(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁石制御電流の流れに応答して電力線をオン／オフスイッチングすることで電力が負荷としての電力機器に供給されるか遮断されるようにする電磁石と、
前記電力機器に流れる供給電流による前記電力線に連結された発熱導線の温度が臨界温度を超過すると出力電流値が変わる臨界温度素子と、
前記臨界温度素子の前記出力電流値に応答して前記電磁石制御電流の流れが生成または遮断されるようにする電磁石制御部と、を含み、
前記臨界温度素子は、
制御入力端に連結される第１端子と、
制御出力端に連結される第３端子と、
前記第１端子、前記第３端子とは絶縁されて、前記発熱導線で生成された熱を伝達するために熱源に連結される第２端子と、を含み、
前記臨界温度素子は前記第１端子と前記第３端子との間に接続される酸化バナジウム（ＶＯ２）を利用したＭＩＴ−ＣＴＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ  Ｃｒｉｔｉｃａｌ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ−Ｓｗｉｔｃｈ）であり、
前記臨界温度素子の熱源と前記第２端子との間に連結されて前記熱源に対する断熱を行うために少なくとも一つ以上の断熱素子を更に含み、
前記断熱素子は複数のチャネルを形成するように配列されて断熱のレベルを調節するための回転スイッチによってチャネルが選択される電磁開閉器。
【請求項２】
前記電磁石制御電流は直流や交流を受けて動作する請求項１に記載の電磁開閉器。
【請求項３】
前記臨界温度素子は前記発熱導線の温度に応じて接触方式や非接触方式で抵抗値を変える請求項１に記載の電磁開閉器。
【請求項４】
前記臨界温度素子に一定な電圧を印加するための静電圧回路を更に含む請求項１に記載の電磁開閉器。
【請求項５】
前記静電圧回路は抵抗とＮＰＮトランジスタを利用した電圧フォロワー（Ｖｏｌｔａｇｅ  ｆｏｌｌｏｗｅｒ）構造を含む請求項４に記載の電磁開閉器。
【請求項６】
前記静電圧回路は抵抗とＰＮＰトランジスタを利用した電圧フォロワー構造を含む請求項４に記載の電磁開閉器。
【請求項７】
前記静電圧回路は抵抗とＦＥＴトランジスタを利用した電圧フォロワー構造を含む請求項４に記載の電磁開閉器。
【請求項８】
前記静電圧回路は抵抗、ＮＰＮトランジスタ及びツェナーダイオードを利用した電圧フォロワー構造を含む請求項４に記載の電磁開閉器。
【請求項９】
前記臨界温度素子はワンチップ温度ＩＣを含む請求項１に記載の電磁開閉器。
【請求項１０】
前記臨界温度素子は前記電力線が複数個で設置される場合に前記電力線ごとに対応連結される請求項１に記載の電磁開閉器。
【請求項１１】
前記発熱導線は銅線、銅合金線、及び鉄合金線のいずれかである請求項１に記載の電磁開閉器。
【請求項１２】
前記発熱導線は前記電力線の幅を減少して形成した請求項１１に記載の電磁開閉器。
【請求項１３】
前記発熱導線は前記電力線から分岐されて前記臨界温度素子の熱端子に連結される請求項１１に記載の電磁開閉器。
【請求項１４】
前記発熱導線は前記電力線の材質とは異なる材質で前記電力線の上部に形成され（電気的に発熱導線と電力線の並列連結）、前記臨界温度素子の熱端子に連結されることで前記発熱導線の発熱が前記電力線の発熱より高くなるように構成される請求項１１に記載の電磁開閉器。
【請求項１５】
前記発熱導線は前記臨界温度素子の熱端子の前端に連結され（電気的に発熱導線と電力線の直列連結）、前記電力線とは温度係数が異なる材質で形成されるが、前記電力線の発熱より前記熱端子の発熱が高くなるように構成される請求項１１に記載の電磁開閉器。
【請求項１６】
前記電磁石制御部は電磁石駆動スイッチ素子（電磁石電流供給素子）であって、トランジスタ、トライアック（ＴＲＩＡＣ）及びリレー（Ｒｅｌａｙ）のうち少なくとも一つを含む請求項１に記載の電磁開閉器。
【請求項１７】
前記電磁石制御部は電磁石電流差遮断スイッチ素子であって、電磁石トランジスタ、ＳＣＲ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ）、トライアック、及びリレーのうち少なくとも一つを含む請求項１に記載の電磁開閉器。
【請求項１８】
前記電磁石の駆動スイッチがＮＰＮトランジスタで構成されて前記駆動スイッチの制御部がＳＣＲで構成される場合、前記ＳＣＲのゲートが前記臨界温度素子の出力に連結され、前記ＳＣＲのアノードは前記ＮＰＮトランジスタのベースに連結され、前記ＳＣＲがターンオンされる際に前記駆動スイッチがターンオフされて前記電磁石には前記電磁石制御電流が流れず、電磁石の機能が失われる請求項１７に記載の電磁開閉器。
【請求項１９】
前記ＳＣＲのゲートとカソードとの間にＰＮ接合ダイオードで形成された抵抗素子を更に含む請求項１８に記載の電磁開閉器。
【請求項２０】
前記ＳＣＲのゲートとカソードとの間に前記抵抗素子とは並列に連結されたキャパシタを更に含む請求項１９に記載の電磁開閉器。
【請求項２１】
第１直流電圧を受信して前記第１直流電圧より低い第２直流電圧を生成して前記臨界温度素子に印加するための静電圧回路を更に含む請求項１８に記載の電磁開閉器。
【請求項２２】
交流制御電流の流れに応答して電力線をオン／オフスイッチングすることで電力が負荷としての電力機器に供給されるか遮断されるようにする電磁石と、
前記電力機器に流れる供給電流による前記電力線に連結された発熱導線の温度が臨界温度を超過すると出力電流値が変わる臨界温度素子と、
前記臨界温度素子の前記出力電流値に応答して前記交流制御電流の流れが生成または遮断されるようにする電磁石制御部と、を含み、
前記臨界温度素子は、
制御入力端に連結される第１端子と、
制御出力端に連結される第３端子と、
前記第１端子、前記第３端子とは絶縁されて、前記発熱導線で生成された熱を伝達するために熱源に連結される第２端子と、を含み、
前記臨界温度素子は前記第１端子と前記第３端子との間に接続される酸化バナジウム（ＶＯ２）を利用したＭＩＴ−ＣＴＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ  Ｃｒｉｔｉｃａｌ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ−Ｓｗｉｔｃｈ）である電磁開閉器。
【請求項２３】
前記電磁石の駆動スイッチがトライアックで構成されて前記駆動スイッチの制御部がＳＣＲで構成される場合、前記ＳＣＲのゲートが前記臨界温度素子の出力に連結され、前記ＳＣＲのアノードは前記トライアックのゲートに連結され、前記ＳＣＲがターンオンする際に前記トライアックがターンオフされて前記電磁石には前記交流制御電流が流れず、電磁石の機能が失われる請求項２２に記載の電磁開閉器。
