KR20240008906A - 통합된 차단 모듈을 갖는 전기 보호 장치들 및 시스템들 - Google Patents

Abstract

전기 보호 시스템 (2) 은 하우징 (4), 연결 단자들 (6, 8), 분리가능한 전기 콘택들 (10), 스위칭 메커니즘 (12) 및 분리가능한 전기 콘택들가 직렬로 연결된 적어도 하나의 전력 스위치 (22) 를 가지며, 시스템은 적어도 하나의 전력 스위치에 커플링된 전자 제어 회로 (24) 를 더 포함하고, 전력 스위치 또는 각각의 전력 스위치는 상기 전력 스위치의 전극에 연결된 금속성 방열 플레이트 (86) 를 가지며, 상기 방열 플레이트는 전력 스위치의 본체에 열적으로 연결되고, 전력 스위치 또는 각각의 전력 스위치는 개개의 전력 스위치의 방열 플레이트에 연결된 전도성 플레이트 (90, 92) 를 통해 연결 단자들 사이의 분리가능한 전기 콘택들과 직렬로 연결된다.

Description

통합된 차단 모듈을 갖는 전기 보호 장치들 및 시스템들

본 발명은 회로 차단기와 같은, 전기 보호 디바이스 및 시스템의 기술 분야에 관한 것이다.

공기 회로 차단기, 특히 소형 회로 차단기 (miniature circuit breaker; MCB) 와 같은 전기기계 타입의 많은 전기 스위칭 디바이스는 일반적으로 ?칭(quenching) 챔버를 포함한다. ?칭 챔버는 디바이스가 트립된 후 전기 콘택들이 분리될 때 디바이스의 전기 콘택들 사이의 공기에서 발생하는 전기 아크를 소멸하도록 구성된다.

?칭 챔버는 통상적으로 전기 아크를 신장 및 소멸시키기 위해 서로 중첩되는 금속 플레이트들의 스택을 포함한다. 하우징에 만들어진 하나 이상의 오리피스들은 디바이스로부터 ?칭 가스들을 배출하는 것을 가능하게 한다.

그러나, 이러한 보호 디바이스의 성능을 개선하기 위해, ?칭 챔버를 반도체 컴포넌트들에 기초한 전력 스위치를 포함하는 전자 차단 디바이스로 대체하는 제안이 이루어지고 있다.

이러한 개선된 성능은, 예를 들어, 전기 보호 디바이스가 전기 결함 발생 이벤트에서, 매우 빠른 반응 시간으로 강한 전류를 차단할 수 있어야 하는, 전기화학 축전지의 배터리를 포함하는 직류 (DC) 전기 시스템에 유리하다.

기존 설비들과의 호환성을 위해, 이러한 보호 디바이스는 전기기계 타입의 스위칭 디바이스의 하우징과 동일한 사이즈를 갖는 하우징에 포함될 수 있어야 하는 것이 바람직하다.

또한 이러한 디바이스는 전력 스위치에 의해 방출된 열을 정확하게 제거할 수 있어야 하는 것도 필요하다.

따라서 이러한 단점을 적어도 부분적으로 해결하는, 반도체 컴포넌트들에 기초한, 회로 차단기들과 같은, 전기 보호 디바이스들에 대한 필요성이 있다.

이를 위해, 본 발명의 양태는 전기 보호 시스템에 관한 것이며, 이 전기 보호 시스템은, 하우징, 연결 단자들, 연결 단자들 사이에 연결된 분리가능한 전기 콘택들, 스위칭 메커니즘, 분리가능한 전기 콘택들과 직렬로 연결되는 적어도 하나의 전력 스위치를 포함하고, 분리가능한 전기 콘택들은 개방 상태와 폐쇄 상태 사이에서 이동할 수 있고, 스위칭 메커니즘은 분리가능한 전기 콘택들을 개방 상태로 스위칭하기 위해 분리가능한 전기 콘택들과 커플링되며, 전기 보호 시스템은, 적어도 하나의 전력 스위치와 커플링된 전자 제어 회로를 더 포함하고, 전력 스위치 또는 각각의 전력 스위치는 전력 스위치의 전극에 연결된 금속으로 만들어진 방열 플레이트를 더 포함하고, 방열 플레이트는 전력 스위치의 본체에 열적으로 연결되고, 전력 스위치 또는 각각의 전력 스위치는 상기 개개의 전력 스위치의 방열 플레이트에 연결된 전도성 플레이트를 통해 연결 단자들 사이에서 분리가능한 전기 콘택들과 직렬로 연결된다.

본 발명에 의해, 종래의 소형 회로 차단기 (이러한 엘리먼트들은 일반적으로 바이메탈 스트립(bimetal strip), 자기 트립(magnetic trip), 자기 실드(magnetic shield), 가스-생성 치크(gas-generating cheek) 및 ?칭 챔버(quenching chamber)의 금속 플레이트들의 스택을 포함함) 로부터 제거된 컴포넌트들의 부재에 의해 확보된 공간은, 디바이스의 하우징의 벽들과 적어도 하나 (바람직하게는 수 개) 의 전도성 플레이트들 사이에 전력 스위치들을 포함하는 차단 블록을 하우징하는데 활용된다. 다른 이점은 플레이트들이 더 많은 열 에너지를 소산할수록, 더 적은 반도체 차단 컴포넌트들을 필요로 한다는 것이다.

유리하지만 필수적이지 않은 양태들에 따라, 이러한 전기 보호 디바이스는 단독으로 또는 임의의 기술적으로 허용가능한 조합으로 취해지는, 다음의 특징들 중 하나 이상을 통합할 수도 있다:

- 디바이스의 극과 연관된 전력 스위치 또는 각각의 전력 스위치는 블록에 통합된 플레이트-형상의 기판 상에 장착되고, 각각의 전력 스위치의 개개의 전도성 플레이트는 블록의 기판의 동일한 측면 상에 장착된다;

- 시스템은 기판 상에 장착되는 시스템의 동일한 극과 연관되는 적어도 하나의 전력 스위치의 2개의 그룹들을 포함하고, 상기 그룹의 개개의 전도성 플레이트 및 각각의 적어도 하나의 전력 스위치는 기판의 대향 측면들 상에 장착된다;

- 블록 또는 각각의 블록은 하우징의 전용 구획에 수용된다;

- 전도성 플레이트 또는 각각의 전도성 플레이트는 하우징의 측벽의 대응하는 면의 표면적의 적어도 40% 를 커버한다;

- 전도성 플레이트 또는 각각의 전도성 플레이트는 하우징의 가장 넓은 벽들에 평행하게 연장된다.

- 방열 플레이트는 전력 스위치의 세라믹 본체에 본래 체결되는 금속 플레이트이다;

- 상기 적어도 하나의 전력 스위치는 전계 효과 트랜지스터, 바람직하게는 MOSFET 이다;

- 전도성 플레이트 또는 각각의 전도성 플레이트는 금속으로 만들어진다;

- 금속 플레이트 또는 각각의 금속 플레이트는 주로 구리 또는 알루미늄으로 만들어진다;

- 전도성 플레이트들 중 하나는 전기 콘택을 형성하기에 적합한 세그먼트를 포함하고, 세그먼트는 상기 분리가능한 전기 콘택들을 함께 형성하기 위해 시스템의 이동성 콘택과 상호작용하는 고정된 전기 콘택으로서 사용된다;

- 전도성 플레이트 또는 각각의 전도성 플레이트는 시스템의 개개의 연결 단자에 연결된다.

다른 양태에 따르면, 전기 보호 디바이스는 소형 회로 차단기이고, 하우징의 폭은 9 mm 의 배수로 구성되고, 전기 보호 디바이스는 공기 회로 차단기이다.

