KR20230089404A - 퓨즈 엘리먼트 - Google Patents

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KR20230089404A
KR20230089404A KR1020210178004A KR20210178004A KR20230089404A KR 20230089404 A KR20230089404 A KR 20230089404A KR 1020210178004 A KR1020210178004 A KR 1020210178004A KR 20210178004 A KR20210178004 A KR 20210178004A KR 20230089404 A KR20230089404 A KR 20230089404A
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김영현
김문종
류진수
강신덕
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현대자동차주식회사
기아 주식회사
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00—Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/02—Details
    • H01H85/04—Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 퓨즈 엘리먼트는, 일정 길이를 가진 스트립바디; 스트립바디에서 일정간격으로 이격되게 제공된 복수의 협소용단부; 및 상기 스트립바디에 부착된 복수의 아크차단층;을 포함할 수 있다. 상기 스트립바디는 상기 복수의 협소용단부에 의해 구분된 복수의 평탄부를 가지며, 상기 복수의 아크차단층은 상기 복수의 협소용단부 중에서 적어도 일부의 협소용단부에 근접하게 부착될 수 있다.

Description

퓨즈 엘리먼트{FUSE ELEMENT}
본 발명은 퓨즈 엘리먼트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아크시간(arcing time)을 최소화시킴으로써 퓨즈의 사이즈를 대폭 감소시킬 수 있는 퓨즈 엘리먼트에 관한 것이다.
퓨즈는, 주로 전기회로를 보호하기 위한 목적으로 기기에 삽입되며 이상 전류에 의한 발열에 의해 퓨즈 엘리먼트가 용단(溶斷)되어 이상 전류를 차단해 주는 과전류 보호 장치이다. 정상 전류시 퓨즈 엘리먼트에서 발열이 발생되더라도 주위환경과의 열적 평형상태를 유지하게 되어 있다. 그러나 이상 전류가 인가될 때 퓨즈 엘리먼트에는 주위환경으로 방출되는 열보다 발생하는 열이 커지므로 퓨즈 엘리먼트에서 연화-용융의 과정을 통하여 전류를 차단하고 아크를 소멸시켜 회로를 차단하도록 구성된다. 퓨즈는, 과전류에 의해 용단되는(녹아 끊어지는) 퓨즈 엘리먼트를 포함하고, 규정이상의 전류가 흐르면 퓨즈 엘리먼트가 끊어져 전로(電路)를 자동으로 차단함으로써 전자 부품과 전기 회로를 보호하는 역할을 한다.
차량은 고전압부품이 많이 이용되고 있으며, 과전류가 인가되거나 단락이 발생할 때 고전압부품 및 차량의 안전성을 확보하기 위한 고전압 퓨즈가 필수적으로 요구된다. 전기자동차의 고성능화를 위하여 고전압의 배터리시스템이 이용되고 있으며, 이에 단락 발생 시에 고전압퓨즈의 퓨즈 엘리먼트가 용단되는 과정에서 발생하는 아크에너지가 증가하므로 화재발생의 위험성이 증가하고 있고, 이에 고전압 퓨즈는 보다 강화된 아크 소호성능(arc extinguish)을 요구하고 있다. 특히, 아크에 의한 통전을 적절히 소호(extinguishing)하지 않을 경우 통전이 계속해서 일어나기 때문에 퓨즈의 케이스 밖으로 화염이 노출되거나 폭발이 발생할 위험도 있다.
퓨즈 엘리먼트는 협소용단부(狹小溶斷部)를 가질 수 있고, 과전류가 인가되거나 단락이 발생할 때 협소용단부가 용단되기 시작하는 순간 작은 틈새(clearance)가 발생하고, 고전압이 작은 틈새로 인가되므로 그 작은 틈새에서 아크에 의한 방전이 발생하고, 이러한 아크에 의한 발열과 화염이 발생할 수 있다. 이러한 발열과 화염은 고전압이 될수록 그 크기가 커질 수 있다. 이와 같이, 과전류가 인가되거나 단락이 발생할 때 협소용단부와 같이 용단되는 부분이 발화원이 될 수 있고, 이에 불을 끄기 위한 소호사(모래)가 케이스 내에 충전된다.
협소용단부의 갯수(N)가 많아질수록 각 협소용단부가 버터야 하는 전압이 1/N으로 감소할 수 있고, 이에 퓨즈 엘리먼트는 고전압에 버틸 수 있다. 즉, 퓨즈 엘리먼트의 전체적인 틈새를 증가함으로써 고전압에 대응할 수 있다. 하지만, 협소용단부의 갯수(N)가 많아질수록 케이스 내에 충전되는 소호사의 양이 상대적으로 증가하여야 하고, 이로 인해 케이스의 두께 및 재질이 변경될 필요가 있고, 전체적인 사이즈의 증대가 불가피하다.
