KR20180095902A

KR20180095902A - 아크 스플리터 플레이트들을 구비한 불꽃 디스커넥트

Info

Publication number: KR20180095902A
Application number: KR1020187020660A
Authority: KR
Inventors: 마크 골드만; 제프 코르테스; 제프리 지. 라이시백
Original assignee: 테슬라, 인크.
Priority date: 2016-02-04
Filing date: 2017-01-27
Publication date: 2018-08-28
Anticipated expiration: 2037-01-27
Also published as: KR102140745B1; JP6715940B2; EP3411260A4; CN108602439A; CN108602439B; JP2019511083A; EP3411260B1; EP3411260A1; WO2017136221A1

Abstract

불꽃 디스커넥트는: 내부에 적어도 연소 챔버를 구비한 하우징; 상기 연소 챔버에 있는 불꽃 챠지; 상기 연소 챔버의 개구를 덮으며, 상기 불꽃 챠지의 작동에 의해 단절되도록 구성된, 버스 바; 및 상기 연소 챔버로부터 상기 버스 바의 대향 측 상의 상기 하우징에 배치된 아크 스플리터 플레이트들;을 포함한다.

Description

아크 스플리터 플레이트들을 구비한 불꽃 디스커넥트

본 출원서는 2016년 2월 4일에 "아크 스플리터 플레이트들을 구비한 불꽃 디스커넥트(Pyrotechnic disconnect with arc splitter plates)"라는 명칭으로 출원된 미국특허 출원 No. 15/016,202, 및 2016년 2월 4일에 "불꽃 디스커넥트에서의 아크-억제 가스 블라스트(Arc-suppressing gas blast in pyrotechnic disconnect)"라는 명칭으로 출원된 미국 특허출원 No.15/016,210에 대한 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 여기에 참조로써 포함되고, 모든 목적을 위한 본 출원서의 일부를 구성한다.

디스커넥트들은 다양한 전기 회로에 사용될 수 있다. 디스커넥트는 에너지 저장장치로 흐르거나 또는 그로부터 흘러나오는 전류를 선택적으로 인터럽트하도록 사용될 수 있다. 예를 들면, (예를 들면, 리튬 이온 전지를 포함하는) 배터리 팩이 디스커넥트에 의해 보호될 수 있다. 이러한 배터리 팩은 두 가지 예를 들자면, 전기자동차에 또는 전기 에너지를 위한 정지된 저장장치로서 사용될 수 있다.

요구되는 애플리케이션에서, 디스커넥트는 신속하고도 신뢰할 수 있는 방식으로 대량의 전류를 인터럽트해야한다. 예를 들면, 대량의 전류 인터럽트는 종종 아크 컬럼(arc columns)이라고도 불리우는 전기 아크를 형성하는 경향이 있다. 디스커넥트는 (신속하게 디스커넥트되도록 함으로써) 종종 전기 시스템의 안정성을 향상시키도록, 이러한 전기 아크가 또 다른 새로운 위험을 발생시키지 않도록 관리되는 것이 중요하다. 동시에, 디스커넥트는 지나치게 복잡하게 되지 않도록 하거나 지나치게 고가의 부품을 포함하지 않는 것이 바람직하다.

제1 측면으로, 불꽃 디스커넥트는: 내부에 적어도 연소 챔버를 구비한 하우징; 상기 연소 챔버에 있는 불꽃 챠지(pyrotechnic charge); 상기 연소 챔버의 개구를 덮으며, 상기 불꽃 챠지의 작동에 의해 단절되도록 구성된, 버스 바; 및 상기 연소 챔버로부터 상기 버스 바의 대향 측 상의 상기 하우징에 배치된 아크 스플리터 플레이트들;을 포함한다.

