KR20240008926A - 전기 보호 장치들 및 시스템들 - Google Patents

Abstract

전기 보호 시스템은 접속 단자들 (6, 8), 분리가능 전기 접촉부들 (10), 스위칭 메카니즘 (12) 및 분리가능 전기 접촉부들과 직렬로 접속된 적어도 하나의 전력 스위치 (22) 를 갖고, 스위칭 메카니즘은 변위가능 제어 부재 (14) 를 포함하고, 전기 보호 시스템은 적어도 하나의 전력 스위치에 커플링된 전자 제어 회로 (24) 를 더 포함하고, 전기 보호 시스템은 또한 스위칭 메커니즘의 포지션을 측정하기 위해 제어 부재에 커플링된 센서 (34) 를 포함하고, 전자 제어 회로는 전기 접촉부들이 분리하는 포지션 바로 앞의 포지션에 스위칭 메카니즘이 도달하였음을 센서가 검출할 때 상기 적어도 하나의 전력 스위치를 차단 상태로 스위칭하도록 구성된다.

Description

전기 보호 장치들 및 시스템들

본 발명은 전기 보호 디바이스들 및 시스템들, 이를 테면, 회로 차단기들의 기술 분야에 관한 것이다.

공기 회로 차단기 및 특히 소형 회로 차단기 (miniature circuit breaker; MCB) 와 같은 전기기계 유형의 많은 전기 스위칭 디바이스들은 일반적으로 켄칭 챔버를 포함한다. ?칭 챔버는 디바이스가 트립핑된 후에 전기 접촉부들이 분리될 때 디바이스의 전기 접촉부들 사이의 공기에 나타나는 전기 아크를 소멸시키도록 구성된다.

?칭 챔버는 전형적으로 전기 아크를 연장하고 소멸시키기 위해 하나가 다른 하나 위에 중첩되는 금속 플레이트들의 스택을 포함한다. 케이싱에서의 하나 이상의 개구들은 급랭 가스가 디바이스로부터 배출되도록 한다.

그러나, 이러한 보호 디바이스들의 성능을 개선하기 위하여, 반도체 컴포넌트들에 기초하여 전력 스위치들을 포함하는 전자 차단 디바이스로 ?칭 디바이스를 대체하는 것이 제안되었다.

이러한 개선된 성능들은 예를 들어, 전자화학적 누산기의 배터리들을 포함하는 직류 (DC) 전기 시스템들에서, 이러한 시스템들의 전기 보호 디바이스들이 전기 결함의 발생의 이벤트에서, 매우 신속한 반응 시간으로 높은 진폭의 전류들을 인터럽트가능해야 하기 때문에 유리하다.

이들 반도체 기반 보호 디바이스들은 적어도 전기기계 보호 디바이스들만큼 신뢰성있는 전류를 인터럽트하는 것이 가능해야 한다.

게다가, 안전상의 이유로, 이러한 보호 디바이스들은 갈바닉적으로 격리되어야 한다. 따라서, 디바이스가 개방 상태에 있을 때 (즉, 예를 들어 디바이스가 트립핑된 후에, 또는 사용자가 보호 디바이스의 하류에 위치된 설치를 격리시키고자 할 때, 전기 접촉부들이 분리될 때) 에어 갭이 형성될 수 있게 하므로, 분리가능 전기 접촉부들을 보존하는 것이 유리하다.

또한, 기존의 설비들과의 양립가능성을 위하여, 이들 보호 디바이스들이 전기기계 타입의 스위칭 디바이스들의 케이싱과 동일한 사이즈를 갖는 케이싱에 포함될 수 있는 것이 바람직하다.

따라서, 이들 결함들을 적어도 부분적으로 해소하는 반도체 컴포넌트들에 기초하여 회로 차단기들과 같은 전기 보호 디바이스들에 대한 필요성이 존재한다.

이를 위하여, 본 발명의 하나의 양태는 전기 보호 시스템에 관한 것으로서, 이는 접속 단자들, 접속 단자들 사이의 분리가능 전기 접촉부들, 스위칭 메카니즘, 및 분리가능 전기 접촉부들과 직렬로 접속된 적어도 하나의 전력 스위치를 포함하고, 분리가능 전기 접촉부는 개방 상태와 폐쇄 상태 사이에서 이동가능하며, 스위칭 메카니즘은 이동형 제어 부재를 포함하고 분리가능 전기 접촉부들을 개방 상태로 스위칭하기 위한 목적에서 분리가능 전기 접촉부들에 커플링되고, 전기 보호 시스템은 상기적어도 하나의 전력 스위치에 커플링된 전자 제어 회로를 더 포함한다.

전기 보호 시스템은 제어 부재에 커플링되고 스위칭 메카니즘의 포지션을 측정하도록 구성되는 센서를 더 포함하고, 전자 제어 회로는 스위칭 메카니즘이 전기 접촉부가 분리하는 포지션 앞에 있는 포지션에 도달함을 센서가 검출할 때 상기 적어도 하나의 전력 스위치를 오프 상태로 스위칭하도록 구성된다.

본 발명에 의하면, 개방 페이즈에서, 제어 회로 및 센서는 전력 스위치들이, 전기 접촉부들이 분리되기 전에 자신을 오프 상태로 스위칭될 수 있게 하며, 이는 전기 아크의 발생을 방재하고 이에 따라 전류가 안전하게 인터럽트될 수 있게 한다. 이와 대조적으로 접촉부들이 개방 포지션에 있다면, 전기 접촉부들은 에어 갭이 생성될 수 있게 한다. 이는 디바이스가 트립핑된 후에 전류, 이를 테면, 전력 스위치들로부터의 누설 전류들 또는 이들 전력 스위치들의 실패로부터 야기되는 전류가 단자들 사이의 새롭게 흐를 수 있는 것을 방지한다.

유리하지만 필수적이지 않은 양태들에 따르면, 이러한 전기 보호 디바이스는 단독으로 또는 임의의 기술적으로 실현가능한 조합으로 취해진, 다음의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수도 있다:

- 전자 제어 회로는 전기 결함이 측정 회로에 의해 검출될 때 상기 적어도 하나의 전력 스위치를 오프 상태로 스위칭하도록 구성된다;

- 전기 보호 시스템은 접속 단자들 양단에 걸친 전압을 사용하여 전기 제어 회로에 전기적으로 급전하도록 구성되는 내부 전원 공급부를 포함한다;

- 상기 적어도 하나의 전력 스위치는 MOSFET 이다;

- 상기 적어도 하나의 전력 스위치는 정상적으로 개방되어 있다;

- 센서는 스위칭 메커니즘의 제어 부재의 포지션을 측정하도록 구성된다;

- 전자 제어 회로는 플레이트 형상 기판 및 상기 대응하는 적어도 하나의 전력 스위치의 금속 백킹과 접촉을 행하는 전도성 플레이트를 포함하고, 상기 적어도 하나의 전력 스위치 및 그 개별적인 전도성 플레이트는 기판의 하나의 전방면 또는 각각의 전방면에 탑재된다;

- 전도성 플레이트들의 적어도 하나는 상기 분리가능 전기 접촉부들을 함께 형성하도록 이동형 전기 접촉부와 상호작용하는 고정된 전기 접촉부를 형성하도록 구성된 세그먼트를 포함한다;

- 제어 부재의 운동은 접촉부들의 운동에 대하여 오프셋된다;

- 스위칭 메카니즘은 토글 메카니즘이다;

- 전기 보호 시스템은, 분리가능 전기 접촉부들을 폐쇄하기 위해, 제어 부재가 사용자에 의해 대응하는 포지션으로 이동하도록 의도되게 하고, 이 운동은 스위칭 메카니즘의 링크 로드에 의해, 스위칭 메카니즘의 훅을 회전하도록 구동하게 하고, 훅은 스위칭 메카니즘의 트립핑 바에 훅킹되게 되고, 링크 로드는 그 후, 분리가능 전기 접촉부가 폐쇄될 때까지 스위칭 메카니즘의 덱이 회전하도록 구동하게 하도록 구성된다;

- 전자 제어 회로는 스위칭 메카니즘이 전기 접촉부들이 분리하는 포지션 직전의 포지션에 도달하였음을 센서가 검출할 때 적어도 하나의 전력 스위치를 오프 상태로 스위칭하도록 구성된다.