퓨즈의 사이즈를 증대시키지 않기 위해서, 협소용단부의 형상을 가늘고 길게 형성함으로써 용단될 때 틈새를 더 넓게 확보하는 방안도 제안되고 있다. 하지만, 비정상적인 전류가 인가되는 상태에서 전류 차단의 기능을 충분히 확보할 수 잇지만, 퓨즈 엘리먼트의 기계적 강도가 상대적으로 약해지므로 정상적인 차량의 운행 상태에서 그 내구성을 충분히 만족하기 어렵다. 예컨대, 차량의 운행 특성 상 불규칙한 기후와, 가혹한 진동/충격 조건에서 퓨즈 엘리먼트가 파손될 위험이 있으므로 협소용단부의 형상을 가늘고 길게 적용하는 것은 상대적으로 어려울 수 있다.
과전류가 인가되거나 단락될 때, 퓨즈에 발생하는 발열에너지는 Pre-arcing I2t 및 Arcing I2t의 총합으로 표현될 수 있고, Pre-arcing I2t는 아크가 발생하기 전에 퓨즈 엘리먼트의 용융에 필요한 에너지의 양이며, Arcing I2t는 arcing 시작점으로부터 과전류의 중단 시점까지 발생하는 에너지의 양이다.
이와 같이, 고전압 퓨즈는 이상상황(과전류 인가 또는 단락) 발생 시에 회로를 안전하게 차단하기 위하여, 발열에너지를 버틸 수 있는 퓨즈의 구조적 안정성을 확보함과 더불어, 화염을 신속하게 소호하여 아크시간(arcing time)을 줄임으로서 발열에너지의 총량을 최소화할 필요가 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다
본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 안출한 것으로, 아크시간(arcing time)을 최소화시킴으로써 발열에너지의 총량을 최소화할 수 있고, 이를 통해 소호사의 충전량을 상대적으로 줄일 수 있으므로 퓨즈의 사이즈를 대폭 감소시킬 수 있는 퓨즈 엘리먼트를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 퓨즈 엘리먼트는, 일정 길이를 가진 스트립바디; 스트립바디에서 일정간격으로 이격되게 제공된 복수의 협소용단부; 및 상기 스트립바디에 부착된 복수의 아크차단층;을 포함할 수 있다. 상기 스트립바디는 상기 복수의 협소용단부에 의해 구분된 복수의 평탄부를 가지며, 상기 복수의 아크차단층은 상기 복수의 협소용단부 중에서 적어도 일부의 협소용단부에 근접하게 부착될 수 있다.
아크차단층은 아크에너지를 흡수하는 실리콘계열의 고분자 재질로 만들어질 수 있다.
상기 복수의 아크차단층은 복수의 평탄부 중에서 적어도 일부의 평탄부 상에서 그에 상응한 협소용단부의 가장자리와 근접하게 부착될 수 있다.
각 아크차단층은 그에 상응한 평탄부의 상면에 부착되는 상측부착부와, 그에 상응한 평탄부의 저면에 부착되는 하측부착부와, 그에 상응한 평탄부의 양측면에 부착되는 한 쌍의 측면부착부를 포함할 수 있다.
각 아크차단층의 부피는 그에 상응한 평탄부의 부피의 50~80%일 수 있다.
상기 복수의 평탄부 중에서 적어도 한 평탄부에 부착된 저융점도금층을 더 포함할 수 있다.
각 협소용단부는 2개의 반원형 천공을 포함할 수 있다.
상기 복수의 협소용단부는 상기 스트립바디의 중앙에 위치한 센터 협소용단부와, 상기 센터 협소용단부에 상대적으로 근접한 한 쌍의 근위(近位) 협소용단부와, 상기 센터 협소용단부에 대해 상대적으로 멀게 위치한 한 쌍의 원위(遠位) 협소용단부를 포함할 수 있다.
상기 복수의 평탄부는 상기 센터 협소용단부와 근접한 한 쌍의 센터 평탄부와, 상기 한 쌍의 근위 협소용단부에 개별적으로 근접한 한 쌍의 근위 평탄부와, 상기 한 쌍의 원위 협소용단부에 개별적으로 근접한 한 쌍의 원위 평탄부를 포함할 수 있다.
상기 복수의 아크차단층은 상기 한 쌍의 근위 평탄부 및 상기 한 쌍의 원위평탄부에 개별적으로 부착될 수 있다.
