전기 자동화에 사용하기 위한 기계적 래칭 릴레이 및 래칭 릴레이를 구비한 하이브리드 스위치

전기 자동화에 사용하기 위한 기계적 래칭 릴레이 및 래칭 릴레이를 구비한 하이브리드 스위치{MECHANICAL LATCHING RELAYS AND HYBRID SWITCHES WITH LATCHING RELAYS FOR USE IN ELECTRICAL AUTOMATION}

본 발명은 전기 자동화에 사용하기 위한 기계적 래칭 릴레이 및 기계적 래칭 릴레이를 구비한 하이브리드 스위치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주택이나 빌딩에서 전자제품들을 수동으로 제어하거나 원격으로 제어하기 위한 스위치나 릴레이를 포함하는 전기 자동화 디바이스에 관련된 전기 자동화에 사용하기 위한 기계적 래칭 릴레이와 래칭 릴레이가 있는 하이브리드 스위치에 관한 것이다.

주택, 사무실, 공공 빌딩, 사업장, 식당 및 공장에서 워터 보일러(water boiler), 에어컨, 히터(heaters), 조명 및 다른 전기기구와 같은 가전기기들의 온-오프를 스위칭하기 위한 스위치와 릴레이는 매우 잘 알려져 있다. 이러한 기존의 가정 자동화를 위한 릴레이 디바이스는, 주어진 구내의 매인 또는 서브 전기 캐비닛(cabinet)에 흔히 설치된다. 또한 상기 설치된 릴레이는, 버스라인, RF, 또는 AC 전원라인을 통해 전파되는 제어신호에 의해 동작된다.

설치비용을 포함하여 종래에 알려진 가정 자동화 디바이스와 릴레이의 비용은, 전기 월 박스 내에 흔히 설치되는 스위치들을 통해 전기 전원이 공급되는 표준 인가 전기배선 시스템으로부터 전기배선을 교체하여야 하기 때문에 매우 비싸다. 이는 전기 전원이 릴레이를 통해 매인 전기 캐비닛 또는 서브 전기 캐비닛으로부터 직접 공급되는 것과는 명백히 대조된다.

전기 캐비닛 내의 릴레이를 제어하기 위해, 흔히 사용되는 표준 스위치는, 전기 캐비닛 내의 릴레이에 대한 제어회로에 도달하고 작동하기 위해 전기신호, RF 신호, AC 전원라인 신호, 및 어떤 경우에 있어서는 공기 중의 IR 신호를 전파하는 제어 스위치로 대체되었다.

앞서 언급한 구조화된 전기 시스템에서 근본적인 변화는, 매우 복잡하고, 비용이 비싸며, 더욱이 상기 전기 시스템의 높은 복잡도는, 설치된 전기 자동화 시스템의 심각한 고장이 반복되는 원인이 된다. 게다가 기존의 가정 자동화 디바이스는, 각각의 전기 가전제품에 의해 소비되는 전력을 보고하지 않으며, 사용자(home owner)에게 통계자료를 보고하기 위한 사용가능한 데이터를 제공하지 않는다. 또한 "스마트 그리드(smart gird)"는 아직까지 적용되지 않고 있다.

미국등록특허 7,649,727은 단일 극 듀얼 스로(single pole dual throw, SPDT) 릴레이를 흔히 사용되는 SPDT 스위치에 연결되거나 듀얼 극 듀얼 스로(dual poles dual throw, DPDT)스위치에 연결되도록 하여 전기기구 또는 조명을 흔히 설치되는 스위치를 통해 수동적으로 스위치 하는 것을 가능하게 하고, 가정 자동화 제어기를 통해 원격에서 상기 전기기구 또는 조명을 스위치 하는 것을 가능하게 하는 새로운 개념을 도입했다. 상기 SPDT 및 DPDT 스위치들은 각각 2방향 또는 4방향 스위치로 잘 알려져 있다.

또한 미국등록특허 7,639,907, 7,864,500, 7,973,647, 8,041,221, 8,148,821, 8,170,722, 8,175,463, 8,269,376, 8,331,794, 8,331,795, 8,340,527, 8,344,668, 8,384,249, 8,442,792 및 미국특허출원 2013/0183043은 SPDT 및 DPDT 릴레이 또는 전류 드레인 어댑터와 같은 것들을 추가한 디바이스를 통해 전기 기구의 작동을 위한 가정 자동화의 제어, 연결, 스위치 및 릴레이를 공개했다.