다른 양태에 따르면, 본 발명은 위에 정의된 바와 같이 케이싱 및 전기 보호 시스템을 포함하는 전기 보호 디바이스에 관한 것이고, 전기 보호 디바이스는 소형 회로 차단기 (miniature circuit breaker) 이다.

다른 양태에 따르면, 전자 제어 회로 및 상기 적어도 하나의 전력 스위치는 케이싱 내부의 전용 격실 내에 하우징된다.

다른 양태에 따르면, 케이싱의 폭은 9 mm 의 배수이다.

다른 양태에 따르면, 전기 보호 디바이스는 에어 회로 차단기이다.

첨부된 도면들을 참조하고 그리고 단지 예로서 주어진 전기 보호 시스템의 실시형태의 다음의 설명의 관점에서 본 발명은 보다 양호하게 이해될 것이고 그 추가의 이점들은 보다 명백해질 것이며, 그 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 단지 예로서 주어진다.
-도 1 은 본 발명의 실시형태들에 따른 전기 보호 디바이스의 개략적 표현을 단면도로 도시한다.
-도 2 는 2극 디바이스의 경우에, 도 1 의 전기 보호 디바이스의 기능적 다이어그램이다.
- 도 3 은 디바이스가 개방 상태로 스위칭될 때 도 1 의 전기 보호 디바이스의 스위칭 메카니즘의 운동들의 시퀀스의 제 1 단계의 개략적 표현이다.
- 도 4 는 디바이스가 개방 상태로 스위칭될 때 도 1 의 전기 보호 디바이스의 스위칭 메카니즘의 운동들의 시퀀스의 제 2 단계의 개략적 표현이다.
- 도 5 는 디바이스가 개방 상태로 스위칭될 때 도 1 의 전기 보호 디바이스의 스위칭 메카니즘의 운동들의 시퀀스의 제 3 단계의 개략적 표현이다.
- 도 6 은 어플라이언스가 개방 상태로 스위칭하는 동안 도 3 내지 도 5 의 스위칭 메카니즘과 연관된 제어 노브의 각도 포지션에서 시간에 따른 변동을 도시하는 그래프이다.
- 도 7 은 도 1 의 보호 디바이스의 일 부분의 하나의 특정 실시형태의 사시도 (인서트 A) 및 분해도 (인서트 B) 에서 본 개략 표현이다.
- 도 8 은 디바이스가 단상 디바이스인 제 1 변동에 따라 도 1 의 전기 보호 디바이스의 기능적 다이어그램이다.
- 도 9 는 디바이스가 3-상 디바이스인 제 2 변동에 따라 도 1 의 전기 보호 디바이스의 기능적 다이어그램이다.
- 도 10 은 디바이스가 중성 라인을 갖는 3-상 디바이스인 제 3 변동에 따라 도 1 의 전기 보호 디바이스의 기능적 다이어그램이다.
- 도 11 은 디바이스가 4-극 디바이스인 제 4 변동에 따라 도 1 의 전기 보호 디바이스의 기능적 다이어그램이다.

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

많은 실시형태들에서,전기 보호 디바이스 (2) 는 회로 차단기이다.

바람직하게, 디바이스 (2) 는 소형 회로 차단기이다.

디바이스 (2) 는 디바이스 (2) 의 컴포넌트들의 적어도 일부분이 내부에 하우징되어 있는 케이싱 (4) 을 포함한다.

예를 들어, 디바이스 (2) 는 에어 회로 차단기를 포함한다.

케이싱 (4) 은 강성의 전기 절연성 재료, 이를 테면, 열성형된 중합체, 예를 들어, 폴리이미드 PA 6.6, 또는 임의의 다른 적절한 재료로부터 바람직하게 제조된다.

예를 들어, 케이싱 (4) 은 몰딩된 플라스틱으로 이루어진 케이싱이다.

바람직하게, 케이싱 (4) 의 치수들 및 특히 케이싱의 폭, 또는 케이싱 (4) 의 애스펙트비는 기존의 보호 디바이스들의 케이싱들 (4) 의 치수들과 양립가능하다.

예시로서 주어진 구현의 하나의 비제한적인 예에서, 케이싱의 폭은 바람직하게는 9 mm의 배수이며, 예를 들어 9 mm, 또는 18 mm, 또는 27 mm 와 동일하다.

이 예에서, 전기 보호 시스템의 컴포넌트들은 동일한 케이싱 (4) 내에 하우징된다는 것이 이해될 것이다. 그러나, 특정 변형예들에서, 특정 컴포넌트들은 상이한 케이스들 내에 하우징될 수 있다. 따라서, 디바이스 (2) 를 참조하여 본 명세서에 기술된 모든 것은 케이싱 (4) 으로부터 분리될 수 있는 전기 보호 시스템 (2) 으로 일반화될 수 있다.

디바이스 (2) 는 또한, 접속 단자들 (6 및 8), 접속 단자들 (6 및 8) 사이에 접속된 분리가능 전기 접촉부들 (10), 및 제어 부재 (14)(또한 제어 노브 또는 제어 레이어로서 아래에서 지칭됨) 를 포함하는 스위칭 메카니즘 (12) 을 포함한다. 제어 레버 (14) 는 예를 들어 케이싱 (4) 의 외부로부터 애겟스가능하고 사용자에 의해 조작되도록 의도된 피벗가능 레버이다.

예를 들어, 접촉부들 (10) 은 고정 전기 접촉부와 고정 접촉부에 대해 이동가능한 이동형 전기 접촉부를 연관시킴으로써 형성될 수 있으며, 스위칭 메카니즘 (12) 은 이동형 기계적 접촉부에 커플링된다.

실제로, 각각의 전기 접촉부 (10) 는 복수의 전기 접촉 핑거들을 포함할 수 있지만, 다른 구현이 변형들로서 가능하다.

분리가능 전기 접촉부들은 개방 상태와 폐쇄 상태 사이에서 이동가능하다. 개방 상태에서, 접촉부들 (10) 은 전기 절연체로서 작용하는 주위 공기, 즉 에어 갭의 볼륨에 의해 서로 분리되며, 이는 전류가 흐르는 것을 방지한다.

도 2 의 예에서, 디바이스 (2) 는 2개의 쌍들의 접속 단자들 (6, 8): 제 1 접속 라인을 통해 제 1 출력 단자 (8) 에 접속된 제 1 입력 단자 (6), 및 제 2 접속 라인을 통해 제 2 출력 단자 (8) 에 접속된 제 2 입력 단자 (6) 를 포함한다.

예시의 목적으로 주어진 이 예는 2극 디바이스 (2개의 전기 극들, 또는 2개의 전기적 상들을 가짐) 의 경우에 대응한다. 그러나, 다른 예들이 가능하다.

많은 실시형태들에서, 스위칭 메커니즘 (12) 은 스위칭 커맨드에 응답하여 전기 접촉부 (10) 를 개방 상태로 이동시키도록 구성된다. 스위칭 커맨드는 트립핑 디바이스에 의해 전송되거나 또는 제어 레버 (14) 에 대한 사용자의 액션으로부터 야기될 수 있다.

예를 들어, 스위칭 메커니즘 (12) 은 특허 EP 2975628 B1 또는 EP 1542253 B1 에 설명된 스위칭 메커니즘과 유사하거나 비슷한 스위칭 메커니즘과 같은 토글 메커니즘이다.

디바이스 (2) 는 또한 접속 단자들 (6, 8) 사이의 전류를 차단하도록 구성된 전자 차단 모듈 (16) 을 포함한다. 여기서, 전자 차단 모듈 (16) 은 고체 상태 스위칭 컴포넌트, 특히 파워 트랜지스터와 같은 반도체 컴포넌트에 기초한다. 이러한 점에서, 디바이스 (2) 는 ?칭 챔버 (아크 소멸 챔버) 를 포함하는 전기기계 에어 보호 디바이스와 상이하다.

바람직하게는, 전자 차단 모듈 (16) 은 케이싱 (4) 의 전용 하우징 내에 수용된다. 보다 더 바람직하게는, 케이싱 (4) 이 전기기계 보호 디바이스의 케이싱과 동일한 유형 (또는 심지어 일치하는 유형) 일 때, 상기 하우징은 ?칭 챔버에 의해 그리고 바이메탈 스트립 (bimetallic strip) 및 코일과 같은 전기적 결함을 검출하기 위한 수단 (열-자기 (thermal-magnetic) 로 지칭되는 유형) 에 의해 정상적으로 점유되는 공간에 대응한다.