【請求項２４】
前記ＳＣＲのゲートとカソードとの間にＰＮ接合ダイオードで形成された抵抗素子を更に含む請求項２３に記載の電磁開閉器。
【請求項２５】
前記ＳＣＲのゲートとカソードとの間に前記抵抗素子とは並列に連結されたキャパシタを更に含む請求項２４に記載の電磁開閉器。
【請求項２６】
前記ＳＣＲのゲートと前記臨界温度素子の出力端との間には逆流防止用ダイオードが更に連結された請求項２３に記載の電磁開閉器。
【請求項２７】
前記ＳＣＲがターンオンされてトライアックがターンオフされる際、前記ＳＣＲのカソードを介して流れる電流に応答して音、警報または通信信号を生成するモニタリング装置を更に含む請求項２３に記載の電磁開閉器。
【請求項２８】
前記臨界温度素子の損傷を防止するために、第１直流電圧を受けて前記第１直流電圧より低い第２直流電圧を生成して前記臨界温度素子に印加する静電圧回路を更に含む請求項２２に記載の電磁開閉器。
【請求項２９】
前記電磁石の駆動スイッチがトライアックで構成され、前記駆動スイッチの制御部がブレークダウンを防止するために直列に連結された第１、２ＳＣＲで構成される際、前記第１ＳＣＲのゲートが前記臨界温度素子の出力に連結され、前記ＳＣＲのアノードは前記トライアックのゲートの方に連結される請求項２３に記載の電磁開閉器。
【請求項３０】
前記電磁石の駆動スイッチがフォトトライアック（Ｐｈｏｔｏｔｒｉａｃ）で構成されて前記駆動スイッチの制御部がＳＣＲで構成される場合、前記ＳＣＲがターンオンされる際に前記フォトトライアックがターンオフされて前記電磁石には前記交流制御電流が流れず、電磁石の機能が失われる請求項２２に記載の電磁開閉器。
【請求項３１】
前記ＳＣＲのゲートとカソードとの間にＰＮ接合ダイオードで形成された抵抗素子を更に含む請求項３０に記載の電磁開閉器。
【請求項３２】
前記ＳＣＲのゲートとカソードとの間に前記抵抗素子とは並列に連結されたキャパシタを更に含む請求項３１に記載の電磁開閉器。
【請求項３３】
前記ＳＣＲがターンオンされて前記フォトトライアックがターンオフされる際、前記ＳＣＲのカソードを介して流れる電流に応答して音、警報または通信信号を生成するモニタリング装置を更に含む請求項３０に記載の電磁開閉器。
【請求項３４】
前記臨界温度素子の損傷を防止するために、第１直流電圧を受けて前記第１直流電圧より低い第２直流電圧を生成して前記臨界温度素子に印加する静電圧回路を更に含む請求項３０に記載の電磁開閉器。
【請求項３５】
電力線を前記電力機器に連結する手動スイッチが具備されており、前記電磁石の駆動スイッチがフォトトライアックで構成される場合、前記手動スイッチがＯｎされて電力がターンオンされる際に前記フォトトライアックがターンオフされるように構成され、前記電磁石には前記交流制御電流が流れないため前記電磁石が動作せず、前記電力線に大きい電流が流れて前記臨界温度素子の温度が臨界温度に到達する際、前記フォトトライアックの内部にあるフォトダイオードが動作する場合に前記電磁石が動作することによって前記手動スイッチがオフされるように構成される請求項２２に記載の電磁開閉器。
【請求項３６】
電磁開閉器は配線遮断器と漏電遮断器にある過電流防止用目的で使用可能な請求項３５に記載の電磁開閉器。
【請求項３７】
手動操作に応答して電力線を介して印加される電力が電力機器に供給されるようにする手動スイッチと、
前記手動スイッチの作動部を物理的な力で引いて前記手動スイッチがオフされるようにすることで前記電力機器に供給される電力を遮断する電磁石と、
制御電圧に応答して前記電磁石に制御電流が流れるようにするか遮断されるようにする電磁石駆動スイッチと、
前記電磁石駆動スイッチの駆動スイッチ制御部として機能し、前記電力線から前記電力機器に流れる供給電流による前記電力線に連結された発熱導線の温度が臨界温度を超過すると出力電流値が変わる臨界温度素子と、
前記臨界温度素子の出力に応答して前記電磁石駆動スイッチを制御するための前記制御電圧を生成する駆動スイッチ制御部と、を含み、
前記臨界温度素子は、
制御入力端に連結される第１端子と、
制御出力端に連結される第３端子と、
前記第１端子、前記第３端子とは絶縁されて、前記発熱導線で生成された熱を伝達するために熱源に連結される第２端子と、を含み、
前記臨界温度素子は前記第１端子と前記第３端子との間に接続される酸化バナジウム（ＶＯ２）を利用したＭＩＴ−ＣＴＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ  Ｃｒｉｔｉｃａｌ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ−Ｓｗｉｔｃｈ）である電磁開閉器。
【請求項３８】
前記電磁石駆動スイッチがＳＣＲである場合、前記臨界温度素子によってＳＣＲのゲートが制御されて前記電力の供給を遮断する電磁石がアクティブ状態に駆動される請求項３７に記載の電磁開閉器。
【請求項３９】
前記ＳＣＲのゲートには前記ＳＣＲに定格電流を流すための電流制御用抵抗が電磁石に並列に連結される請求項３８に記載の電磁開閉器。
【請求項４０】
前記ＳＣＲのゲートにはキャパシタが電流制御用抵抗と並列に連結されることを含む請求項３８に記載の電磁開閉器。
【請求項４１】
前記制御電流の制御用抵抗に対してＰＮ接合ダイオードを含む請求項３８に記載の電磁開閉器。
【請求項４２】
前記ＳＣＲのゲートには臨界温度素子を保護するための逆流防止用ダイオードが更に連結される請求項３８に記載の電磁開閉器。
【請求項４３】
前記電磁石駆動スイッチはトランジスタ、ＳＣＲ、トライアック及びリレーのうち少なくとも一つを含む請求項３７に記載の電磁開閉器。
【請求項４４】
過電流遮断機能を有する配電遮断器と漏電遮断機能を有する漏電遮断器を更に含む請求項３７に記載の電磁開閉器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子開閉器に関するものであり、特に臨界温度金属−絶縁体遷移スイッチ素子を利用する電磁開閉器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、過電流防止用電磁開閉器（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｓｗｉｔｃｈｅｒ）は、電磁石を含む電磁接触器（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｃｏｎｔａｃｔｏｒ：ＭＣ）と熱動形過負荷継電器（ｔｈｅｒｍａｌ  ｏｖｅｒｌｏａｄ  ｒｅｌａｙ）の結合であって、図１の１０ａ３のように形成されている。
【０００３】