게다가 상기에서 참조한 미국등록특허 및 미국특허출원들은 릴레이 또는 AC 아울렛(AC outlet)을 통해, 그리고 플러그(plugs) 또는 전류 드레인 어댑터(current drain adaptor)를 통해 전기기구에 의해 소비되는 전력을 보고하는 것에 대해 상세하게 공개하고 있다.

전류 드레인 또는 전력소비보고는 POF(plastic optical fiber) 또는 광 가이드(lightguide)와 같이 기존의 플라스틱 광섬유 케이블, IR, 공기 중의 RF를 통한 광신호로 전달되고, 그리고 버스라인 또는 다른 네트워크 또는 명령 컨버터(command convertors)를 통해 전기신호로 전달된다.

또한 상기 열거한 미국등록특허와 미국특허출원 및 다른 나라에서 계류 중인 특허출원은 분리된 SPDT 또는 DPST 스위치들 및/또는 전원 소켓 및/또는 전류 센싱 어뎁터 조합을 추가하거나 이들의 조합을 공개하고 있다.

그러나 상기 선행기술들은, 센싱, 계산, 전력소비를 보고하는 회로, 오늘날 일반적으로 사용되는 AC 스위치의 크기와 사이즈로의 구조화되는 것을 포함하고, 더욱이 설치가 쉽고 간편한 스위치 및 릴레이의 조합을 포함하는 단일 자동화 디바이스에 대한 필요성이 존재한다.

본 발명은, SPDT 또는 DPDT 스위치의 작은 사이즈에 대한 조합, SPDT 릴레이와 전력소비측정 및 보고회로, 기존 미국에서 알려진 "2x4" 또는 "4x4" 월 박스(wall box), 또는 60mm 원형 유럽 전기 월 박스 또는 복수의 표준 AC 스위치 및 AC 아울렛/소켓의 설치를 위해 유럽에서 사용되는 다른 사각의 전기박스 같은 것에 마운트(mounted)되는 "표준 AC 스위치"로 언급되는 일반적으로 사용되는 AC 스위치와 유사한 사이즈와 형태로 구조화되는 하이브리드 스위치를 제공하는 것을 주목적으로 한다.

또한 본 발명의 또 다른 목적은 하이브리드 스위치를 제어하는 것과 비디오 인터폰 시스템 또는 쇼핑 단말기의 하이브리드 스위치 및/또는 전용 자동화 컨트롤러 또는 컨트롤 스테이션을 통해 소비되는 전력을 보고하는 것을 위한 상기 참조된 미국등록특허 및 미국특허출원에서 공개된 거주지 자동화 시스템으로, 이후의 내용 및 청구항에서 언급하는 "하이브리드 스위치"로 언급되는, AC SPDT 또는 DPDT 스위치를 SDPT 릴레이 및 전력소비 계산 회로에 결합한, 상기 결합된 스위치를 통합하는 것이다. 한편 상기 비디오 인터폰은 미국등록특허 5,923,363, 6,603,842 및 6,9406,957에서 공개되었으며, 상기 쇼핑 단말기는 미국등록특허 7,461,012, 8,117,076 및 8,489,469에서 공개되었다.

한편 상기 전력 소모에 영향을 주는 다른 문제는, 자동으로 동작하고 제어하기 위해 전력을 소비하는 많은 릴레이의 사용이다. 가정, 가게, 공장, 공공시설에 설치되는 많은 릴레이들은 지속적으로 전류를 드레인하고 전력을 소비한다. 따라서 이러한 많은 자동화 시스템에 설치될 때, 전반적인 소비 전력은 상당히 많은 것이다.

또한 듀얼 자기화 된(magnetized) 전기자 또는 극 또는 다른 구조화된 자기요소에 사용하는 래칭 전원 릴레이는, 매우 비싸고 복잡한 회로 및 제어 프로그램을 필요로 한다. 게다가 대부분의 마그네틱 래칭 릴레이들은, 예를 들어 표준으로 16암페어로 제공하며, 조명을 위해 일반적으로 사용되는 AC 스위치들의 전력 아래인 최대 8암페어로 상기 래칭 전원 릴레이 접점들을 단단하게 결합하기 위한 제한된 마그네틱 전력 때문에 제한된 전류 드레인을 제공할 수 있다.