이는 기존 회로 차단기의 아키텍처를 변경하지 않고, 기존 설비들과의 양립가능성을 보장하는 것을 가능하게 한다.

따라서, 디바이스 (2) 는 분리가능 전기 접촉부 (10) 와 직렬로 접속된 적어도 하나의 전력 스위치 (22) 를 포함한다.

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

예를 들어, 제 1 접속 라인은 제 1 단자들 (6 및 8) 사이의 분리가능 접촉부에 직렬로 접속된 2개의 전력 스위치들 (T1 및 T2) 를 포함한다. 이와 유사하게, 제 2 접속 라인은 제 2 단자들 (6 및 8) 사이의 제 2 분리가능 접촉부 (10) 에 직렬로 접속된 2개의 전력 스위치들 (T3 및 T4) 을 포함한다. 예를 들어, 상기 제 1 및 제 2 접속 라인들 각각은 하나의 전기적 상에 대응된다.

실제로, 전력 스위치들의 수는 디바이스의 토폴로지(topology)에 따라 그리고 특히 극들(poles)의 수 (단상, 다상, 중성 라인을 갖거나 갖지 않음) 에 따라 그리고 또한 디바이스의 현재 정격 (rating) 에 따라 달라질 수 있다.

각각의 전력 스위치는, 실제로, 생성하고자 하는 회로 차단기의 정격에 따라 병렬로 접속된 복수의 컴포넌트들 (이를 테면, 트랜지스터들) 일 수 있다.

예를 들어, 예시로서 그리고 완전히 비제한적인 방식으로 16 암페어의 정격을 갖는 디바이스 (2) 에서, 직렬로 접속된 2쌍의 트랜지스터들이 사용되고, 트랜지스터들 각각의 쌍의 트랜지스터들은 병렬로 접속된다. 더 높은 정격, 예를 들어 32 암페어를 갖는 변형예에서, 더 높은 수의 병렬-접속된 트랜지스터들을 사용하는 것이 가능하다.

각각의 전력 스위치 (22) 는 전기적으로 오프 상태와 전기적으로 온 상태 사이에서 스위칭 가능하다.

예를 들어, 전력 스위치들 (22) 은 전력 트랜지스터들이다.

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

이러한 유형의 트랜지스터는 이것이 낮은 온-상태 저항 (on-state resistance) 을 갖기 때문이지만, 또한 이것이 휴지 상태에 있을 때 (예를 들어, 제어 신호가 제어 전극에 송신되지 않을 때) 오프 상태로 유지되기 때문에 바람직하다.

그러나, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 (IGBT), 또는 사이리스터, 또는 집적 게이트 정류 사이리스터 (IGCT), 또는 실제로 또 다른 기술과 같은 다른 반도체 기술이 회로 차단기의 정격에 따라 구상될 수 있다.

변형예로서, 전력 스위치들 (22) 은 접합 전계 효과 트랜지스터들 (JFETs) 일 수 있다. 이 경우, 제어 회로 (24) 의 동작은 이러한 JFET들이 휴지 상태에 있을 때 온 상태로 유지된다는 사실을 고려하기 위해 변경될 필요가 있을 수 있다.

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

전기 보호 디바이스는 상기 적어도 하나의 전력 스위치 (22)(즉, 각각의 전력 스위치(22)) 에 커플링된 전자 제어 회로 (24) 를 더 포함한다. 즉, 전자 제어 회로 (24) 는 전력 스위치들 (22) 각각이 제어될 수 있게 한다.

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

프로세서는 실행가능 명령들 및/또는 이들 명령들이 프로세서에 의해 실행될 때 전기적 결함을 검출하기 위한 방법을 구현하도록 의도된 소프트웨어 코드를 포함하는, 컴퓨터 메모리에 또는 임의의 컴퓨터 판독가능 데이터 자장 매체에 유리하게 커플링된다.

특히, 이 방법은 전류 과부하 (current overload), 단락 (short-circuit), 차동 전류 (differential current) 또는 보호하고자 하는 라인의 직렬 (또는 차동) 아크의 존재와 같은 전기적 결함 뿐만 아니라 전압 서지 (voltage surges) 또는 전압 강하 (voltage sags) 를 검출할 수 있게 한다.

(자세하게 설명되지 않은) 변형예들로서, 전자 제어 회로 (24) 는 디지털 신호 프로세서 (DSP), 또는 필드 프로그래밍가능 게이트 어레이 (FPGA), 또는 응용 주문형 집적 회로 (ASIC), 또는 임의의 등가 엘리먼트 또는 이들 엘리먼트들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.

유리하게는, 디바이스 (2) 는 전압 서지(voltage surge)에 대해 보호하기 위한 하나 이상의 엘리먼트들 (26) 을 포함할 수 있으며, 이 엘리먼트들은 특히 접촉부들 (10) 이 분리될 때 전기 아크가 나타나는 경우에 전압 서지에 대해 전력 스위치 (22) 를 보호하기 위하여 하나 이상의 전력 스위치들 (22) 과 병렬로 접속된다.

이는 특히, 설비가 유도성 회로들을 포함하는 경우들에서, 스위치가 브레이킹 동안 전압들로부터 보호될 수 있게 한다.

예를 들어, 보호 엘리먼트들 (26) 은 클리퍼 또는 금속-산화물 바리스터들 (MOVs) 또는 TVS 다이오드들 (TVS) 이다.

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

변형예로서, 내부 전원 공급부 (28) 는 배터리, 또는 전력의 독립형 (stand-alone) 공급을 허용하는 임의의 다른 수단을 포함할 수 있다.

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

예를 들어, 전기적 결함은 전류 서지 (current surges) 또는 단락 회로 (short-circuits) 일 수 있지만, 또한 차동 전류 또는 보호될 라인에서의 직렬 (또는 차동) 아크의 존재와 같은 다른 전기적 결함, 또는 심지어 전압 서지 또는 전압 강하 (voltage sags) 일 수 있다.

(즉, 전류의 즉각적인 인터럽션을 요구하는 전기적 결함의 검출에 이어) 트립핑될 때, 디바이스 (2) 는 스위칭 메커니즘 (12) 및 전력 스위치들 (22) 의 조합된 동작을 통해 스위칭될 수 있다.

또한, 특정 실시형태들에서, 디바이스 (2) 는 또한 전기 접촉부 (10) 가 개방될 때 전기 아크가 형성되는 것을 방지하기 위하여, 전력 스위치 (22) 의 스위칭을 접촉부들 (10) 의 개방과 동기화시키도록 의도된 동기화 시스템 (32) 을 포함한다.

이를 위하여, 디바이스 (2) 는 스위칭 메커니즘 (12) 의 포지션을 측정하도록 구성된 센서 (34) 를 포함한다. 바람직하게는, 센서는 스위칭 메카니즘 (12) 의 제어 레버 (14) 의 포지션 또는 제어 레버 (14) 에 고정된 부품의 포지션을 측정하도록 구성된다.

예를 들어, 센서 (34) 는 측정 신호를 전송하도록 전자 제어 회로 (24) 의 입력에 접속된다. 센서 (34) 는 스위칭 메카니즘 (12) 의 부품을 향하여 (예를 들어, 제어 레버 (14) 를 지지하는 기계 부품을 향하여) 배치될 수 있다. 즉, 센서 (34) 는 제어 레버 (14) 에 커플링될 수도 있다.

예시에 의해 주어지는 하나의 비제한적인 구현 예에 따르면, 센서 (34) 는 이진 값을 방출하도록 구성될 수도 있어, 전기 접촉부들 (10) 이 폐쇄되는 포지션에 스위칭 메카니즘 (12) 이 있을 때 제 1 값을 취하고 (레버 개방 운동이 계속됨에 따라) 전기 접촉부들 (10) 이 분리하기 시작하는 포지션 앞에 있는 포지션에 스위칭 메카니즘이 있을 때 (제 1 값과는 상이한) 제 2 값을 취한다.

예를 들어, 이 포지션은 제어 레버 (14) 의 각도 포지션에 대한 특정 임계치에 대응할 수 있다.