電磁石は構造が非常に簡単で、金属に導線を巻いて製造したコイル型ソレノイドのようにレンツの法則によって電磁石の機能を有する。電磁石はコイルに電流が流れると磁石になり、コイルの電流が切れると磁石の機能を失う。
【０００４】
電磁接触器１０ａ１は、そのような電磁石によって生成される力に基づいてスイッチオンまたはスイッチオフされて電力機器に電力が供給されるか遮断されるようにする。
【０００５】
一方、熱動形過負荷継電器１０ａ２は図２のように電磁接触器１０ａ１を介して延長される電力機器供給用電力（Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ  ｐｏｗｅｒ）ライン２−１にニクロム線とバイメタルを直列に連結した構造を有する。この場合、ニクロム線２０−２がバイメタル２０−３を巻いている形態になることでニクロム線２０−２の熱はバイメタル２０−３によく伝達される構造になる。
【０００６】
過電流が電力ラインに流れる場合、ニクロム線の熱に起因してバイメタルが歪む。バイメタルの歪み現象に起因して図３のように機械的リレー接点がオフされると、電力ライン２０−１から端子台２０−４に供給されていた電力は遮断される。ところが、リレー接点がオンまたはオフされる際にリレー接点の間でスパイク火花が散る。熱動形過負荷継電器を長時間使用するとその火花が機械式接点を誤動作させて電力線に連結された電力機器が破損することがある。そして、バイメタルは歪み温度範囲が広くて電力の速い遮断が難しいことと経年変化が起こる短所がある。
【０００７】
機械式接点を利用する回路遮断機は定格電流より８倍乃至１２倍の電流が流れる際に電流を遮断するため、実際には電力機器が破損してから遮断動作をすることになる。
【０００８】
漏電遮断機も回路遮断機と同じ原理を有し、同じく事後遮断される。よって、より精密な電流の管理と速い遮断が要求されてきた。実は、機械式接点とバイメタルの問題点を解決するためにコイル（ＣＴ：Ｃｕｒｒｅｎｔ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）で電流を測定する方法を利用して導線を守る電磁回路が代案として提案されている。これはよい改善であるが、回路が難しくなる短所がある。よって、より改善された電磁開閉器が望まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする技術的課題は、過負荷継電器の誤動作を引き起こす機械的接点とバイメタルを除去する電磁開閉器を提供することにある。
【００１０】
本発明が解決しようとする技術的課題は、簡単ながらも高い信頼性を有する電磁開閉器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記技術的課題を達成するための本発明の概念の一様相（ａｎ  ａｓｐｅｃｔ）によって、電磁開閉器は、電磁石制御電流の流れに応答して電力線をオン（Ｏｎ）−オフ（Ｏｆｆ）することで電力が負荷として連結された電力機器にスイッチングされるようにする電磁石と、前記電力線から電力機器に流れる供給電流による電力線に連結された発熱導線の発熱温度が臨界温度を超過すると出力電流値が変わる臨界温度素子と、前記臨界温度素子の前記出力電流値に応答して前記電磁石制御電流の流れが生成または遮断されるようにする電磁石制御部と、を含む。
【００１２】
本発明では電力機器供給用電力線に熱を出すためにより大きい抵抗を有する発熱抵抗導線を連結して電流を流し、その導線に熱を出すようにする。この熱を特定の臨界温度で抵抗や電流が急に変わる素子（臨界温度素子）で温度を感知し、その臨界温度で生じた電流差でＳＣＲとトランジスタ（或いはトライアック）を制御する。
【００１３】
そのＳＣＲとトランジスタ（或いはトライアック）は電磁接触器で電磁石を製造ために使用される電磁石制御用電源（Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｐｏｗｅｒ）を遮断し、電磁開閉器に電流を流す主電源を短絡（Ｏｆｆ）する。このような回路を電磁接触器（ＭＣ）の内部に内装すると、別途の熱動形過負荷継電器がなくても電磁開閉器を小さく作ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明による電磁開閉器は、従来の開閉器の問題点であるバイメタルとスパイク放電を引き起こす機械式リレーを使用しないだけでなく、簡単な回路と過電流を制御する部分が電磁接触器に内装されることで電磁開閉器の小型化が可能な効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来の機械式電磁開閉器の形態を例示的に示す図である。
【図２】図１の熱動形過負荷継電器の部品構成図である。
【図３】図１の熱動形過負荷継電器の機械式接点の形態図である。
【図４】図１の熱動形過負荷継電器の事後遮断動作を説明するための図である。
【図５】臨界温度金属−絶縁体遷移スイッチ（ＭＩＴ−ＣＴＳ）の特性を説明するための図である。
【図６Ａ】ＳＣＲゲート制御を説明するための図である。
【図６Ｂ】ＳＣＲゲート制御を説明するための図である。
【図６Ｃ】ＳＣＲゲート制御を説明するための図である。
【図６Ｄ】ＳＣＲゲート制御を説明するための図である。
【図６Ｅ】ＳＣＲゲート制御を説明するための図である。
【図７】３相電流引入の場合にＭＩＴ−ＣＴＳを並列に適用した回路構成図である。
【図８】ＭＩＴ−ＣＴＳの前端に抵抗素子を結合した構造を示す図である。
【図９Ａ】導線の幅による抵抗増加を説明するための図である。
【図９Ｂ】導線の幅による抵抗増加を説明するための図である。
【図１０Ａ】ＭＩＴ−ＣＴＳの連結形態による発熱を説明するための図である。
【図１０Ｂ】ＭＩＴ−ＣＴＳの連結形態による発熱を説明するための図である。
【図１０Ｃ】ＭＩＴ−ＣＴＳの連結形態による発熱を説明するための図である。
【図１０Ｄ】ＭＩＴ−ＣＴＳの連結形態による発熱を説明するための図である。
【図１１】ＭＩＴ−ＣＴＳを制御するために一定な抵抗値で配列された断熱抵抗分配スイッチの連結構成図である。
【図１２】ＭＩＴ−ＣＴＳを制御するために互いに異なる抵抗値で配列された断熱抵抗分配スイッチの連結構成図である。
【図１３Ａ】静電圧供給回路の多様な例を示す図である。
【図１３Ｂ】静電圧供給回路の多様な例を示す図である。
【図１３Ｃ】静電圧供給回路の多様な例を示す図である。
【図１３Ｄ】静電圧供給回路の多様な例を示す図である。
【図１４】本発明の実施例による電磁開閉器の回路図である。
【図１５】図１４の動作を説明するための図である。
【図１６】本発明の他の実施例による電磁開閉器の回路図である。
【図１７】本発明の他の実施例に適用されるＳＣＲの破壊を防止するための保護回路図である。