발명은 예시로서만 그리고 첨부된 도면들을 참조하여 설명이 주어지는, 전기 보호 시스템의 일 실시형태의 다음의 설명을 고려하여 더 잘 이해될 것이고 발명의 다른 이점들이 보다 명확히 명백해질 것이다.
- 도 1 은 본 발명의 일부 실시형태들에 따른 전기 보호 디바이스의, 단면으로 보여지는 개략적 표현이다;
- 도 2 는 2-극 디바이스의 경우, 도 1 의 전기 보호 디바이스의 기능적 다이어그램이다.
- 도 3 은 디바이스가 개방 상태로 스위칭될 때 도 1 의 전기 보호 디바이스의 스위칭 메커니즘 이동들의 시퀀스의 제 1 단계의 개략적 표현이다.
- 도 4 는 디바이스가 개방 상태로 스위칭될 때 도 1 의 전기 보호 디바이스의 스위칭 메커니즘의 이동들의 시퀀스의 제 2 단계의 개략적 표현이다.
- 도 5 는 디바이스가 개방 상태로 스위칭될 때 도 1 의 전기 보호 디바이스의 스위칭 메커니즘의 이동들의 시퀀스의 제 3 단계의 개략적 표현이다.
- 도 6 은 디바이스가 개방 상태로 스위칭될 때 도 3 내지 도 5 의 스위칭 메커니즘과 연관된 제어 스틱의 각도 포지션에서 시간에 걸친 변동을 나타내는 그래프이다.
- 도 7 은 도 1 의 보호 디바이스의 일 부분의 하나의 특정한 실시형태의 사시 (삽입 A) 및 분해 (삽입 B) 로 보여지는, 개략적 표현이다.
- 도 8 은 디바이스가 단상 디바이스인, 제 1 변형에 따른 도 1 의 전기 보호 디바이스의 기능적 다이어그램이다.
- 도 9 는 디바이스가 3-상 디바이스인, 제 2 변형에 따른 도 1 의 전기 보호 디바이스의 기능적 다이어그램이다.
- 도 10 은 디바이스가 중립 라인을 갖는 3-상 디바이스인, 제 3 변형에 따른 도 1 의 전기 보호 디바이스의 기능적 다이어그램이다.
- 도 11 은 디바이스가 4-극 디바이스인, 제 4 변형에 따른 도 1 의 전기 보호 디바이스의 기능적 다이어그램이다.

도 1 및 도 2 는 본 발명의 일부 실시형태들에 따른 전기 보호 디바이스 (2) 를 개략적으로 나타낸다.

많은 실시형태들에서, 전기 보호 디바이스 (2) 는 회로 차단기이다.

바람직하게, 디바이스 (2) 는 소형 회로 차단기이다.

디바이스 (2) 는 내부에 디바이스 (2) 의 컴포넌트들 중 적어도 일부가 하우징되는 하우징 (4) 을 포함한다.

하우징 (4) 은 바람직하게는 열성형된 폴리머, 예를 들어 폴리아미드 PA 6.6, 또는 임의의 다른 적합한 재료와 같은, 강성 및 전기 절연 재료로 제조된다.

예를 들어, 하우징 (4) 은 몰딩된 플라스틱으로 만들어진 하우징이다.

바람직하게, 하우징 (4) 의 치수들, 특히 하우징의 폭 또는 하우징 (4) 의 종횡비는 기존의 보호 디바이스들의 하우징들 (4) 의 치수들과 호환가능하다.

예시로서 주어진 구현의 하나의 비제한적인 예에서, 하우징의 폭은 바람직하게는 9 mm 의 배수, 예를 들어 9 mm, 또는 18 mm, 또는 27 mm 와 동일하다.

이 예에서, 전기 보호 시스템의 컴포넌트들은 동일한 하우징 (4) 에 하우징된다는 것이 이해된다. 그러나, 소정의 변형들에서, 소정의 컴포넌트들은 상이한 하우징들에 하우징될 수 있다. 따라서, 디바이스 (2) 를 참조하여 여기에 설명되는 것은 하우징 (4) 으로부터 분리될 수 있는 전기 보호 시스템 (2) 으로 일반화될 수 있다.

디바이스 (2) 는 또한 연결 단자들 (6 및 8), 연결 단자들 (6 및 8) 과 제어 부재 (14)(하기에서는 제어 스틱 또는 제어 레버라고도 함) 를 포함하는 스위칭 메커니즘 (12) 사이에 연결된 분리가능한 전기 콘택들 (10) 을 포함한다. 제어 레버 (14) 는 예를 들어, 하우징 (4) 의 외부로부터 액세스될 수 있고 사용자에 의해 조작되도록 의도된 피보팅(pivoting) 레버이다.

예를 들어, 콘택들 (10) 은 고정된 전기 콘택과 고정된 콘택에 대해 이동할 수 있는 이동성 전기 콘택을 연관시킴으로써 형성될 수도 있으며, 스위칭 메커니즘 (12) 은 이동성 기계 콘택에 커플링된다.

실제로, 각각의 전기 콘택 (10) 은 복수의 전기 콘택 핑거들을 포함할 수도 있지만, 다른 구현들이 변형들로서 가능하다.

분리가능한 전기 콘택들은 개방 상태와 폐쇄 상태 사이에서 이동할 수 있다. 개방 상태에서, 콘택들 (10) 은 전기 절연체로서 작용하는 주변 공기의 체적에 의해 서로 분리되며, 이는 전류가 흐르는 것을 방지한다.

도 2 의 예에서, 디바이스 (2) 는 두 쌍의 연결 단자들 (6, 8): 제 1 연결 라인을 통해 제 1 출력 단자 (8) 에 연결된 제 1 입력 단자 (6), 및 제 2 연결 라인을 통해 제 2 출력 단자 (8) 에 연결된 제 2 입력 단자 (6) 를 포함한다.

예시의 목적으로 주어지는 이 예는, 2-극 디바이스 (2개의 극들 또는 2개의 전기 위상들을 가짐) 의 경우에 대응한다. 그러나, 다른 예들이 가능하다.

많은 실시형태들에서, 스위칭 메커니즘 (12) 은 스위칭 커맨드에 응답하여 전기 콘택들 (10) 을 개방 상태로 이동시키도록 구성된다. 스위칭 커맨드는 트립에 의해 전송되거나 제어 레버 (14) 에 대한 사용자의 액션으로부터 야기될 수도 있다.

예를 들어, 스위칭 메커니즘 (12) 은 특허들 EP 2975628 B1 또는 EP 1542253 B1 에 기재된 스위칭 메커니즘과 비슷하거나 유사한 스위칭 메커니즘과 같은, 토글 메커니즘이다.

디바이스 (2) 는 또한 연결 단자들 (6 및 8) 사이의 전류를 중단하도록 구성되는 전자 차단 모듈 (16) 을 포함한다. 전자 차단 모듈 (16) 은 여기서 고체-상태 차단 컴포넌트들, 특히 전력 트랜지스터들과 같은 반도체 컴포넌트들에 기초한다. 이러한 점에서, 디바이스 (2) 는 ?칭 챔버 (소호(arc-extinguishing) 챔버) 를 포함하는 전기기계 공기 보호 디바이스들과 상이하다.

바람직하게, 전자 차단 모듈 (16) 은 하우징 (4) 의 전용 구획에 수용된다. 훨씬 더 바람직하게는, 하우징 (4) 이 전기기계 보호 디바이스들의 하우징들과 동일한 타입 (또는 심지어 동일) 일 때, 상기 구획은 바이메탈 스트립 및 코일과 같은, (열자성으로서 지칭된 타입의) 전기 결함을 검출하기 위한 수단 뿐만 아니라 ?칭 챔버에 의해 일반적으로 점유된 공간에 대응한다.

이는 기존 회로 차단기의 아키텍처를 보유하고 기존 설비들과의 호환성을 보장하는 것을 가능하게 한다.

따라서, 디바이스 (2) 는 분리가능한 전기 콘택들 (10) 과 직렬로 연결된 적어도 하나의 전력 스위치 (22) 를 포함한다.

2-극 디바이스의 예시적인 경우에 대응하는 예시된 예에서, 디바이스 (2) 는 여기서 참조 부호들 (T1, T2, T3 및 T4) 에 의해 식별된, 4개의 전력 스위치들 (22) 을 포함한다.

예를 들어, 제 1 연결 라인은 제 1 단자들 (6 및 8) 사이의 분리가능한 콘택과 직렬로 연결된 2개의 전력 스위치들 (T1 및 T2) 을 포함한다. 마찬가지로, 제 2 연결라인은 제 2 단자들 (6, 8) 사이에서 제 2 분리가능한 콘택 (10) 과 직렬로 연결된 2개의 전력 스위치들 (T3 및 T4) 을 포함한다. 예를 들어, 상기 제 1 및 제 2 연결 라인들 각각은 하나의 전기 위상에 대응된다.

