서, 본 발명에 따른 스위칭 장치는 발화 활성화 또는 트리거링 메커니즘에 커플링된 내부 발화 전하(internal pyrotechnic charge)를 포함한다. 발화 트리거링 메커니즘은 알려진 전기 커플링 메커니즘을 사용하여 스위칭 장치의 고전압(고정된) 콘택트들에 직접 커플링될 수 있다. 발화 전하는 예를 들어 가동 콘택트를 고정 콘택트들과 접촉하지 않게 이동하여 회로를 영구적으로 차단하여 퓨즈 장치를 활성화하거나 차단하도록 구성된다. 이것을 여기에서 "퓨즈 개방 이벤트(fuse blown event)"라고 한다. 이는 일반적으로 퓨즈 장치를 통과하는 전류가 임계값 수준을 초과할 때 수행된다.

본 발명에 따른 퓨즈 장치는 임계 레벨을 초과하는 높은 전류 레벨에서 가동 및 고정 콘택트들 사이에 작거나 약간의 분리를 야기하는 특성을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 특성은 분리를 야기하기 위해 콘택트들을 통한 상승된 전류를 이용하는 부상 액추에이터를 포함한다. 이러한 분리로 인해 콘택트들에서 아크가 발생하는 것과 같이 콘택트들을 통해 저항이 증가할 수 있다. 이로 인해 콘택트들을 통해 흐르는 전기 신호가 더 낮은 저항의 경로를 찾는다. 본 발명의 실시예는 더 낮은 저항의 경로를 통해 콘택트들에 커플링된 발화 장치를 구비할 수 있다. 콘택트들을 통과하는 대신 콘택트들의 전기 신호가 발화 장치를 통과하여 콘택트들을 분리하기 위한 힘을 생성하는 활성화를 야기한다. 이로 인해 콘택트들을 통해 전도 경로를 끊는 퓨즈 개방 이벤트가 발생한다.

본 발명에 따른 부상 액추에이터는 많은 다른 방식으로 배열된 다양한 특성을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 부상 액추에이터는 콘택트들의 전류가 강자성 컴포넌트로 흐르도록 가동 및/또는 고정 콘택트 상에 또는 그 주위에 배열된 하나 이상의 강자성 컴포넌트를 포함할 수 있다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 하나 이상의 컴포넌트가 고정될 수 있고 하나 이상이 가동 콘택트에 장착될 수 있다. 콘택트들을 통과하는 전류가 임계값 레벨에 도달하면 강자성 특성을 통과하는 콘택트들의 전류는 둘 사이에 인력을 유발하는 자기장을 생성한다. 이러한 인력은 가동 콘택트를 고정 콘택트들에 유지하는 폐쇄력을 극복할 수 있고 고정 콘택트들 중 적어도 하나로부터 가동 콘택트를 분리시킬 수 있다. 이는 위에서 설명한 바와 같이 증가된 저항과 발화 장치의 활성화를 야기한다.

이러한 강자성 인력은 본 발명에 따른 퓨즈 장치가 원하는 임계 전류 레벨에서 자동으로 트립(trip)되거나 개방(blow)되도록 설계된다. 이러한 전류 레벨은 강자성 특성의 크기 및 고정 콘택트들에 대한 가동 콘택트의 유지력과 같은 여러 요인에 따라 달라질 수 있다.

퓨즈와 내부 콘택트들은 내부 콘택트들에서 작동에 영향을 줄 수 있는 회전력을 경험할 수도 있다. 본 발명은 어느 하나의 작동 이론에 제한되기를 원하지 않지만, 이러한 회전력은 퓨즈의 영구 자기장을 통해 이동하는 전류에 영향을 미칠 수 있는 로렌츠 힘에 의해 적어도 부분적으로 발생할 수 있음을 이해합한다. 회전력으로 인해 퓨즈 내 콘택트들이 약간 회전하여 콘택트의 일부가 지지 구조에 묶이거나 마찰될 수 있다. 특정 물질(Ag의 AgSnO)로 만들어진 일부 퓨즈에서는 콘택트들에 마찰 고착이 발생할 수도 있다. 위의 두 가지 모두 예측할 수 없는 부상 전류를 갖는 퓨즈를 초래할 수 있다. 아래에서 더 자세히 설명되는 바와 같이 본 발명의 실시예는 또한 이러한 콘택트 회전을 최소화하거나 방지하는 특성을 포함할 수 있으며, 이에 따라 장치에 보다 예측 가능한 부상 특성을 제공할 수 있다.

본 설명 전반에 걸쳐, 예시된 바람직한 실시예 및 예시들은 본 발명에 대한 제한이 아니라 예시로서 간주되어야 한다. 본 명세서에서 사용된 용어 "발명", "장치", "본 발명" 또는 "본 장치"는 본 명세서에 기술된 본 발명의 실시예 중 임의의 하나 및 임의의 등가물을 지칭한다. 또한, 이 문서 전체에서 "발명", "장치", "본 발명" 또는 "전류 장치"의 다양한 특성(들)에 대한 언급이 모든 청구된 실시예 또는 방법이 참조된 특성(들)을 포함해야 한다는 것을 의미하지는 않는다.

또한 요소 또는 특징이 다른 요소 또는 특징에 "상에(on)" 또는 "인접한(adjacent)" 것으로 언급될 때 다른 요소 또는 특징에 직접 또는 인접할 수 있거나 중간에 요소 또는 특징이 존재할 수도 있음을 이해해야 한다. 또한 어떤 요소가 다른 요소에 "부착된(attached)", "연결된(connected)" 또는 "결합된(coupled)" 것으로 언급될 때, 다른 요소에 직접 부착, 연결 또는 결합될 수 있거나 중간 요소가 존재할 수 있음을 이해해야 한다. 반대로 어떤 요소가 다른 요소에 "직접 부착된(directly attached)", "직접 연결된(directly connected)" 또는 "직접 커플링된(directly coupled)" 것으로 언급될 때는 중간 요소가 존재하지 않는다.

"외부(outer)", "위(above)", "아래(lower)", "아래(below)", "수평(horizontal)", "수직(vertical)" 및 유사한 용어와 같은 상대적인 용어는 본 명세서에서 하나의 특성과 다른 특성의 관계를 설명하기 위해 사용될 수 있다. 이들 용어는 도면에 도시된 방향에 더하여 다른 방향을 포함하도록 의도된 것으로 이해된다.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 요소 또는 컴포넌트를 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소 또는 컴포넌트가 이러한 용어에 의해 제한되어서는 안 된다. 이러한 용어는 하나의 요소 또는 컴포넌트를 다른 요소 또는 컴포넌트와 구별하는 데에만 사용된다. 따라서, 이하에서 논의되는 제1 요소 또는 컴포넌트는 본 발명의 사상으로부터 벗어남이 없이 제2 요소 또는 컴포넌트로 명명될 수 있다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 본 명세서에서 사용된 단수형 "하나의(a)", " 하나의(an)" 및 "상기(the)"는 문맥상 명백하게 다르게 나타내지 않는 한 복수형도 포함하는 것으로 의도된다. "포함하다(comprises)", "포함하는(comprising)"이라는 용어는 본원에서 사용될 때 명시된 특징, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 컴포넌트의 존재를 지정하지만, 하나 이상의 다른 특성, 정수, 단계, 동작, 요소, 컴포넌트 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않음을 추가로 이해해야 한다.