실시예들은 이하의 어느 구성을 포함하거나 모든 구성을 포함할 수 있다. 상기 아크 스플리터 플레이트들은 철 함유 재료를 포함한다. 각각의 상기 아크 스플리터 플레이트들은 상기 버스 바의 상기 단절에 의해 형성된 전기 아크를 향하는 컷아웃을 구비한다. 상기 컷아웃은 U-형상이다. 상기 버스 바는 상기 단절시에 버스 바 부분이 상기 연소 챔버로부터 멀어지게 스윙하는 것을 허용하도록 구성된 힌지 만곡부를 더 포함한다. 상기 아크 스플리터 플레이트들은 곡률을 가지는 스택으로 배치되어, 상기 아크 스플리터 플레이트들이 상기 버스 바 부분에 의해 취해진 경로로부터 점차 멀어지도록 위치한다. 상기 아크 스플리터 플레이트들은 직선 스택으로 배치된다. 상기 아크 스플리터 플레이트들은 상기 버스 바 부분에 의해 취해진 경로로부터 등거리로 배치된다. 상기 하우징으로부터의 배기 포트를 더 포함한다. 상기 배기 포트는, 상기 버스 바로부터 상기 아크 스플리터 플레이트들의 대향측 상에 위치한다. 상기 배기 포트는 상기 버스 바처럼 상기 아크 스플리터 플레이트들의 동일한 측에 위치한다. 상기 배기 포트는 상기 하우징의 벽에 격자를 포함하고, 상기 불꽃 디스커넥트는 상기 격자를 덮는 필터를 더 포함한다. 상기 격자 및 상기 필터는, 상기 불꽃 챠지의 상기 작동으로부터의 가스가 상기 버스 바의 상기 단절에 의해 형성된 전기 아크를 억제하는 것을 돕도록, 구성된다. 상기 불꽃 챠지는 개시기 챠지 및 가스 발생기 챠지를 포함한다. 상기 불꽃 챠지는 1차 챠지, 및 2차 챠지를 포함하며, 상기 1차 챠지, 및 2차 챠지의 각각은, 지르코늄 과염소산칼륨, 지르코늄 텅스텐 과염소산칼륨, 지르코늄 수소화물 과염소산칼륨, 티타늄 과염소산칼륨, 티타늄 수소화물 과염소산칼륨, 붕소 질산칼륨, 흑색 화약 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함한다. 상기 하우징은 상기 아크 스플리터 플레이트들 상으로 오버몰드되는 적어도 일부분을 포함한다. 상기 버스 바는 상기 버스 바의 상기 단절 용이하게 하는 약한 지점을 포함한다. 상기 약한 지점은 상기 연소 챔버로부터 멀어지는 방향으로 향하는 상기 버스 바의 면에 있다. 상기 연소 챔버는 상기 버스 바를 향하여 타오른다. 상기 하우징은 상기 버스 바 둘레를 클램프하는 적어도 두 개의 피스를 포함한다.

본 출원서는, 버스 바를 단절(severing)함으로써 전류 흐름을 인터럽트하고, 이러한 단절로 인해 형성된 전기 아크를 억제하기 위한 시스템과 기술의 실시예를 설명한다. 몇몇 실시예에서, 아크는 불꽃 디스커넥트의 하우징에서 아크 스플리터 플레이트들을 사용하여 억제된다. 예를 들면, 이러한 플레이트들은 아크를 복수의 개별적인 아크들로 분리함으로써 억제할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 아크는 버스 바를 단절하기 위해 사용되는 불꽃 챠지로부터의 가스의 블라스트에 의해 억제된다. 예를 들면, 가스 블라스트는 전기를 냉각하고, 주위 공기와 아크의 플라즈마를 혼합하며, 및/또는 아크 스플리터 플레이드들 쪽으로 아크를 드라이브(drive)할 수 있다. 가스의 블라스트에 의해 아크를 억제하는 몇몇 실시예들은 아크 스플리터 플레이트들을 구비할 수 있다.

디스커넥트는 다양한 실시예에 있어서 전류를 인터럽트하기 위해 사용될 수 있다. 이들 중 몇 가지 실시에서, 불꽃 디스커넥트는 에너지 저장장치(예를 들면, 배터리 팩)와 다른 부품 (예를 들면, 모터 또는 파워일렉트로닉스 회로) 사이의 전기 연결을 단절하도록 구성된다. 예를 들면, 불꽃 디스커넥트는 팩의 내부 또는 그 외부에 위치할 수 있다. 어느 경우에서도, 디스커넥트는 불꽃 챠지의 영향 또는 그 내부의 입자들에 의해 발생하는 위험을 감소시키도록 구성된다.

디스커넥트는 불꽃 챠지, 도체 소자 및 강으로 된 아크 스플리터 플레이트들의 스택을 유지하는 전기적으로 절연된 하우징을 포함할 수 있다. 도체 소자는, 불꽃 챠지가 촉발될 때 힌지된 레버처럼 도체를 단절 또는 개방하는 것과 같은 방식으로, 스코어되고(scored)/노치(notched)될 수 있다. 아크와 스플리터 플레이트들 사이의 전기/강자성 상호 작용의 조합, 및/또는 연소 부산물의 공기/유체 역학은 아크로 하여금 아크 스플리터 플레이트들쪽으로 푸쉬되게끔 한다. 단일의 아크를 연속적으로 복수의 아크들로 분리함으로써, 스플리터 플레이트들은 총 아크 전압을 크게 향상시킬 수 있고, 전류 흐름을 억제하며, 회로를 인터럽트할 수 있다. 장치로부터의 배출 재료는, 민감한 전기 부품들과 동일한 밀폐 체적에 장치가 수용되도록, 스파크를 잡아들이는 필터 엘리먼트를 통해 덕트 운반될 수 있다.

불꽃 디스커넥트는, 전류의 크기가 너무 커서 장치나 사람에게 위험이 될 수 있는 그러한 전류를 방지하도록 사용된다. 예를 들면, 디스커넥트는 도체를 통해 흐르는 전류의 레벨을 감지하는 전용의 전류 센서를 구비할 수 있고, 이 센서는 직간접적으로 불꽃 장치를 촉발하여, 그 챠지를 개시할 수 있다. 또 다른 예로서, 불꽃 디스커넥트는 흐르는 전류를 이미 모티터링한 또 다른 부품 (예를 들면, 배터리 관리 시스템)에 연결될 수 있다. 이러한 부품은, 임의 레벨의 전류가 감지될 때 디스커넥트로 신호를 보내도록 구성될 수 있다. 이전의 실시예들은 지나치게 큰 전류를 방지하는 방향으로 구성되지만, 불꽃 디스커넥트는 가령 전류가 적거나 전류가 없을 때와 같은 다른 상황에서도 전기를 단절시킬 수 있다. 예를 들면, 이것은 사전예방 조치로서 행해질 수 있다. 이제 불꽃 디스커넥트들의 몇몇 실시예들이 설명된다.