상기 저융점도금층은 상기 한 쌍의 센터 평탄부 중에서 적어도 어느 하나의 센터 평탄부에 부착될 수 있다.
본 발명에 의하면, 아크차단층이 아크에너지를 흡수함으로써 아크시간(arcing time)을 최소화시키고 발열에너지의 총량을 최소화할 수 있고, 이를 통해 소호사의 충전량을 상대적으로 줄일 수 있으므로 퓨즈의 사이즈를 대폭 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 퓨즈 엘리먼트를 도시한 평면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 퓨즈 엘리먼트를 도시한 측면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 퓨즈 엘리먼트를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 2의 A-A선을 따라 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 퓨지 엘리먼트가 장착되는 퓨즈를 도시한 분해사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 퓨지 엘리먼트가 장착되는 퓨즈를 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 퓨지 엘리먼트가 장착되는 퓨즈를 도시한 단면도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 퓨즈 엘리먼트(10)는 일정 길이를 가진 스트립바디(11)와, 스트립바디(11)에 제공된 복수의 협소용단부(21, 22, 23, 24, 25)를 포함할 수 있다.
스트립바디(11)는 은(silver) 등과 같은 도전성 재질로 이루어질 수 있고, 스트립바디(11)의 폭(w)은 그 길이방향을 따라 동일하게 유지될 수 있다. 또한, 스트립바디(11)의 두께는 그 폭에 비해 상대적으로 얇을 수 있다.
그리고, 스트립바디(11)는 그 양단에 개별적으로 제공된 한 쌍의 단자(12, 13)를 포함할 수 있다. 한 쌍의 단자(12, 13)는 스트립바디(11)의 양단으로부터 개별적으로 벤딩될 수 있다.
복수의 협소용단부(21, 22, 23, 24, 25)는 스트립바디(11)를 따라 이격될 수 있다. 각 협소용단부(21, 22, 23, 24, 25)는 하나 이상의 천공(21a, 22a, 23a, 24a, 25a)에 의해 형성될 수 있고, 이에 각 협소용단부(21, 22, 23, 24, 25)는 스트립바디(11)의 폭(w) 보다 협소한 폭을 가질 수 있다. 협소용단부(21, 22, 23, 24, 25)들의 폭은 서로 간에 동일하거나 다를 수 있다.
일 실시예에 따르면, 복수의 협소용단부(21, 22, 23, 24, 25)는 스트립바디(11)의 중앙에 위치한 센터 협소용단부(21)와, 센터 협소용단부(21)에 상대적으로 근접한 한 쌍의 근위(近位) 협소용단부(22, 23)와, 센터 협소용단부(21)에 대해 상대적으로 멀게 위치한 한 쌍의 원위(遠位) 협소용단부(24, 25)를 포함할 수 있다.
센터 협소용단부(21)는 2개의 반원형 천공(21a)을 포함할 수 있고, 2개의 반원형 천공(21a)이 스트립바디(11)의 양측 가장자리에 형성됨에 따라 센터 협소용단부(21)의 폭은 스트립바디(11)의 폭(w) 보다 좁아질 수 있다.
한 쌍의 근위 협소용단부(22, 23)는 센터 협소용단부(21)와 근접하여 센터 협소용단부(21)를 기준으로 대칭적으로 배치될 수 있다. 좌측에 위치한 근위 협소용단부(22)는 2개의 반원형 천공(22a)을 포함할 수 있고, 2개의 반원형 천공(22a)이 스트립바디(11)의 양측 가장자리에 형성됨에 따라 좌측에 위치한 근위 협소용단부(22)의 폭은 스트립바디(11)의 폭(w) 보다 좁아질 수 있다. 우측에 위치한 근위 협소용단부(23)는 2개의 반원형 천공(23a)을 포함할 수 있고, 2개의 반원형 천공(23a)이 스트립바디(11)의 양측 가장자리에 형성됨에 따라 우측에 위치한 근위 협소용단부(23)의 폭은 스트립바디(11)의 폭(w) 보다 좁아질 수 있다.
한 쌍의 원위 협소용단부(24, 25)는 센터 협소용단부(21)로부터 상대적으로 멀게 위치하고, 각 원위 협소용단부(24, 25)는 스트립바디(11)의 각 단부와 상대적으로 근접할 수 있다. 좌측에 위치한 원위 협소용단부(24)는 2개의 반원형 천공(24a)을 포함할 수 있고, 2개의 반원형 천공(24a)이 스트립바디(11)의 양측 가장자리에 형성됨에 따라 좌측에 위치한 원위 협소용단부(24)의 폭은 스트립바디(11)의 폭(w) 보다 좁아질 수 있다. 우측에 위치한 원위 협소용단부(25)는 2개의 반원형 천공(25a)을 포함할 수 있고, 2개의 반원형 천공(25a)이 스트립바디(11)의 양측 가장자리에 형성됨에 따라 우측에 위치한 원위 협소용단부(25)의 폭은 스트립바디(11)의 폭(w) 보다 좁아질 수 있다.