본 발명의 실시예는 본 발명의 이상화된 실시예의 개략적 예시인 상이한 도면 및 예시를 참조하여 본 명세서에서 설명된다. 따라서 예를 들어 제조 기술 및/또는 허용의 결과로 도면의 모양이 변형될 수 있다. 본 발명의 실시예는 여기에 예시된 영역의 특정 형상으로 제한되는 것으로 해석되어서는 안 되며, 예를 들어 제조 과정에서 발생하는 형상의 편차를 포함해야 한다.

도 1 내지 도 5는 본 발명에 따른 퓨즈 장치(10)의 일 실시예를 도시하며, 내부 컴포넌트는 도 2 내지 도 5에 가장 잘 도시되어 있다. 퓨즈 장치의 내부 컴포넌트를 포함하는 엔벨로프(envelope)는 일반적으로 커버(12)와 하우징(14)을 포함한다. 하우징(14)은 대부분의 컴포넌트를 포함하고 특정 커스토머 설치에 지정될 수 있는 장착 특성을 제공할 수 있다. 커버(12)는 커버(12) 아래의 퓨즈 장치 특성을 보호하고 퓨즈 장치(10)가 파이로 퓨즈 중단 이벤트(pyro fuse interruption event)(즉, 퓨즈 개방 이벤트)를 견디는 데 도움이 되도록 기계적 강도를 제공하는 배리어를 제공할 수 있다. 퓨즈 장치는 퓨즈 장치(10)의 다양한 내부 컴포넌트가 고정 콘택트들을 통해 외부 전기 시스템 또는 장치에 전기적으로 연결될 수 있도록 구성된 고정 콘택트들(18)를 포함한다. 이는 퓨즈 장치(10)가 본 명세서에 기술된 바와 같이 전기 회로를 완성하거나 전기 회로를 끊을 수 있게 한다.

하우징(14) 내부의 임의의 다른 컴포넌트들과 상호 작용하지 않을 때, 고정 콘택트들은 전기가 이들 사이에서 자유롭게 흐를 수 없도록 서로 전기적으로 절연된다. 고정 콘택트들(18)은 퓨즈 장치의 내부 컴포넌트에 대한 전기적 연결을 제공하기 위한 임의의 적합한 전도성 물질, 예를 들어 다양한 금속 및 금속 물질 또는 당업계에 알려진 임의의 전기 접촉 물질 또는 구조를 포함할 수 있다. 각각의 고정 콘택트들(18)은 (도시된 바와 같은) 단일 연속 콘택트 구조를 포함하거나 다중 전기적으로 연결된 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 고정 콘택트들(18)은 두 개의 부분을 포함할 수 있다. 제1 부분은 커버(12)로부터 연장되며, 이는 본 명세서에 기술된 바와 같이 하우징 내부의 다른 컴포넌트와 상호작용하도록 구성된 퓨즈 장치(10) 내부의 제2 부분에 전기적으로 연결된다.

도시된 실시예에서, 고정 콘택트들은 커버(12)를 통해 접근 가능하다. 커버(12)는 또한 작동 중 및 퓨즈 개방 중단 이벤트 동안 콘택트들(18) 사이의 격리를 유지하는 것을 돕기 위해 콘택트들(18) 사이에 외부 배리어를 제공하는 수직 벽(16)을 포함할 수 있다.

퓨즈 장치(10)는 또한 컵(22)에 장착되어 퓨즈 장치의 임의의 정다각형 또는 불규칙 다각형을 포함하는 특정 형상을 갖는 다양한 내부 컴포넌트를 고정하기에 적합한 임의의 형상을 포함할 수 있는 퓨즈 장치 본체를 형성할 수 있는 캡 어셈블리(20)를 포함한다. 일부 실시예에서, 캡 어셈블리(20)와 컵(22) 사이에 완전 밀폐(hermetic seal)가 있을 수 있다. 완전 밀폐는 둘 사이에 에폭시와 같은 접착제를 포함하거나 둘을 함께 용접하여 유지될 수 있다. 고정 콘택트들(18)은 캡 어셈블리(20)를 통해 돌출되고 컵(22)과 캡 어셈블리(20)에 의해 형성된 퓨즈 장치의 내부 챔버를 통과하여 사용을 위해 접근할 수 있다. 캡 어셈블리(20)는 콘택트들(18) 주위에 밀폐(airtight) 또는 완전 밀폐(hermetic seal)를 형성한다. 캡 어셈블리(20)는 플라스틱과 같은 다양한 물질로 만들어질 수 있고, 컵(22)은 플라스틱이나 금속과 같은 물질로 만들어질 수 있다.

일부 실시예에서, 캡 어셈블리(20) 및 컵(22)은 적어도 부분적으로 음전기 가스, 예를 들어 육불화황(sulfur hexafluoride) 또는 질소와 육불화황의 혼합물로 채워질 수 있다. 일부 실시예에서, 캡 어셈블리 및 컵은 하우징으로 주입되는 가스에 대한 투과성이 낮거나 거의 없는 물질을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 캡 어셈블리 및 컵은 장치의 성능을 증가시키도록 구성된 다양한 가스, 액체 또는 고체를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 퓨즈 장치 바디(body)는 연속적인 구조일 수 있거나 결합된 두 개 이상의 구성 요소 부품을 포함할 수 있다. 바디 구성의 일부 예시는 미국특허 제7,321,281호, 제7,944,333호, 제8,446,240호 및 제9,013,254호에 설명된 것을 포함하며 모두 Gigavac, Inc.에 양도되었다. 본 출원의 양수인, 및 이들 모두는 참조로서 전체적으로 본 명세서에 통합된다.

도시된 실시예에서, 캡 어셈블리(20)는 컵(22)의 상부에 밀봉되어 퓨즈 장치의 내부 컴포넌트를 유지하고 후술하는 바와 같이 아크 챔버를 형성한다. 캡 어셈블리의 밑면은 또한 도 3에 가장 잘 도시된 바와 같이 유전체 미로(maze)(24)(또는 미로(labyrinth))를 포함한다. 미로(24)는 고정 콘택트들(18) 사이의 절연 및 유전 강도를 유지하는 데 도움이 되는 일련의 다양한 표면 및 채널을 제공한다. 작동 중 콘택트 아크 및 물질 방출은 퓨즈 장치(10)의 내부 표면에 콘택트 침전물을 생성할 수 있다. 이들 물질의 축적은 고정 콘택트(18) 사이의 단락 경로를 야기할 수 있는 캡 어셈블리(20)의 내부 표면 상에 전기 경로의 형성을 초래할 수 있다. 미로(24)의 가변 표면은 전기적 경로의 형성을 허용하는 방식으로 이들 증착물의 축적을 방지하는 것을 도울 수 있고, 이에 의해 퓨즈 개방 이벤트 후에 고정 콘택트들 사이에 요구되는 유전체 내전압을 유지한다. 캡 어셈블리(20) 및 컵(22)은 또한 아크 발생 동안 발생하는 아크 압력에 대한 기계적 강도를 추가하며, 이는 아크 발생 동안 장치(10)의 폭발을 방지하는 데 도움이 된다.