도 1은 불꽃 디스커넥트의 실시예를 도시한다.
도 2는 도 1에서의 불꽃 디스커넥트의 단면의 실시예를 도시한다.
도 3은 아크 스플리터 플레이트의 실시예를 도시한다.
도 4는 불꽃 디스커넥트에서 연소 챔버에 대하여 고정된 버스 바의 실시예를 도시한다.
도 5는 불꽃 디스커넥트의 또 다른 실시예의 단면을 도시한다.
도 6은 불꽃 디스커넥트의 또 다른 실시예의 단면을 도시한다.
도 7은 불꽃 디스커넥트의 또 다른 실시예의 단면을 도시한다.

도 1은 불꽃 디스커넥트(100)의 실시예를 도시한다. 디스커넥트는 상부 바디 바디(102)와 하부 바디(104)를 구비하는 하우징을 포함한다. 다른 실시예에서, 하우징은 다른 개수의 부품을 구비할 수 있다. 하우징은 전기적으로 절연된 적절한 재료로 제조될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 하우징은 플라스틱으로 제조된다. 예를 들면, 상부와 하부 바디는 각각의 사출성형 부품일 수 있다.

불꽃 디스커넥트는, 디스커넥트를 통해 임의의 방향으로 전기를 전도하도록 구성된 버스 바(bus bar, 106)를 포함한다. 버스 바는 이하에서 설명되는 바와 같이, 하우징 내부에서 단절되어 버스 바로 흐르는 임의의 전류를 인터럽트할 수 있다. 버스 바는 하우징으로부터 연장하는 단부들에서 일반적으로 직사각형의 단면을 구비한다. 반면, 이들 단부들의 중간에서 버스 바는 또 다른 프로파일 같은 다른 형상을 구비할 수 있다. 버스 바는 적절한 전기적 도체 재료로 제조될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 버스 바는 알루미늄으로 제조된다.

리드들(108)은 상부 바디로부터 연장한다. 이들은 하우징 내부에서 가령 그 상부 바디에 장착된 불꽃 장치에 연결된다. 이하에서 설명되는 바와 같이, 리드 상에서 전송되는 전기 펄스 또는 다른 신호는 불꽃 장치의 점화를 촉발한다. 예를 들면, 이러한 펄스 또는 신호는 전류 감지 장치에 의해 보내질 수 있다.

이처럼, 불꽃 디스커넥트(100)는, 하우징이 버스 바 둘레를 클램프하는 적어도 두 개의 피스를 포함하여 디스커넥트가 완전한 유니트를 형성하고 있는, 실시예를 도시한다.

도 2는 도 1에 도시된 볼꽃 디스커넥트(100)의 단면을 도시한다. 이 도면은 이전 도면과 비교하여 반대측으로부터의 디스커넥트를 도시한다. 어느 경우든, 디스커넥트는 상부 바디(102), 하부 바디(104), 버스 바(106) 및 리드들(108)의 어느 하나를 구비하는 것으로 도시된다.

리드(108)는 이 실시예에서 상부 바디 내에 위치하는 불꽃 챠지(200)에 결합된다. 이하에서 설명되는 바와 같은, 임의의 다양한 불꽃 챠지들이 사용될 수 있다. 여기서, 불꽃 챠지는 캔(202) 내에 포함되며, 일반적으로 1차 챠지(204)와 2차 챠지(206)를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 리드들(108)은 불꽃 챠지 내측의 브릿지 와이어의 각각의 단부에서 종료할 수 있다. 예를 들면, 세라믹 부품이 리드들의 브릿지 와이어와 단부들을 유지하도록 사용될 수 있다. 1차 챠지(204)는 브릿지 와이어 둘레에 팩(packed)될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 2차 챠지는 캔에서 1차 챠지에 인접하여 팩된다. 예를 들면, 포일(foil)이 챠지들 사이에 배치될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 캔은 적어도 일측에 파열을 촉진하는 스코어들(scores)을 구비한다. 불꽃 개시기(initiator)는 양쪽의 리드들에 걸쳐 전압이 가해지도록 하여 브릿지 와어어를 통해 전류를 드라이브함으로써 이것이 녹게끔 한다.

1차 및 2차 챠지의 각각의 화학작용은 버스 바를 단절함에 있어서 요구되는 성능에 따라 선택될 수 있다. 1차 챠지의 주 기능은 버스 바를 브레이크(break)하여 개방하는 것일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 1차 챠지는, 2차 챠지보다 더 빠르면서도 더 높은 온도로 타도록 구성된 개시기 챠지를 포함할 수 있다. 예를 들면 1차 챠지는, 고체만을 산출하고 가스는 방출하지 않는 화학작용을 구비하는, 고속으로 연소하는 챠지일 수 있다. 이처럼, 이러한 챠지의 에너지는 모두 열에너지로부터 온다. 몇몇 실시예에서, 지르코늄 과염소산칼륨, 지르코늄 텅스텐 과염소산칼륨, 지르코늄 수소화물 과염소산칼륨, 티타늄 과염소산칼륨, 또는 티타늄 수소화물 과염소산칼륨을 포함하는 (이에 국한되지는 않는다), 고속으로 연소하는 브리슨트(brissant) 재료가 사용될 수 있다.