또한 상기 래칭 전원 릴레이는, 짧은 전원 펄스 및 온 또는 오프로 잠그거나 래치(SPST)하거나, 또는 SPDT 또는 DPDT 릴레이를 사용한 상태전환에 의해 동작된다. 접점을 결합한 후, 코일은 더 이상 전력을 소비하지 않고 극은 위치로 자기적으로 래치된다. 이러한 자기력은 시간이 지나감에 따라 점점 감소하게 되며, 결국 상기 접점들의 표면을 악화시키고 종국적으로 상기 결합을 유지하지 못하도록 한다.

기계적 래칭 구조를 통해 특정 위치로 래치하기 할 수 있는 2013년 10월 4일에 출원된 미국특허출원 14/045,877에 공개된 것과 같은 기술은, 하이브리드 스위치로 통합하기 위한 저 전력 릴레이를 필요로 한다.

또한 이하에서 언급되는 기계적 래칭 릴레이는 기계적 래칭 구조를 가진 래칭 릴레이를 의미한다.

또한 본 발명에 의해 이루어지는 또 다른 실질적인 목적은, 다른 키 레버들과 맞을 수 있는 구조로 된 하이브리드 스위치와 상이한 스위치 제조사들에 의해 건설/전기 산업에 일반적으로 도입되고 있고 유용한, 여러 가지 디자인과 색깔을 포함하는, 매우 다양한 레버들과 장식커버들 및 프레임들로부터 어떠한 것이든 선택하기 위한 자유를 제공하는 것이다. 따라서 본 발명은 다양한 AC 스위치 디자인, 상기 AC 스위치 디자인의 패널 색깔 및 장식을 매칭하기 위한 어려움을 해결한다.

AC 전기기구 및 조명기구에 일반적으로 사용되는 스위치들의 3가지 타입은 단일 극-단일 스로(single pole-single throw, SPST) 및 단일 극-듀얼 스로(single pole-double throw, SPDT)스위치이다.

상기 SPST 스위치는 기본적인 온-오프 스위치이며, 상기 SPDT는 체인지 오버 스위치이다. 상기 SPDT 스위치는, 동일한 홀(hall) 또는 방에 대한 두 개의 입구와 같은, 두 개의 분리된 위치의 조명기구와 같이 주어진 전기기구의 온-오프 스위칭을 위해 사용된다.

또한 주어진 홀이나 방의 동일한 조명기구를 스위치 온-오프하기 위해 세 개 또는 그 이상의 스위치가 필요한 경우, DPDT 스위치의 또 다른 유형이 사용된다. 상기 DPDT 스위치 또는 복수의 스위치들은 상술한 상기 두 개의 SPDT 스위치들의 사이에서 주어진 일렬(straight)-교차(cross) 배치(configuration)로 연결된다. 상기 DPDT 스위치는 또한 "리버싱(reversing)"스위치로도 알려져 있다.

후술되는 바와 같이, 연속된 트래블러(traveler)의 구성으로 연결되는 하나 또는 그 이상의 DPDT 스위치를 포함하는 두 개의 SPDT 스위치는, 다른 스위치들의 상태와는 상관없이, 각 개별 스위치가 자동으로 작동되기 위해 제공된다. 그러므로 각각의 SPDT 및/또는 DPDT 설치 구성에 연결되는 상기 어느 스위치들은 다른 연결된 스위치 상태를 무시하고 상기 조명기구를 온 및 오프할 것이다. 이는, 연결된 스위치 레버들을 위한 특정 온 또는 오프 위치가 없고, 그리고 반대 방향으로 상기 스위치 레버를 누르거나, 또는 푸시 온(push on) - 푸시 오프(push off)키를 누름으로써, 스위칭 온 또는 스위칭 오프가 달성되는 것을 의미한다.

따라서 본 발명은, SPDT 릴레이를 포함하는 하이브리드 스위치를 조명기구 또는 다른 전기기구들을 운영하기 위해 연결된 SPDT 또는 DPDT 스위치에 연결하기 위한 것으로, "일반적으로 사용되는" 수동 스위치를 통한 운영을 유지하고, 하이브리드 스위치의 상기 SPDT 릴레이를 통한 원격 스위칭을 제공하고, 또한 일반적으로 사용되고 상기 하이브리드 스위치의 SPDT 릴레이를 통한 원격 스위칭과 마찬가지로 DPDT 및 SPDT 스위치들의 체인(chain)을 통해 상기 조명기구를 운영하기 위한 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 수동 SPDT 스위치에 연결된 조명기구 또는 다른 전기기구를 원격에서 온-오프 스위칭하기 위한 DPDT 릴레이를 연결하고, 두 개의 SPDT 스위치 및 한 개 또는 그 이상의 DPDT 스위치들을 포함하여, 좀 더 종합적인 스위칭 구성(setup)을 제공하는 것을 목적으로 한다.