스트립바디(11)는 복수의 협소용단부(21, 22, 23, 24, 25)에 의해 복수의 평탄부(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f)로 구분될 수 있다. 각 평탄부(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f)는 이상 상황 발생(과전류 인가 또는 단락) 시에 협소용단부(21, 22, 23, 24, 25)들이 녹아 끊어질 때 발생된 열을 방열하는 방열대의 역할을 할 수 있다.
구체적으로, 복수의 평탄부(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f)는 센터 협소용단부(21)와 근접한 한 쌍의 센터 평탄부(11a, 11b)와, 한 쌍의 근위 협소용단부(22, 23)에 개별적으로 근접한 한 쌍의 근위 평탄부(11c, 11d)와, 한 쌍의 원위 협소용단부(24, 25)에 개별적으로 근접한 한 쌍의 원위 평탄부(11e, 11f)를 포함할 있다.
한 쌍의 센터 평탄부(11a, 11b)는 센터 협소용단부(21)를 기준으로 대칭적으로 배치될 수 있다. 즉, 각 센터 평탄부(11a, 11b)는 센터 협소용단부(21)로부터 좌우 양측으로 대향하는 방향으로 연장될 수 있다. 좌측의 센터 평탄부(11a)는 센터 협소용단부(21)의 좌측에 위치할 수 있고, 우측의 센터 평탄부(11b)는 센터 협소용단부(21)의 우측에 위치할 수 있다.
한 쌍의 근위 평탄부(11c, 11d)는 센터 협소용단부(21)를 기준으로 대칭적으로 배치될 수 있다. 각 근위 평탄부(11c, 11d)는 근위 협소용단부(22, 23)를 통해 그에 근접한 센터 평탄부(11a, 11b)에 대해 개별적으로 구분될 수 있다. 좌측의 근위 평탄부(11c)는 좌측의 근위 협소용단부(22)를 통해 좌측의 센터 평탄부(11a)에 대해 구분될 수 있고, 우측의 근위 평탄부(11d)는 우측의 근위 협소용단부(23)를 통해 우측의 센터 평탄부(11b)에 대해 구분될 수 있다.
한 쌍의 원위 평탄부(11e, 11f)는 센터 협소용단부(21)를 기준으로 대칭적으로 배치될 수 있다. 각 원위 평탄부(11e, 11f)는 원위 협소용단부(24, 25)를 통해 그에 근접한 근위 평탄부(11c, 11d)에 대해 개별적으로 구분될 수 있다. 좌측의 원위 평탄부(11e)는 좌측의 원위 협소용단부(24)를 통해 좌측 근위 평탄부(11c)에 대해 구분될 수 있고, 우측의 원위 평탄부(11f)는 우측의 원위 협소용단부(25)를 통해 우측 근위 평탄부(11d)에 대해 구분될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 퓨즈 엘리먼트(10)는 스트립바디(11)에 부착된 복수의 아크차단층(31, 32, 33, 34)를 포함할 수 있고, 복수의 아크차단층(31, 32, 33, 34)은 스트립바디(11)의 길이방향을 따라 이격될 수 있다.
각 아크차단층(31, 32, 33, 34)은 아크에너지를 흡수할 수 있는 실리콘계열의 고분자 재질로 만들어질 수 있다. 복수의 아크차단층(31, 32, 33, 34)은 복수의 협소용단부(21, 22, 23, 24, 25) 중에서 일부의 협소용단부(22, 23, 24, 25)에 근접하게 부착될 수 있다.
퓨즈의 정격전류의 300% 이상과 같이 상대적으로 높은 과전류가 인가될 때, 아크차단층(31, 32, 33, 34, 35)은 아크시간을 감소시킴으로써 아크에 의한 열에너지를 신속하게 소멸시키도록 구성된다.