2차 챠지는 가스 발생기 챠지를 포함할 수 있다. 2차 챠지의 주 기능은 단절된 버스 바에 의해 형성된 아크를 이동시키거나 및/또는 아크를 냉각하여 이것을 주변 공기와 혼합하는 것이거나 및/또는 디스커넥트 장치로부터의 폐수를 배출하는 것을 돕는 것일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 이러한 챠지에서의 화학반응은 가스를 방출하는 것을 포함하여 몇 단계의 반응을 구비할 수 있다. 즉, 이러한 챠지는 단순히 고체를 다른 고체로 변화시키거나 또는 단순히 열을 방출시키는 것이 아니라, 고체를 고체와 가스의 조합으로 변화시키고, 또한 열을 방출한다. 붕소 질산칼륨, 또는 흑색 화약을 포함하는 (이에 국한되지는 않는다) 임의의 적절한 저속으로 연소하는 가스 발생 챠지가 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 임의의 1차 챠지 재료가 2차 챠지에 사용될 수 있거나 및/또는 그 역으로 될 수도 있다. 예를 들면, 여러 1차 챠지 재료가 2차 챠지로서 사용될 수 있다.

여기서, 불꽃 디스커넥트는 단일의 불꽃 챠지를 구비한다. 그러나, 다른 실시예에서, 다른 개수의 챠지들이 사용될 수 있다. 예를 들면, 두 개 이상의 유사하거나 또는 동일한 챠지들이, 가령 중복의 목적으로 또는 성능향상을 위해 동일한 디스커넥트에 사용될 수 있다. 또 다른 실시예로서, 1차 챠지(들) 및 2차 챠지(들)은 동시에 또는 시차를 두고 촉발될 수 있는 별개의 장치들일 수 있다.

불꽃 챠지(200)는 연소 챔버(208) 내에 배치된다. 이러한 실시예에서, 연소 챔버는 불꽃 디스커넥트의 상부 바디에 위치한다. 예를 들면, 불꽃 챠지는, 하우징 외부로의 리드들의 연장을 수용하도록 하나 이상의 개구가 제공되는 연소 챔버의 내측 단부를 향하여 배치될 수 있다. 일반적으로 연소 챔버는, 배치전에 불꽃 챠지를 유지하고 작동 시에 버스 바를 향하여 블라스트가 향하게 하는 역할을 한다. 연소 챔버는 임의의 적절한 형상을 구비할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 챔버는 버스 바를 향하는 개구의 일부에 또는 그 모든 측면들에서 타오르게 될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 반경방향으로 대칭의 형상이 사용될 수 있다.

버스 바(106)는 연소 챔버의 개구에 대향하여 위치하여 불꽃 장치로부터 블라스트를 수용하고 이로써 적어도 하나의 장소에서 단절된다. 몇몇 실시예에서, 버스 바는 단절을 촉진시키는 노치(210)를 구비한다. 노치는 V-형상을 포함하는 (이에 국한되지는 않는다) 임의의 적절한 형상을 가질 수 있다. 노치는 연소 챔버의 개구로부터 멀어지는 방향으로 향하는 버스 바의 면에 위치할 수 있다. 이것은 버스 바와 개구 사이에 시일을 형성하는 것을 돕는다. 예를 들면, 실리콘 같은 실링 재료가 표면에 도포될 수 있다. 다른 실시예에서, 연납땜, 경납땜, 또는 용접 결합부는, 파열이 발생하는 약한 지점으로서의 역할을 한다.

버스 바는 불꽃 챠지의 배치에 의해 단절을 용이하게 하는 구성을 제공할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 불꽃 블라스트는 연소 챔버의 개구를 가로질러 연장하는 버스 바의 부분으로 하여금 힌지 방식으로 연소 챔버로부터 스윙하여 멀어지게 한다. 예를 들면, 힌지 만곡부(212)가 제공되어 버스 바 부분이 연소 챔버로부터 하부 바디(104)를 향하여 스윙하여 멀어지는 것을 돕는다.