한편 선행 기술의 가정 자동화 시스템에 대한 SPDT 및 DPDT 스위치로 연결된 체인은 주어진 회로의 모든 스위치 및 릴레이 상태의 데이터가 제어기로 전송되지 않으면, 조명기구와 같은 전기기구의 온-오프 상태를 식별하는 것을 불가능하다. 이는 모든 수동 스위치의 위치와 릴레이의 데이터를 제어기로 기록하고 업데이트하는 것을 의무화하도록 한다. 이는 복잡한 데이터 처리와 상기 복잡한 데이터 처리의 결과로서 나타나는 운영상의 복잡성을 야기하고, 상기 선행 기술의 가정 자동화 시스템에서 랜덤하게 작동될 때 마다 모든 수동 스위치 또는 릴레이에 대한 모든 상태 데이터를 전송하는 것을 요구하며, 이는 상당히 많은 데이터 트래픽과 데이터 처리를 필요로 한다.

이에 따라 본 발명의 또 다른 중요한 목적은, 전기기구가 스위치 온 될 때 식별하고, 상기 전기기구에 의해 소비되는 전력에 관계되는 데이터를 처리하기 위해 하이브리드 스위치에 AC 전류 센서를 도입하는 것이다. 이는 도넛형(toroidal) 또는 특별하게 구조화된 변류기와 같은 전류 센서의 도입, 도는 AC 라이브 라인에 선으로 연결되는 저 옴 메탈 합금, 또는 마그네틱 홀 센서 또는 라이브 AC 단자를 통해 전류 드레인의 레벨에 상응하는 출력 신호를 생성할 수 있는 다른 요소에 의해 달성된다.

또한 상기 AC 전류 센서의 출력신호 레벨은 mV단위로 측정되고, 증폭기를 통해 CPU로 가능한 레벨로 증폭된다. 또한 상기 증폭기와 CPU는 드레인(drain)되는 전류 데이터, 또는 전력 소비 데이터, 또는 온-오프 상태 데이터 및 이들의 조합을 생성하기 위한 하이브리드 스위치에 포함된다.

또한 본 발명의 하이브리드 스위치는, 릴레이의 운영을 위한 명령의 수신 및 전기기구의 상태에 관련된 데이터, 소비된 전력 또는 현재 드레인되는 데이터를 전송하기 위한 트랜시버(transceiver)를 포함한다. 상기 데이터는 식별된 전기기구, CPU에 의해 측정되는 것으로써 AC 전원의 사인곡선을 통한 전압기준에 대해 시간을 맞춘 전류 센서를 통해 트레인 된 AC 전류의 레벨을 기반으로 처리된다.

또한 수신된 명령 및 전송된 데이터는, 버스라인(bus line), 광 네트워크 또는 광케이블의 그리드(grid), 양방향 IR 네트워크, RF 무선 네트워크 및 이들의 조합과 같은 유선 네트워크로 구성된 그룹으로부터 선택되는 통신 네트워크를 통해 제공된다.

또한 상기 하이브리드 스위치의 트랜시버는, 양방향 중 적어도 한 방향 또는 양방향의 신호로 가정 자동화 제어기, 비디오 인터폰 또는 쇼핑 단말기와 통신한다. 상기 하이브리드 스위치와 CPU는 승인된 전원-온(power-on) 명령을 릴레이와 연결된 전기기구로의 응답, 또는 상태, 전기기구에 의해 소비되는 전력 및 전류 드레인에 관련한 조회에 대한 응답을 위해 프로그램 되며, 이를 통해 가정 자동화 제어기, 또는 상기 비디오 인터폰 또는 상기에서 참조한 US 특허에 묘사된 쇼핑 단말기를 업데이트하고, 또는 상기 명령이 상기 전기기구를 스위치 오프 하는 것이라면 "오프 상태"로 응답한다.

이 후, 가정 자동화 제어기에 대한 기준은, 상기에서 언급한 미국출원 및 미국특허에서 공개된 컨트롤 키, 터치아이콘 또는 터치스크린 및 비디오 인터폰 및/또는 쇼핑 단말기와 유사한 회로가 있는 디스플레이 디바이스이다.