아크차단층(31, 32, 33, 34)이 협소용단부(22, 23, 24, 25)에 근접하게 부착됨으로써 과전류 인가 또는 단락 발생 시에 아크차단층(31, 32, 33, 34)이 협소용단부(22, 23, 24, 25)에서 발생된 아크에너지를 흡수 내지 차단함으로써 아크시간(arcing time)을 감소할 수 있고, 이를 통해 아크 영향성을 낮추므로 퓨즈의 안전성을 개선할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 복수의 아크차단층(31, 32, 33, 34)은 센터 협소용단부(21)를 제외한 나머지 협소용단부(22, 23, 24, 25)들의 가장자리와 접촉하거나 근접하도록 배치될 수 있다. 특히, 복수의 아크차단층(31, 32, 33, 34)은 센터 협소용단부(21)에 근접한 센터 평탄부(11a, 11b)를 제외한 나머지 평탄부(11c, 11d, 11e, 11f)에 부착될 수 있다.
구체적인 실시예에 따르면, 복수의 아크차단층(31, 32, 33, 34)은 스트립바디(11)의 적어도 일부 평탄부(11c, 11d, 11e, 11f) 상에서 그에 상응한 협소용단부(22, 23, 24, 25)의 가장자리와 근접하거나 직접적으로 접촉하도록 배치될 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 복수의 아크차단층(31, 32, 33, 34)은 좌측의 근위 평탄부(11c)에 부착된 제1아크차단층(31)과, 우측의 근위 평탄부(11d)에 부착된 제2아크차단층(32)과, 좌측의 원위 평탄부(11e)에 부착된 제3아크차단층(33)과, 우측의 원위 평탄부(11f)에 부착된 제4아크차단층(34)을 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 제1아크차단층(31)은 좌측의 근위 평탄부(11c)의 상면, 저면, 좌측면, 우측면에 부착될 수 있다. 제2아크차단층(32) , 제3아크차단층(33), 및 제4아크차단층(34) 또한 제1아크차단층(31)과 동일하게 그에 상응한 평탄부의 상면, 저면, 좌측면, 우측면에 부착될 수 있다. 즉, 제2아크차단층(32)은 우측의 근위 평탄부(11d)의 상면, 저면, 좌측면, 우측면에 부착될 수 있다. 제3아크차단층(33)은 좌측의 원위 평탄부(11e)의 상면, 저면, 좌측면, 우측면에 부착될 수 있다. 제4아크차단층(34)은 우측의 원위 평탄부(11f)의 상면, 저면, 좌측면, 우측면에 부착될 수 있다.
구체적으로, 각 아크차단층(31, 32, 33, 34)은 그에 상응한 평탄부(11c, 11d, 11e, 11f)의 상면에 부착되는 상측부착부(31a, 32a, 33a, 34a)와, 그에 상응한 평탄부(11c, 11d, 11e, 11f)의 저면에 부착되는 하측부착부(31b, 32b, 33b, 34b)와, 그에 상응한 평탄부(11c, 11d, 11e, 11f)의 양측면에 부착되는 한 쌍의 측면부착부(31c, 32c, 33c, 34c)를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 각 아크차단층(31, 32, 33, 34)의 부피는 그에 상응한 평탄부(11c, 11d, 11e, 11f)의 부피의 50%~80%일 수 있다. 각 아크차단층(31, 32, 33, 34)의 부피가 상술한 범위를 벗어날 경우 아크의 소호(소멸)가 용이하지 못할 수 있고, 이로 인해 아크시간을 감소시키기 어려울 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 퓨즈 엘리먼트(10)는 복수의 평탄부(11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f) 중에서 적어도 하나의 평탄부(11a)에 부착된 저융점도금층(15)을 더 포함할 수 있다. 예컨대, 저융점도금층(15)은 주석(Sn) 등과 같은 저융점메탈로 만들어질 수 있다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 저융점도금층(15)은 좌측의 센터 평탄부(11a)에서 센터 협소용단부(21)에 근접하게 배치될 수 있다. 저융점도금층(15)이 센터 협소용단부(21)에 근접하게 도포되어 있으므로, 퓨즈의 정격전류의 135~200% 정도로 상대적으로 낮은 과전류가 인가될 때 저융점도금층(15)이 합금화되고, 이에 그 저항값을 상승시켜 퓨즈 엘리먼트의 센터 협소용단부(21)가 상대적으로 낮은 온도로 용단(녹아 끊어짐)될 수 있다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 퓨즈 엘리먼트(10)는 퓨즈 하우징(1) 내에 내장될 수 있고, 퓨즈 하우징(1)은 세라믹 등으로 제조될 수 있으며, 퓨즈 하우징(1)은 퓨즈 엘리먼트(10)를 보호하도록 구성될 수 있다. 그리고, 퓨즈 하우징(1)은 그 외면에 해당 퓨즈의 사양을 알려주는 소정 색상의 라벨(1a)이 제공될 수 있고, 이에 퓨즈의 오조립을 방지할 수 있다.