【図１８Ａ】本発明の実施例による電磁開閉器の適用例を示す図である。
【図１８Ｂ】本発明の実施例による電磁開閉器の適用例を示す図である。
【図１９】本発明の実施例によるまた他の電磁開閉器の適用例を示す図である。
【図２０】本発明の実施例における導線の大きさや材質によって異なる発熱を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明による好ましい実施例を添付した図面を参照して詳細に説明する。下記説明では本発明による動作を理解するために必要な部分のみが説明され、その他の部分は本発明の要旨を不明確にしないために省略されることに留意すべきである。
【００１７】
温度係数が互いに異なる２つの金属が連結される部分は抵抗が相対的に大きい。このような大きい抵抗を利用する場合、発熱が相対的に高くなる。
【００１８】
本発明に実施例において、臨界温度素子は特定の温度で抵抗が変わって急に大きい電流が流れる特性を有する素子である。臨界温度素子は金属−絶縁体遷移素子（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ  Ｃｒｉｔｉｃａｌ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ−Ｓｗｉｔｃｈ：ＭＩＴ−ＣＴＳ）或いは金属−絶縁体遷移素子（ＭＩＴ素子）とも呼ばれる。
【００１９】
図５は、臨界温度金属−絶縁体遷移スイッチ（ＭＩＴ−ＣＴＳ）の特性を説明するために提示された図である。
【００２０】
５０ａ１には臨界温度素子の一種であるＭＩＴ−ＣＴＳの形状が示されており、５０ａ２にはＭＩＴ−ＣＴＳの構成端子が示されている。
【００２１】
第１端子１は制御入力端に連結され、電気的にポジティブ（＋）或いはネガティブ（−）端子として機能する。第３端子３は制御出力端に連結され、電気的にネガティブ（−）或いはポジティブ（＋）端子として機能する。第２端子２は第１、３端子１、３とは電気的に絶縁され、熱源に連結される熱端子として機能する。
【００２２】
５０ａ３には電力線の温度を非接触方式で測定する臨界温度素子の一種としてＭＩＴ−ＣＴＳが示されている。ＭＩＴ−ＣＴＳの正面図と素子写真から見られるように、臨界温度素子の端子は５０ａ２を介して説明した端子と同じである。この場合、導線から発生した熱が赤外線の形態で臨界温度素子に伝達される。赤外線が非接触方式で伝達されるところが５０ａ２の第２端子に当たる。
【００２３】
５０ａ４には臨界温度金属−絶縁体遷移スイッチの温度対抵抗のグラフＧＲ１が示されている。グラフにおいて、横軸は温度を、縦軸は抵抗を指す。グラフにおいて、臨界温度は約３４０Ｋ（６７℃）であることが分かる。一般的な金属−絶縁体遷移物質としてはバナジウム酸化物が代表的であるが、臨界温度がより高い材料が開発されている。
【００２４】
ＭＩＴ−ＣＴＳ素子は素子の信頼性を上げるために、図１３Ａ乃至図１３Ｄに示したような静電圧回路を必要とする。
【００２５】
そして、ＭＩＴ−ＣＴＳの特性は温度増加に応じて抵抗は指数関数的に減少するサーミスタ（Ｔｈｅｒｍｉｓｔｅｒ：ＴＭ）、比較器（Ｃｏｍｐａｒａｔｏｒ）及びトランジスタを利用して具現する。
【００２６】
図６Ａ乃至図６Ｅは、ＳＣＲのゲート制御を説明するための図である。
【００２７】
図６Ａの回路は温度センシング部６０と制御トランジスタ６２を含む。
【００２８】
前記温度センシング部６０はＭＩＴ−ＣＴＳの機能を具現するために図５のような臨界特性を有するサーミスタＴＭ，比較器ＡＭＰ１及び電圧設定部Ｒ１、Ｒ２を含む。基準電圧（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  Ｖｏｌｔａｇｅ）は抵抗Ｒ３の一端に連結される。
【００２９】
制御トランジスタ６２がＮＰＮトランジスタＴＲ１である場合、前記比較器ＡＭＰ１の出力が前記ＮＰＮトランジスタＴＲ１のゲートに連結される。前記ＮＰＮトランジスタＴＲ１のエミッタは抵抗Ｒ５を介してＳＣＲのゲートと連結される。
【００３０】
図６Ｂを参照すると、サーミスタＴＭの温度対抵抗の特性グラフが示される。グラフにおいて、横軸は温度を示し、縦軸は抵抗を示す。グラフを介して分かるように、抵抗は温度増加に応じて指数関数的に減少する。
【００３１】
前記サーミスタはＰＮ接合ダイオードとセラミックを利用して製造する。また、サーミスタ、比較器、トランジスタＴＲ１を含む図６Ａの回路はＭＩＴ−ＣＴＳ機能を出すためにワンチップ化された商用臨界温度ＩＣ素子でも具現される。前記ＰＮ接合ダイオードはＰＮ接合半導体ギャップが消える際に大きい電流が流れるＭＩＴ特性を有するため、臨界温度素子として使用される。
【００３２】
図６Ｃは、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子の温度対抵抗の特性グラフを示す。グラフにおいて、横軸は温度を示し、縦軸は抵抗を示す。グラフを介して分かるように、抵抗は１００℃から温度増加に応じて急激に増加する。実質的に温度１３０℃及び抵抗１Ｋ以上から電流は遮断される。ＰＴＣ素子は常温で抵抗が非常に低く、約１００℃以上で急に抵抗が増加する特性がある。しかし、実際の電流遮断効果は抵抗が大きく増加する温度である１３０℃以上から示される。
【００３３】
図６Ｄは、ＰＴＣ素子を利用してＳＣＲゲートを制御する簡略回路を示す。電源電圧と接地電圧との間に抵抗Ｒ１とＰＴＣ素子を順番に連結し、抵抗Ｒ１の他端を介してゲート制御電圧が提供される。
【００３４】
図６Ｅは、ＰＴＣ素子を利用してＳＣＲゲートを制御する他の簡略回路を示す。
【００３５】
電源電圧と接地電圧との間にＰＴＣ素子と抵抗Ｒ１を順番に連結し、抵抗Ｒ２、Ｒ３の間に連結されたトランジスタＴＲ１０のコレクタを介してゲート制御電圧が提供される。
【００３６】
図６Ｄや図６Ｅのように、ＰＴＣ素子の特性はＭＩＴ−ＣＴＳとは逆の特性を有する。しかし、ＰＴＣ素子の臨界温度が高くてもＰＴＣ素子を利用するとＭＩＴ−ＣＴＳの特性を出すように回路を構成することができる。
【００３７】
上述したように、ＭＩＴ−ＣＴＳまたはサーミスタを利用してＭＩＴ−ＣＴＳ機能を出す回路（温度センシング部＋トランジスタ）を通称して臨界温度スイッチ素子或いは臨界温度素子と称する。
【００３８】
臨界温度素子は機能的に３つの端子を有し、予め説明されたように電気的に絶縁された熱端子２を有する。
【００３９】
臨界温度素子が外見上２つの端子であっても、熱を加えて反応する場合には素子の本体部分が熱端子として機能するといえる。
【００４０】
３相の電流が印加される場合或いは電力線が複数個である場合、臨界温度素子は熱源ごとに並列に連結される。
【００４１】
図７は、３相電流引入の場合のＭＩＴ−ＣＴＳを並列に適用した回路構成図である。