불꽃 디스커넥트는 여기서 또한 하부 바디(104) 내측에 아크 스플리터 플레이트 조립체(214)를 포함한다. 조립체는, 버스 바가 불꽃 배치에 의해 단절될 때 전기 아크의 형상을 억제하도록, 구성된다. 예를 들면, 이러한 아크가 형성될 때, 이것이 플레이트들의 일부 또는 모두와 접촉하도록 하여 더 낮은 전압의 더 작은 아크들로 분리되도록 한다. 조립체는 스택의 형태로 배치되는 복수의 아크 스플리터 플레이트들(214A)을 포함한다. 예를 들면, 플레이트들의 일부 또는 모두는 버스 바에 평행할 수 있다. 아크 스플리터 플레이트들은, 플레이트 중심선의 양측에서 대칭인 (이 도면에서는, 각각의 플레이트 상에 하나의 측부만 보인다) 컷아웃(214B)을 구비한다. 아크 스플리터 플레이트들은, 강을 포함하는 (이에 국한되지는 않는다) 임의의 철 함유 재료로 제조된다. 본 실시예에서보다 더 많거나 또는 더 적은 플레이트들이 몇몇 실시예에서 사용될 수 있다. 플레이트들의 크기와 이들 사이의 간격(들)은, 가령 디스커넥트의 전체 크기와 발생할 것이 예상되는 시스템 유도저항, 전압 및/또는 전류의 레벨 같은 것에 기초하여, 특정한 실시에 따라서 선택될 수 있다. 플레이트들은, 각각 하나의 플레이트를 유지하는 슬롯들 또는 홈들을 하우징이 구비하는 것을 포함하는 (이에 국한되지는 않는다), 임의의 다양한 방식으로 장착될 수 있다. 이러한 슬롯들/홈들은, 한 가지 경우를 들자면, 하우징에 있는 하나 이상의 벽들의 내측에 위치할 수 있다.

스플리터 플레이트들을 조립하고 포함하는 방법의 또 다른 실시예는 이들을 사출성형 캐리어에 오버몰딩(overmolding)하는 것을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 이것은 사출성형기에 강으로 된 공구를 사용하는 것을 포함한다. 공구에서, 스플리터 플레이트들은 이들이 최종 제품에서 가지도록 의도되는 형태로 배열된다. 예를 들면, 이것은 스택에서 서로에게서 이격되게, 선택적으로는, 이들이 스플라인 또는 곡선에 대응하여 서로에게서 오프셋되도록 플레이트들을 배치하는 것을 포함할 수 있다. 그 다음으로 재료는 스택에 있는 스플리터 플레이트들의 가장자리상에 오버몰드하여 디스커넥트 하우징의 적어도 일부분을 형성한다. 공구를 단단히 고정하는 것은 플레이트들의 어떤 부분들 (예를 들면, 이들의 중앙부와 컷아웃)이 성형 재료에 의해 덮이지 않게 되는 것을 확실히 한다. 예를 들면, 스택에서의 플레이트들 사이의 분리와 성형재료의 점착성은, 성형공정 동안에 플레이트들 사이의 간격에서의 재료의 관통을 감소시키도록, 선택될 수 있다.

플레이트들은 다양한 형태로, 가령 도시된 바와 같은 스택으로 배치될 수 있다. 여기서 스택은, 그 상부에서 플레이트들의 전방 가장자리가 연소 챔버 개구에 가까운쪽 가장자리와 정렬하고 스택 바닥에서 전방 가장자리가 연소 챔버 개구의 먼쪽 가장자리에 더욱 근접하도록 하는, 곡률을 가진다. 스택을 따라서 플레이트의 배치는 가령 곡선 같은 규칙적인 패턴에 따라 변할 수 있다. 예를 들면, 버스 바 부분은 버스 바 단절의 결과로써 연소 챔버로부터 멀어지게 스윙하고, 이 버스 바 부분은 원형 경로를 따를 수 있으며; 스택은 (예를 들면, 곡선에 따라) 형성되어 플레이트들이 원형 경로로부터 점진적으로 멀이지도록 배치된다. 다른 실시예에서, 아크 스플리터 플레이트들의 스택은 또 다른 형상을 구비할 수 있다. 예를 들면, 스택은 직선이거나 또는 아크 스플리터 플레이트들의 가장자리는 버스 바의 경로로부터 등거리일 수 있다.

하우징은 하나 이상의 배기 포트를 구비할 수 있다. 이러한 포트의 목적은 불꽃 배치로부터의 폐수가 하우징에서 나가도록 하는 것일 수 있다. 여기서, 포트(216)는 하우징의 바닥에 위치하지만, 다른 곳에 위치할 수도 있다. 이러한 포트는 버스 바(106)로부터 아크 스플리터 플레이트들(214)의 반대측상에 위치할 수도 있다. 예를 들면, 통로(218)는 가스가 플레이트들 사이에서 흘러서 포트를 향하여 계속해서 흐르게 한다. 가령 가스와 함께 이동하는 입자들을 낚아채도록, 필터가 포트(216) 및/또는 통로(218)에 배치될 수 있다.

포트(220)는 하우징의 바닥 또는 다른 곳에 위치할 수 있다. 여기서, 포트는 버스 바(106)처럼 아크 스플리터 플레이트들(214)의 동일한 측에 위치할 수 있다. 몇몇 실시예에서 이러한 포트는, 일부 가스가 아크 스플리터 플레이트들 사이를 먼저 지나가지 않고 하우징에서 나가도록 한다. 예를 들면, 이러한 포트의 구성은 가스의 일부 흐름을 변경함으로써 아크 스플리터 플레이트들을 통해 가스 흐름의 튜닝(tuning)을 허용한다. 이러한 개구는 필터가 제공될 수 있다. 다른 실시예에서, 단일의 포트(예를 들면, 포트(216))를 통해 흐르도록 포트(220)는 생략된다.