퓨즈 장치(10)는 또한 스프링 지지부(30) 및 판 스프링(32)에 의해 가이드(28)에 장착된 가동 콘택트(26)를 포함한다. 정상 작동 중에, 가동 콘택트(26)는 가동 콘택트(26)를 통해 고정 콘택트들(18) 사이에 전기 경로를 형성하기 위해 고정 콘택트들(18)과 접촉 상태를 유지한다. 퓨즈 개방 이벤트 동안 가동 콘택트(26)는 고정 콘택트들(18)과의 접촉에서 벗어나 이동하여 일반적으로 가동 콘택트(26)를 통과하는 고정 콘택트들(18) 사이의 전기 경로를 차단한다.

스프링 지지부(30)는 원하는 위치에 판스프링(32)을 유지하여 판스프링(26)이 가동 콘택트(26)를 밀어 고정 콘택트들(18)과 접촉한 가동 콘택트(26)를 유지한다. 판스프링은 가동 콘택트(26)에 대해 유지력이 제공됨에 따라 편향될 수 있고, 유지력은 정상 작동 중에 낮고 안정적인 접촉 저항을 위해 가동 콘택트(26)를 고정 콘택트들(18)에 고정하는 것이다. 다양한 유지력이 제공될 수 있으며, 몇몇 실시예는 총 약 3파운드 또는 각 고정 콘택트들에 대해 1.5파운드의 유지력을 갖는다.

판 스프링(32)은 상술된 바와 같이 로렌츠 유도 회전력에 의한 가동 콘택트(26)의 회전을 방지하기 위해 가동 콘택트(26)에 기계적으로 연결될 수 있다. 이렇게 하면 부상 트리거 레벨(퓨즈 개방 이벤트)을 변경할 수 있는 가동 콘택트의 마찰 잠금을 제거하거나 줄일 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 판 스프링(32)은 가동 콘택트(26)의 회전을 정지시키고 고정 콘택트들(18)에 대한 접촉력을 유지하기만 하면 된다. 이러한 실시예에서, 가동 콘택트(26)에 대한 판 스프링(26)의 완전한 본딩은 필요하지 않을 수 있다. 스프링 지지부(30) 및 판 스프링(32)은 금속 또는 플라스틱과 같은 견고한 물질로 만들어져야 하며, 일부 물질은 덜 견고한 물질(플라스틱과 같은)가 파손되는 온도 범위에서 신뢰할 수 있는 작동을 허용하는 금속을 포함한다.

가이드(28)는 스프링 지지부(30), 판 스프링(32) 및 가동 콘택트(26) 어셈블리를 유지하고 또한 퓨즈 개방 이벤트에 뒤따르는 하향 위치에서 가동 콘택트(26)를 트랩하는(traps) 캐치(34)를 포함할 수 있다. 이는 잠재적인 유전체 문제를 일으킬 수 있는 퓨즈 장치(10) 내에서 플로팅하거나 퓨즈 개방 이벤트 이후 가동 콘택트(26)가 바운스 백 클로즈되는 것(bouncing back closed)을 방지한다. 가이드(28)는 또한 후술하는 퓨즈 아크 챔버의 하부를 덮는다.

퓨즈 장치(10)는 또한 내부 엔벨로프(36) 및 자석(38)을 포함한다. 내부 엔벨로프(36)는 원하는 위치에 자석(38)을 유지하고 가동 콘택트(26), 스프링 지지부(30), 판 스프링(32) 및 프라이오 플런저(pryo plunger)(40)가 엔벨로프에 유지된다. 엔벨로프(36)의 내부 표면은 또한 1차 아크 챔버를 포함하고 퓨즈 개방 이벤트 후에 실패를 초래할 수 있는 전도성 경로에 증착물을 형성하는 것을 방지하는 미로를 또한 포함할 수 있다. 자석(38)은 고전력 전기 아크(high power electrical arcing)를 감소시키거나 소멸시키기 위해 열림(opening)(또는 개방) 이벤트 동안 콘택트들 양단에 고밀도 자속을 생성하도록 배열된다. 자석은 아크에 대한 상이한 레벨을 소멸시키도록 배열될 수 있으며, 일부 실시예에서는 대략 10MW의 아크를 소멸시킨다.

퓨즈 장치(10)는 캡 어셈블리(20)에 장착되고 퓨즈 개방 이벤트 동안 파이로 플런저(pyro plunger)(40)에서 작동하도록 배열되는 스퀴브 및 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board; PCB) 어셈블리(42)를 더 포함한다. 스퀴브는 발화 장치 역할을 하며 다양한 방법으로 배열할 수 있는 다양한 스퀴브를 사용할 수 있다. 일부 실시예에서, 상이한 유형의 종래의 자동차 에어백 개시제(automotive air bag initiators)인 스퀴브가 사용될 수 있다. 스퀴브는 플런저(40)를 아래로 이동시키고 판 스프링(32)의 유지력에 대항하여 고정 콘택트(18)로부터 가동 콘택트(26)를 분리하게 하는 퓨즈 개방 이벤트에서 폭발 에너지를 제공한다. 플런저(40)가 가동 콘택트(26)를 아래로 움직일 때, 판 스프링(32)은 스프링 지지부(30)에서 떨어질 때까지 휘어질 것이다. 그러면 가동 콘택트(26)는 가이드(28) 상의 캐치(34)에 고정될 때까지 플런저에 의해 더 아래로 밀려날 것이다. 이는 퓨즈 장치(10)를 열림(개방) 상태로 유지한다.

퓨즈 장치(10)는 스퀴브/PCB 어셈블리(42)가 작동하여 콘택트를 통해 원하는 임계 전류 레벨에서 퓨즈 장치(10)를 개방하도록 배열된 부상 액추에이터(44)를 더 포함한다. 부상 액추에이터(44)는 하부 고정 바(46) 및 고정 바(46) 위의 가동 콘택트(26)에 장착되는 역 U자형 바(48)를 포함한다. 고정 바(46)는 많은 다른 위치에 많은 다른 방법으로 장착될 수 있으며, 도시된 실시예는 가동 콘택트(26) 바로 아래의 엔벨로프(36)에 장착된 고정 바(46)를 갖는다(도 3에 가장 잘 도시됨). 공간/갭(50)은 고정 바(46)와 가동 콘택트(26)의 가장 낮은 표면과 U자형 바(48) 사이에 제공되어 고정 바(46)를 향한 가동 콘택트(28)의 이동을 허용한다.

고정 및 U자형 바(46, 48)는 가동 콘택트(26)를 통한 전류 흐름에 의해 야기된 자기장을 증폭하고 집중시키는 강자성 물질로 제조될 수 있다. 퓨즈 장치(10)는 콘택트들을 통과하는 특정 전류 레벨에서 트립되거나 개방되도록 배열될 수 있다. 이러한 전류 수준에 도달하면 U자형 바(48)는 고정 바(46)를 향해 당기는 힘을 발생시킨다. 이로 인해 공간(50)이 폐쇄되고, 동시에 부상 액추에이터(44)가 있는 가동 콘택트(26)의 측면이 고정 콘택트들(18) 중 하나로부터 분리된다. 이는 가동 콘택트(26)와 고정 콘택트들(18) 중 하나 사이의 이러한 분리에서 증가된 저항(아크 등에 의해)을 야기한다. 이러한 증가된 저항은 고정 콘택트들(18)에서의 전류가 더 낮은 저항의 경로를 찾도록 한다. 퓨즈 장치(10)에서 더 낮은 저항의 이러한 경로는 스퀴브 리드(52)(도 5에 가장 잘 도시됨)의 연결을 통과한다. 이후, 전류는 스퀴브 어셈블리(42)를 작동시켜 플런저(40)가 가동 콘택트(26)를 고정 콘택트들(18)과 접촉하지 않게 이동시키고 캐치(34)에 유지되게 한다. 이는 가동 콘택트(26)와 퓨즈 장치(10)를 열림 또는 개방 위치에 유지한다.