또한 이하 및 청구항에서 언급되는 "하이브리드 스위치" 및 "하이브리드 스위치 릴레이"에 대한 용어는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 SPDT 릴레이, DPDT 릴레이, SPDT 스위치가 있는 DPDT 리버싱 릴레이, DPDT 스위치 및 리버싱 DPDT 스위치의 그룹에서 선택되는 통합된 조합을 나타낸다.

또한 "SPDT 하이브리드 스위치"라는 용어는, 주어진 부하의 수동 및 원격으로 동작하기 위한 독립형 스위칭 디바이스를 나타낸다.

또한 "DPDT 하이브리드 스위치"라는 용어는, 욕실 또는 세탁실과 같이 습기가 많은 환경에서 부하에 대한 두 개의 극, 즉 라이브 AC와 중성 AC를 수동 및 원격으로 스위칭 함으로써, 부하를 동작하기 위한 독립형 스위칭 디바이스를 나타낸다.

또한 "리버싱 하이브리드 스위치(reversing hybrid switch)", "크로싱 하이브리드 스위치(crossing hybrid switch)" 및 "리버싱 DPDT 하이브리드 스위치"라는 용어는, 상기 리버싱 하이브리드 스위치 및 적어도 하나의 SPDT 스위치 및/또는 듀얼 트래블러 라인의 캐스케이드 체인으로 모두 연결된 중간 n DPDT 스위치를 통해 온-오프 스위치 되는 주어진 부하를 위한 스위칭 디바이스를 나타내고, 상기 연결된 각각의 스위치는, 주어진 부하를 작동할 수 있고, 또는 상기 부하를 온-오프 스위칭 한다.

또한 이하 및 청구항에서 언급되는 "접촉기(contactor)"라는 용어는, SPDT 및 DPDT 스위치를 위해 사용되는 듀얼 접점을 포함하는 전도성 지지구조, 또는 리버싱 하이브리드 스위치를 위해 사용되는 3개의 접점을 포함하는 전도성 지지구조, 또는 내부 연결에 의해 SPDT 또는 DPDT 릴레이 및 SPDT 또는 DPDT 스위치의 접점, PCB(printed circuit board) 또는 다른 전도성 구조체와 같은 것을 말한다.

또한 본 발명의 주요 목적은, 바람직한 일 실시예에 따라, 이후에 설명될 누르기-누르기(push-push), 눌러서 해제(push-release) 스위치를 위한 공개된 래칭 구조와 비슷한 기계적 래칭 구조의 사용이다. 상기 기계적 래칭 구조는, 래칭 온 상태, 또는 비(non)-래칭 오프 상태, 또는 상기 두 상태에서 20 암페어 또는 그 이상의 AC 전류를 위한 작은 릴레이의 사용을 가능하게 하는 추가된 접지압(contact pressure)을 제공한다. 또한 상기 두 상태에서, 릴레이 코일로 전원이 제공되지 않고, 그리고 어떠한 상태에서 SPDT 또는 DPST 래칭 릴레이의 트래블러 단자 및/또는 본 발명의 하이브리드 스위치를 통해 부하는 전원을 공급받을 수 있거나 전원이 공급된다.

또한 본 발명의 주요 목적은, 이 후에서 설명되고 도면에서 보이고 있는 래칭 전기자(armature)에 대한 부분 해제 이동을 위한 제어이다. 또한 래칭 또는 잠금 디바이스는 완전히 당겨진 전기자의 상태에서 약간 다른 접촉 위치로 특정 극을 래치한다.

상기 전기자의 부분 해제 이동은, 극 접점과 접촉기 접점인, 두 접점 사이의 미세한 이동을 야기 시킨다. 또한 상기 이동은 상기 접점들의 표면에 전기결점을 청소함으로써, 브러싱(brushing) 효과를 제공한다. 그러나 상기 각각의 이동은, 접점 압력 변화를 생성할 수 있다. 이러한 접점 압력 변화는 전류 용량(current carrying capacity)이 내부 접점의 이동에 의해 영향을 받지 않도록 보장하기 위해 최소화되어야 한다.

또한 확장된 "벤딩(bending)" 극 또는 극 자체의 접점을 포함하는 스프링 구동 접점들을 제공하기 위한 결정은, 설계상의 선택이며, 이는 추가적으로 설명될 것이다. 또한 본 발명의 또 다른 실시예를 포함하는 부드럽고, 고장 없는 래칭기구를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 "탄성요소"란 용어는, 벤딩(bending) 및/또는 플렉싱(flexing)극, 또는 스프링 같은 접점을 제공하기 위해 구조화된 극, 또는 스프링을 포함하는 극, 또는 스프링에 의해 구동되는 극, 또는 스프링에 의해 구동되는 전기 접점, 또는 스프링을 포함하는 접점, 또는 스프링과 같은 요소 및 스프링의 어느 조합으로 구조화되는 접점, 또는 극 및 래칭 릴레이의 접점들과 연관된 구조를 나타낸다.