한 쌍의 인너캡(2, 3)이 퓨즈 하우징(1)의 양단에는 제공될 수 있고, 퓨즈 엘리먼트(10)의 양단이 인너캡(2, 3)에 전기적으로 연결될 수 있다. 특히, 퓨즈 엘리의 각 단자(12, 13)가 인너캡(2, 3)에 직접적으로 부착될 수 있다. 각 인너캡(2, 3)은 도전체로 만들어질 수 있다. 예컨대, 인너캡(2, 3)은 구리합금일 수 있다.
한 쌍의 아웃터캡(4, 5)이 한 쌍의 인너캡(2, 3)의 외측에 결합될 수 있고, 각 아웃터캡(4, 5)의 내주면이 그에 상응한 인너캡(2, 3)에 직접적으로 접촉 및 결합할 수 있다. 각 아웃터캡(4, 5)은 도전체로 만들어질 수 있다. 예컨대, 아웃터캡(4, 5)은 구리합금일 수 있다. 각 아웃터캡(4, 5)은 외부로 돌출한 플랜지부(4a, 5a)를 가질 수 있다.
한 쌍의 인너패드(6, 7)가 퓨즈 하우징(1)의 길이방향 양단에 제공될 수 있고, 한 쌍의 인너패드(6, 7)는 실리콘 등과 같은 절연성 재질로 만들어질 수 있다. 각 인너패드(6, 7)는 퓨즈 엘리먼트(10)에서 발생된 아크가 외부로 전달됨을 차단하도록 구성될 수 있다.
도 7을 참조하면, 모래 등과 같은 소호사(9)가 퓨즈 하우징(1) 내에 충전될 수 있고, 소호사(9)는 아크 등을 효과적으로 소호하도록 그 충전량이 적절히 결정될 수 있다.
아래의 [표 1]은 450V-3kA의 전기에너지가 인가되는 실험조건에서 본 발명의 실시예에 따른 퓨즈 엘리먼트와 비교예에 따른 퓨즈 엘리먼트에 대한 실험을 한 결과를 나타낸다.
평가사양 시료구분 스위칭전압 Peak전류 Pre-arcing Arcing time Pre I2t Arcing I2t
450V-3kA 본 발명 643V 2813A 0.514ms 1.144ms 2726.3 311.3
685V 2826A 0.527ms 0.742ms 2822.4 285.0
비교예 698V 2807A 0.500ms 4.248ms 2497.2 285.9
691V 2802A 0.495ms 3.926ms 2568.6 280.5
상기의 [표 1]에 나타난 바와 같이, 비교예에 따른 퓨즈 엘리먼트는 아크차단층이 부착되지 않은 것으로, 아크시간(arcing time)이 4.248ms(스위칭전압이 698V이고, 피크전류가 2807A인 조건), 3.926ms(스위칭전압이 691V이고, 피크전류가 2802V인 조건)임을 확인할 수 있다. 즉, 비교예에서 아크시간이 상대적으로 길어짐을 알 수 있었다. 이에 반해, 본 발명의 실시예에 따른 퓨즈 엘리먼트는 1.144ms(스위칭전압이 643V이고, 피크전류가 2813A인 조건), 0.742ms(스위칭전압이 685V이고, 피크전류가 2826A인 조건)로 비교예에 비해 대폭 축소된 것임을 알 수 있었다.
아래의 [표 2]는 850V-20kA의 전기에너지가 인가되는 실험조건에서 본 발명의 실시예에 따른 퓨즈 엘리먼트와 비교예에 따른 퓨즈 엘리먼트에 대한 실험을 한 결과를 나타낸다.
평가사양 시료구분 스위칭전압 Peak전류 Pre-arcing Arcing time Pre I2t Arcing I2t
850V-20kA 본 발명 1628V 6159A 0.222ms 0.511ms 3173.2 2620.8
1622V 6035A 0.221ms 0.481ms 3063.4 2345.2
1464V 5907A 0.218ms 0.290ms 2830.4 2541.3
비교예 1535V 5978A 0.217ms 15.490ms 2945.2 2151.8
1513V 5945A 0.216ms 18.728ms 2667.6 2306.6
상기의 [표 2]에 나타난 바와 같이, 비교예에 따른 퓨즈 엘리먼트는 아크차단층이 부착되지 않은 것으로, 아크시간(arcing time)이 15.490ms(스위칭전압이 1535V이고, 피크전류가 5978A인 조건), 18.728ms(스위칭전압이 1513V이고, 피크전류가 5945V인 조건)임을 확인할 수 있다. 즉, 비교예에서 아크시간이 상대적으로 길어짐을 알 수 있었다. 이에 반해, 본 발명의 실시예에 따른 퓨즈 엘리먼트는 0.511ms(스위칭전압이 643V이고, 피크전류가 2813A인 조건), 0.481ms(스위칭전압이 1622V이고, 피크전류가 6035A인 조건), 0.290ms(스위칭전압이 1464V이고, 피크전류가 5907A인 조건)임을 확인할 수 있다. 이로부터, 본 발명에 의한 아크시간이 비교예에 비해 대폭 축소된 것임을 알 수 있었다.