상술된 실시예에서, 퓨즈 장치는 콘택트를 통해 미리 결정된(트립) 전류 레벨에 도달할 때 활성화하도록 스퀴브에 자동으로 신호를 보내는 내부 특성 배열을 통해 개방된다. 이러한 자동 트리핑은 외부 신호 없이 발생하며 "수동적(passive)" 활성화라고 한다. 하지만, 본 발명에 따른 퓨즈 장치는 또한 많은 다른 내부 수동 신호 및 외부 "능동적(active)" 신호에 의해 활성화될 수 있음을 이해해야 한다.

도 6을 참조하는 것은 도 7과 연결되고, 능동적 외부 활성화와 함께 상술된 바와 같은 수동적 내부 활성화를 허용하는 구성이 도시되어 있다. 도 6은 캡 어셈블리(106)에 장착된 고정 콘택트들(102) 및 스퀴브/PCB 어셈블리(104)를 갖는 퓨즈 장치(100)를 도시한다. 이러한 실시예에서, 상술된 바와 같이 퓨즈 장치(100)의 내부 컴포넌트로부터 활성화 신호를 전달하는 제1 스퀴브 리드(108)가 도시되어 있다.

스퀴브/PCB 어셈블리(104)는 또한 스퀴브의 능동적 활성화를 위해 외부 소스에 연결하는 데 사용되는 저전압 전력 제어 와이어(110)를 포함한다. 이러한 활성화는 특정 퓨즈 장치 애플리케이션에 맞게 맞춤화될 수 있는 하나 이상의 다른 외부 기능 또는 시스템에 의해 제어될 수 있다. 스퀴브/PCB 어셈블리(104)는 또한 코일(112) 및 리드 스위치(113)를 포함한다. 코일(112)은 리드 스위치(113)를 닫을 수 있는 자기장을 생성하여 콘택트들 또는 단자(102) 사이를 통과하는 전류에 의해 스퀴브의 활성화를 야기한다.

본 발명의 이러한 실시예는 능동적 활성화 신호를 제공하기 위해 많은 다른 방식으로 배열된 많은 다른 전자 소자를 포함할 수 있다. 도 7은 본 발명에 따라 능동적 활성화 신호를 퓨즈 장치에 제공하도록 배열된 회로(120)의 일 실시예를 도시한다. 활성화 신호는 코일(126)에 인가되는 저전압 전원(124)으로부터 제공된다. 코일(126)은 차례로 리드 스위치(128)의 폐쇄를 야기하는 자기장을 발생시킨다. 이는 스퀴브(132)의 활성화를 유발하는 고정 콘택트들(130)에 인가되는 신호에 대한 낮은 저항 경로를 제공한다. 이것은 본 발명에 따라 사용될 수 있는 많은 능동 신호 활성화 회로 중 단지 하나이며, 이들 회로는 본 명세서에 기술된 수동 활성화 장치와 함께 사용될 수 있음을 이해해야 한다.

도 8 내지 도 12는 또한 내부 수동 신호 또는 외부 활성화 신호에 의해 활성화될 수 있는 본 발명에 따른 퓨즈 장치(150)의 다른 실시예를 도시한다. 퓨즈 장치(150)는 PCB(156)에 장착된 제1 및 제2 스퀴브(152, 154)를 포함한다. 제1 스퀴브(152)는 외부 능동 신호를 수신하면 활성화하도록 배열되고, 제2 스퀴브(154)는 내부 수동 신호로부터 상술된 바와 같이 활성화하도록 배열된다. 퓨즈 장치는 상술된 퓨즈 장치(10)와 유사하게 배열된다. 그러나, 이 실시예에서, 능동 활성화 신호를 제공하는 외부 장치에 대한 연결을 위해 능동 트리거 연결 핀(158)이 포함된다. 외부 장치는 상이한 실시예에서 상이한 유형의 활성화 신호를 제공할 수 있으며, 도시된 실시예는 저전압 신호에 의한 활성화를 위해 배열된다.

퓨즈 장치(150)는 또한 판넬(160)의 더 큰 상부 개구(larger upper opening)에 배열된 제1 및 제2 스퀴브(152, 154) 및 하부 개구(lower opening)에 배열된 플런저(162)를 갖는 스퀴브 판넬(160)을 포함한다. 제1 또는 제2 스퀴브(152, 154) 중 어느 하나의 활성화로부터의 힘은 판넬(160)에 의해 플런저(162)로 향한다. 이로 인해 플런저가 아래로 이동하고 가동 콘택트가 상술된 바와 같이 고정 콘택트들과의 접촉에서 강제로 분리된다.

상술된 바와 같이, 본 발명에 따른 퓨즈 장치는 로렌츠 힘 하에서 접촉 회전을 방지하기 위해 판 스프링 및 스프링 지지부를 가질 수 있다. 다른 실시예는 이러한 문제를 감소시키거나 제거하기 위해 다른 특징을 포함할 수 있다. 도 13 및 도 14는 이러한 회전을 감소시키거나 제거하기 위한 고정 콘택트(200) 및 가동 콘택트(202)의 다른 실시예를 도시한다. 도시된 실시예에서, 고정 콘택트들(200)과 가동 콘택트(202) 사이의 접촉 영역은 정사각형 모양의 공간(206)을 형성하는 대향 V자형 노치(opposing V-shaped notches)(204)를 갖는다. 핀 또는 롤러(208)는 서로에 대한 고정 및 가동 콘택트들의 측면 움직임에 저항하도록 유지된다. 롤러(208)는 비전도성 물질을 포함하는 일부 실시예와 함께 다양한 물질을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 퓨즈 장치 실시예는 상이한 작동 조건 하에서 신뢰할 수 있는 작동을 제공하기 위해 많은 다른 특징을 포함할 수 있다는 것이 이해된다. 다시 도 2, 도 3 및 도 5를 참조하면, 고정 콘택트들(18) 및 가동 콘택트(26)는 많은 전도성 물질 또는 금속과 같은 전도성 물질의 조합으로 만들어질 수 있다. 일부 실시예에서, 이들은 전부 또는 주로 구리(Au)로 만들어질 수 있다. 일부 실시예에서, 고정 콘택트들(18)이 만나고 가동 콘택트(26)의 표면과 접촉하는 표면은 원하는 트립(또는 퓨즈 개방) 전류 미만의 전류에서 작은 융합 지점 또는 미세 용접을 경험할 수 있다. 이로 인해 표면 사이에 달라붙는 현상이 발생하여 두 표면을 분리하기 위해 더 높은 힘이 필요할 수 있다. 이로 인해 콘택트들을 분리하기 위해 예측할 수 없는(또는 더 높은) 트립 전류가 발생할 수 있다.