본 발명의 일 실시예에 따른 래칭 방법은, 릴레이의 적어도 하나의 극 및 상기 릴레이의 베이스와 몸체 중 하나 사이에서 확장되는 스프링 구동 잠금 디바이스에 의해 상기 극과 적어도 하나의 제1 접점이 결합된 상태를 유지하기 위하여 릴레이의 적어도 하나의 극을 래칭하기 위한 래칭 방법에 있어서, 상기 극은 상기 릴레이의 마그네틱 코일에 전기 전원 펄스가 공급될 때, 상기 릴레이의 마그네틱 코일에 의해 당겨진 전기자(armature)에 부착되며, 상기 전기 전원 펄스는 상기 적어도 하나의 극을 상기 적어도 하나의 제1 접점과 접점을 포함하지 않는 적어도 하나의 제2 접점 중 하나와 각각 결합함으로써, 스위치 온(switch on), 스위치 오버(switch over), 스위치 오프(swich off), 교차(cross)에서 일렬(straight)로의 스위치, 일렬에서 교차로의 스위치를 포함하는 그룹에서 선택된 상태로 상기 릴레이를 동작시키기 위한 시간 기간(time duration)을 가지고, 그리고 상기 적어도 하나의 극을 잠그는 것과 해제하는 것 중 하나를 위해서 당겨진 전기자를 이용하여 상기 잠금 디바이스를 압축하기 위한 시간기간을 가지며, 상기 마그네틱 코일로 상기 전기 전원 펄스의 각 새로운 공급은, 상기 적어도 하나의 극을 상기 적어도 하나의 제1 접점과 결합 및 해제 중 하나로 릴레이의 상태를 반전(reverse)시키며, 그리고 적어도 하나의 제1 접점과 적어도 하나의 제2 접점 사이에 상기 적어도 하나의 극의 결합을 스위칭 오버하여 릴레이 상태를 반전시키며, 상기 극과 상기 제1 접점 중 적어도 하나는, 상기 전기 전원 펄스의 공급 시간 간격이 끝나고 상기 극이 래치될 때, 스프링과 탄성 구조를 포함하는 탄성요소로 구조화되어 상기 전기자의 부분적인 해제를 제공하며, 상기 방법은, a. 상기 전전자를 끌어당기기 위해 상기 코일에 상기 전기 전원 펄스를 공급하는 단계, b. 상기 시간기간 이후, 상기 잠금 디바이스에 의해 상기 적어도 하나의 극을 래칭하기 위해 상기 적어도 하나의 극과 상기 적어도 하나의 제1 접점을 결합하는 단계, c. 상기 래칭을 포함한 상기 시간기간 이후에 상기 결합을 유지하는 단계, d. 상기 지속이간 이후 상기 전기자를 부분적으로 해제하는 단계, e. 스위치 온에서 오프로, 스위치 오프에서 온으로, 스위치 오버, 크로스에서 일렬로, 일렬에서 크로스로를 포함하는 그룹에서 선택된 상기 릴레이의 상태를 반전하기 위해 새로운 전기 전원 펄스를 공급하는 단계, f. 상기 a 단계에서 e 단계를 새롭게 시작하기 위해 상기 코일에 새로운 상기 전기 전원 펄스를 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 릴레이는, 단일 극 단일 스로(single pole single throw, SPST), 단일 극 듀얼 스로(single pole dual throw, SPDT), 듀얼 극 단일 스로(dual poles dingle throw, DPST), 듀얼 극 듀얼 스로(dual poles dual throw, DPDT), 리버싱 DPDT(reversing DPDT), 세 개 또는 그 이상의 멀티 극 단일 스로(multi poles single throw, MPST) 및 멀티 극 듀얼 스로(multi poles dual throw, MPDT) 구성되는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 전기자의 부분 해제 이동은, 전기결점(electrical blemishes)으로부터 상기 접점을 와이핑(wiping)하기 위해 상기 적어도 하나의 극에 대한 접점과 제1 접점 사이의 미세한 이동을 하도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 릴레이는, 탄성 구조화된 극, 긴 극, 스프링 구동 극, 탄성 구조화된 상기 제1 접점, 스프링 구동 상기 제1 접점 및 이들의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된 탄성요소에 의해 상기 제1 접점과 함께 상기 시간기간 이후, 상기 결합을 유지하기 위해 구조화되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 릴레이는, 상기 전기자를 작동시키기 위한 하나의 수동 플런저(plunger)에 의해 적어도 하나의 부하로 전원을 공급하기 위해 하이브리드 스위치로 통합되며, 수동으로 작동되는 단일 및 듀얼 극 중 하나는 적어도 두 개의 접촉기를 통해 적어도 하나의 상기 SPDT 및 DPDT 릴레이의 단일 및 듀얼 극에 부착된 상기 하나의 전기자에 연결되며, 상기 하이브리드 스위치는 적어도 하나의 전원 단자, 수동 동작키, 직접 또는 트래블러 라인(traveler line)을 통해 부하와의 연결을 위한 단일 및 듀얼 단자 중 하나를 더 포함하며, 상기 방법은, a. 