아래의 [표 3]는 800V(DC)-20kA의 전기에너지가 인가되는 실험조건에서 본 발명의 실시예에 따른 퓨즈 엘리먼트와 비교예1, 2, 3, 4에 따른 퓨즈 엘리먼트에 대한 실험을 한 결과를 나타낸다. 본 발명의 실시예에 따른 퓨즈 엘리먼트는 각 아크차단층의 부피가 그에 상응한 평탄부의 부피의 70%이고, 비교예1에 따른 퓨즈 엘리먼트는 실리콘 계열의 아크차단층이 협소용단부를 덮도록 도포된 것이고, 비교예2에 따른 퓨즈 엘리먼트는 실리콘 계열의 아크차단층이 협소용단부로부터 이격된 위치에 도포된 것이며, 비교예3에 따른 퓨즈 엘리먼트는 각 아크차단층의 부피가 그에 상응한 평탄부의 부피의 50%미만인 것이다.
평가사양 시료
구분		 스위칭전압 Peak전류 Pre-arcing Arcing time Pre I2t Arcing I2t 평가결과 단락후 퓨즈 하우징 온도
본 발명 1456.5V 5599A 0.215ms 0.274ms 3069.8 1417.4 OK 30~50℃
1467.5V 5723A 0.225ms 0.590ms 3254.5 1536.3 OK
비교예1 1792.0V 5772A 0.210ms 0.472ms 3134.9 2137.2 OK 40~80℃
1850.8V 5814A 0.207ms 0.465ms 3063.2 2201.6 OK
비교예2 1500.1V 5760A 0.205ms 0.774ms 3018.7 1481.2 OK
1513.1V 5751A 0.206ms 1.076ms 3043.3 1432.6 OK
비교예3 1569.1V 5912A 0.217ms 20.970ms 2709.7 2241.2 NG 120~152℃
1513.3V 5945A 0.216ms 18.728ms 2667.6 2306.6 NG
비교예4 1595.2V 5924A 0.213ms 16.099ms 2785.3 2711.7 NG
1588.4V 5933A 0.208ms 8.203ms 2822.1 2158.1 NG
상기의 [표 3]에 나타난 바와 같이, 비교예1에 따른 퓨즈 엘리먼트는 아크시간(arcing time)이 0.472ms(스위칭전압이 1792.0V이고, 피크전류가 5772A인 조건), 0.465ms(스위칭전압이 1850.8V이고, 피크전류가 5814V인 조건)임을 확인할 수 있다. 비교예2에 따른 퓨즈 엘리먼트는 아크시간(arcing time)이 0.774ms(스위칭전압이 1500.1V이고, 피크전류가 5760A인 조건), 1.076ms(스위칭전압이 1513.1V이고, 피크전류가 5751V인 조건)임을 확인할 수 있다. 비교예3에 따른 퓨즈 엘리먼트는 아크시간(arcing time)이 20.970ms(스위칭전압이 1569.1V이고, 피크전류가 5912A인 조건), 18.728ms(스위칭전압이 1513.3V이고, 피크전류가 5945V인 조건)임을 확인할 수 있다. 비교예4에 따른 퓨즈 엘리먼트는 아크시간(arcing time)이 16.099ms(스위칭전압이 1595.2V이고, 피크전류가 5924A인 조건), 8.203ms(스위칭전압이 1588.4V이고, 피크전류가 5933V인 조건)임을 확인할 수 있다. 이에 반해, 본 발명의 실시예에 따른 퓨즈 엘리먼트는 0.274ms(스위칭전압이 1456.5V이고, 피크전류가 5599A인 조건), 0.590ms(스위칭전압이 1467.5V이고, 피크전류가 5723A인 조건)임을 확인할 수 있다. 이로부터, 본 발명에 의한 아크시간이 비교예1, 2, 3, 4에 의한 아크시간에 비해 대폭 축소된 것임을 알 수 있었다. 특히, 아크차단층의 부피가 그에 상응한 평탄부의 부피의 50% 미만인 경우에는 아크 소호성능이 상대적으로 저하됨을 확인할 수 있다. 또한, [표 3]에 나타난 바와 같이, 비교예1, 2는 단락된 이후에 측정된 퓨즈 하우징의 온도가 40~80℃이고, 비교예 3, 4는 단락된 이후에 측정된 퓨즈 하우징의 온도가 120~152℃인 데 반해, 본 발명은 단락된 이후에 측정된 퓨즈 하우징의 온도가 30~50℃가 상대적으로 매우 낮은 것임을 확인할 수 있었다. 