【００４２】
図７を参照すると、Ｒ、Ｓ、Ｔのような３相の電力線には熱源７０ｂ、７１ｂ、７２ｂが存在するが、熱源７０ｂ、７１ｂ、７２ｂそれぞれにはＭＩＴ素子７０ａ、７１ａ、７２ａが連結される。熱源による発熱が臨界温度素子であるＭＩＴ素子によって感知されて臨界温度に到達すると、ＳＣＲのゲートに制御電圧が生成されてＳＣＲがターンオンされる。それによって、電磁石が活性化状態から非活性化状態になるか非活性化状態から活性化状態になってスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３がオープン状態にスイッチングされる。よって、電力機器への電力供給が遮断される。活性化状態は電磁石の機能を有することを意味し、非活性化状態はコイルに電流が流れないため電磁石の機能を失うことを意味する。
【００４３】
臨界温度素子は予め説明されたように臨界特性を有するため、臨界温度での電流値がそのまま遮断電流になる。また、臨界温度素子は半導体素子のチップ状に製造するが、その素子のフレームは銅、銅合金または鉄合金などから製造され、またフレーム自体が発熱導線の機能をしてもよい。
【００４４】
図８は、ＭＩＴ−ＣＴＳの前端に抵抗素子を結合した構造を示す図である。
【００４５】
図８を参照すると、ニクロム線Ｌ１０のような熱源と熱端子２との間で断熱抵抗として機能する抵抗素子ＲＬが導線ＨＰＬに連結されている。発熱が相対的に大きい場合、抵抗素子ＲＬは前記熱端子２に伝達される熱を一部遮断して臨界温度素子を保護する役割をする。
【００４６】
図９Ａ及び図９Ｂは、導線の幅による抵抗増加を説明するための図である。
【００４７】
臨界温度素子のチップを載せる板は鉄或いは銅で製造しても、板の外部はめっきされていて非抵抗が比較的小さく、板の硬度は比較的硬い。よって、臨界温度素子の熱端子を介して大きい電流を流すことができる。しかし、臨界温度素子の非抵抗は導線として使用される銅よりは大きい。よって、電流が流れる際、臨界温度素子では電力線より大きい発熱が起こる。
【００４８】
図９Ａにおいて、領域Ａから領域Ｂに電流が方向矢印に沿って流れる際、導線の幅がＷＡからＷＢに漸進的に狭くなるため、領域Ｂでの発熱が領域Ａでの発熱より大きくなる。
【００４９】
図９Ｂにおいて、領域Ａから領域Ｂに電流が方向矢印に沿って流れる際、導線の幅がＷＡからＷＢに急激に狭くなるため、領域Ｂでの発熱が領域Ａでの発熱より同じく大きくなる。
【００５０】
結局、導線の幅が狭くなると狭くなった導線部分で抵抗が増加するため、幅が狭くなった部分での熱が、幅が狭くなっていない部分での熱より多くなる。
【００５１】
図１０Ａ乃至図１０は、ＭＩＴ−ＣＴの連結状態による発熱を説明するための図である。
【００５２】
図１０Ａは、主電力線ＭＰＬから分離された枝導線に臨界温度素子１００が連結された場合の図９Ａ、Ｂと同じ原理に基づいて示される発熱導線を示す。導線の幅がＷＡからＷＢに狭くなった部分で熱が相対的に多く発生して発熱導線の機能をする。臨界温度素子１００の熱端子２は枝導線の間に連結される。
【００５３】
図１０Ｂは、同じく図９Ａ、Ｂと同じ原理に基づいて臨界温度素子１００を主電力線ＭＰＬの上に設置した構造を示す。この場合、発熱の効果を上げるために臨界温度素子１００の熱端子２は狭くなった幅の電力線の上に連結される。図１０Ｃは、主電力線ＭＰＬの間における臨界温度素子１００が連結された構造を示す。この場合、臨界温度素子１００は電力線としての役割も兼ねる。この場合、発熱の効果を上げるために臨界温度素子１００の熱端子２は幅が狭くなった電力線の間に連結される。
【００５４】
図１０は、主電力線の材料でフレームが製造された臨界温度スイッチ４００と主電力線の材料とは異なる材料の導線が直列連結された臨界温度スイッチＣＴＳの形態を示す。ここで、前記臨界温度スイッチ４００と臨界温度スイッチＣＴＳは前記臨界温度素子１００と同じ機能をする。
【００５５】
１０ｄａにおいてＨＰＬは発熱導線を指し、１０ｄｂにおいてＨＰＬは発熱導線を示す。
【００５６】
主電力線ＭＰＬ２と臨界温度スイッチ４００が連結される部分は２つの温度係数が異なる金属が連結される部分である。よって、この部分の抵抗が相対的に大きいため主電力線より大きい熱が生じ温度が高くなる。結局、このような現象を利用して発熱導線ＨＰＬを効果的に設計することができる。
【００５７】
本実施例において、主電力線は電源を供給するラインである電力線を意味するものであって、発熱導線と区別する用途にのみ使用されることに留意すべきである。
【００５８】
後述する図２０を参照すると、発熱導線として銅線、銅合金線、鉄合金線を利用する例示が多様に示されている。
【００５９】
図１１は、電流制御のために一定な抵抗値で配列された断熱抵抗分配スイッチの連結構成図である。また、図１２は電流制御のために互いに異なる抵抗値で配列された断熱抵抗分配スイッチの連結構成図である。図１３Ａ乃至図１３Ｄは、静電圧供給回路の多様な例示を示す図である。
【００６０】
また、図１４は本発明の実施例による電磁開閉器の回路図である。
【００６１】
図１４を図１１乃至図１３より先に説明する。
【００６２】
図１４を参照すると、電磁石２００、臨界温度素子１００及び電磁石制御部を含む回路構成が示されている。
【００６３】
電磁石２００はコイルＬ１０を通る制御電流の流れに応答して電力線Ｒ、Ｓ、Ｔを介して印加される電力を負荷側に連結された電力機器にスイッチングする。
【００６４】
臨界温度素子１００は、前記電力線から電力機器に流れる供給電流による発熱温度が臨界温度を超過する際に出力電流値が変わる。
【００６５】
電磁石制御部１５０は電磁石駆動スイッチＴＲ２０（電磁石電流供給スイッチ）と電磁石電流遮断スイッチＳＣＲを含む。電磁石制御部１５０は前記臨界温度素子１００の前記出力電流値に応答して前記電磁石２００の前記制御電流の流れが生成または遮断されるようにする。
【００６６】
電磁石駆動スイッチＴＲ２０は前記電磁石２００に含まれるか別途に構成される。前記電磁石駆動スイッチＴＲ２０は、ベースに印加される制御電圧に応答して前記電磁石２００に前記制御電流が流れるようにするか遮断されるようにする役割をする。前記電磁石駆動スイッチＴＲ２０はバイポーラトランジスタとして構成されているが、これに限らずにトライアック、ＳＣＲまたはリレーとして具現されてもよい。また、電磁石電流遮断スイッチＳＣＲに連結されるＲ１抵抗は３０を使用しており、Ｒ３は５０を使用している。
【００６７】
電磁接触器４００のスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３が電磁石２００の非活性化または活性化動作によってスイッチングされるようにするために、電磁石駆動スイッチＴＲ２０のベースはＳＣＲのアノードに抵抗Ｒ３を介して連結される。ここで、電磁石電流遮断スイッチＳＣＲは遮断状態を持続するために使用している。