다음은 불꽃 디스커넥트(100)에 의한 작동의 실시예이다. 불꽃 챠지가 배치될 때, 블라스트는 버스 바를 단절시키고, 버스 바를 개방 위치를 향하여 스윙시킨다. 이것은 단절에 의해 형성된 각각의 바스 바 가장자리 사이에 전기 아크가 발생하게 한다. 연소 부산물의 공기/유체 역학뿐만 아니라 아크와 스플리터 플레이트들 사이의 전기/강자성 상호 작용의 조합은, 아크 스플리터 플레이트들쪽으로 푸쉬되게 할 수 있다. 이것은 단일의 아크가 서로 연속적으로 복수의 아크들로 분리되도록 할 수 있다. 그리함에 있어서, 스플리터 플레이트들은 총 아크 전압을 증가시키고 이로써, 전류 흐름을 억제하고, 회로를 인터럽트한다. 불꽃 장치로부터의 배출 재료는, 스파크를 잡아들이는 필터 엘리먼트를 통해 운반될 수 있다. 예를 들면, 이것은 디스커넥트로 하여금, 민감한 전자 부품들과 동일한 밀봉된 체적에 수용되도록 할 수 있다.

도 1을 다시 참조하면, 실시예들은, 불꽃 디스커넥트(100)가 상부 바디(102)와 하부 바디(104)를 포함하는 하우징을 구비하는 하는 것을 도시한다. 연소 챔버(208)는 그 내에 형성되어 불꽃 챠지(200)를 유지한다. 버스 바(106)는 연소 챔버의 개구를 덮고 불꽃 챠지의 작동에 의해 단절되도록 구성된다. 아크 스플리터 플레이트들(214)은 더욱이, 연소 챔버로부터 버스 바의 반대 측의 하우징에 배열된다. 실시예들은 또한, 배기 포트(216) 및/또는 배기 포트(220)가 하우징에 형성되어 불꽃 챠지의 작동으로부터 버스 바 단절에 의해 형성되는 전기 아크의 억제를 용이하게 할 수 있는, 것을 도시한다. 여기서 하우징은, 이 실시예에서 하우징의 바닥을 형성하는 벽(222)을 포함하다. 예를 들면, 이러한 벽은 몇몇 실시예에서 포트들(216, 220)에 의해 형성될 수 있다.

도 3은 아크 스플리터 플레이트(300)의 실시예를 도시한다. 이러한 플레이트는 여기에서 설명된 임의의 실시예들에서 사용될 수 있다. 여기서 플레이트는 일반적으로 직사각형이고 그 가장자리들의 어느 하나에 컷아웃(302)이 형성된다. 이러한 실시예에서 컷아웃은 플레이트 폭의 절반 이상을 가로질러 연장하고, 일반적으로 U-형태의 형상을 가진다. 컷아웃들의 다른 프로파일이 사용될 수 있다. 아크 스플리터 플레이트들의 스택에 사용될 때, 플레이트는 전기 아크(340)가 형성될 것으로 예상되는 곳을 컷아웃이 향하도록 배향된다. 이러한 아크는 버스 바가 단절될 때 발생하는 도전 경로에서의 분리에 의해 야기된다.

아크는 자기장을 발생시키는데, 이 자기장은 스플리터 플레이트들을 임시로 자화시켜서 그 내부에 예를 들면 도시된 바와 같은 각각의 N극과 S극을 형성한다. 스플리터 플레이트들의 결과적인 자기장(306)은 그 다음에 아크(304)를 플레이트들쪽으로 이끌어서, 아크를 길어지게 하고 및 늘어나게 한다. 즉, 전자기 상호작용이 아크에서의 전류흐름과 자기장 선에 모두 노말(normal)한, 화살표(308)에 의해 개략적으로 도시된 힘 벡터를 형성한다. 아크 전류는 여기서 지면(紙面)에 수직으로 흘러서, 아크 상의 결과적인 힘은 스플리터 플레이트들쪽으로 아크를 더욱 깊게 드라이브한다. 아크가 스플리터 플레이트들에 부착될 때, 이것은 연속적으로 복수의 아크들로 나뉜다. 각각의 아크 부착 점은 최소의 전압 강하를 가져서, 증가하는 아크들의 숫자는 총 전압을 증가시키고 아크를 억제한다. 이에 더하여, 불꽃으로부터의 가스 배출은 스플리터 플레이트들을 통해 향해질 수 있다. 이것은 스플리터 스택쪽으로 더욱 깊게 아크가 향하는 것을 돕고, 개시기로부터의 고속의 난류 공기는 플라즈마 컬럼을 냉각할 수 있으며 하우징에 있는 주변 공기와 혼합할 수 있다. 따라서, 이것은 아크 스플리터 플레이트들에 부가하여 또는 이들 대신에 아크 억제를 제공한다.