예시로서, 포지션 임계치는 제어 레버 (14) 의 원래 포지션에 대한 20°의 각도에 대응할 수 있다. 변형예로서, 다른 각도가 선택될 수 있다. 실제로, 각도는 바람직하게, 20°이하, 또는 10°이하, 또는 5°이하인 것이 바람직하다.

바람직하게, 센서 (34)는 광학 센서이다.

실시형태들에 따르면, 센서 (34) 는 예를 들어 제어 레버 (14) 가 특정 포지션에 도달할 때, 예를 들어 제어 레버 (14) 가 폐쇄 포지션에 대해 이동하기 시작할 때 센서 (34) 의 감응 엘리먼트에 의해 수신된 광 신호가 차단되도록 배열된 차단-기반 광학 센서이다.

예를 들어, 광학 센서의 사용은 전기 설비가 결함 시에 더 용이하게 안전해질 수 있게 허용한다. 방출 광학 엘리먼트, 광학 수신기 또는 전자 수신기가 오동작하면, 온-보드 제어 시스템은 결함 (이 경우, 광속의 부족) 을 자동으로 검출하고, 노브가 하강되는 경우처럼 안전한 포지션으로 제품을 둔다. 다른 기술의 경우 이는 반드시 그러한 것은 아니다. 예를 들어, 마이크로스위치가 오동작되었다면 (정지 포지션으로 걸려 있음), 마이크로스위치가 문제가 있음을 전혀 발견하지 못할 수도 있다. 자기 센서 (홀 센서 또는 리드 릴레이) 에 비해, 광학 센서는 제품 또는 인접한 제품의 극을 통한 전류의 통과에 의해 생성된 자기장에 대해 양호한 내성을 갖는다. (마이크로스위치와 같은) 기계적 센서에 비해, 광학 센서는 더 양호한 견고성 (가능한 조작들의 수) 을 갖는다. 근접 센서 (예를 들어, 용량성 센서) 에 비해, 광학 센서는 제품 또는 인접한 제품들의 극들에서 과도 전압 서지들 (transient voltage surges) 의 존재에 의해 생성될 수 있는 전기장에 대해 더 양호한 내성을 갖는다.

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

많은 실시형태들에서, 센서 (34) 는 스위칭 메카니즘 (12) 및 제어 부재 (14) 와 동일한 케이싱 내에 하우징된다. 그러나, 변형예로서, 센서 (34) 는 제 1 케이싱 내에 하우징될 수 있고, 제어 부재 (14) 뿐만 아니라 스위칭 메카니즘 (12) 의 적어도 일 부분은 다른 케이싱 내에 하우징된다.

특히, 복수의 극들을 포함하는 디바이스들 (예를 들어, 3상 회로 차단기 또는 2극 DC 회로 차단기) 에서, 각각의 극의 제어 부재들 (제어 레버들) 은 기계적으로 상호접속된다. 이 시스템에서, 각각의 극에 대해 하나의 센서를 사용하기 보다는 보호 디바이스 전체에 대해 단일 센서를 제공하는 것이 유리할 수 있다. 이 단일 센서는 이어서 다른 케이싱에 원격으로 위치될 수 있다.

도 2 내지 도 6 을 참조하여 더 상세히 설명되는 바와 같이, 전자 제어 회로 (24) 는 스위칭 메카니즘이 개방 포지션으로 이동하고 있음을 센서 (34) 가 검출할 때, 특히 전기 접촉부들 (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 (예시되지 않음) 를 포함할 수 있고, 보조 센서는 광학 센서 (34) 와 함께 동작하도록 구성된다. 이러한 배열체는 스위칭 메커니즘 (12) 의 포지션의 검출의 신뢰성을 개선하기 위하여, 큰 회로 차단기들에 특히 적용가능하다. 그러나, 이러한 보조 센서는 생략될 수 있다.

선택적으로, 동기화 디바이스 (32) 는 스위칭 메커니즘 (12) 을 이동 상태로 설정하도록 구성된 액추에이터 (36) 를 포함할 수 있다. 액추에이터 (36) 는 예를 들어 전기 모터, 또는 전자기 액추에이터의 작용 하에서 이동가능한 이동형 기계 부분을 포함하는 전자기 액추에이터를 포함한다. 예를 들어, 액추에이터 (36) 는 전자 제어 회로 (24) 에 의해 제어되고, 따라서 메커니즘 (12) 에 의해 전기 접촉부 (10) 의 개방을 제어할 수 있다.

선택적인 실시형태들에서, 전자 제어 회로 (24) 외부에 위치된 외부 트립핑 디바이스는 트리핑 커맨드를 전송하고 따라서 디바이스 (2) 로 하여금 전자 제어 회로 (24) 에 의해 트립핑하게 하도록 하기 위해 전자 제어 회로 (24) 의 입력에 접속될 수 있다.

외부 트립핑 디바이스에 의해 전달되는 트립핑 커맨드는 유선 링크를 통하여 또는 무선 주파수 신호를 통하여 전자적으로 송신될 수 있다.

다른 실시형태들에서, 외부 트립핑 디바이스는 (예를 들어, 전기기계 센서에 의해) 스위칭 메커니즘 (12) 또는 전자 제어 회로 (12) 에 기계적으로 커플링될 수 있다.

특정 구현들에서, 보조 전원 공급부 (38) 는 전자 제어 회로 (24) 에 전기적으로 전력을 공급하기 위해 사용될 수 있다.

예를 들어, 디바이스 (2) 외부에 위치된 보조 전원 공급부 (38) 는 디바이스 (2) 의 단자들 (A1, A2) 에 접속되고, 상기 단자들은 (공급 레일과 같은) 전기 분배 회로에 접속된다.

이하, 스위칭 메카니즘 (12) 및 동기화 시스템 (32) 의 동작의 일 예를 도 3 내지 도 5 를 참조하여 설명한다.

도 3, 도 4 및 도 5 는 시간에 따른 다양한 연속적인 구성의 스위칭 메커니즘 (12) 의 단순화된 버전 (50) 을 개략적으로 나타낸다. 보다 정확하게는, 도 3 은 전기 접촉부들 (10) 이 (폐쇄 상태에서) 접촉하고 전류가 흐를 수 있게 하는 스위칭 메커니즘 (12) 의 폐쇄 상태에 대응한다. 도 5 는 전기 접촉부들 (10) 이 서로 분리되어 있는 스위칭 메커니즘 (12) 의 개방 상태에 대응한다. 도 4 는 폐쇄 상태로부터 개방 상태로의 트랜지션 동안에 중간 상태에 대응한다.

도 3 에 도시된 바와 같이, 스위칭 메카니즘 (12) 은:

- 케이싱 (4) 에 고정된 회전축을 중심으로 회전할 수 있도록 장착된 회전 부품 (52) 의 형태를 취하는 제어 레버 (14)(도 3 에 도시된 해칭 구역들, 구역들 중 하나는 도면부호 51 로 지정되어 있고 케이싱 (4) 에 대하여 이동불가능한 앵커링 포인트들을 나타낸다);

- 트랜스미션 로드 (54) 또는 링크 로드;

- 트랜스미션 로드 (54) 에 의해 부품 (52) 에 회전가능하게 장착되고 커플링되는 트립핑 후크 (56);

- 케이싱 (4) 에 고정된 회전축을 중심으로 회전가능하게 장착되며 후크 (56) 에 커플링되는 데크 (53);

- 데크 (53) 및 후크 (56) 에 커플링된 트립핑 바 (58);

- 이동형 전기 접촉부 (10) 를 지지하고 고정된 전기 접촉부 (61) 와 상호작용하는 접촉 홀더 (60) 로서, 접촉 홀더는 케이싱 (4) 에 고정된 회전축을 중심으로 회전할 수 있도록 장착되는, 접촉 홀더;

예를 들어 개방 및 폐쇄 포지션들에서 각각 제어 레버 (52) 의 회전 운동을 제한하는 정지부 (62) 를 포함한다.

회전축은 여기서 평행하게 배치되며, 그 모두는 예를 들어 케이싱 (4) 의 측벽에 수직으로 배치된다.

트립핑 단계에서, 트립핑 바 (58) 는 회전하도록 구동되고, 이는 후크 (56) 를 해제시키고 데크 (53) 및 접촉 홀더 (60) 의 회전을 개방 포지션으로 구동한다. 동시에, 데크의 운동은 트랜스미션 로드 (54) 에 의해 부품 (52) 의 회전 운동을 트리거한다.