즉, 본 발명은 비교예1, 2, 3, 4에 비해 그 아크시간이 대폭 축소됨에 따라 퓨즈 하우징의 방열량이 감소할 수 있고, 이에 외부 영항력(fuse box/PRA 등의 Ass'y Housing 의 용손 방지)을 감소할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 아크차단층(31, 32, 33, 34)이 그에 상응한 협소용단부(22, 23, 24, 25)에 근접하게 배치됨에 따라 아크시간을 대폭 감소시킬 수 있고, 이에 따라 전류차단이 빨라지고, 아크의 영향성을 감소시킴으로써 퓨즈의 안전성을 대폭 증대시킬 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 퓨즈 엘리먼트
11: 스트립바디
11a, 11b: 센터 평탄부
11c, 11d: 근위 평탄부
11e, 11f: 원위 평탄부
12, 13: 단자
21: 센터 협소용단부
22, 23: 근위 협소용단부
24, 25: 원위 협소용단부
31, 32, 33, 34: 아크차단층
31a, 32a, 33a, 34a: 상측부착부
31b, 32b, 33b, 34b: 하측부착부
31c, 32c, 33c, 34c: 측면부착부

Claims (11)

  1. 일정 길이를 가진 스트립바디;
    스트립바디에서 일정간격으로 이격되게 제공된 복수의 협소용단부; 및
    상기 스트립바디에 부착된 복수의 아크차단층;을 포함하고,
    상기 스트립바디는 상기 복수의 협소용단부에 의해 구분된 복수의 평탄부를 가지며, 상기 복수의 아크차단층은 상기 복수의 협소용단부 중에서 적어도 일부의 협소용단부에 근접하게 부착된 퓨즈 엘리먼트.
  2. 청구항 1에 있어서,
    아크차단층은 아크에너지를 흡수하는 실리콘계열의 고분자 재질로 만들어진 퓨즈 엘리먼트.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 아크차단층은 복수의 평탄부 중에서 적어도 일부의 평탄부 상에서 그에 상응한 협소용단부의 가장자리와 근접하게 부착되는 퓨즈 엘리먼트.
  4. 청구항 3에 있어서,
    각 아크차단층은 그에 상응한 평탄부의 상면에 부착되는 상측부착부와, 그에 상응한 평탄부의 저면에 부착되는 하측부착부와, 그에 상응한 평탄부의 양측면에 부착되는 한 쌍의 측면부착부를 포함하는 퓨즈 엘리먼트.
  5. 청구항 3에 있어서,
    각 아크차단층의 부피는 그에 상응한 평탄부의 부피의 50~80%인 퓨즈 엘리먼트.
  6. 청구항 1에 있어서,
    각 협소용단부는 2개의 반원형 천공을 포함하는 퓨즈 엘리먼트.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 협소용단부는 상기 스트립바디의 중앙에 위치한 센터 협소용단부와, 상기 센터 협소용단부에 상대적으로 근접한 한 쌍의 근위(近位) 협소용단부와, 상기 센터 협소용단부에 대해 상대적으로 멀게 위치한 한 쌍의 원위(遠位) 협소용단부를 포함하는 퓨즈 엘리먼트.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 복수의 평탄부는 상기 센터 협소용단부와 근접한 한 쌍의 센터 평탄부와, 상기 한 쌍의 근위 협소용단부에 개별적으로 근접한 한 쌍의 근위 평탄부와, 상기 한 쌍의 원위 협소용단부에 개별적으로 근접한 한 쌍의 원위 평탄부를 포함하는 퓨즈 엘리먼트.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 복수의 아크차단층은 상기 한 쌍의 근위 평탄부 및 상기 한 쌍의 원위평탄부에 개별적으로 부착되는 퓨즈 엘리먼트.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 복수의 평탄부 중에서 적어도 한 평탄부에 부착된 저융점도금층을 더 포함하는 퓨즈 엘리먼트.
  11. 청구항 10에 있어서,
    저융점도금층이 상기 한 쌍의 센터 평탄부 중에서 적어도 어느 하나의 센터 평탄부에 부착된 퓨즈 엘리먼트.

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