실제로, 전력 스위치들의 수는 디바이스의 토폴로지 및 특히 극들의 수 (단상, 다상, 중립 라인 유무) 에 따라, 그러나 또한 디바이스의 현재 정격에 의존하여 상이할 수도 있다.

각각의 전력 스위치는, 실제로, 제작하기를 원하는 회로 차단기의 정격에 의존하여 병렬로 연결된 여러 컴포넌트들 (예를 들어, 트랜지스터들) 에 의해 구현될 수도 있다.

예를 들어, 예시적으로 그리고 전체적으로 비제한적으로, 16 암페어의 정격을 갖는 디바이스 (2) 에서, 직렬로 연결된 2쌍의 트랜지스터들이 사용되고, 각각의 쌍의 트랜지스터들의 트랜지스터들은 병렬로 연결된다. 더 높은 정격, 예를 들어 32 암페어를 갖는 변형에서, 병렬로 연결되는 더 많은 수의 트랜지스터들을 사용하는 것이 가능하다.

각각의 전력 스위치 (22) 는 전기적 오프 상태와 전기적 온 상태 사이에서 스위칭될 수 있다.

예를 들어, 전력 스위치들 (22) 은 전력 트랜지스터들이다.

하나의 바람직한 실시형태에 따르면, 전력 스위치들 (22) 은 MOSFET들 (금속-산화물-반도체 전계-효과 트랜지스터들) 이다.

이러한 타입의 트랜지스터는 낮은 온-상태 저항을 가지기 때문에, 그러나 또한 레스트(rest)로 있을 때 (예를 들어, 제어 신호가 제어 전극에 전송되지 않을 때) 오프 상태로 유지되기 때문에 바람직하다.

그러나, 절연-게이트 바이폴라 트랜지스터 (insulated-gate bipolar transistor; IGBT), 또는 사이리스터 (thyristor), 또는 통합된 게이트 정류 사이리스터 (integrated gate-commutated thyristorI; IGCT), 또는 실제로 또 다른 기술들과 같은, 다른 반도체 기술들이 회로 차단기의 정격에 따라 예상될 수도 있다.

변형으로서, 전력 스위치들 (22) 은 JFET (junction field-effect transistor) 일 수도 있다. 이 경우, 제어 회로 (24) 의 동작은 이러한 JFET들이 레스트에 있을 때 온 상태에 있다는 사실을 고려하기위해, 수정되어야 할 수도 있다.

실제로, 다이오드는 도 2 에 도시된 바와 같이, 전력 스위치들 (22) 각각과 병렬로 존재하지만, 다른 실시형태들이 변형들로서 가능하다. 일반적으로, 이는 전력 스위치의 구성에 내재되는 기생 다이오드이다.

전기 보호 디바이스는 상기 적어도 하나의 전력 스위치 (22) 와 (즉, 각각의 전력 스위치 (22) 와) 커플링된 전자 제어 회로 (24) 를 더 포함한다. 즉, 전자 제어 회로 (24) 는 전력 스위치들 (22) 각각을 제어하는 것을 가능하게 한다.

많은 실시형태들에서, 전자 제어 회로 (24) 는 프로그램가능한 마이크로제어기 또는 마이크로프로세서와 같은 프로세서를 포함한다.

프로세서는 컴퓨터 메모리, 또는 임의의 컴퓨터 판독가능 데이터 저장 매체에 유리하게 커플링되며, 이는 실행가능한 명령들 및/또는 이들 명령들이 프로세서에 의해 실행될 때 전기 결함을 검출하기 위한 방법을 구현하도록 의도디는소프트웨어 코드를 포함한다.

특히, 이 방법은 과부하 전류, 단락 회로, 차동 전류 또는 보호될 라인에서의 직렬 (또는 차동) 아크의 존재와 같은 전기 결함, 그러나 또한 과전압 또는 과소전압을 검출하는 것을 가능하게 한다.

상세히 설명되지 않은 변형들에 따르면, 전자 제어 회로 (24) 는 디지털 신호 프로세서 (DSP), 또는 필드-프로그램가능 게이트 어레이 (FPGA), 또는 주문형 집적 회로 (ASIC), 또는 임의의 등가 엘리먼트, 또는 이들 엘리먼트들의 임의의 조합을 포함할 수도 있다.

유리하게, 디바이스 (2) 는 과전압에 대해 보호하기 위한 하나 이상의 엘리먼트들 (26) 을 포함할 수도 있고, 이 엘리먼트들은 특히 콘택들 (10) 이 분리될 때 전기 아크 발생 이벤트에서, 과전압에 대해 전력 스위치들 (22) 을 보호하기 위해, 하나 이상의 전력 스위치들 (22) 과 병렬로 연결된다.

이는 특히, 설비가 유도성 회로들을 포함하는 경우들에서 차단 동안 전압들로부터 스위치들을 보호하는 것을 가능하게 한다.

예를 들어, 보호 엘리먼트들 (26) 은 클리퍼들 또는 금속-산화물 배리스터들 (metal-oxide varistors; MOV) 또는 트랜실(transil)(TVS, 또는 "ransient-voltage-suppression") 다이오드들이다.

많은 실시형태들에서, 디바이스 (2) 는 바람직하게는 디바이스 (2) 가 동작 중일 때 연결 단자들 (6, 8) 사이에 흐르는 전류를 사용하여, 전기 제어 회로에 전력을 공급하도록 구성된 내부 전력 공급장치 (28) 를 포함한다.

변형으로서, 내부 전력 공급장치 (28) 는 배터리, 또는 자동 전력 공급을 가능하게 하는 임의의 다른 수단을 포함할 수도 있다.

예를 들어, 전자 제어 회로 (24) 는 전기 결함이 측정 회로 (30) 에 의해 검출될 때 전력 스위치 (22) 를 개방 상태로 스위칭하도록 구성된다. 예를 들어, 디바이스 (2) 는 여기서 각각의 연결 라인에 커플링되는, 전류 센서들 (30) 을 포함한다.

예를 들어, 전기 결함들은 과전류 또는 단락일 수도 있지만, 또한 차동 전류 또는 보호될 라인에서의 직렬 (또는 차동) 아크의 존재, 또는 심지어 과전압 또는 과소전압과 같은 다른 전기 결함들일 수도 있다.

트립될 때 (즉, 전류의 즉각적인 중단을 필요로 하는 전기 결함이 검출된 후에), 디바이스 (2) 는 스위칭 메커니즘 (12) 및 전력 스위치들 (22) 의 결합된 동작을 통해 스위칭될 수도 있다.

또한, 일부 실시형태들에 따르면, 디바이스 (2) 는 또한 전기 콘택들 (10) 이 개방될 때 전기 아크들의 발생을 회피할 목적으로, 전력 스위치들 (22) 의 스위칭을 콘택들 (10) 의 개방과 동기화하도록 의도된 동기화 시스템 (32) 을 포함한다.

이를 위해, 디바이스 (2) 는 스위칭 메커니즘 (12) 의 포지션을 측정하도록 구성된 센서 (34) 를 포함한다. 바람직하게, 센서는 스위칭 메커니즘 (12) 의 제어 레버 (14) 또는 제어 레버 (14) 에 고정된 부분의 포지션을 측정하도록 구성된다.

예를 들어, 센서 (34) 는 측정 신호를 전송하도록 전자 제어 회로 (24) 의 입력에 연결된다. 센서 (34) 는 스위칭 메커니즘 (12) 의 부분을 향하여 (예를 들어, 제어 레버 (14) 를 베어링하는 기계 부분을 향해) 배치될 수도 있다. 즉, 센서 (34) 는 제어 레버 (14) 에 커플링될 수도 있다.

예시로서 주어진 구현의 하나의 비제한적인 예에 따르면, 센서 (34) 는 스위칭 메커니즘 (12) 이 전기 콘택들 (10) 이 폐쇄되는 포지션에 있을 때 제 1 값을 취하고, (레버의 개방 이동이 계속됨에 따라) 스위칭 메커니즘이 전기 콘택들 (10) 이 분리되기 시작하는 포지션에 선행하는 포지션에 있을 때 (제 1 값과 상이한) 제 2 값을 취하는, 이진 신호를 방출하도록 구성될 수도 있다.

예를 들어, 이 포지션은 제어 레버 (14) 에 대한 특정 각도 포지션 임계치에 대응할 수도 있다.