【００６８】
臨界温度素子１００の発熱センシング動作によって発熱温度が臨界温度になると、ＳＣＲのゲートには臨界温度以下で印加されていた電圧より高い電圧が提供される。それによってＳＣＲはターンオンされ、電磁石駆動スイッチＴＲ２０のベースに流れる電流がＳＣＲのアノードからカソードに流れるようになる。よって、電流経路が接地に向かって形成されるため電磁石駆動スイッチＴＲ２０のベース電圧は下降し、ついに電磁石駆動スイッチＴＲ２０はターンオフされる。それによって、電磁石２００のコイルＬ１０を介して流れていた電流が消え、電磁石として機能が失われる。よって、以前の状態でクローズされていたスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３はオープンされて電力供給が遮断される。
【００６９】
図１４において、抵抗Ｒ２は電磁石電流遮断スイッチＳＣＲのターンオン動作を円滑にするための素子である。抵抗Ｒ２の抵抗値が低すぎれば臨界温度素子１００でオンの際に流れる電流が抵抗Ｒ２を介して接地に多く流れてＳＣＲが動作しないことがある。よって、抵抗Ｒ２の抵抗値が適当な値に設定される必要がある。本実施例において、抵抗Ｒ２の抵抗値は５Ｋに設定されている。抵抗Ｒ２は環境温度を補正するためにＰＮ接合ダイオードとして具現される。キャパシタＣ１は電源入力の際に急に飛ぶ雑音信号による誤動作を防止するために設置される。即ち、フィルタリングや信号遅延のための用途で２２０ｐＦのセラミックキャパシタが使用される。
【００７０】
セッティング時間を遅延するために、図１４のＳＣＲの代わりにトランジスタが使用されてもよい。そして、ＳＣＲがなくても前記電磁石駆動スイッチＴＲ２０はＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）によって制御されてもよい。
【００７１】
一方、臨界温度素子１００の臨界温度を任意に調整することは容易ではない。熱源ＨＳの温度が高すぎる場合、臨界温度素子１００の熱端子の前に断熱（熱遮断）のための抵抗を置いて温度が調節されるようにしてもよい。
【００７２】
この場合、図１１のように多数個の断熱抵抗を直列に使用してもよい。また、断熱抵抗を一つ有するチャネル、２つ有するチャネル、３つ有するチャネル、４つ有するチャネルなどに配列してもよい。そして、回転スイッチを使用してチャネルのうち一つのチャネルを選択し、選択された抵抗値に応じて電流の量が調節されるようにする。電流制御のための一定な抵抗値で配列された断熱抵抗分配スイッチの連結構成は図１１に示されている。
【００７３】
例えば、断熱抵抗Ｒ１０〜Ｒ１９の抵抗値が全て互いに同じ（例えば、１Ｍオーム）であるとし、回転スイッチＣＳのスイッチＳＷ１が第１チャネルＲ１０に選択された場合、断熱抵抗は最も小さい値に設定される。一方、回転スイッチＣＳのスイッチＳＷ１が第４チャネルＲ１６〜Ｒ１９に選択された場合、断熱抵抗は最も高い値に設定される。
【００７４】
一方、図１２のように抵抗値が互いに異なる断熱抵抗を連結構成して前記回転スイッチＣＳのチャネル選択を介して臨界電流を調節することができる。電流制御のための互いに異なる抵抗値で配列された断熱抵抗分配スイッチの連結構成は図１２に示されている。
【００７５】
図１４の回路は、臨界温度素子１００の第１端子１に一定な電圧を印加するための静電圧回路３００を含む。
【００７６】
静電圧回路３００は抵抗Ｒ４〜Ｒ６、ＮＰＮトランジスタＴＲ１０及びツェナーダイオードＺＤを利用した電圧フォロワー（Ｖｏｌｔａｇｅ  ｆｏｌｌｏｗｅｒ）構造を含む。
【００７７】
また、静電圧回路３００は類似して図１３Ａのように構成されてもよい。
【００７８】
そして、静電圧回路３００は類似して図１３Ｂのように抵抗Ｒ１〜Ｒ３とＰＮＰトランジスタＴＲ４０を利用して電圧フォロワー構造で具現されてもよく、図１３Ｃのように抵抗Ｒ１〜Ｒ３とＦＥＴトランジスタＦＥ１０を利用した電圧フォロワー構造を含んでもよい。
【００７９】
また、静電圧回路３００は抵抗Ｒ１、ＮＰＮトランジスタＴＲ５０、キャパシタＣ１０及びツェナーダイオードＺＤを利用した電圧フォロワー構造を含んでもよい。
【００８０】
図１４では電磁石が直流で制御されることが示されているが、本発明の実施例は電磁石が交流で制御されるか或いは直流で制御されるかに関わらず適用される。即ち、電磁石を制御するための電流が交流１１０Ｖまたは２２０Ｖである場合、電磁石の抵抗が直流方式の電磁石より大きいことしか差がない。結局、直流制御を交流制御に替えると図１４の回路に基づいて図１６のような拡張回路を製造することができる。
【００８１】
図１５は、図１４による動作を説明するための図である。
【００８２】
図１５に示された実験において、交流１０Ａ電圧２００Ｖの電力（電力機器供給用Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ  Ｐｏｗｅｒ）と電磁石制御電力（Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｐｏｗｅｒ）は直流２４Ｖ  ０．１Ａの規格を有する電磁接触器ＭＣを使用している。ニクロム線の厚さ１ｍｍの銅線を電力機器供給用電力線に連結した。そして、試験用に２５００Ｗのラジエータ（Ｒａｄｉａｔｏｒ）を電力機器として使用した。図５のようなグラフ特性を出す図６ＡのＭＩＴ−ＣＴＳを熱源であるニクロム線に図１５のように連結した後、図１４の回路と一致するように全体回路を連結した。
【００８３】
実験において、ラジエータ電力２２０Ｖ１０Ａの電力と電磁石電力（８．１Ｖ０．０９Ａ）を入れた。その結果、電磁石が動作してラジエータをＯｎし、ニクロム線の温度が上がり、ＭＩＴ素子は臨界温度で動作し（高抵抗から低抵抗に落ちた状態、図１５）、ＳＣＲ電磁石制御用トランジスタを制御して、電磁石のＯｆｆを介して電磁接触器を短絡してそのシステムを遮断した。ＳＣＲ  Ｏｎ状態でＳＣＲに流れる電流は約１５０〜２００ｍＡ程度であった。このシステムは反復実験でも異常が発見されていなかった。１５ａ１は電磁接触器内のスイッチがクローズされて負荷に電力が供給される状態を示し、１５ａ２は臨界動作を行った後、電磁接触器内のスイッチがオープンされて負荷に供給されていた電力が遮断される状態を示す。
【００８４】
また、電磁石制御用交流１００Ｖ  ０．１Ａ（電磁石磁化用電圧電流、抵抗１Ｋ）電磁接触器も実験に使用した。この接触器に直流５０Ｖ０．５Ａを加える際、電磁接触器内のコイル部分が電磁石に磁化されて交流接触器の接触動作が行われることを確認した。よって、図１４の回路は直流或いは交流接触器のいずれにも動作するため、電磁開閉器回路として使用可能であることを確認した。