예시된 예에서, 센서 (34) 는, 예를 들어 센서 (34) 의 적어도 감응 부분을 마스킹하도록 개방 상태에서, 부품 (52) 의 적어도 하나의 부분이 센서 (34) 의 전방에 배치되는 방식으로 배치된다. 대조적으로, 폐쇄 상태에서, 부품 (52) 은 센서 (34) 로부터 이격되어 유지되고 센서 (34) 의 감응 부분을 마스킹하지 않는다. 센서 (34) 의 감응 부분이 부품 (52) 에 의해 마스킹되는 포지션은 각도-포지션 임계치에 대응할 수 있다. 부품 (52) 이 센서의 정면을 지나갈 때, 센서 (34) 는 상태를 변화시킨 다음 상이한 측정 신호를 전송한다.

예시된 예에서 채용된 구성에서, 도 4 및 도 6 에 예시된 바와 같이, 각도-포지션 임계치는 전기 접촉부들 (10) 이 분리되기 시작하기 바로 직전에 도달된다.

도 6 에서, 타이밍 다이어그램 (70) 은:

- 여기에서 제어 레버 (14) 의 각도 포지션 (곡선 (72)) 에 의해 표현되는 스위칭 메카니즘 (12) 의 포지션에서;

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

- 분리가능 전기 접촉부들 (10) 의 폐쇄 또는 개방 상태에서 (여기서 개방 상태 또는 폐쇄 상태에 각각 대응하는 낮은 값 또는 높은 값을 취할 수 있는 곡선 (76)),

시간의 함수로서 (x-축 상에서 "t"로 표시됨) 변화를 도시한다.

따라서, 트립핑에 이어서, 제어 레버 (14) 의 각도는 센서가 상태를 변경하는 임계치 (여기서는 곡선 (74) 상의 제 1 수직 점선으로 표현됨) 에 도달하도록 증가한다. 이에 응답하여, 전기 제어 회로 (24) 는 전류의 흐름을 인터럽트하기 위해 전력 스위치 (22) 를 오프 상태로 스위칭한다. 소정의 지연 후, 여기서 도 4 에 도시된 포지션 직후에, 전기 접촉부들 (10) 은 스위칭 메카니즘 (12) 에 의해 최종적으로 분리되고, 이어서 개구부 운동의 끝에 도달한다.

이러한 동작 모드는 유리하게, 특정 스위칭 메카니즘, 이를 테면, 토글 스위칭 메카니즘, 이를 테면, 위에 설명된 바와 같은 것으로 획득될 수 있고 여기서 메카니즘의 부품들의 상대 운동은 예를 들어 개방이 트립될 때 접촉부들 (10) 의 분리를 간단하게 지연시키기 위하여 접촉부들 (10) 이 실제로 개방될 때의 시점과 제어 레버 (14) 의 회전 사이의 각도 오프셋을 발생시키도록 구성된다.

이 오프셋은 디바이스 (2) 의 수명 전반에 걸쳐 전기 접촉부들의 점진적인 마모의 결과로서 전기 접촉부들의 의 함몰에 기인하여 역활에서의 감소를 보상하는 것을 가능하게 한다.

실제로, 이들 실시형태들에서, 제어 회로 (24) 는 (센서 (34) 에 의해 검출되는 것과 같은 제어 레버 (14) 의 회전의 시작에 의해 야기되는) 전력 스위치들의 스위칭이 전기 접촉부들 (10) 의 분리를 예상하는 것을 보장하기 위해 이 오프셋을 이용한다.

본 발명에 의하여, 개방 페이즈에서, 전자 제어 회로 (32) 및 센서 (34) 는 특히, 전기 접촉부들 (10) 이 분리되기 전에 전력 스위치 (22) 가 오프 상태로 스위칭되는 것을 보장하기 위하여 전력 스위치들 (22) 과 스위칭 메카니즘 (12) 의 액션을 동기화시키는 것을 가능하게 한다. 이는 전기 접촉부들 (10) 사이에 전기 아크의 출현을 방지하고 이에 따라 안전하게 전류를 차단하는 것을 가능하게 한다.

즉, 여기서, 스위칭 메카니즘 (12) 의 설계로부터 야기된 전기 접촉부들의 분리와 전력 스위치들의 스위칭 사이의 지연이라는 이점이 취해진다.

이는 디바이스가 직류 설비 (direct-current installation) 에 사용될 때 특히 유용한데, 그 이유는 분리가능 전기 접촉부들 (10) 이 일반적으로 자체적으로 전류를 인터럽트하기에 충분하지 않기 때문이다.

이와 반대로, 개방 상태에 있다면, 분리가능 전기 접촉부들 (10) 은 에어 갭이 생성되는 것을 허용하고, 디바이스 (2) 가 트립핑된 후에 단자들 (6 및 8) 사이에서 전류가 새롭게 흐르는 것을 방지한다.

접촉부들 (10) 을 폐쇄하기 위하여 (즉, 폐쇄 상태로 다시 디바이스 (2) 를 스위칭하기 위하여), 제어 레버 (14) 는 사용자에 의해 대응하는 포지션으로 이동된다. 링크 로드 (54) 에 의한 이 운동은 후크 (56) 로 하여금 회전하게 하고 트립핑 바 (58) 상에 후킹되게 한다. 링크 로드 (54) 는 접촉부들 (10) 이 폐쇄될 때까지 데크 (53) 가 회전하도록 구동시킨다.

더욱이, 전기기계 보호 디바이스의 케이스와 유사하거나 흡사한 심지어 동일한 케이싱 (4) 의 사용은 기존 제품 범위들과의 양립가능성을 보장할 수 있게 한다. 예를 들어, 디바이스 (2) 는 설비의 나머지를 수정할 필요 없이 이전 세대의 보호 디바이스에 대한 대체물로서 분배 보드에 설치될 수도 있다. 이는 또한 기존의 보조 디바이스들을 사용하는 것을 가능하게 한다.

광학 센서는 소형 사이즈를 갖고 디바이스 (2) 내에 용이하게 통합될 수도 있어, 소형 디바이스 (2) 가 도입될 수 있게 허용하기 때문에, 광학 센서 (34) 를 사용하는 것이 유리하다. 광학 센서는 또한 정밀하고, 주변의 전자기 간섭에 민감하지 않는다 (설비의 또는 디바이스 (2) 자체의 동작을 손상시킬 수 있는 전자기 간섭의 기원이 되지 않는다) 는 이점을 갖는다.

마지막으로, 토글 메카니즘을 스위칭 메카니즘 (12) 으로서 사용하는 것은 위에 설명된 바와 같이, 접촉부들의 개방 포지션이 도달되기 전에 전기 접촉부들 함몰에 기인한 역할이 취해지는 것을 허용한다.

도 7 은 전자 차단 모듈 (16) 구성의 유리하지만 의무적이지 않은 예를 보여준다.

이 예에서, 전자 차단 모듈 (16) 의 적어도 일부분은 통합 유닛 (80), 또는 심지어 복수의 이러한 통합 유닛들 (80) 의 형태로 구성된다.

바람직하게는, 집적 유닛 또는 각각의 집적 유닛 (80) 은 디바이스의 하나의 극과 (즉, 라인 자체는 그 하나의 라인이 디바이스 (2) 의 하나의 전기 상과 자체적으로 연관되는, 상기 전기 전도 라인들 중 하나와) 연관된 전력 스위치들 (22) 을 포함한다.

통합 모듈 (80) 은 예를 들어 전기 절연 재료로 제조된 플레이트 형상 기판 (82) 을 포함한다.

실제로는 이는 통상 "FR4"로 지칭되는 유리섬유 강화 에폭시 수지와 같은 복합재료일 수 있다.

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

예를 들어, 제 1 접속 라인과 연관된 트랜지스터들 (T1 및 T2) 은 도 7 의 인서트 B) 에서 볼 수 있는 바와 같이 기판 (82) 의 대향 면들 상에 장착되고, 이들 스위치들은 여기서 참조 번호 84 로 지정된다.

구체적으로, 위에서 설명된 바와 같이, 도 2 에 예시된 각각의 트랜지스터 (T1, T2) 는 특히 디바이스 (2) 의 정격 및 사용되는 트랜지스터들의 특성들에 따라, 실제로 병렬로 접속된 2개의 트랜지스터들의 그룹일 수 있다.