도 4는 볼꽃 디스커넥트(402)에 있는 연소 챔버에 대하여 고정된 버스 바(400)의 실시예를 도시한다. 여기서, 버스 바는 하우징 내부로부터 도시되고, 연소 챔버의 개구는 버스 바 부분(400A) 뒤에 숨겨진다. 버스 바는, 불꽃 배치의 블라스트에 의해 버스 바가 단절되도록 의도된 장소에 노치(404)가 형성된다. 즉, 버스 바 부분은 단절 후에 연소 챔버로부터 멀어지게 스윙하여, 버스 바를 통한 전류 흐름을 인터럽트한다.

도 5는 불꽃 디스커넥트(500)의 또 다른 실시예의 단면을 도시한다. 여기서, 디스커넥트는 버스 바(506) 둘레를 클램프하는 상부 바디(502)와 하부 바디(504)를 포함한다. 아크 스플리터 플레이트들(508)은 이 실시예에서 만곡된 구성을 가지는 스택으로서 하우징 내부에 배열된다. 여기서 하우징은, 하우징의 벽 내부에 위치하는 벽(510)을 포함한다. 여기서 벽은, 아크 스플리터 플레이트들의 뒤로 연장하고, 하우징의 바닥을 따라 계속되는, 통로(512)를 형성한다. 두 가지 경우를 들자면, 하부 바디(504)는 제조된 후에 그 내부에 삽입되는 아크 스플리터 플레이트들을 구비하거나 또는 하우징 (또는 그 일부)이 플레이트들에 캐리어를 오버몰딩함으로써 형성될 수 있다.

불꽃 디스커넥트(500)에 있는 하나 이상의 하우징 벽들은 배기 포트를 구비할 수 있다. 여기서, 예를 들면, 격자들(514)은 측벽과 바닥벽에 제공된다. 예를 들면, 격자는 벽 재료를 통해 개구의 어레이를 포함할 수 있다. 하나 이상의 필터들이, 스파크들 또는 입자들이 포트(들)을 통해 나가는 것을 저지하도록 제공될 수 있다. 여기서, 예를 들면, 필터 엘리먼트(516)가 도시된다. 임의의 적절한 유형의 필터(들)이 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 엘리먼트는 다공성 또는 섬유질의 내온도성 재료, 예를 들면 유리섬유 또는 세라믹 섬유질을 포함할 수 있다. 격자 및 필터는 불꽃 챠지의 작동으로부터의 가스가 버스 바의 단절에 의해 형성된 전기 아크를 억제하는 것을 돕는다. 예를 들면, 폐수 입자들이 사로잡히는 동안 가스가 포트(들)을 통해 배출되도록 한다는 사실은, 아크를 냉각하고 주변 공기와 이것을 혼합하며 및/또는 아크를 스플리터 플레이트들쪽으로 드라이브함으로써, 가스 블라스트로 하여금 아크를 억제할 수 있다. 따라서, 필터의 유형 및/또는 배기 포트의 크기는, 하우징의 외부로 충분한 가스 흐름이 제공되도록 선택될 수 있다.

연소 챔버(518)는 똑바른 형태 또는 타오르는 형태를 포함하는 (이에 국한되지는 않는다) 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 타오름(flare)은 개구를 향하여 확장되어서, 챔버는 블라스트를 수용하는 버스 바 부분을 향하여 증가하는 영역을 나타낸다. 챔버는 개구와 그 먼쪽의 단부 사이의 다양한 깊이로 구성될 수 있다. 예를 들면 깊이는, 불꽃 챠지를 위한 적절한 배치를 제공하고 단절된 버스 바의 가장자리와 배치 후의 불꽃 챠지의 남은 것들 사이에 아크 경로 또는 크리피지(creepage) 경로를 형성할 가능성을 감소시키도록, 선택될 수 있다.

도 6은 불꽃 디스커넥트(600)의 다른 실시예의 단면을 도시한다. 일부 부품들은 이전의 실시예들에서도 도시된 것과 유사하거나 동일하다. 예를 들면, 여기서 불꽃 디스커넥트는 상부 바디(602), 하부 바디(604), 버스 바(606), 벽(610), 통로(612), 격자들(614) 및 필터 엘리먼트(616)를 포함한다. 아크 스플리터 플레이트들(608)은 다른 실시예들에서와 마찬가지의 유사한 재료 및/또는 구성을 가질 수 있다. 또한, 아크 스플리터 플레이트들(608)은 직선 스택으로 배열된다. 예를 들면, 스택은 버스 바가 그 개방 위치로 스윙함에 따라 버스 바에 의해 추적되는 아크를 따르지는 않는다.

도 7은 불꽃 디스커넥트(700)의 다른 실시예의 단면을 도시한다. 일부 구성들은 이전의 실시예들에서 도시된 것들과 유사하거나 동일하다. 버스 바 부분(702)은 연소 챔버의 챠지의 배치에 의해 단절되도록 구성된다. 챔버는 똑바른 또는 타오르는 형태를 포함하는 (이에 국한되지는 않는다) 임의의 복수의 형상을 가질 수 있다. 버스 바 부분은 참조번호(704)로 표시되는 힌지 주위로 스윙한다. 예를 들면, 이러한 회전은 바스 바에 있는 만곡부에 의해 촉진될 수 있다. 버스 바 부분은 스윙함에 따라 원형 경로(706)를 따라가는데, 이 경로는 힌지의 위치와 버스 바 부분의 길이에 의존한다. 아크 스플리터 플레이트들의 스택(708)은, 플레이트들이 경로(706)로부터 등거리에 있도록 배치된다.