【００８５】
図１６は、本発明の他の実施例による電磁開閉器の回路図である。
【００８６】
図１６を参照すると、電磁石を交流電流で制御するためにトライアックＴＲＡ１を電磁石駆動スイッチとして利用することを示す。それによって、交流制御用電磁接触器の電磁石が活性化状態または非活性化状態に制御される。
【００８７】
図１６の電磁開閉器は、過電流防止用機能を含む漏電遮断器（Ｅａｒｔｈ  Ｌｅａｋａｇｅ  Ｂｒｅａｋｅｒ）と回路遮断器（Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｂｒｅａｋｅｒ）にも適用される。この場合、電力線を連結する手動型シーソースイッチを利用して電力線を強制的な力で連結する。そのような状態で電磁石の活性化の際に引力でその手動型スイッチの操作部を引いて電力線が開放されるようにすることで交流電力を遮断する。
【００８８】
一方、逆に電磁石に引力によって電力供給が連結されるようにし、電磁石の非活性化制御によって電力供給が遮断されるようにしてもよい。
【００８９】
電磁開閉器における電磁接触器は遮断器における手動スイッチと電磁石に対応する。それによる応用回路は図１９に示されている。
【００９０】
図１６は、トライアックＴＲＡ１を利用して交流２２０Ｖで電磁接触器（電磁石）を直接制御する電磁開閉器を示す。
【００９１】
トライアックＴＲＡ１のＴ２端子とＴ１端子の間に交流２２０Ｖが流れると電磁石は活性化状態になる。電磁石の非活性化状態、即ち遮断動作（Ｏｆｆ）はトライアックＴＲＡ１のゲート電流を遮断することによって実現される。トライアックＴＲＡ１のゲート電流とＳＣＲ１の制御のために直流電源が制御電源として使用される。
【００９２】
まず、パワーがＯｎされる際にＡＣ電磁接触器、即ち電磁石がＯｎになる。その後、電力線に大きい電流が流れて臨界温度素子１００の温度が臨界温度に到達すればＳＣＲがターンオン状態になり、トライアックＴＲＡ１のゲートに流れる電流がＳＣＲ１のアノードからカソードに流れるようになる。よって、トライアックＴＲＡ１のＴ２端子とＴ１端子が電気的に切れる。前記ＳＣＲ１のアノードからカソードに流れる電流によってモニタリングシステムＭＳが動作され、モニタリングシステムＭＳに連結されたＬＥＤが発光される。
【００９３】
モニタリングシステムＭＳはＳＣＲがＯｎになってトライアックがＯｆｆになれば電磁開閉器遮断信号を知らせるブザー音を発生するか、警告用通信信号を出力する。
【００９４】
図１６では図１７の回路原理に基づいて２つのＳＣＲ１、２が設置される。即ち、ＳＣＲに高い電圧がかかってＳＣＲが破壊されることを防ぐために２つのＳＣＲが直列に連結される。
【００９５】
一方、ＭＩＴ−ＣＴＳ１００にも過度な電圧がかからないよう、図１３に示したような静電圧回路のうち一つが適用される。図１６において、使用された抵抗はＲ１＝２０Ｋ、Ｒ２＝４５０、Ｒ３＝１０Ｋ、Ｒ４＝２０Ｋ、Ｒ５＝８２０、Ｒ６＝１５Ｋ、Ｒ７＝１Ｋ、Ｒ８＝１Ｋである。キャパシタＣ１は１０ｎＦである。モニタリングシステムＭＳではパワーＬＥＤを使用した。トランジスタＴＲ１０は２Ｎ３９０４を使用しており、ＳＣＲはＰ０１１５ＤＡ  ５ＡＬ３を使用した。Ｒ６は環境温度を補正するためにＰＮ接合ダイオードを使用してもよい。キャパシタＣ１は電源入力の際に急に飛ぶ雑音信号による誤動作を防止するために、信号遅延のために使用される。トライアックＴＲＡ１はＴ０−２００パッケージの交流用を使用した。ＭＩＴ−ＣＴＳ１００は常温で１Ｍであり、臨界温度以上では数百オームを有する。ここで、トライアックＴＲＡ１ゲートをＴｕｒｎ−ｏｎするために直流電圧は２２０Ｖ以上に設定される。このような直流電圧はＳＣＲが動作する際（Ｔｕｒｎ−ｏｎ）に非常に高い値に当たるため、電流を減らさないながらも電圧を減らす必要がある。一般に、高い電圧に一つのＳＣＲをかけるとＳＣＲが動作する際に高い電圧によってＳＣＲが燃えてしまう可能性がある。
【００９６】
一方、ＳＣＲのゲートに高電圧が流れ込んで臨界温度素子１００を破壊することを防止するために、臨界温度素子１００とＳＣＲのゲートの間にはダイオードＤ２が連結される。また、トライアックのゲートに高電圧が流れ込むことを遮断するために、ダイオードＤ１がトライアックのゲートと抵抗Ｒ５の間に連結される。
【００９７】
図１６の回路は臨界温度素子１００の第１端子１に低くて安定した電圧を印加するための静電圧回路３００を含む。
【００９８】
静電圧回路３１０は抵抗Ｒ１〜Ｒ４及びＮＰＮトランジスタＴＲ１０を利用した電圧フォロワー構造を含む。また、静電圧回路３１０は類似して図１３Ａ乃至図１３Ｄのように構成される。
【００９９】
図１７は、本発明の実施例に適用されるＳＣＲの破壊を防止するための保護回路図である。
【０１００】
図１７を参照すると、ＳＣＲが２つ以上直列に連結された回路構造が示される。第１ＳＣＲ１のゲートには制御電圧が印加され、第２ＳＣＲ２のゲートは抵抗Ｒ２０を介してアノードに連結される。このような構造はＳＣＲに高い電圧をかける際に必ず必要になる。
【０１０１】
図１８Ａ及び図１８Ｂは、本発明の実施例による電磁開閉器の適用例を示す図である。
【０１０２】
図１８Ａを参照すると、電磁石を交流電流で制御するためにフォトトライアックＰＴＲＡ１を電磁石駆動スイッチ１５２として利用することを示す。それによって、交流制御用電磁接触器の電磁石が活性化状態または非活性化状態に制御される。
【０１０３】
図１８Ａは、フォトトライアックＰＴＲＡ１を利用して交流２２０Ｖとして電磁接触器（電磁石）を直接制御する電磁開閉器を示す。
【０１０４】
フォトトライアックＰＴＲＡ１のＭＴ２端子（アノード）とＭＴ１端子（カソード）の間に交流２２０Ｖが流れると電磁石は活性化状態になる。電磁石の非活性化状態、即ち遮断動作（Ｏｆｆ）はフォトトライアックＰＴＲＡ１のアノード（Ａｎｏｄｅ）とカソード（Ｃａｔｈｏｄｅ）の間に電流を遮断することによって実現される。フォトトライアックＰＴＲＡ１のゲートとしてフォトダイオード（Ｐｈｏｔｏ  ＬＥＤ）電流とＳＣＲを制御するために直流電源が制御電源として使用される。
【０１０５】
図１８Ａにおいて、フォトトライアック制御信号を作るために電源はパワー線Ｒ、Ｓ、Ｔから引いてくるが、ＡＣ電磁接触器４００の前端から引いてくる。パワー線Ｒ、Ｓ、Ｔに電力が流れ込む際（Ｏｎ）、ＡＣ電磁接触器４００、即ち電磁石に電流が流れて（Ｏｎ）Ｒ、Ｓ、Ｔ電力が電力機器の方に連結される。その後、電力線に大きい電流が流れて臨界温度素子１００の温度が臨界温度に到達するとＳＣＲがターンオン状態になり、フォトトライアックＰＴＲＡ１のＬＥＤに印加される電圧が小さくなる。それによって、フォトトライアックＰＴＲＡ１のフォトＬＥＤに流れる電流が減るようになり、フォトトライアックＰＴＲＡ１のＭＴ２端子とＭＴ１端子が電気的に切れて電磁接触器４００に電流が遮断Ｏｆｆされて電力が切れる。