예시로서, 포지션 임계치는 제어 레버 (14) 의 원래 포지션에 대해 20° 의 각도에 대응할 수도 있다. 변형으로서, 다른 각도가 선정될 수도 있다. 실제로, 각도는 20° 이하, 또는 10° 이하, 또는 5° 이하인 것이 바람직하다.

바람직하게는, 센서 (34) 는 광학 센서이다.

일부 실시형태들에 따르면, 센서 (34) 는 예를 들어 제어 레버 (14) 가 소정의 포지션에 도달할 때, 예를 들어 제어 레버 (14) 가 폐쇄된 포지션에 대해 이동하기 시작했을 때 센서 (34) 의 민감한 엘리먼트에 의해 수신된 광 신호가 차단되도록 배열된 장애물-기반 광학 센서이다.

변형으로서, 센서 (34) 는 상이한 형태를 취할 수도 있고 따라서 기계적 센서, 또는 외부-필드 보상을 갖는 유도성 센서일 수도 있다.

많은 실시형태들에서, 센서 (34) 는 스위칭 메커니즘 (12) 및 제어 부재 (14) 와 동일한 하우징에 하우징된다. 그러나, 변형으로서, 센서 (34) 는 제 1 하우징 내에 하우징될 수도 있고, 제어 부재 (14) 뿐만 아니라 스위칭 메커니즘 (12) 의 적어도 일 부분은 다른 하우징에 하우징된다.

특히, 여러 극들을 포함하는 디바이스들에 대해 (예를 들어, 3-상 회로 차단기 또는 2-극 DC 회로 차단기에 대해), 각각의 극의 제어 부재들 (제어 레버들) 은 기계적으로 상호연결된다. 이 시스템에서, 각각의 극에 대해 하나의 센서를 사용하기 보다는, 전체 보호 디바이스에 대해 단일 센서를 채용하는 것이 유리할 수도 있다. 이 단일 센서는 그 후 다른 하우징에 원격으로 위치될 수도 있다.

도 2 내지 도 6 을 참조하여 더 상세히 설명될 바와 같이, 전자 제어 회로 (24) 는 센서 (34) 가 스위칭 메머티즘이 개방 포지션으로 이동하고 있음을 검출할 때, 특히 전기 콘택들 (10) 이 분리되기 전에 하나 이상의 전력 스위치들 (22) 을 오프 상태로 스위칭하도록 구성된다.

선택적이지만 그럼에도 불구하고 유리한 실시형태들에서, 디바이스 (2) 는 스위칭 메커니즘의 포지션을 측정하도록 구성된, 보조 센서 (도시되지 않음) 를 포함할 수도 있고, 보조 센서는 광학 센서 (34) 와 함께 동작하도록 구성된다. 이러한 배열은 스위칭 메커니즘 (12) 의 포지션 검출의 신뢰성을 개선하기 위해, 대형 회로 차단기들에 특히 적용가능하다. 그러나, 이러한 보조 센서는 생략될 수도 있다.

선택적으로, 동기화 디바이스 (32) 는 모션으로 스위칭 메커니즘 (12) 을 설정하도록 구성된 액추에이터 (36) 를 포함할 수도 있다. 액추에이터 (36) 는 예를 들어, 전자기 액추에이터의 액션 하에서 이동할 수 있는 이동성 기계 부분을 포함하는 전자기 액추에이터, 또는 전기 모터를 포함한다. 예를 들어, 액추에이터 (36) 는 전자 제어 회로 (24) 에 의해 제어되고 따라서 메커니즘 (12) 을 통해 전기 콘택들 (10) 의 개방을 제어할 수도 있다.

선택적 실시형태들에서, 전자 제어 회로 (24) 외부에 있는 외부 트립은 전자 제어 회로 (24) 의 입력에 연결되어 트립 커맨드를 송신하고 따라서 디바이스 (2) 가 전자 제어 회로 (24) 를 통해 트립하게 할 수도 있다.

외부 트립에 의해 방출된 트립 커맨드는 유선 링크 또는 무선 주파수 신호를 통해 전자적으로 송신될 수도 있다.

다른 실시형태들에서, 외부 트립은 스위칭 메커니즘 (12) 에 또는 전자 제어 회로 (12) 에 (예를 들어, 전기기계 센서를 통해) 기계적으로 커플링될 수도 있다.

소정의 구현들에서, 보조 전력 공급장치 (38) 는 전자 제어 회로 (24) 에 전력을 공급하기 위해 사용될 수도 있다.

예를 들어, 디바이스 (2) 외부에 있는 보조 전력 공급장치 (38) 는 디바이스 (2) 의 단자들 (A1, A2) 에 연결되고, 상기 단자들은 전기 분배 회로 (예컨대, 전력 공급 레일) 에 연결된다.

스위칭 메커니즘 (12) 및 동기화 시스템 (32) 의 동작의 일 예가 이제 도 3 내지 도 5 를 참조하여 설명된다.

도 3, 도 4 및 도 5 는 시간에 걸친 다양한 연속 구성들의 스위칭 메커니즘 (12) 의 간략화된 버전 (50) 을 개략적으로 나타낸다. 보다 구체적으로, 도 3 은 전기 콘택들 (10) 이 콘택하고 (폐쇄 상태에서) 전류가 흐르는 것을 가능하게 하는, 스위칭 메커니즘 (12) 의 폐쇄 상태에 대응한다. 도 5 는 전기 콘택들 (10) 이 서로 분리되는 스위칭 메커니즘 (12) 의 개방 상태에 대응한다. 도 4 는 폐쇄 상태에서 개방 상태로의 트랜지션 동안 중간 상태에 대응한다.

도 3 에 도시된 바와 같이, 스위칭 메커니즘 (12) 은 다음을 포함한다:

- 하우징 (4) 에 고정된 회전 축을 중심으로 회전할 수 있도록 장착된 회전 부분 (52) 의 형태를 취하는 제어 레버 (14)(도 3 에서 볼 수 있는 해칭된 구역들, 이들 중 하나는 참조 부호 51 을 지니며, 하우징 (4) 에 대해 움직이지 않는 앵커링 포인트들을 나타냄);

- 송신 로드 (54) 또는 링크 로드;

- 송신 로드 (54) 를 통해 그 부분 (52) 에 회전가능하게 장착 및 커플링되는 트립 후크 (56);

- 하우징 (4) 에 고정되고 후크 (56) 에 커플링되는 회전 축을 중심으로 회전할 수 있도록 장착된 데크 (53);

- 데크 (53) 및 후크 (56) 에 커플링되는 트립 바 (58);

- 이동성 전기 콘택 (10) 을 베어링하고 고정된 전기 콘택 (61) 과 상호작용하는 콘택 홀더 (60), 콘택 홀더는 하우징 (4) 에 고정된 회전 축을 중심으로 회전할 수 있도록 장착됨;

- 예를 들어, 개방 및 폐쇄 포지션들에서 각각, 제어 레버 (52) 의 회전 이동을 제한하는 정지부들 (62).

회전 축들은 여기서 평행로 배열되며, 예를 들어 모두 하우징 (4) 의 측벽에 수직으로 배열된다.

트립 페이즈 동안, 트립 바 (58) 는 회전하도록 구동되고, 이는 후크 (56) 를 해제하고 데크 (53) 및 콘택 홀더 (60) 의 회전을 개방 포지션으로 구동한다. 병렬로, 데크의 이동은 송신 로드 (54) 를 통해 그 부분 (52) 의 회전 이동을 트리거한다.

도시된 예에서, 센서 (34) 는, 개방 상태에서, 그 부분 (52) 의 적어도 하나의 일부가, 예를 들어, 센서 (34) 의 적어도 민감한 부분을 마스킹하도록, 센서 (34) 의 전방에 배치되는 방식으로 배열된다. 대조적으로, 폐쇄 상태에서, 그 부분 (52) 은 센서 (34) 로부터 멀리 유지되고 센서 (34) 의 민감한 부분을 마스킹하지 않는다. 센서 (34) 의 민감한 부분이 그 부분 (52) 에 의해 마스킹되는 포지션은 각도 포지션 임계치에 대응할 수 있다. 부분 (52) 이 센서의 전방에서 통과할 때, 센서 (34) 는 상태를 변경하고 그 후 상이한 측정 신호를 전송한다.