예시의 목적을 위하여 주어진 예시된 예에서, 병렬로 접속된 두 개의 트랜지스터들의 그룹은 "트랜지스터 T1" 을 형성하며, 이들 두 개의 트랜지스터들은 기판 (82) 의 제 1 면 위에 장착된다. 병렬로 접속된 2개의 다른 트랜지스터들의 그룹은 "트랜지스터 (T2)" 를 형성하고, 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.

여전히 이 예에서, 제 2 접속 라인과 연관된 트랜지스터들 (T3, T4) 은 제 2 통합 유닛 (80) 의 기판 (82) 의 대향 면들 상에 장착되고, 이 제 2 통합 유닛 (80) 은 본 발명의 집적 유닛 (80) 과 병렬로 접속되고 본 발명의 통합 유닛 (80) 과 동일하거나 적어도 유사하다.

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

바람직하게는, 또는 각각의 통합 유닛 (80) 은 케이싱 (4) 의 상기 위에 언급된 전용 하우징 내에 수용된다.

실제로, 각각의 전력 스위치 (22) 는 전력 스위치 (22) 의 바디부를 둘러싸는, 백킹 (backing) 이라고도 불리는, 방열 플레이트 (86) 를 포함할 수 있다. 즉, 방열 플레이트 (86) 는 상기 전력 스위치의 바디부와 열적으로 접속된다.

예를 들어, 방열 플레이트 (86) 는 전력 스위치 (22) 의 제조자에 의해 전력 스위치 (22) 의 세라믹 바디부에 고유하게 체결되는 금속 플레이트이다.

선택적으로, 전자 제어 회로 (24) 의 컴포넌트들은 또한 기판 (82) 의 한쪽 또는 양쪽 메인 면들 상에 장착될 수 있다.

예를 들어, 접속 라인과 연관된 전류 센서들 (30) 중 하나 이상은 대응하는 모듈 (80) 내에 통합되어 기판 (82) 상에 장착될 수 있다.

유닛 (80) 은 또한 2개의 전기 전도성 플레이트들 (90 및 92) 을 포함하고, 각각의 플레이트 (90, 92) 는 기판 (82) 을 덮도록 기판 (82) 의 각각의 면 상에 장착된다. 조립된 포지션에서, 플레이트들 (90 및 92) 은 또한 기판 (82) 의 면 상에 장착된 컴포넌트들을 덮는다는 것을 이해할 것이다.

본 명세서에서 플레이트들 (90 및 92) 은 금속으로 형성되며, 이하에서는 "금속 플레이트들"이라 한다. 그러나, 변형예로서, 플레이트들 (90 및 92) 이 전기 전도성이라면 다른 재료들 또는 재료 조성들이 사용될 수 있다.

유리하게는, 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 접촉 (바람직하게는 직접 접촉) 한다. 다시 말해서, 각각의 금속 플레이트 (90, 92) 는 대응하는 전력 스위치들 (84) 에 전기적으로 그리고 열적으로 접속된다.

이러한 배열은 플레이트들 (90 및 92) 양쪽 모두를 히트 싱크 (heat sink) 로서 그리고 전력 스위치들 (22) 이 접속될 수 있게 하는 전기 전도성 엘리먼트로서 사용할 수 있게 한다.

구체적으로, 전력 스위치 (22) 가 MOSFET일 때, 금속 백킹 (86) 은 드레인에 접속된다. 따라서, 백킹 (86) 에는 디바이스 (2) 의 접속 라인을 통하여 흐르는 전원 전류가 통과될 수 있다. 금속 플레이트들 (90 및 92) 은 그 후, 대응하는 접속 라인의 단자 (8) 및 단자 (6) 에 각각 접속된다.

전원 전류를 전도하기 위해 백킹 (86) 을 사용하는 것은, 백킹 (86) 이 전기 절연성 재료로 제조되고 사용자가 백킹 (86) 을 터치하는 것을 방지하는 디바이스의 케이싱 (4) 에 의해 외부로부터 전기적으로 절연되기 때문에, 사용자들의 안전성을 위태롭게 하지 않는다.

스위치들 (22) 에 의해 방출되는 열 에너지는 여기서 전기 전도체를 통한 전도를 통해 디바이스 (2) 외부로 전달된다.

예를 들어, 이 열 에너지는 주로 전도성 부품에 의한 전도 및 복사를 통하여 디바이스 (2) 의 외부로 전달된다.

유리하게는, 전기 절연성의 관점에서의 기준과 양립가능한 통기 오리피스, 이를 테면, 통기 슬릿 또는 벤트가 제공되면, 공기 대류에 기인한 방열 효과가 또한 사용될 수도 있다.

전도에 의한 열 에너지의 전달을 달성하기 위해, 전류가 회로 차단기 내부에서 통과하는 체인의 전체, 즉 전류가 디바이스 (2) 의 상류로부터 하류로 흐르게 하는 전기 전도체, 전기 공급 케이블 및 전기 전도 라인 모두가 사용된다.

예를 들어, 구성에 의하여, 회로 차단기의 접속 핀들은 케이블들의 절연체들의 최대 온도와 양립가능하고, 이 온도는 가능하다면, 예를 들어, PVC 클래딩이 장착된 구리 케이블들에 접속된 접속 핀들의 경우에, 최대 90℃ 이다.

실제로, 가장 뜨거운 지점이 일반적으로 디바이스 (2) 의 중심에 있기 때문에, 디바이스 (2) 의 중심으로부터 케이블 접속에 사용되는 접속 핀들로 감소하는 온도 프로파일이 관찰된다.

유리하게는, 금속 플레이트들 (90 및 92) 은 주로 구리로 제조되고, 이는 전기 및 열 전도에 대해 양호한 특성을 갖는다.

그러나, 변형예로서, 전기의 전도 및 열의 전도에 대해 양호한 특성을 갖는 다른 재료들, 이를 테면, 알루미늄이 사용될 수 있다.

금속 플레이트들 (90 및 92) 을 구성하기 위하여, 전력 스위치와 금속 플레이트 사이의 접촉 저항과 같은 특정 특성을 개선하기 위해 주석-도금 플레이트, 또는 얇은 은 층으로 부분적으로 또는 완전히 커버되는 플레이트와 같은 표면 처리를 받은 재료를 사용하는 것도 가능하다. 표면 처리는 또한 예를 들어, 페인트가 이용되거나 또는 양극산화가 수행될 때와 같이 방사성 전달을 개선할 수 있다.

바람직하게는, 금속 플레이트들 (90 및 92) 은 주로 전도에 의해서뿐만 아니라 복사 및 대류에 의해서도 열 에너지의 전달을 증가시키려는 목적으로 오버사이즈된다. 이러한 오버사이징은 또한 줄(Joule) 열을 감소시키는 데 기여한다.

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

각각의 플레이트들 (90 및 92) 의 두께는 바람직하게는 5 mm 이하이고, 더욱 더 바람직하게는 1 mm 내지 3 mm를 포함한다.

특히, 플레이트들 (90 및 92) 의 두께가 클수록, 열 전도가 더 크며, 이는 열 제거를 더 효율적으로 만든다.

예시적인 예로서, 4개의 트랜지스터들 (기판 (82) 의 각각의 면 상에 병렬로 접속된 2개의 트랜지스터들) 을 포함하는 모듈 (80) 의 경우, 각각의 트랜지스터는 1 와트의 열 전력을 소산하고, 16 암페어의 전류 정격을 갖는 1-극 디바이스의 경우, 1.0 mm 의 두께를 갖는 구리 플레이트들 (90 및 92) 은 114.6℃ 의 내부 온도를 얻을 수 있게 하는 반면, 3 mm의 두께를 갖는 구리 플레이트들 (90 및 92) 은 105℃ 로 내부 온도를 감소시킬 수 있게 하는 것으로 밝혀졌다.

실제로, 기판 (82) 은 조립된 구성에서 금속 플레이트 (90 및 92) 에 드릴링된 대응하는 오리피스와 정렬되는 체결 오리피스 (88) 를 포함할 수 있다.