【０１０６】
前記ＳＣＲのアノードからカソードに流れる電流によってモニタリングシステムＭＳが動作され、モニタリングシステムＭＳに連結されたＬＥＤが発光される。
【０１０７】
モニタリングシステムＭＳはＳＣＲがＯｎされてフォトトライアックが遮断される際に電磁開閉器遮断信号を知らせる部ブザー音を発生するか、警告用通信信号を出力する。
【０１０８】
一方、ＭＩＴ−ＣＴＳ１００にも過度な電圧がかからないよう、図１３に示したような静電圧回路のうち一つが適用される。モニタリングシステムＭＳではモニタリング機能を具現するためにブザー、ＬＥＤ、イーサネット（登録商標）、ブルートゥス（登録商標）通信などが使用される。Ｒ４は環境温度を補正するためにＰＮ接合ダイオードを使用する。キャパシタＣ１は電源入力の際に急に飛ぶ雑音信号による誤動作を防止するために、信号遅延のために使用される。ＭＩＴ−ＣＴＳ１００は常温で１Ｍであって、臨界温度以上では数百オームを有する。ここで、フォトトライアックＰＴＲＡ１のゲートをＴｕｒｎ−ｏｎするために直流電圧は５Ｖ以上に設定される。
【０１０９】
図１８Ａの回路は臨界温度素子１００の第１端子１に低くて安定した電圧を印加するための静電圧回路３３０を含む。
【０１１０】
静電圧回路３３０は抵抗Ｒ１〜Ｒ５及びＮＰＮトランジスタＴＲ１０を利用した電圧フォロワー構造を含む。また、静電圧回路３３０は類似して図１３Ａ乃至図１３Ｄのように構成される。
【０１１１】
一方、図１８Ｂの場合、電磁石駆動スイッチ１５３としてフォトトライアックＰＴＲＡ１が使用されるが、フォトトライアック制御信号を作るために電源はパワー線Ｒ、Ｓ、Ｔから引いてくるが、手動スイッチ４００の後端から引いてくる（この部分は図１８Ａとは異なる）。この場合、電磁接触器が手動スイッチに変わる。図１８Ｂと図１８Ａを比較すると、図１８ＡにあるＳＣＲとＲ５はなくなるがその他の部分はそのまま維持される。Ｒ、Ｓ、Ｔ電力線は手動スイッチによって電力機器と連結され、フォトトライアック制御用電源が入るようになってもフォトトライアックと電磁石は動作しない（この部分も図１８Ａとは異なる）。電力線に大きい電流が流れると、その際の臨界温度素子の温度が臨界温度に到達するとフォトトライアック内部にあるフォトダイオードがＯｎになってフォトトライアックが動作され、電磁石Ｌ１０が動作して手動スイッチ内にある杵が手動スイッチの操作部分を引いて手動スイッチをＯｆｆすることで電力線が遮断される。図１８Ｂの回路構成は、配線遮断器と漏電遮断器で過電流を遮断するために使用されてもよい。図１９は、本発明の実施例による電磁開閉器の適用例を示す図である。
【０１１２】
図１９は、本発明の開閉器が回路遮断器と漏電遮断器の過電流の感知及び制御に適用される応用回路である。即ち、図１９の回路は図１４の変形回路である。
【０１１３】
まず、正常動作の際に遮断用手動Ｏｎ−Ｏｆｆシーソースイッチ４００がＯｎになって電力線Ｒ、Ｓ、Ｔに交流電力が流れるが、この際電磁石は動作しない。ところが、電力線に過電流が流れると臨界温度素子（ＭＩＴ−ＣＴＳ）が動作し、ＳＣＲを制御するとその際に電磁石が動作しながら機械的杵（銃の引き金のようなもの、電磁石の前部分に付いている）がスイッチ操作部を引く。即ち、このような引く力、即ち引力は遮断用手動シーソースイッチ４００の操作部を引いてＯｆｆする。この際、交流電力線が完全に切れるため電磁石に供給される電流も切れる。このようにして電力線に流れる電流は完全に遮断される。電磁開閉器において、電磁石の引力（電磁石に電流が流れる際に生じる力）は電磁接触器を介して電力線を連結する役割をするが、遮断器では手動で連結された電力線を電磁石の引力を介して手動スイッチに流れる電力線を切る役割が互いに逆である。
【０１１４】
図１９において、電磁石駆動スイッチはＳＣＲによって具現されるが、ＳＣＲは前記臨界温度素子１００によって制御される。即ち、ＳＣＲのゲートが臨界温度素子１００によって制御されてＳＣＲのアノードからカソードに電流が流れる。それによって、電磁石がアクティブ状態になって電力が遮断される。
【０１１５】
前記ＳＣＲのゲートには前記ＳＣＲに定格電流を流すための電流制御用抵抗Ｒ４が電磁石に並列に連結され、キャパシタが電流制御用抵抗と並列に連結される。電流制御用抵抗Ｒ４はＰＮ接合ダイオードで具現される。
【０１１６】
前記ＳＣＲのゲートには臨界温度素子を保護するための逆流防止用ダイオードが更に連結される。
【０１１７】
電磁石駆動スイッチはＳＣＲ以外にもトランジスタ、トライアックまたはリレーで具現される。
【０１１８】
図１９は、過電流遮断機能を有する配線遮断器と漏電遮断機能を有する漏電遮断器に適用される。
【０１１９】
図２０は、本発明の実施例における導線の大きさや材質によって異なる発熱を説明するための図である。
【０１２０】
図２０は多様な種類の導線（20ａ乃至 20 f のとおり, ニクロム線、銅線及び銅合金導線、鋼鉄導線）の発熱実験を示す。負荷をかけるためにラジエータ（２５００Ｗ）と銅導線０．１Ω以下、ニクロム線１（１３０×１ｍｍ）０．８Ω、銅合金（熱動形過負荷継電器の中）０．２Ω、ステンレス１（１５０×４ｍｍ）０．５Ω、ステンレス２（３０×４ｍｍ）２Ωが使用された。その結果表を以下に示した。ＰＣＢ銅板は１オンス（銅板厚さ３５ｍｍ）を使用した。
【表１】
0006779625.tif 000002
【０１２１】
前記実験データは、導線の材料と導線の幅と長さによって異なる発熱程度と導線の設計によって導線の発熱を臨界温度素子の臨界温度に合わせることができることを示す。
【０１２２】
一方、本発明の詳細な説明では具体的な実施例について説明したが、本発明の範囲から逸脱しない限度内で様々な変形が可能であることはもちろんである。よって、本発明の範囲は上述した実施例に限って決められてはならず、後述する特許請求の範囲だけでなくこの特許請求の範囲と均等なものによって決められるべきである。
【符号の説明】
【０１２３】
１００：臨界温度素子
２００：電磁石
３００：静電圧回路
４００：電磁接触器或いは手動スイッチ
【図１】
0006779625.tif 000003
【図２】
0006779625.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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【図２０】
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