예시된 예에서 채용된 구성으로, 도 4 및 도 6 에 예시된 바와 같이, 전기 콘택들 (10) 이 분리하기 시작하기 직전에 각도 포지션 임계치에 도달한다.

도 6 에서, 타이밍 다이어그램 (70) 은 다음에서, 시간의 함수로서 (x-축 상에서 "t" 로 라벨링됨) 변동을 나타낸다:

- 제어 레버 (14) 의 각도 포지션 (곡선 (72)) 에 의해 나타낸, 스위칭 메커니즘 (12) 의 포지션에서,

- 광학 센서 (34) 의 상태에서 (여기서 측정 신호가 각각 제 1 값을 취하는지 또는 제 2 값을 취하는지에 따라, 낮은 값 또는 높은 값을 취할 수도 있는, 곡선 (74));

- 분리가능한 전기 콘택들 (10) 의 폐쇄 또는 개방 상태에서 (여기서 개방 상태 및 폐쇄 상태에 각각 대응하는, 낮은 값 또는 높은 값을 취할 수도 있는, 곡선 (76)).

따라서, 트립에 후속하여, 제어 레버 (14) 의 각도는 센서가 상태를 변경하는 임계치 (여기에서는 곡선 (74) 상의 제 1 수직 파선으로 표현됨) 에 도달할 때 까지이다. 이에 응답하여, 전기 제어 회로 (24) 는 전류의 흐름을 중단하기 위해 전력 스위치들 (22) 의 스위칭을 그들의 오프 상태로 트리거한다. 소정의 지연 후에, 여기에서는 도 4 에서 볼 수도 있는 포지션 직후에, 전기 콘택들 (10) 은 스위칭 메커니즘 (12) 에 의해 최종적으로 분리되며, 이는 그 후 개방 이동의 끝에 도달한다.

이러한 동작은 위에 설명된 것과 같은 토글 스위칭 메커니즘과 같은 특정 스위칭 메커니즘으로 유리하게 획득될 수도 있으며, 여기서 메커니즘의 부분들의 상대적 이동은 예를 들어, 개방 시 트립될 때 콘택들 (10) 의 분리를 간단히 지연시키기 위해, 제어 레버 (14) 의 회전과 콘택들 (10) 의 실제 개방 사이의 각도 오프셋을 야기하도록 구성된다.

이러한 오프셋은 디바이스 (2) 의 수명 전체에 걸쳐 전기 콘택들의 점진적인 마모때문에, 전기 콘택들이 가라앉을 때 플레이에서의 감소를 보상하는 것을 가능하게 한다.

실제로, 이러한 실시형태들에서, 제어 회로 (24) 는 (센서 (34) 에 의해 검출된 바와 같이, 제어 레버 (14) 의 회전의 시작에 의해 야기된) 전력 스위치의 스위칭이 전기 콘택들 (10) 의 분리를 예상하도록 이 오프셋을 활용한다.

본 발명에 의해, 개방 페이즈 동안, 전자 제어 회로 (32) 및 센서 (34) 는, 특히 전기 콘택들 (10) 이 분리되기 전에 전력 스위치들 (22) 의 스위칭을 그들의 오프 상태로 지시하기 위해, 전력 스위치들 (22) 및 스위칭 메커니즘 (12) 의 액션을 동기화하는 것을 가능하게 한다. 이는 전기 콘택들 (10) 사이에서 전기 아크의 발생을 방지하고, 따라서 전류를 안전하게 중단하는 것을 가능하게 한다.

즉, 스위칭 메커니즘 (12) 의 설계로부터 유발되는 전기 콘택들의 분리와 전력 스위치들의 스위칭 사이의 지연이 여기서 사용된다.

이는 디바이스가 직류 설비에 사용될 때 특히 유용한데, 이는 분리가능한 전기 콘택들 (10) 이 일반적으로 그 자체만으로 전류를 중단하기에 충분하지 않기 때문이다.

대조적으로, 일단 개방 포지션에 있으면, 분리가능한 전기 콘택들 (10) 은 에어 갭을 생성하는 것을 가능하게 하고 디바이스 (2) 가 트립된 후에 단자들 (6 및 8) 사이에서 전류가 다시 흐르는 것을 방지한다.

다시 콘택들 (10) 을 폐쇄하기 위해 (즉, 디바이스 (2) 를 다시 폐쇄 상태로 스위칭하기 위해), 제어 레버 (14) 가 사용자에 의해 대응하는 포지션으로 이동된다. 이러한 이동은, 링크 로드 (54) 를 통해, 후크 (56) 를 회전시켜 트립 바 (58) 상에 걸리게 한다. 링크 로드 (54) 는 콘택들 (10) 이 폐쇄될 때까지 데크 (53) 가 회전하게 한다.

또한, 전기기계 보호 디바이스들의 하우징과 비슷하거나 유사하거나, 또는 심지어 동일한 하우징 (4) 의 사용은 보다 이전의 제품 범위들과의 호환성을 보장하는 것을 가능하게 한다. 예를 들어, 디바이스 (2) 는 설비의 나머지 전체를 수정할 필요 없이 이전-세대 보호 디바이스에 대한 대체로서 분배 보드에 장착될 수도 있다. 이는 또한 기존의 보조 디바이스들을 사용하는 것을 가능하게 한다.

광학 센서 (34) 를 사용하는 것이 유리한데, 이는 이러한 센서가 크기가 작고 디바이스 (2) 에 쉽게 통합될 수도 있으며, 이는 컴팩트 디바이스 (2) 를 생산하는 것을 가능하게 하기 때문이다. 광학 센서는 또한 정밀하고 주변 전자기 간섭에 민감하지 않는 (그리고 설비의 동작 또는 디바이스 (2) 자체의 동작을 손상시킬 수도 있는 전자기 간섭의 시발점이 아닌) 이점을 갖는다.

마지막으로, 스위칭 메커니즘 (12) 으로서 토글 메커니즘을 사용하면, 위에 설명된 바와 같이, 콘택들의 개방 포지션에 도달하기 전에 콘택들이 가라앉을 때 플레이를 복구하는 것을 가능하게 한다.

도 7 은 전자 차단 모듈 (16) 의 구성의 유리하지만 필수는 아닌 예를 나타낸다.

이 예에서, 전자 차단 모듈 (16) 의 적어도 일 부분은 통합된 블록 (80), 또는 심지어 여러 이러한 통합된 블록들 (80) 의 형태로 구성된다.

바람직하게는, 통합된 블록 (80) 또는 각각의 통합된 블록 (80) 은 디바이스의 하나의 극과 (즉, 디바이스 (2) 의 하나의 전기적 페이즈와 그 자체가 연관되는, 상기 전기 전도 라인들 중 하나와) 연관된 전력 스위치들 (22) 을 포함한다.

통합된 모듈 (80) 은 예를 들어, 전기 절연 재료로 만들어진 플레이트-형상 기판 (82) 을 포함한다.

실제로, 일반적으로 "FR4" 로 지칭된, 유리-섬유-강화 에폭시 수지와 같은, 복합 재료일 수도 있다.

전력 스위치들 (22) 중 적어도 일부는 기판 (82) 상에, 특히 기판 (82) 의 주요 표면들 상에 장착된다.

예를 들어, 제 1 연결 라인과 연관되는 트랜지스터들 (T1 및 T2) 은 도 7 의 삽입 B) 에서 볼 수 있는 바와 같이, 기판 (82) 의 대향 면들 상에 장착되고, 이들 스위치들은 여기서 참조 번호 (84) 를 지닌다.

구체적으로, 위에 설명된 바와 같이, 도 2 에 도시된 각각의 트랜지스터 (T1, T2) 는 실제로, 특히 디바이스 (2) 의 정격에 그리고 사용된 트랜지스터들의 특성들에 의존하여, 병렬로 연결된 2개의 트랜지스터들의 그룹에 의해 구현될 수도 있다.

예시의 목적으로 주어지는 예시된 예에서, 병렬로 연결된 2개의 트랜지스터들의 그룹은 "트랜지스터 (T1)" 를 구현하는데 사용되고, 이들 2개의 트랜지스터들은 기판 (82) 의 제 1 면 상에 장착된다. 병렬로 연결된 2개의 다른 트랜지스터들의 그룹이 "트랜지스터 (T2)" 를 구현하는데 사용되며, 이들 2개의 다른 트랜지스터들은 기판 (82) 의 제 2 면 상에 장착되고, 기판 (82) 의 제 2 면은 기판 (82) 의 제 1 면에 대향한다.