이러한 문제를 감소시키거나 제거하기 위해, 고정 콘택트들(18)과 가동 콘택트(26)가 만나는 표면은 콘택트들 사이의 융합 및 미세 용접에 저항하는 물질을 포함하거나 이에 의해 코팅될 수 있다. 고정 콘택트들(18)과 가동 콘택트(26)의 대향 표면에 은 주석 산화물(AgSnO) 또는 은 탄화물(AgC 또는 Ag2Cs)과 같은 은 합금을 포함하지만 이에 제한되지 않는 많은 다른 물질이 사용될 수 있다. 이 물질을 추가하면 콘택트들 사이의 점착을 줄이거나 없앨 수 있다. 동일하거나 상이한 물질이 대향 표면 상에 포함될 수 있다는 것이 이해된다.

콘택트들에 이러한 물질을 사용하면 콘택트가 산화될 위험이 있는 개방형(또는 비밀폐형) 배열에서 콘택트들을 사용할 수 있다는 추가 이점을 제공할 수 있다. 이러한 물질은 콘택트들의 만나는 표면에 형성되는 산화를 줄이거나 제거할 수 있다.

도 15 내지 도 20은 도 1 내지 도 5에 도시되고 상술된 퓨즈 장치(10)와 유사한 많은 특징을 갖는 본 발명에 따른 퓨즈 장치(300)의 다른 실시예를 도시한다. 1-5 및 위에서 설명한. 위와 같이 퓨즈 장치(300)의 내부 부품을 포함하는 외피는 일반적으로 커버(302)와 하우징(304)을 포함한다. 하우징(304)은 대부분의 내부 컴포넌트를 포함하고 설치를 위한 특정 장착 특성을 제공할 수 있다. 커버(302)는 아래의 퓨즈 장치 특성 및 컴포넌트를 보호하고 기계적 강도를 제공하기 위한 배리어를 제공할 수 있다.

퓨즈 장치는 퓨즈 장치(300)의 다양한 내부 컴포넌트가 외부 전기 시스템 또는 장치에 전기적으로 연결될 수 있도록 구성된 고정 콘택트들(308)을 포함한다. 이것은 퓨즈 장치(300)가 본 명세서에 기술된 바와 같이 전기 회로를 차단하기 위해 전기 회로를 완성하도록 기능할 수 있게 한다.

하우징(304) 내부의 임의의 다른 구성요소와 상호작용하지 않을 때, 고정 콘택트들(308)은 그렇지 않으면 서로 전기적으로 절연된다. 고정 콘택트들(308)은 상술된 물질을 포함할 수 있고 상술된 바와 같이 단일 또는 다중 부분 구조를 포함할 수 있다. 고정 콘택트들(308)은 커버(302)로부터 연장되고 전기 시스템에 연결하기 위해 이용 가능하다. 콘택트들(308)의 하부는 커버(302)를 통과하여 하우징의 내부 컴포넌트와 상호 작용한다. 커버(12)는 또한 작동 동안 및 중단 이벤트 동안 콘택트들(308) 사이의 격리를 유지하는 것을 돕기 위해 콘택트들(308) 사이의 외부 배리어로서 기능하는 수직 벽(306)을 포함할 수 있다.

퓨즈 장치(300)는 또한 임의의 형상을 포함할 수 있는 퓨즈 장치 본체를 형성하기 위해 컵(312)에 장착될 수 있는 캡 어셈블리(310)를 포함한다. 일부 실시예에서, 상술된 방법을 사용하여 캡 어셈블리(310)와 컵(312) 사이에 완전 밀폐(hermetic seal)가 있을 수 있다. 고정 콘택트들(308)은 캡 어셈블리(310)를 통해 돌출하고 컵(312)과 캡 어셈블리(310)에 의해 형성된 퓨즈 장치의 내부 챔버로부터 통과하여 사용을 위해 접근될 수 있다. 캡 어셈블리(310)는 콘택트들(308) 주위에 밀폐(airtight) 또는 완전 밀폐(hermetic seal)를 형성하고 캡 어셈블리(310)는 상술된 다양한 물질로 제조될 수 있다. 캡 어셈블리(310) 및 컵(312)은 또한 상술된 바와 같이 음전기 가스 및 다른 물질로 적어도 부분적으로 채워질 수 있다.

도시된 실시예에서, 캡 어셈블리(310)는 컵(312)의 상부를 밀봉하여 퓨즈 장치의 내부 컴포넌트를 유지하고 아크를 형성한다. 캡 어셈블리(310)의 밑면은 또한 도 20에 가장 잘 도시된 바와 같이 유전체 미로(maze)(314)(또는 미로(labyrinth))를 포함한다. 미로(314)는 고정 콘택트들(308) 사이의 절연 및 유전 강도를 유지하는 데 도움이 되는 일련의 다양한 표면 및 채널을 제공한다. 캡 어셈블리(310) 및 컵(312)은 또한 아크 발생 중에 발생하는 아크 압력에 대한 기계적 강도를 추가한다.

퓨즈 장치(300)는 또한 스프링 지지부(320) 및 판 스프링(322)에 의해 가이드(318)에 장착된 가동 콘택트(316)를 포함하며, 이들은 상술된 것과 동일하거나 유사한 방식으로 작동하도록 배열된다. 판 스프링(322)은 상술된 바와 같이 로렌츠 유도 회전력에 의한 가동 콘택트(316)의 회전을 방지하기 위해 가동 콘택트(316)에 기계적으로 연결될 수 있다. 스프링 지지부(320) 및 판 스프링(322)은 금속과 같은 견고한 물질로 만들어져야 하며, 이는 온도 범위에 대한 신뢰할 수 있는 작동을 허용한다. 가이드(318)는 스프링 지지부(320), 판 스프링(322) 및 가동 콘택트(316)를 유지하고 또한 아래에서 설명되는 캐치(즉, 캡처 바)를 포함할 수 있으며, 이는 퓨즈 개방 이벤트에 뒤따르는 하향 위치에서 가동 콘택트(316)를 트랩(traps)하는 것이다.

퓨즈 장치(300)는 또한 원하는 위치에 자석(338)을 유지하는 내부 엔벨로프(326)와 함께 내부 엔벨로프(326) 및 아크 자석(328)을 포함한다. 가동 콘택트(316), 스프링 지지부(320), 판 스프링(322) 및 프라이오 플런저(330)도 엔벨로프(326)에 유지된다. 이와 같이, 엔벨로프(326)의 내부 표면은 또한 1차 아크 챔버를 포함하고 퓨즈 개방 이벤트 후에 실패를 초래할 수 있는 전도성 경로를 형성하는 것으로부터 증착물을 방지하는 미로 또한 포함할 수 있다.

퓨즈 장치(300)는 캡 어셈블리(310)에 장착되고 퓨즈 개방 이벤트 동안 파이로 플런저(330)에서 작동하도록 배열되는 스퀴브 및 인쇄 회로 기판(PCB) 어셈블리(332)를 더 포함한다. 제1 및 제2 스퀴브(334, 336)는 PCB(338)에 장착된다. 상술된 바와 같이, 제1 스퀴브(334)는 외부 능동 신호를 수신할 때 활성화하도록 배열될 수 있고, 제2 스퀴브(336)는 내부 수동 신호로부터 상술된 바와 같이 활성화하도록 배열될 수 있다. 능동 활성화 신호를 제공하는 외부 장치에 대한 연결을 위해 능동 트리거 연결 핀(340)이 포함된다. 외부 장치는 상이한 실시예에서 상이한 유형의 활성화 신호를 제공할 수 있으며, 일부 실시예는 저전압 신호에 의한 활성화를 위해 배열된다.