예시된 예에서, 금속 플레이트들 중 하나 (본 경우에 금속 플레이트 (92)) 는 금속 플레이트 (92) 의 나머지에 대해 접혀지고, 예를 들어 상기 금속 플레이트의 에지로부터 상기 금속 플레이트의 평면에 수직으로 연장되는 접혀진 세그먼트 (94) 를 포함한다. 특히, 세그먼트 (94) 는 피봇팅 이동형 전기 접촉부를 향해 배향되어 고정 접촉부 세그먼트를 형성하도록 금속 플레이트에 대해 90도로 접혀진다.

접혀진 세그먼트 (94) 는 여기서, 도 1 에 도시된 바와 같이, 상기 분리가능 전기 접촉부들을 함께 형성하고, 따라서 접촉부들이 개방될 때 갈바닉 절연 (galvanic isolation) 의 기능을 수행하기 위해 이동형 접촉부 (10) 와 상호작용하는 고정된 전기 접촉부로서 사용된다.

변형예로서, 세그먼트 (94) 는 상이한 형태를 취하는 접촉 세그먼트로 대체될 수 있다. 예를 들어, 접촉 세그먼트는 금속 플레이트의 에지 또는 에지 면 상에 직접 형성되어, 접혀진 돌출부가 중복되게 할 수 있다.

변형예으로서, 접혀진 세그먼크 (94) 는 생략될 수 있다. 접촉 세그먼트는 또한 생략될 수 있으며, 특히 플레이트 (90 및 92) 및 보다 일반적으로 유닛 (80) 이 예를 들어 전력 스위치들이 스위칭 메커니즘을 포함하는 케이싱으로부터 분리된 케이싱에 하우징되는 전술한 경우에서와 같이, 이동형 전기 접촉부를 포함하는 케이싱으로부터 분리된 케이싱에 배치될 때 생략될 수 있다. 이는 예를 들어, 더 큰 면적의 보드 및 금속 플레이트를 사용하는 것을 가능하게 한다.

금속 플레이트들 (90 및 92) 은 여기서 도 2 를 참조하여 설명된 전압 서지들로부터 보호하기 위한 엘리먼트 (26) 에 대응하는 서지 피뢰기 (96) 에 의해 접촉하게 된다.

서지 피뢰기 (96) 는 예를 들어 주석계 솔더 조인트에 의해 금속 플레이트들 (90 및 92) 에 전기적으로 접속된다. 그러나, 변형예로서, 다른 납땜 또는 어셈블리 기법들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 엘리먼트 (96) 는 나사 결합에 의해 금속 플레이트들 (90 및 92) 과 직접 접촉하도록 가압된다.

특정 변형예에서, 보호 엘리먼트 (26) 가 생략될 때, 엘리먼트 (96) 는 전기 전도체로 대체될 수 있다.

그러나, 변형예으로서, 유닛 (80) 은 상이한 구성으로 될 수 있다.

예를 들어, 단방향 전류가 흐르는 직류 (DC) 디바이스의 경우, 단일의 전력 스위치만을 사용하는 것이 가능하다. 이 경우, 기판 (82) 의 한 면만을 사용하고 기판의 이 면을 덮는 단일 금속 플레이트 (90 또는 92) 만을 사용하는 것이 가능하며, 이 플레이트는 단자들 (6 과 8) 사이에 접속된다. 바람직하게는, 이 단일 플레이트는 이동형 전기 접촉부 (10) 에 대향하는 기판 (82) 의 측면 상에 장착된다.

유닛 (80) 및 특히 플레이트들 (90 및 92) 에 관한 실시형태들은 전술한 실시형태들과 독립적으로 구현될 수 있고, 특히 스위치들 (22) 이 제어되는 방식 및 센서 (34) 의 동작에 관한 실시형태들로 구현될 수도 있다.

유닛 (80) 은 전력 스위치들의 다른 유형들, 예를 들어 IGBT들, SiC MOSFET들, GaN MOSFET들 또는 SiC JFET들로 구성될 수 있으며, 이들 예들은 비-제한적이다.

일반적으로, 유닛 (80) 에 관한 실시형태들은 케이싱 (4), 접속 단자들 (6, 8), 접속 단자들 (6, 8) 사이에 접속된 분리가능 전기 접촉부들 (10), 분리가능 전기 접촉부들과 직렬로 접속된 스위칭 메커니즘 (12) 및 적어도 하나의 전력 스위치 (22) 를 포함하는 전기 보호 디바이스 (2) 에 관련될 수도 있다.

분리가능 전기 접촉부들 (10) 은 개방 상태와 폐쇄 상태 사이에서 이동가능하고, 스위칭 메커니즘 (12) 은 제어 레버 (14) 를 포함하고, 분리가능 전기 접촉부들을 개방 상태로 스위칭하기 위해 분리가능 전기 접촉부들 (10) 에 커플링되며, 전기 보호 디바이스는 상기 적어도 하나의 전력 스위치 (22) 에 커플링된 전자 제어 회로 (24) 를 더 포함한다.

전기 보호 디바이스 (2) 는 적어도 하나의 전력 스위치, 또는 심지어 전계 효과 트랜지스터들 (T1, T2) 및 바람직하게는 MOSFET 와 같은 한 쌍의 전력 스위치들을 더 포함하고, 각각의 전력 스위치는 상기 전력 스위치의 드레인 (또는 더 일반적으로는 전극) 에 접속된 금속 백킹 (86) 을 포함한다.

상기 금속 백킹 (86) 은 상기 전력 스위치의 바디부에 열적으로 접속되고, 상기 전력 스위치들은 각각의 전력 스위치들의 금속 백킹 (86) 에 (전기적으로 그리고 열적으로) 접속된 금속 플레이트 (90, 92) 에 의해 접속 단자들 (6, 8) 사이에 (에어 갭을 형성가능한) 분리가능 전기 접촉부들과 직렬로 접속된다.

그럼에도 불구하고, 디바이스 (2) 의 다른 실시형태들이 가능하다.

특히, 디바이스 (2) 는 전술한 바와 같이 단상 설비 (single-phase installation) 또는 다상 설비 (polyphase installation) 에 사용되도록 수정될 수 있다.

도 8 은 단상 디바이스 (200) 의 하나의 구현을 도시한다.

디바이스 (200) 는 접속 라인들 중 하나가 전력 스위치들 (T3 및 T4) 가 (그리고 보호 컴포넌트 (26) 가) 없는 중성 전도성 라인에 의해 대체된 것을 제외하고, 도 2 를 참조하여 설명된 디바이스 (2) 와 유사하다.

이들 차이점을 제외하고, 디바이스 (2) 의 대응하는 엘리먼트와 유사한 디바이스 (200) 의 이들 엘리먼트들은 동일한 참조 번호로 지정되었고, 상기 설명이 그에 대체될 수 있는 한, 상세히 설명되지 않을 것이다.

가독성을 위해, 보조 전원 공급부 (38) 와 같은 디바이스 (2) 의 특정 옵션의 엘리먼트들은 도 8 에 도시되지 않았지만, 이들은 이 실시형태에서 선택적으로 특징지어질 수 있다.

도 9 는 3상 디바이스 (300) 의 하나의 실시형태를 도시한다.

디바이스 (300) 는, 디바이스 (300) 가 단자들 (6 및 8) 사이에 제 1 접속 라인 및 제 2 접속 라인과 병렬로 접속된 제 3 접속 라인을 포함한다는 점을 제외하고는, 도 2 를 참조하여 설명된 디바이스 (2) 와 유사하다.

제 3 전기 접속 라인은 제 1 접속 라인 및 제 2 접속 라인과 유사하거나 동일하며, 하나 이상의 전기 전도체들에 의해 하나 이상의 전력 스위치들 (22) 과 직렬로 접속된 전술한 바와 같은 전기 접촉부 (10) 및 상기 전력 스위치들 (22) 중 적어도 하나 (여기서 개수에서 두 개이고 T5 및 T6 으로 표기됨) 를 포함한다.

유리하게는, 제 3 접속 라인은 전압 서지 (voltage surge) 에 대해 보호하기 위한 엘리먼트 (26) 를 포함하며, 이는 전술한 바와 같이 전력 스위치들 (22) 과 병렬로 접속된다.

다시 한번, 가독성을 위하여, 보조 전원 공급부 (38) 와 같은 디바이스 (2) 의 특정 옵션의 엘리먼트들은 도 9 에 도시되지 않았지만, 이들은 이 실시형태에서 선택적으로 특징지어질 수 있다.