이러한 예에서도, 제 2 연결 라인과 연관된 트랜지스터들 (T3, T4) 은 제 2 통합된 블록 (80) 의 기판 (82) 의 대향 면들 상에 장착되고, 이 제 2 통합된 블록 (80) 은 본 통합된 블록 (80) 과 병렬로 연결되고 본 통합된 블록 (80) 과 동일하거나 적어도 유사하다.

이 제 2 블록 (80) 은 예를 들어, 제 1 블록 (80) 옆에 장착된다.

바람직하게는, 통합된 블록 (80) 또는 각각의 통합된 블록 (80) 은 위에 언급된 하우징 (4) 의 상기 전용 구획에 수용된다.

실제로, 각각의 전력 스위치 (22) 는 전력 스위치 (22) 의 본체를 둘러싸는 백킹이라고도 하는 방열 플레이트 (86) 를 포함할 수도 있다. 즉, 방열 플레이트 (86) 는 상기 전력 스위치의 본체에 열적으로 연결된다.

예를 들어, 방열 플레이트 (86) 는 전력 스위치 (22) 의 제조자에 의해 전력 스위치 (22) 의 세라믹 본체에 본래 체결된 금속 플레이트이다.

선택적으로, 전자 제어 회로 (24) 의 컴포넌트들은 또한 기판 (82) 의 하나 또는 양자 모두의 주요 면들 상에 장착될 수도 있다.

예를 들어, 연결 라인과 연관된 하나 이상의 전류 센서들 (30) 은 대응하는 모듈 (80) 에 통합되고 기판 (82) 상에 장착될 수도 있다.

블록 (80) 은 또한 2개의 전기 전도성 플레이트들 (90 및 92) 을 포함하고, 각각의 플레이트 (90, 92) 는 이 기판 (82) 을 커버하도록 기판 (82) 의 각각의 면 상에 장착된다. 조립된 포지션에서, 플레이트들 (90 및 92) 은 또한 기판 (82) 의 면들 상에 장착된 컴포넌트들을 커버함을 이해한다.

이러한 설명에서, 플레이트들 (90 및 92) 은 금속으로 만들어지며 하기에서는 "금속 플레이트들" 이라 한다. 그러나, 변형으로서, 플레이트들 (90 및 92) 이 전기 전도성이면, 다른 재료들 또는 재료 조성들이 사용될 수도 있다.

유리하게, 각각의 금속 플레이트 (90, 92) 는 대응하는 전력 스위치들 (즉, 이 금속 플레이트 (90, 92) 아래에 배치된 전력 스위치들 (84)) 의 금속 백킹 (86) 과 콘택한다 (바람직하게는 직접 콘택한다). 즉, 각각의 금속 플레이트 (90, 92) 는 대응하는 전력 스위치들 (84) 에 전기적으로 그리고 열적으로 연결된다.

이러한 배열은 전력 스위치들 (22) 을 연결하는 것을 가능하게 하는 전기 전도성 엘리먼트 및 히트 싱크 양자 모두로서 플레이트들 (90 및 92) 을 사용하는 것을 가능하게 한다.

구체적으로, 전력 스위치 (22) 가 MOSFET 일 때, 금속 백킹 (86) 은 드레인에 연결된다. 따라서, 백킹 (86) 은 이를 통과하는 디바이스 (2) 의 연결 라인을 통해 흐르는 파워 전류를 가질 수도 있다. 금속 플레이트들 (90 및 92) 은 그 후 대응하는 연결 라인의 단자 (8) 및 단자 (6) 에 각각 연결된다.

전류를 전도하기 위해 백킹 (86) 을 사용하면 사용자들의 안전에 위험을 야기하지 않는데, 이는 백킹 (86) 이 전기 절연 재료로 만들어지고 사용자가 백킹 (86) 을 터치하는 것을 방지하는, 디바이스의 하우징 (4) 에 의해 외부로부터 전기적으로 절연되기 때문이다.

스위치들 (22) 에 의해 방출된 열 에너지는 여기서 전기 전도체들을 따라 전도를 통해 디바이스 (2) 의 외부로 소산된다.

예를 들어, 열 에너지는 주로 전도를 통해 그리고 전도성 부분들에 의한 방사를 통해 디바이스 (2) 외부로 소산된다.

유리하게는, 환기 통풍구 또는 슬릿과 같은 전기 절연 기준과 호환가능한 환기 오리피스들이 제공되는 조건에서, 공기 대류에 기인한 방열 효과가 또한 사용될 수도 있다.

전도를 통해 열 에너지를 소산시키기 위해, 회로 차단기 내부에서 전류가 통과하는 전체 체인 전체, 즉 전류가 디바이스 (2) 의 상류로부터 하류로 흐르는 것을 가능하게 하는 전기 전도체, 전력 공급 케이블 및 전기 전도 라인들 모두가 관여된다.

예를 들어, 구성에 의해, 회로 차단기의 연결 랜드들은 케이블들의 절연체들의 최대 온도와 호환가능하고, 이 온도는 가능하게는 예를 들어, PVC 클래딩이 장비된 구리 케이블들에 연결된 연결 랜드들에서 최대 90℃ 에 도달한다.

실제로, 가장 뜨거운 지점은 일반적으로 디바이스 (2) 의 중심에 있기 때문에, 디바이스 (2) 의 중심으로부터 케이블들을 위한 연결 랜드들을 향해 감소하는 온도 프로파일이 관찰된다.

유리하게는, 금속 플레이트들 (90 및 92) 은 양호한 전기 및 열 전도 특성들을 갖는, 구리로 주로 만들어진다.

그러나, 변형으로서, 알루미늄과 같은 양호한 전기 및 열 전도 특성들을 갖는 다른 재료들이 사용될 수도 있다.

금속 플레이트들 (90 및 92) 을 구성하기 위해, 전력 스위치들과 금속 플레이트들 사이의 콘택 저항과 같은 소정의 특성들을 개선하기 위해, 주석-도금 플레이트 또는 얇은 은 층으로 부분적으로 또는 완전히 커버된 플레이트와 같은 표면 처리를 거친 재료들을 사용하는 것이 또한 가능하다. 표면 처리는 또한 예를 들어, 페인트를 도포하거나 양극산화를 수행하는 것과 같은 방사 소산을 개선할 수도 있다.

바람직하게는, 금속 플레이트들 (90 및 92) 은 주로 전도를 통해서뿐만 아니라 복사 및 대류를 통해서도, 열 에너지의 소산을 증가시키는 목적으로 오버사이즈된다. 이러한 오버사이징은 또한 줄(Joule) 가열을 감소시키는데 기여한다.

또한 바람직하게는, 조립된 구성에서, 금속 플레이트들 (90 및 92)(또는 각각의 금속 플레이트들 (90 및 92)) 은 하우징 (4) 의 가장 넓은 벽들에 평행하게 연장된다. 예시된 예에서, 이들은 디바이스 (2) 의 하우징 (4) 의 측벽들이고, 이들 벽들은 디바이스 (2) 가 전기 캐비닛 또는 분배 보드에 장착될 때 수직으로 배향된다. 바람직하게, 각각의 금속 플레이트 (90, 92) 는 하우징 (4) 의 측벽의 대응하는 면의 표면적의 적어도 40% 를 커버한다.

각각의 플레이트들 (90 및 92) 의 두께는 바람직하게는 5 mm 이하이고, 더욱 더 바람직하게는 1 mm 와 3 mm 사이이다.

특히, 플레이트들 (90 및 92) 의 두께가 커질수록, 열 전도가 더 커지며, 이는 열 제거를 더 효율적이게 한다.

예시적인 예로서, 4개의 트랜지스터들 (기판 (82) 의 각각의 면 상에 병렬로 연결된 2개의 트랜지스터들) 을 포함하는 모듈 (80) 의 경우, 각각의 트랜지스터는 1 와트의 열 전력을 소산시키고, 16 암페어의 정력 전류를 단극 디바이스의 경우, 플레이트들 (90 및 92) 에 대한 구리의 1.0 mm 두께는 114.6℃ 의 내부 온도를 획득하는 것을 가능하게 하는 한편, 플레이트들 (90 및 92) 에 대한 구리의 3 mm 두께는 내부 온도를 105℃ 로 감소시키는 것을 가능하게 함을 유의할 수 있었다.