플런저(330)는 일관되고 신뢰할 수 있는 작동을 제공하기 위해 다양한 방식으로 그리고 다양한 특징으로 배열될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 밀폐 링(seal rings)(331)이 플런저(330)와 플런저 개구부(333) 사이의 플런저(330)에 포함될 수 있다. 이것은 제조의 변화를 보상하는 링(331)과 함께 상기 둘 사이에 양호한 밀폐(good seal)를 제공한다. 그 결과 플런저가 일관되고 예측 가능한 힘으로 열린다. 링(331)은 다양한 물질로 만들어질 수 있고 다양한 위치에 있을 수 있으며, 링 중 적어도 하나는 실리콘으로 만들어지고 플런저(330)의 상부에 위치된다.

퓨즈 장치(300)는 두 개의 스퀴브로 또는 단일 스퀴브로 작동하도록 배열될 수 있음에 유의한다. 단일 스퀴브 배열에서 플러그는 미사용 스퀴브 개구부에 포함될 수 있다. 예를 들어, 수동적 활성화만이 요구되는 배열에서, 제2 스퀴브(336)만이 포함될 수 있고, 플러그가 제1 스퀴브의 개구부에 장착될 수 있다. 외부 능동 신호 활성화만이 요구되는 배열에서, 제1 스퀴브(334)가 포함될 수 있고 플러그가 제2 스퀴브를 위한 개구에 장착될 수 있다. 이는 퓨즈 장치(300)의 용도에 유연성을 제공한다.

능동 트리거 연결 핀(340)은 표준 스퀴브 커넥터를 갖는 커버(302)를 통해 액세스될 수 있다. 커버는 또한 테스트 액세스 창(341)을 포함하고 제조 동안 최종 테스트를 위해 제1 및 제2 스퀴브(334, 336)에 대한 직접적인 전기적 액세스를 허용한다. 다른 실시예에서, 제1 및 제2 스퀴브는 또한 문제 해결과 같은 다른 목적을 위해 접근될 수 있다는 것이 이해된다.

퓨즈 장치(300)는 도 1 내디 도 5를 참조하여 상술된 부상 액추에이터(44)와 유사하게 배열된 부상 액추에이터(344)(도 20에 도시됨)를 더 포함한다. 부상 액추에이터(344)는 스퀴브 및 PCB 어셈블리(332) 상의 제2 스퀴브(336)가 상술된 바와 같이 콘택트들을 통과하는 원하는 전류에서 퓨즈 장치(300)를 차단하도록 작동시키기 위해 작동한다. 부상 액추에이터는 하부 고정 바(346) 및 고정 바(346) 위의 가동 콘택트(316)에 장착된 반전된 U자형 바(348)를 포함하며, 둘 사이에 공간이 있다.

고정 및 U자형 바(346, 348)는 가동 콘택트(316)을 통한 전류 흐름에 의해 발생하는 자기장을 증폭하고 집중시키는 강자성 물질로 제조될 수 있다. 이러한 전류 레벨에 도달하면, U자형 바(348)는 고정 바(346)를 향한 인력을 생성한다. 이로 인해 가동 콘택트(316)과 고정 콘택트들(308) 중 하나가 분리된다. 이는 고정 콘택트들과 가동 콘택트 사이의 저항 증가를 야기하고, 차례로 전류가 제2 스퀴브(336)로 전달되어 활성화되도록 하여, 플런저(330)가 가동 콘택트(336)를 고정 콘택트들(308)과의 접촉에서 열림 또는 개방 위치로 이동시키게 한다. .

퓨즈 장치(300)는 가이드(318)에도 장착되는 램프(350) 및 캡처 바(352)를 더 포함한다. 램프(350)는 고정 바(346)(및 일부 실시예에서는 U자형 바)와 함께 작동하여 퓨즈 개방 이벤트 동안 고정 바를 측면으로 이동시켜 고정 콘택트들(308)과 가동 콘택트 사이의 개구 간격을 증가시킨다. 가동 콘택트(336)가 퓨즈 개방 이벤트 동안 가이드(318)를 향해 아래로 이동함에 따라, 램프(350) 고정 바(346)는 램프(350)의 곡선 표면(354)을 따라 고정 바(346)를 곡선 표면(354) 방향으로 이동시킨다. 이로 인해 고정 바(346)가 가동 콘택트(336)의 수직 레그(vertical leg)로 이동하고 가동 콘택트(336)의 하부 표면에서 벗어나게 된다. 이 위치에서 고정 바(346)는 가이드(318)까지 최대 거리를 이동하는 가동 콘택트(336)를 방해하지 않아 고정 콘택트들(308)과 가동 콘택트(336) 사이에 최대 분리를 제공한다. 캡쳐 바(352)는 가이드(318)에서 그 고정 바(346)를 캡쳐하여 퓨즈 개방 이벤트 이후에 가이드(318)에서 가동 콘택트(336)를 유지할 수 있다.

퓨즈 장치(300)는 가스 압력 튜브(358) 위의 커버(302)에 장착된 가스 전환기 캡(gas diverter cap)(356)을 더 포함한다. 퓨즈가 개방된 경우 과도한 가스가 퓨즈 장치(300) 내부에 쌓일 수 있다. 가스 압력 튜브(358)는 퓨즈 장치(300)의 내부로부터 가스 전환기 캡(356) 아래까지의 경로를 제공한다. 이는 퓨즈 장치(300)가 퓨즈 개방 이벤트 동안 폭발할 가능성을 줄이기 위해, 캡(356) 아래로 확산하도록 퓨즈 장치 내부로부터의 가스를 위한 경로를 제공한다.

본 발명에 따른 부상 액추에이터는 다양한 방식으로 다양한 특징을 갖도록 배열될 수 있음을 이해해야 한다. 도 21 및 도 22는 하부 고정 바(402) 및 고정 바(402) 위의 가동 콘택트(406)에 장착되는 반전된 U자형 바(404)를 포함할 수 있는 본 발명에 따른 부상 액추에이터(400)의 다른 실시예를 도시한다. 하부 바(402)와 U자형 바(404) 사이에 공간/갭(407)이 남고, 가동 콘택트(406)의 하부 표면과 하부 바(402) 사이에도 공간이 있다.

이 실시예에서, 장착 브래킷(mounting bracket)(또는 리테이너(retainer))(408)이 포함되어 고정 콘택트(410)에 상부가 고정되고 하부가 고정 바(402)에 고정된다. 이는 고정 바(402)가 브래킷(408)에 의해 고정 콘택트(410)에 장착되게 한다. 공지된 장착 방법을 사용하여 아래 표면에 접착될 수 있는 탭(412)을 사용하여 도시된 실시예와 함께, 브래킷을 제자리에 고정하기 위해 다양한 메커니즘이 사용될 수 있다.

브래킷(408)은 또한 U자형 바아(404)에 고정되지 않고 대신 U자형 바의 이동을 가이드하는 U자형 바(404) 주위의 가이드(414)를 포함한다. 상승된 전류에서, 고정 바(402) 및 U자형 바(404)에서 생성된 자기력은 U자형 바(404)를 고정 바(402) 쪽으로 당긴다. U자형 바(404)는 가이드(414)를 따라 이동하여 갭(407)을 폐쇄하고, 이는 가동 콘택트(406)가 고정 바(402)를 향하여 이동하게 하고, 가동 콘택트(406)와 고정 콘택트(410)를 분리시킨다. 그러면 전기 신호가 스퀴브에 전송되어 퓨즈 개방 이벤트가 발생한다. 이 퓨즈 개방 이벤트 동안 제공된 힘은 고정 바(402) 또는 고정 콘택트로부터 브래킷(408)의 분리를 야기하거나 브래킷(408)이 파손되게 할 수 있다. 이것이 발생하면, 가동 콘택트(406)는 고정 콘택트(들)(410)과 접촉하지 않는 퓨즈 개방 위치에 응답하여 자유롭게 움직일 수 있다.