여러 실시들이 실시예로서 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 다른 실시예들이 이하의 청구범위에 포함된다.

100: 불꽃 디스커넥트
102: 상부 바디
104: 하부 바디
106: 버스 바
108: 리드들
200: 불꽃 챠지
202: 캔
204: 1차 챠지
206: 2차 챠지
208: 연소 챔버
210: 노치
212: 힌지 만곡부
214: 스플리터 플레이트
216: 포트
218: 통로
220: 포트

Claims

내부에 적어도 연소 챔버를 구비한 하우징;
상기 연소 챔버에 있는 불꽃 챠지;
상기 연소 챔버의 개구를 덮으며, 상기 불꽃 챠지의 작동에 의해 단절되도록 구성된, 버스 바; 및
상기 연소 챔버로부터 상기 버스 바의 대향 측 상의 상기 하우징에 배치된 아크 스플리터 플레이트들; 을 포함하는,
불꽃 디스커넥트.
제1항에 있어서,
상기 아크 스플리터 플레이트들은 철 함유 재료를 포함하는,
불꽃 디스커넥트.
제1항에 있어서,
각각의 상기 아크 스플리터 플레이트들은 상기 버스 바의 상기 단절에 의해 형성된 전기 아크를 향하는 컷아웃을 구비하는,
불꽃 디스커넥트.
제3항에 있어서,
상기 컷아웃은 U-형상인,
불꽃 디스커넥트.
제1항에 있어서,
상기 버스 바는 상기 단절시에 버스 바 부분이 상기 연소 챔버로부터 멀어지게 스윙하는 것을 허용하도록 구성된 힌지 만곡부를 더 포함하는,
불꽃 디스커넥트.
제5항에 있어서,
상기 아크 스플리터 플레이트들은 곡률을 가지는 스택으로 배치되어, 상기 아크 스플리터 플레이트들이 상기 버스 바 부분에 의해 취해진 경로로부터 점차 멀어지도록 위치하는,
불꽃 디스커넥트.
제5항에 있어서,
상기 아크 스플리터 플레이트들은 직선 스택으로 배치되는,
불꽃 디스커넥트.
제5항에 있어서,
상기 아크 스플리터 플레이트들은 상기 버스 바 부분에 의해 취해진 경로로부터 등거리로 배치되는,
불꽃 디스커넥트.
제1항에 있어서,
상기 하우징으로부터의 배기 포트를 더 포함하는,
불꽃 디스커넥트.
제9항에 있어서,
상기 배기 포트는, 상기 버스 바로부터 상기 아크 스필리터 플레이트들의 대향측 상에 위치하는,
불꽃 디스커넥트.
제9항에 있어서,
상기 배기 포트는 상기 버스 바처럼 상기 아크 스플리터 플레이트들의 동일한 측에 위치하는,
불꽃 디스커넥트.
제9항에 있어서,
상기 배기 포트는 상기 하우징의 벽에 격자를 포함하고,
상기 불꽃 디스커넥트는 상기 격자를 덮는 필터를 더 포함하는,
불꽃 디스커넥트.
제12항에 있어서,
상기 격자 및 상기 필터는, 상기 불꽃 챠지의 상기 작동으로부터의 가스가 상기 버스 바의 상기 단절에 의해 형성된 전기 아크를 억제하는 것을 돕도록, 구성된,
불꽃 디스커넥트.
제1항에 있어서,
상기 불꽃 챠지는 개시기 챠지 및 가스 발생기 챠지를 포함하는,
불꽃 디스커넥트.
제1항에 있어서,
상기 불꽃 챠지는 1차 챠지, 및 2차 챠지를 포함하며,
상기 1차 챠지, 및 2차 챠지의 각각은, 지르코늄 과염소산칼륨, 지르코늄 텅스텐 과염소산칼륨, 지르코늄 수소화물 과염소산칼륨, 티타늄 과염소산칼륨, 티타늄 수소화물 과염소산칼륨, 붕소 질산칼륨, 흑색 화약 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는,
불꽃 디스커넥트.
제1항에 있어서,
상기 하우징은 상기 아크 스플리터 플레이트들 상으로 오버몰드되는 적어도 일부분을 포함하는,
불꽃 디스커넥트.
제1항에 있어서,
상기 버스 바는 상기 버스 바의 상기 단절을 용이하게 하는 약한 지점을 포함하는,
불꽃 디스커넥트.
제17항에 있어서,
상기 약한 지점은 상기 연소 챔버로부터 멀어지는 방향으로 향하는 상기 버스 바의 면에 있는,
불꽃 디스커넥트.
제1항에 있어서,
상기 연소 챔버는 상기 버스 바를 향하여 타오르는,
불꽃 디스커넥트.
제1항에 있어서,
상기 하우징은 상기 버스 바 둘레를 클램프하는 적어도 두 개의 피스를 포함하는,
불꽃 디스커넥트.