도 10 은 3개의 전기 접속 라인들 및 디바이스 (200) 의 중성 라인과 유사한 중성 라인을 포함하는 중성 (neutral) 을 갖는 3상 (3극) 디바이스 (400) 의 하나의 실시형태를 도시한다.

디바이스 (400) 는, 디바이스 (400) 가 단자들 (6 및 8) 사이에 제 1 접속 라인 및 제 2 접속 라인과 병렬로 접속된 중성 라인을 추가로 포함한다는 점을 제외하고는, 도 9 를 참조하여 설명된 디바이스 (300) 와 유사하다.

이들 차이점을 제외하고, 디바이스 (300) 의 대응하는 엘리먼트와 유사한 디바이스 (400) 의 이들 엘리먼트들은 동일한 참조 번호로 지정되었고, 상기 설명이 그에 대체될 수 있는 한, 상세히 설명되지 않을 것이다.

도 11 은 전술한 접속 라인과 유사한 4개의 전기 접속 라인을 포함하는 4상 (4극) 디바이스 (500) 의 하나의 실시형태를 도시한다.

디바이스 (500) 는, 디바이스 (500) 가 단자들 (6 및 8) 사이에 제 1 접속 라인 및 제 2 접속 라인과 병렬로 접속된 제 4 접속 라인을 중성 라인을 대신하여 포함한다는 점을 제외하고는, 도 10 을 참조하여 설명된 디바이스 (4) 와 유사하다.

제 4 전기 접속 라인은 제 1 접속 라인 및 제 2 접속 라인과 유사하거나 동일하며, 하나 이상의 전기 전도체들에 의해 하나 이상의 전력 스위치들 (22) 과 직렬로 접속된 전술한 바와 같은 전기 접촉부 (10) 및 상기 전력 스위치들 (22) 중 적어도 하나 (여기서 다수 개 중 두 개이고 T7 및 T8 으로 표기됨) 를 포함한다.

유리하게는, 제 4 접속 라인은 전압 서지 (voltage surge) 에 대해 보호하기 위한 엘리먼트 (26) 를 포함하며, 이는 전술한 바와 같이 전력 스위치들 (22) 과 병렬로 접속된다.

이들 차이점을 제외하고, 디바이스 (400) 의 대응하는 엘리먼트와 유사한 디바이스 (500) 의 이들 엘리먼트들은 동일한 참조 번호로 지정되었고, 상기 설명이 그에 대체될 수 있는 한, 상세히 설명되지 않을 것이다.

다시 한번, 이들 경우들 양쪽 모두에서, 가독성을 위하여, 보조 전원 공급부 (38) 와 같은 특정 옵션의 엘리먼트들은 도 10 및 도 11 에 도시되지 않았지만, 이들은 이 실시형태에서 선택적으로 특징지어질 수 있다.

위에서 고려된 실시형태들 및 변형예들은 새로운 실시형태를 생성하도록 서로 조합될 수 있다.

Claims (15)

1. 전기 보호 시스템 (2) 으로서,
   접속 단자들 (6, 8),
   상기 접속 단자들 (6, 8) 사이에 접속된 분리가능 전기 접촉부들 (10),
   스위칭 메카니즘 (12), 및
   상기 분리가능 전기 접촉부들과 직렬로 접속된 적어도 하나의 전력 스위치 (22) 를 포함하고,
   상기 분리가능 전기 접촉부들 (10) 은 개방 상태와 폐쇄 상태 사이에서 이동가능하고, 상기 스위칭 메커니즘 (12) 은 이동가능 제어 부재 (14) 를 포함하고, 상기 분리가능 전기 접촉부들을 개방 상태로 스위칭하기 위하여 상기 분리가능 전기 접촉부들 (10) 에 커플링되며,
   상기 전기 보호 시스템은 상기 적어도 하나의 전력 스위치 (22) 에 커플링된 전자 제어 회로 (24) 를 더 포함하고,
   상기 전기 보호 시스템은 상기 스위칭 메카니즘의 포지션을 측정하기 위하여 상기 제어 부재 (14) 에 커플링된 센서 (34) 를 더 포함하고,
   상기 전자 제어 회로 (24) 는 상기 전기 접촉부들 (10) 이 분리하는 포지션 앞에 있는 포지션에 상기 스위칭 메카니즘 (12) 이 도달함을 상기 센서 (34) 가 검출할 때 상기 적어도 하나의 전력 스위치 (22) 를 오프 상태로 스위칭하도록 구성되고,
   상기 센서 (34) 는 상기 스위칭 메커니즘의 상기 제어 부재의 상기 포지션을 측정하도록 구성된 광학 센서 (34) 인 것을 특징으로 하는 전기 보호 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 전자 제어 회로 (24) 는 전기 결함이 측정 회로에 의해 검출될 때 상기 적어도 하나의 전력 스위치 (22) 를 오프 상태로 스위칭하도록 구성되는, 전기 보호 시스템.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 전기 보호 시스템 (2) 은 상기 접속 단자들 양단에 걸친 전압을 사용하여 상기 전기 제어 회로에 전기적으로 급전하도록 구성되는 내부 전원 공급부 (28) 를 포함하는, 전기 보호 시스템.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 전력 스위치 (22) 는 MOSFET 인, 전기 보호 시스템.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 전력 스위치 (22) 는 정상적으로 개방된, 전기 보호 시스템.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전자 제어 회로는 플레이트 형상 기판 (82) 및 대응하는 상기 적어도 하나의 전력 스위치의 금속 백킹 (86) 과 접촉을 행하는 전도성 플레이트 (90, 92) 를 포함하고, 상기 적어도 하나의 전력 스위치 (22, 84) 및 그 개별적인 전도성 플레이트 (90, 92) 는 상기 기판 (82) 의 하나의 전방면 또는 각각의 전방면에 장착되는, 전기 보호 시스템.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 전도성 플레이트들 (92) 의 적어도 하나는 상기 분리가능 전기 접촉부들을 함께 형성하도록 이동형 전기 접촉부들 (10) 과 상호작용하는 고정된 전기 접촉부를 형성하도록 구성된 세그먼트를 포함하는, 전기 보호 시스템.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제어 부재 (14) 의 운동은 상기 접촉부들 (10) 의 운동에 대하여 오프셋되는, 전기 보호 시스템.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 스위칭 메카니즘 (12) 은 토글 메카니즘인, 전기 보호 시스템.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 보호 시스템 (2) 은 상기 분리가능 전기 접촉부들 (10) 을 폐쇄하기 위해, 상기 제어 부재 (14) 가 사용자에 의해 대응하는 포지션으로 이동하도록 의도되게 구성되며, 이 운동은 상기 스위칭 메카니즘의 링크 로드 (54) 에 의해, 상기 스위칭 메카니즘의 훅을 회전하도록 구동시키고, 상기 훅은 상기 스위칭 메카니즘의 트립핑 바 (58) 에 훅킹되게 하고, 상기 링크 로드 (54) 는 그 후, 분리가능 전기 접촉부들이 폐쇄될 때까지 상기 스위칭 메카니즘의 덱 (53) 이 회전하도록 구동시키는, 전기 보호 시스템.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자 제어 회로 (24) 는 전기 접촉부들 (10) 이 분리하는 포지션 바로 앞에 있는 포지션에 상기 스위칭 메카니즘 (12) 이 도달하였음을 상기 센서 (34) 가 검출할 때 상기 적어도 하나의 전력 스위치 (22) 를 오프 상태로 스위칭하도록 구성되는, 전기 보호 시스템.
12. 케이싱 (4) 및 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 청구된 전기 보호 시스템 (2) 을 포함하는 전기 보호 디바이스로서,
    상기 전기 보호 디바이스 (2) 는 소형 회로 차단기 (miniature circuit breaker) 인, 전기 보호 디바이스.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 전자 제어 회로 (24) 및 상기 적어도 하나의 전력 스위치 (22) 는 상기 케이싱 (4) 내부의 전용 격실 내에 하우징되는, 전기 보호 디바이스.
14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 케이싱 (4) 의 폭은 9 mm의 배수인, 전기 보호 디바이스.
15. 케이싱 및 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 전기 보호 시스템 (2) 을 포함하는 전기 보호 디바이스로서,
    상기 전기 보호 디바이스 (2) 는 에어 회로 차단기인, 전기 보호 디바이스.