도 23 및 도 24는 본 발명에 따른 부상 액추에이터(450)의 다른 실시예를 나타낸다. 본 실시예에서, U자형 바(452)는 가동 콘택트(454)와 고정 콘택트(458)에 장착되며, U자형 바(452)는 상술된 것과 유사하게 배열되고 동일한 물질로 제조된다. 가동 콘택트(454)과 고정 콘택트(458) 사이의 갭으로부터 가동 콘택트(454)의 하부 표면 아래까지 걸쳐 있는 L자형 프라이바(456)가 포함된다. 가동 콘택트(454)의 하부 표면과 아래의 프라이바(452) 부분 사이에 갭(460)이 포함된다. 프라이바(456)는 고정 콘택트(458)와 가동 콘택트(454) 사이의 갭에 배열되는 프라이바 팁(462)을 더 포함한다.

프라이바(456)는 접촉부(454, 458)를 통한 전류의 존재 시 자기장을 생성하는 상술된 재료 중 하나로 제조되는 U자형 바(452) 아래의 가동 철 부분(movable iron portion)(461)을 적어도 포함한다. U자형 바(452)도 유사하게 자기장을 발생시키는 물질로 이루어진다. 이는 가동 철 부분(460)을 U자형 바(452) 쪽으로 끌어당기고 콘택트들(454, 458)을 통한 원하는 상승 전류에서 U자형 바(452)로의 부분(460)의 이동에 의해 갭(460)의 폐쇄를 야기한다. 갭은 차례로 고정 콘택트(458)로부터 가동 콘택트(454)의 분리를 야기하는 프라이바 팁(462)에서 "프라이바" 운동을 야기한다. 이는 가동 콘택트(454)와 고정 콘택트 사이의 증가된 저항을 초래하고 전기 신호가 스퀴브로 전송되어 퓨즈 개방 이벤트를 유발한다.

도 25 내지 도 27은 수직 레그 중 하나의 가동 콘택트(504)에 장착된 두 개의 대향하는 가동 요크(moveable yokes)(502a, 502b)를 포함하는 본 발명에 따른 부상 액추에이터(500)의 다른 실시예를 도시한다. 각각의 가동 요크는 대향 탭(506)(도 26 및 27에 도시됨)을 가지며, 각각은 가동 콘택트의 상부 표면에 있는 가동 콘택트 그루브(movable contact grooves)(508) 중 하나에 놓여 있다. 그 결과 가동 콘택트(504)와 고정 콘택트들(510) 중 하나 사이의 표면에 탭이 있게 된다.

요크(502a, 502b)는 위에서 논의된 재료로 만들어질 수 있고, 전류가 콘택트들(504, 510)을 통과함에 따라 자기장이 요크(502a, 502b)에 의해 생성된다. 이러한 자기장은 서로를 향해 요크(502a, 502b)를 끌어당기고 렛지(ledges)(512) 주위로 약간 회전하여 갭(514)을 폐쇄한다. 이러한 회전은 탭(506)이 각각의 그루브(508)에서 회전하게 하여 가동 콘택트(504)와 고정 콘택트(510) 사이에 분리력을 발생시킨다. 상승된 전류에서, 이 분리력은 가동 콘택트(504)을 고정 콘택트(510)로부터 분리하기에 충분하다. 이것은 차례로 스퀴브의 활성화를 유발하여 퓨즈 개방 이벤트를 생성한다.

도 28 내지 도 30은 트리거(552)를 포함하는 본 발명에 따른 부상 액추에이터(550)의 다른 실시예를 도시하고, 트리거(552)는 주로 가동 콘택트(554)의 수직 레그(또는 일부)에 장착되며, 일부는 수직 레그로의 전이 근처에서 가동 콘택트(554)의 수평 부분의 표면을 덮는다. 트리거(552)는 위에서 논의된 물질로 만들어질 수 있으며 가동 콘택트의 전류 흐름에 평행한 자기장 B를 생성한다. 이것은 차례로 개방 로렌츠 힘을 생성하는 로렌츠 힘 L(즉, 전자기 트리거 필드(electromagnetic trigger field))을 생성한다. 가동 콘택트(554) 및 고정 콘택트(556)를 통한 상승된 전류에서, 이 로렌츠 힘은 가동 및 고정 콘택트(554, 556) 사이의 분리를 야기하기에 충분할 수 있고, 그에 의해 퓨즈 개방 이벤트를 야기한다.

부상 액추에이터(550)는 움직이는 부분이 없는 간단한 접근 방식을 제공한다. 이 실시예의 트리거 장치가 서로 다른 방향으로 콘택트들을 통해 흐르는 전류로 동일한 로렌츠 필드를 생성한다는 추가 이점을 제공한다. 이는 전류가 콘택트들을 통해 양방향으로 흐를 수 있는 퓨즈 장치에서 이 부상 액추에이터를 사용할 때 유연성을 제공한다.

고에너지 퓨즈 개방 이벤트(예를 들어, 10MW)에서 방출되는 에너지는 퓨즈 패키지를 손상시킬 수 있다. 양호한 콘택트 간격과 강한 아크 자기 폭발 강도는 패키지가 약하면 10MW 이상의 중단을 방해하지 않을 수 있다. 이는 퓨즈 패키지 크기가 줄어들기 때문에 문제가 된다. 이러한 퓨즈 장치의 일반적인 고장 지점은 캡 어셈블리와의 인터페이스에서 컵 가장자리를 따라 있을 수 있다.

본 발명의 다른 실시예는 또한 퓨즈 개방 이벤트를 순회하는 이러한 손상에 대해 퓨즈 장치의 강도를 개선하기 위한 다른 특징을 포함할 수 있다. 이들 특징은 상술된 각 실시예에 적용될 수 있음이 이해된다.

도 31은 캡 어셈블리(602), 스퀴브(604) 및 컵(606)을 갖는 본 발명에 따른 퓨즈 장치(600)의 일 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 스트랩(608)은 컵(606)의 상부를 가로질러 장착되는 것을 포함할 수 있다. 스트랩(608)은 다양한 위치에 포함될 수 있으며, 도시된 스트랩은 컵의 중앙을 가로질러 걸쳐 있고 스퀴브(604)에 대한 접근을 허용하기 위한 스퀴브 개구부(607)를 가질 수 있다. 다른 금속 또는 플라스틱으로, 알려진 장착 방법 및 물질을 사용하여 컵에 장착할 수 있다.

도 32는 캡 어셈블리(652), 스퀴브(654) 및 컵(656)을 갖는 본 발명에 따른 퓨즈 장치(650)의 다른 실시예를 도시한다. 캡 어셈블리(652)에는 컵(656)의 상단 에지 위로 그리고 컵(656)의 외부 표면의 상단 부분 아래로 통과하는 보강 립(reinforcing lip)(658)이 제공된다. 이는 캡 어셈블리(652)와 컵(656) 사이의 밀폐를 제공 및 개선할 뿐만 아니라, 퓨즈 개방 이벤트 동안 상부 컵의 외측 굴곡을 감소시킨다.