캐스케이딩(cascading) SPDT와 DPDT 수동 스위치 중 적어도 하나를 통해 직접적으로 및 트래블러 라인 중 하나에 의해 단일 극단자와 듀얼 극단자 중 하나에 부하를 연결하는 단계, b. 상기 적어도 하나의 전원 단자에 전원을 연결하는 단계, c. 전기 월 박스와 캐비닛 중 하나에 하이브리드 스위치를 설치하는 단계, d. 수동 작동키와 상기 코일에 전기 전원 펄스를 공급하는 것 중 하나에 의해 상기 부하에 전원을 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 SPDT 릴레이는, 라이브 AC 라인을 통해 상기 부하에 전원을 직접 공급하기 위한 하나의 극단자와 AC 전원을 연결하기 위해 AC 라이브 및 중성 단자를 포함하며, 상기 DPDT 릴레이는, 상기 AC 및 중성라인을 통해 상기 부하에 직접 전원을 공급하기 위한 AC 전원과 두 개의 극단자를 연결하기 위해 AC 라이브와 중성단자 구성되며, 상기 리버싱 DPDT는, 캐스케이딩 SPDT와 DPDT 수동 스위치 중 적어도 하나와 듀얼 트래블러 라인을 통해 전원을 공급하기 위한 AC전원과 두 개의 극단자를 연결하기 위해 AC 라이브와 중성단자 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 수동으로 작동되는 극은, 눌러서 잠금(push to lock), 눌러서 해제(push to release), 누르기-누르기(push-push), 로커(rocker), 토글(toggle), 슬라이드(slide), 회전(rotate) 및 이들의 조합을 포함하는 그룹에서 선택된 키 동작에 의해 동작되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 수동으로 동작되는 극은, 마이크로 스위치와 로커 스위치의 적어도 하나의 극이며, 상기 마이크로 스위치는 눌러서 잠금 및 눌러서 해제 메커니즘의 래칭 키에 의해 지지되는 레버를 통해 작동되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 하이브리드 스위치는, 불투명한 키, IR이 통과하는 투명한 키, 투명한 인디케이터(indicator)를 가진 키, 투명한 인디케이터의 창(window)을 가진 키, IR이 통과하는 창을 가진 키, 색조가 입혀진 키 및 이들의 조합을 포함하는 그룹에서 선택된 키를 구비한 교체 가능한 장식커버를 사용하는 표준 월 박스에 설치하기 위한 케이싱 사이즈와 모양으로 패키지되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 하이브리드 스위치는, CPU, 메모리, 전류 드레인 센서, 전류 신호 증폭기, 상태센서, 광케이블을 위한 광 액세스(access)를 포함하는 적어도 하나의 광 트랜시버, 안테나를 포함하는 RF 트랜시버, 공기 중에 노출된 액세스가 있는 IR 트랜시버, 버스 라인 드라이버, 적어도 하나의 인디케이터 드라이버, 적어도 하나의 릴레이 코일 드라이버, 적어도 하나의 세팅 셀렉터(selector) 및 이들의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된 전기회로를 더 포함하며, 상기 전기회로의 기능은, 명령 수신, 명령에 대한 응답, 상기 부하의 상태, 상기 부하에 의해 소비된 전력 및 이들의 조합을 포함하는 그룹에서 선택된 데이터를 통신하기 위한 상기 광케이블 중 하나에 의한 광, 라인오브사이트에 있는 IR(IR in line of sight), 상기 안테나를 통한 RF, 상기 버스 라인 드라이버를 통한 전기 및 이들의 조합으로부터 선택된 양방향 신호 전파의 적어도 하나의 방향을 포함하는 동작 명령에 대한 응답, 전류 센서와 부하 상태 신호 중 하나의 검출, 부하에 의해 소비된 전력 계산 및 이들의 조합을 포함하는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 수동 및 원격으로 작동되는 극은, 상기 계산과 상기 통신을 위해 상기 부하에 의해 드레인되는 전류와 관련된 신호 레벨을 제공하기 위해 저 저항 합금을 포함하여 구조화되는 것을 특징으로 한다.