실제로, 기판 (82) 은 조립된 구성에서 금속 플레이트들 (90 및 92) 에 드릴링된 대응하는 오리피스들과 정렬되는 체결 오리피스들 (88) 을 포함할 수도 있다.

예시된 예에서, 금속 플레이트들 중 하나 (이 경우 금속 플레이트 (92)) 는 금속 플레이트 (92) 의 나머지에 대해 폴딩된, 예를 들어 상기 금속 플레이트의 에지로부터 상기 금속 플레이트의 평면에 수직으로 연장되는, 폴딩된 세그먼트 (94) 를 포함한다. 특히, 세그먼트 (94) 는 이동성 전기 콘택의 피봇팅을 향해 배향되어서 고정된 콘택 세그먼트를 형성하기 위해 금속 플레이트에 대해 90 도로 폴딩된다.

폴딩된 세그먼트 (94) 는 여기서 도 1 에 도시된 바와 같이, 상기 분리가능한 전기 콘택들을 함께 형성하기 위해 이동성 콘택 (10) 과 상호작용하는 고정된 전기 콘택으로서 사용되며, 따라서 콘택들이 개방될 때 갈바닉 절연의 기능을 수행한다.

변형으로서, 세그먼트 (94) 는 상이한 형태를 취하는 콘택 세그먼트에 의해 대체될 수 있다. 예를 들어, 콘택 세그먼트는 폴딩된 돌출부 없이, 금속 플레이트의 에지 또는 에지 면 상에 직접 형성될 수 있다.

변형으로서, 폴딩된 세그먼트 (94) 는 생략될 수도 있다. 콘택 세그먼트가 또한 생략될 수도 있으며, 특히 플레이트들 (90 및 92) 및 보다 일반적으로는 블록 (80) 이, 예를 들어, 전력 스위치들이 스위칭 메커니즘을 포함하는 하우징과 별도인 하우징에 하우징되는 위에 언급된 경우에서와 같이, 이동식 전기 콘택을 포함하는 하우징과 별도인 하우징에 배치될 때 생략될 수도 있다. 이는 예를 들어, 더 큰 영역들의 보드 및 금속 플레이트들을 채용하는 것을 가능하게 한다.

여기서, 금속 플레이트들 (90 및 92) 은 도 2 를 참조하여 설명된 과전압에 대해 보호하기 위한 엘리먼트 (26) 에 대응하는, 과전압-제한 엘리먼트 (96) 를 통해 콘택하게 된다.

과전압-제한 엘리먼트 (96) 는 예를 들어, 주석-기반 용접에 의해 금속 플레이트들 (90 및 92) 에 전기적으로 연결된다. 그러나, 변형으로서, 다른 납땜 또는 조립 기법들이 채용될 수도 있다. 예를 들어, 엘리먼트 (96) 는 나사결합에 의해 금속 플레이트들 (90 및 92) 과 직접 콘택하도록 가압된다.

소정의 변형에서, 보호 엘리먼트 (26) 가 생략될 때, 엘리먼트 (96) 는 전기 전도체에 의해 대체될 수도 있다.

그러나, 변형으로서, 블록 (80) 은 상이하게 구성될 수도 있다.

예를 들어, 일 방향 전류가 흐르는 직류 (DC) 디바이스의 경우, 단일 전력 스위치만을 사용하는 것이 가능하다. 이 경우, 기판 (82) 의 하나의 면만을 사용하고 기판의 이 면을 커버하는 단일 금속 플레이트 (90 또는 92) 만을 사용하는 것이 가능하며, 이 플레이트는 단자들 (6 및 8) 사이에 연결된다. 바람직하게, 이 단일 플레이트는 이동성 전기 콘택 (10) 에 대향하는, 기판 (82) 의 측면 상에 장착된다.

블록 (80) 및 특히 플레이트들 (90 및 92) 에 관한 실시형태들은 선행하는 실시형태들, 및 특히 스위치들 (22) 이 제어되는 방식들 및 센서 (34) 의 동작에 관한 실시형태들과 독립적으로 구현될 수도 있다.

블록 (80) 은 다른 타입들의 전력 스위치들, 예를 들어, SiC JFET들 뿐만 아니라 IGBT, SiC MOSFET, GaN MOSFET 로 구성될 수도 있으며, 이들 예는 제한되지 않는다.

일반적으로, 블록 (80) 에 관한 실시형태들은 하우징 (4), 연결 단자들 (6, 8), 연결 단자들 (6, 8) 사이에 연결된 분리가능한 전기 콘택들 (10), 스위칭 메커니즘 (12) 및 분리가능한 전기 콘택들과 직렬로 연결되는 적어도 하나의 전력 스위치 (22) 를 포함하는 전기 보호 디바이스 (2) 에 관한 것일 수도 있다.

분리가능한 전기 콘택들 (10) 은 개방 상태와 폐쇄 상태 사이에서 이동할 수 있고, 스위칭 메커니즘 (12) 은 제어 레버 (14) 를 포함하고, 분리가능한 전기 콘택들 (10) 과 커플링되어 제어가능한 콘택들을 개방 상태로 스위칭하며, 전기 보호 디바이스는 상기 적어도 하나의 전력 스위치 (22) 와 커플링된 전자 제어 회로 (24) 를 더 포함한다.

전기 보호 디바이스 (2) 는 적어도 하나의 전력 스위치, 또는 전력 스위치들의 쌍, 예컨대 전계 효과 트랜지스터들 (T1, T2), 및 바람직하게는 MOSFET들을 더 포함하고, 각각의 전력 스위치는 상기 전력 스위치의 드레인에 (또는 보다 일반적으로 전극에) 연결된 금속 백킹 (86) 을 포함한다.

상기 금속 백킹 (86) 은 상기 전력 스위치의 본체에 열적으로 연결되고, 전력 스위치들은 개개의 전력 스위치들의 금속 백킹 (86) 에 (전기적으로 그리고 열적으로) 연결된 금속 플레이트들 (90, 92) 을 통해 연결 단자들 (6, 8) 사이에 분리가능한 전기 콘택들 (에어 갭을 형성할 수 있음) 과 직렬로 연결된다.

그럼에도 불구하고, 디바이스 (2) 의 다른 실시형태들이 가능하다.

특히, 디바이스 (2) 는 위에 설명된 바와 같이, 단상 설비 또는 다상 설비에 사용되도록 수정될 수도 있다.

도 8 은 단상 디바이스 (200) 의 일 실시형태를 나타낸다.

디바이스 (200) 는 연결 라인들 중 하나가 전력 스위치들 (T3 및 T4)(및 보호 컴포넌트 (26)) 이 없는 중립 전도성 라인에 의해 대체된다는 점을 제외하고, 도 2 를 참조하여 설명된 디바이스 (2) 와 유사하다.

이러한 차이들 외에도, 디바이스 (2) 의 대응하는 엘리먼트들과 비슷한 디바이스 (200) 의 엘리먼트들은 동일한 참조 부호들을 가지며, 위의 설명이 이들에 대해 대체될 수 있는 한, 상세히 설명되지 않는다.

가독성을 위해, 보조 전력 공급장치 (38) 와 같은 디바이스 (2) 의 소정의 선택적 엘리먼트들은 도 8 에 나타내지 않았지만, 이들은 이 실시형태에서 선택적으로 특징이 될 수 있다.

도 9 는 3-상 디바이스 (300) 의 일 실시형태를 나타낸다.

디바이스 (300) 는, 디바이스 (300) 가 단자들 (6 및 8) 사이에서 제 1 연결 라인 및 제 2 연결 라인과 병렬로 연결된 제 3 연결 라인을 포함한다는 점을 제외하고, 도 2 를 참조하여 설명된 디바이스 (2) 와 유사하다.

제 3 전기 연결 라인은 제 1 연결 라인 및 제 2 연결 라인과 유사하거나 동일하며, 상기 전력 스위치들 (22) 중 적어도 하나 (여기서는 2개이며 T5 및 T6 로 라벨링됨) 및 하나 이상의 전기 전도체들에 의해 하나 이상의 전력 스위치들 (22) 과 직렬로 연결되는, 상술한 바와 같은 전기 콘택들 (10) 을 포함한다.