컵(656)의 상단 주위에 증가된 포팅 두께와 같은 퓨즈 패키지 강도를 개선하기 위해 다른 특징이 포함될 수 있음을 이해해야 한다. 이것은 강도를 추가하기 위해 포함될 수 있는 하나의 추가 특징일 뿐이며 본 발명은 이러한 특정 실시예에 한정된다.

본 발명이 특정한 바람직한 구성을 참조하여 상세하게 설명되었지만, 다른 버전도 가능하다. 본 발명의 실시예는 다양한 도면에 도시된 호환 가능한 특징의 임의의 조합을 포함할 수 있으며, 이러한 실시예는 명시적으로 도시되고 논의된 것에 제한되지 않아야 한다. 따라서, 본 발명의 사상 및 범위는 상술된 버전으로 제한되어서는 안 된다.

전술한 내용은 본 발명의 사상 및 범위 내에 속하는 모든 수정 및 대안적 구성을 포함하도록 의도되며, 여기서 개시 내용의 어떠한 부분도 청구범위에 기재되지 않은 경우 명시적 또는 암시적으로 공용 도메인에 전용되는 것으로 의도되지 않는다.

Claims

전기 스위칭 장치에 있어서:
적어도 두 개의 고정 콘택트들(levitation actuator);
상기 고정 콘택트들과 전기적으로 접촉하는 제1 위치에서 작동하고, 상기 고정 콘택트들과 전기적으로 접촉하지 않는 제2 위치에서 작동하도록 배열되는 가동 콘택트(movable contact); 및
상기 가동 콘택트가 상기 제1 위치에 있고 임계 전류가 상기 고정 콘택트들 및 상기 가동 콘택트들을 통과할 때 상기 가동 콘택트들과 상기 고정 콘택트들 중 적어도 하나 사이를 분리시키기 위한 상기 가동 콘택트 또는 상기 고정 콘택트들 중 하나 상의 부상 액추에이터(levitation actuator)
를 포함하는 전기 스위칭 장치.
제1항에 있어서,
상기 가동 콘택트를 상기 제1 위치에서 제2 위치로 이동시키기 위한 발화 장치(pyrotechnic device)
를 더 포함하는 전기 스위칭 장치.
제2항에 있어서,
상기 분리는 상기 발화 장치의 활성화를 야기하는
전기 스위칭 장치.
제3항에 있어서,
고정 콘택트들과 가동 콘택트를 통과하는 전기 신호가 상기 발화 장치를 활성화시키기 위해 사용되는
전기 스위칭 장치.
제1항에 있어서,
상기 가동 콘택트를 상기 제2 위치에 유지하기 위한 캐치
를 더 포함하는 전기 스위칭 장치.
제1항에 있어서,
상기 부상 액추에이터는 적어도 부분적으로 강자성 물질로 만들어지는
전기 스위칭 장치.
제1항에 있어서,
상기 부상 액추에이터는 상기 가동 콘택트 아래의 제1 바 및 상기 가동 콘택트에 장착된 제2 바를 포함하는
전기 스위칭 장치.
제6항에 있어서,
상기 제2 바는 U자형인
전기 스위칭 장치.
제7항에 있어서,
상기 부상 액추에이터는 상기 고정 콘택트에 장착되고 상기 제2 바의 움직임의 움직임을 안내하는 것을 포함하는
전기 스위칭 장치.
제1항에 있어서,
상기 부상 액추에이터는 L자형 프라이바(prybar)를 포함하는
전기 스위칭 장치.
제1항에 있어서,
상기 가동 콘택트는 수직 부분을 포함하고 상기 부상 액추에이터는 상기 수직 부분에 장착된 대향 요크들(opposing yokes)을 포함하는
전기 스위칭 장치.
제1항에 있어서,
상기 가동 콘택트는 수직 부분을 포함하고 상기 부상 액추에이터는 상기 수직 부분에 장착된 트리거를 포함하는
전기 스위칭 장치.
전기 스위칭 장치에 있어서,
하우징;
상기 하우징 외부의 외부 컴포넌트들에 전기적으로 커플링되고 상기 외부 컴포넌트들로부터 상기 하우징 내부의 컴포넌트들로 전기 신호를 전도하도록 배열되는 고정 콘택트들;
상기 가동 콘택트를 통해 상기 고정 콘택트들 사이에 전류가 흐르도록 하는 제1 위치로부터 상기 가동 콘택트를 통해 상기 고정 콘택트들로부터 전류가 흐르지 않는 제2 위치로 이동 가능한 상기 하우징 내의 가동 콘택트; 및
상기 가동 콘택트를 상기 제1 위치에서 상기 제2 위치로 이동시키기 위한 부상 액추에이터(levitation actuator)
전기 스위칭 장치.
제13항에 있어서,
상기 부상 액추에이터는 상기 가동 콘택트 또는 상기 고정 콘택트들 중 하나 상에 있는
전기 스위칭 장치.
제13항에 있어서,
상기 가동 콘택트 상기 제1 위치에서 상기 고정 콘택트들과 접촉하고, 상기 부상 액추에이터는 상기 가동 콘택트가 상기 제1 위치에 있고 임계 전류가 상기 고정 콘택트들 및 상기 가동 콘택트를 통과할 때 상기 가동 콘택트와 상기 고정 콘택트들 중 하나 사이를 분리시키는
전기 스위칭 장치.
제13항에 있어서,
상기 가동 콘택트를 상기 제1 위치에서 제2 위치로 이동시키기 위한 발화 장치(pyrotechnic device)
를 더 포함하는 전기 스위칭 장치.
제16항에 있어서,
상기 분리는 상기 발화 장치의 활성화를 야기하는
전기 스위칭 장치.
제16항에 있어서,
고정 콘택트들과 가동 콘택트를 통과하는 전기 신호가 상기 발화 장치를 활성화시키기 위해 사용되는
전기 스위칭 장치.
제13항에 있어서,
상기 부상 액추에이터는 적어도 부분적으로 강자성 물질로 만들어지는
전기 스위칭 장치.
제13항에 있어서,
상기 부상 액추에이터는 상기 가동 콘택트 아래의 제1 바와 상기 가동 콘택트에 장착된 제2 바를 포함하는
전기 스위칭 장치.
전기 시스템에 있어서,
전기 회로;
상기 회로를 개폐하기 위해 상기 전기 회로에 전기적으로 연결된 전기 스위칭 장치를 포함하고,
상기 스위칭 장치는,
적어도 두 개의 고정 콘택트들(levitation actuator);
상기 고정 콘택트들과 전기적으로 접촉하는 제1 위치에서 작동하고, 상기 고정 콘택트들과 전기적으로 접촉하지 않는 제2 위치에서 작동하도록 배열되는 가동 콘택트(movable contact); 및
상기 가동 콘택트 또는 상기 고정 콘택트들 중 하나 상의 부상 액추에이터(levitation actuator) -상기 부상 액추에이터는 상기 가동 콘택트가 상기 제1 위치에 있고 임계 전류가 상기 고정 콘택트들 및 상기 가동 콘택트들을 통과할 때 상기 가동 콘택트들과 상기 고정 콘택트들 중 적어도 하나 사이를 분리시킴-
를 포함하는 전기 시스템.