유리하게는, 제 3 연결 라인은 과전압에 대해 보호하기 위한 엘리먼트 (26) 를 포함하며, 이는 상술한 바와 같이, 전력 스위치들 (22) 과 병렬로 연결된다.

다시 한번, 가독성을 위해, 보조 전력 공급장치 (38) 와 같은 디바이스 (2) 의 소정의 선택적 엘리먼트들은 도 9 에 나타내지 않았지만, 이들은 이 실시형태에서 선택적으로 특징이 될 수 있다.

도 10 은 3개의 전기 연결 라인들 및 디바이스 (200) 의 중립 라인과 유사한 중립 라인을 포함하는, 중립인 3-상 (3-극) 디바이스 (400) 의 일 실시형태를 나타낸다.

디바이스 (400) 는, 디바이스 (400) 가 부가적으로, 단자들 (6 및 8) 사이에서 제 1 연결 라인 및 제 2 연결 라인과 병렬로 연결된 중립 라인을 포함한다는 점을 제외하고, 도 9 를 참조하여 설명된 디바이스 (300) 와 유사하다.

이러한 차이들 외에도, 디바이스 (300) 의 대응하는 엘리먼트들과 비슷한 디바이스 (400) 의 엘리먼트들은 동일한 참조 부호들을 가지며, 위의 설명이 이들에 대해 대체될 수 있는 한, 상세히 설명되지 않는다.

도 11 은 위에 설명된 연결 라인들과 유사한 4개의 전기 연결 라인들을 포함하는 4-상 (4-극) 디바이스 (500) 의 일 실시형태를 나타낸다.

디바이스 (500) 는, 디바이스 (500) 가 중립 라인 대신, 단자들 (6 및 8) 사이에서 제 1 연결 라인 및 제 2 연결 라인과 병렬로 연결된 제 4 연결 라인을 포함한다는 점을 제외하고, 도 10 을 참조하여 설명된 디바이스 (4) 와 유사하다.

제 4 전기 연결 라인은 제 1 연결 라인 및 제 2 연결 라인과 유사하거나 동일하며, 상기 전력 스위치들 (22) 중 적어도 하나 (여기서는 2개이며 T7 및 T8 로 라벨링됨) 및 하나 이상의 전기 전도체들에 의해 하나 이상의 전력 스위치들 (22) 과 직렬로 연결되는, 상술한 바와 같은 전기 콘택들 (10) 을 포함한다.

유리하게는, 제 4 연결 라인은 과전압에 대해 보호하기 위한 엘리먼트 (26) 를 포함하며, 이는 상술한 바와 같이, 전력 스위치들 (22) 과 병렬로 연결된다.

이러한 차이들 외에도, 디바이스 (400) 의 대응하는 엘리먼트들과 비슷한 디바이스 (500) 의 엘리먼트들은 동일한 참조 부호들을 가지며, 위의 설명이 이들에 대해 대체될 수 있는 한, 상세히 설명되지 않는다.

다시 한번, 이들 경우 모두에서, 가독성을 위해, 보조 전력 공급장치 (38) 와 같은 소정의 선택적 엘리먼트는, 도 10 및 도 11 에는 나타내지 않았지만, 이들은 이들 실시형태들에서 선택적으로 특징이 될 수 있다.

위에 구상된 실시형태들 및 변형들은 서로 조합되어 새로운 실시형태들을 생성할 수도 있다.

Claims (15)

1. 전기 보호 시스템 (2) 으로서,
   하우징 (4), 연결 단자들 (6, 8), 상기 연결 단자들 (6, 8) 사이에 연결된 분리가능한 전기 콘택들 (10), 스위칭 메커니즘 (12), 및 상기 분리가능한 전기 콘택들과 직렬로 연결되는 적어도 하나의 전력 스위치 (22) 를 포함하고, 상기 분리가능한 전기 콘택들은 개방 상태와 폐쇄 상태 사이에서 이동할 수 있고, 상기 스위칭 메커니즘은 상기 분리가능한 전기 콘택들을 상기 개방 상태로 스위칭하기 위해 상기 분리가능한 전기 콘택들과 커플링되며,
   상기 전기 보호 시스템은, 상기 적어도 하나의 전력 스위치 (22) 와 커플링된 전자 제어 회로 (24) 를 더 포함하고, 상기 전력 스위치 또는 각각의 전력 스위치는 상기 전력 스위치의 전극에 연결된 금속으로 만들어진 방열 플레이트 (86) 를 포함하고, 상기 방열 플레이트는 상기 전력 스위치의 본체에 열적으로 연결되고, 상기 전력 스위치 또는 각각의 전력 스위치는 개개의 상기 전력 스위치의 상기 방열 플레이트에 연결된 전도성 플레이트 (90, 92) 를 통해 상기 연결 단자들 (6, 8) 사이에서 상기 분리가능한 전기 콘택들과 직렬로 연결되는, 전기 보호 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   디바이스의 극과 연관된 상기 전력 스위치 또는 각각의 전력 스위치는 블록 (80) 에 통합된 플레이트-형상의 기판 (82) 상에 장착되고, 각각의 전력 스위치의 개개의 상기 전도성 플레이트 (90, 92) 는 상기 블록 (80) 의 상기 기판 (82) 의 동일한 측면 상에 장착되는, 전기 보호 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 시스템은 상기 기판 (82) 상에 장착되는 상기 시스템의 동일한 극과 연관되는 적어도 하나의 전력 스위치 (22) 의 2개의 그룹들을 포함하고, 상기 그룹의 상기 개개의 전도성 플레이트 (90, 92) 및 각각의 적어도 하나의 전력 스위치 (22) 는 상기 기판 (82) 의 대향 측면들 상에 장착되는, 전기 보호 시스템.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
   상기 블록 (80) 또는 각각의 블록 (80) 은 상기 하우징 (4) 의 전용 구획에 수용되는, 전기 보호 시스템.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전도성 플레이트 (90, 92) 또는 각각의 전도성 플레이트 (90, 92) 는 상기 하우징 (4) 의 측벽의 대응하는 면의 표면적의 적어도 40% 를 커버하는, 전기 보호 시스템.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전도성 플레이트 (90, 92) 또는 각각의 전도성 플레이트 (90, 92) 는 상기 하우징 (4) 의 가장 넓은 벽들에 평행하게 연장되는, 전기 보호 시스템.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 방열 플레이트는 상기 전력 스위치의 세라믹 본체에 본래 체결된 금속 플레이트인, 전기 보호 시스템.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 전력 스위치 (22) 는 전계-효과 트랜지스터, 바람직하게는 MOSFET 인, 전기 보호 시스템.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전도성 플레이트 (90, 92) 또는 각각의 전도성 플레이트 (90, 92) 는 금속으로 만들어지는, 전기 보호 시스템.
10. 제 9 항에 있어서,
    금속 플레이트 (90, 92) 또는 각각의 금속 플레이트 (90, 92) 는 주로 구리 또는 알루미늄으로 만들어지는, 전기 보호 시스템.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전도성 플레이트들 (92) 중 하나는 전기 콘택을 형성하기에 적합한 세그먼트 (94) 를 포함하고, 상기 세그먼트 (94) 는 상기 분리가능한 전기 콘택들을 함께 형성하기 위해 상기 시스템 (2) 의 이동성 콘택 (10) 과 상호작용하는 고정된 전기 콘택으로서 사용되는, 전기 보호 시스템.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전도성 플레이트 (90, 92) 또는 각각의 전도성 플레이트 (90, 92) 는 상기 시스템의 개개의 연결 단자 (6, 8) 에 연결되는, 전기 보호 시스템.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 전기 보호 시스템 (2) 을 포함하는 전기 보호 디바이스로서,
    상기 전기 보호 디바이스 (2) 는 소형 회로 차단기인, 전기 보호 디바이스.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 하우징 (4) 의 폭은 9 mm 의 배수로 구성되는, 전기 보호 디바이스.
15. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 전기 보호 시스템 (2) 및 하우징을 포함하는 전기 보호 디바이스로서,
    상기 전기 보호 디바이스 (2) 는 공기 회로 차단기인, 전기 보호 디바이스.