또한 두 개의 고 저항 레지스터(high ohmic resistor)는 상기 부하와 라이브 AC 단자 사이의 연속성(continuity)을 확인하기 위한 상기 전기회로에 드라이버 신호를 제공하기 위해 전압 드라이버를 공동으로 형성하는 상기 각 트래블러의 접점과 각각 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 부하의 세부사항들과 위치는, 상기 세팅 셀렉터를 통한 설정과 메모리로 다운로드 되는 것 중 하나인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 수동으로 작동되는 극과 상기 적어도 하나의 캐스케이딩 SPDT와 DPDT 스위치의 키 중 하나의 제1 키잉(keying)을 포함하여 부하의 상태를 반전하기 위한 모든 키잉 동작은, 온에서 오프로 및 오프에서 온으로 중 하나로 상기 부하의 상태를 반전하고, 확장된 기간 타이머와 주어진 부하의 클러스터에 대한 온과 오프 중 하나로 스위치하기 위한 명령을 개시하는 반복된 키잉 동안 제1 기간 타이머를 개시하고, 상기 확장된 기간 타이머 동안 연이은 키잉은, 주어진 가정 자동화의 각각의 부하를 위한 온 및 오프 중 하나로 스위치하기 위한 명령을 개시하며, 상기 제1 기간 타이머 및 상기 확장된 기간 타이머 동안 상기 첫 번째 반전상태를 유지하기 위해 단일 및 듀얼 극 중 하나에 부착된 상기 전기자의 내부 제어를 포함하는 상기 각 온과 오프 중 하나로 스위치하기 위한 상기 각각의 명령은, 광케이블, RF, 라인오브사이트에서의 IR, 버스라인 및 이들의 조합을 포함하는 그룹에서 선택된 상기 가정 자동화의 그리드와 네트워크 중 하나를 통해 전파되며, 상기 방법은, e. 상기 세팅 셀렉터와 상기 메모리로 다운로드하는 것 중 하나를 통해 상기 주어진 부하의 세부사항과 위치를 설정하는 단계, f. 부하 상태를 첫 번째로 반전하기 위해 상기 수동으로 작동되는 극과 상기 하나의 캐스케이딩 SPDT 및 DPDT 스위치 중 하나를 키잉하는 단계, g. 상기 첫 번째로 반전된 부하의 상태에 부합하기 위해 주어진 상기 부하의 클러스터를 스위칭하기 위한 상기 제1 기간 타이머 내에 상기 키잉을 반복하는 단계, h. 직접 및 가정 자동화 분배기를 통해, 상기 가정 자동화 그리드 및 네트워크 내에 있는 상기 클러스터의 하이브리드 스위치와 상기 클러스터의 다른 제어 릴레이로 명령신호를 전파하는 단계, i. 상기 첫 번째 반전상태에 부합하기 위해 상기 오토메이션 그리드 및 네트워크 내의 주어진 모든 부하를 스위칭하기 위한 상기 확장된 기간 타이머 내에 상기 키잉을 반복하는 단계 및 j. 직접 및 가정 자동화 분배기를 통해, 상기 가정 자동화 그리드와 네트워크 내의 주어진 모든 부하의 하이브리드 스위치와 다른 제어 릴레이로 명령신호를 전파하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다

또한 복수의 하이브리드 스위치는 각각은, 상기 수동 플런저(plunger) 중 하나와 상기 수동으로 작동되는 단일 및 듀얼 극 중 하나를 포함하며, 상기 수동 작동키와 상기 코일은, 복수의 크기를 가지는 베이스와 케이싱(casing)으로 결합되어 통합되고 패키징되며, 상기 하이브리드 스위치의 동작은, 모두 함께, 그룹으로, 개별적으로 그리고 이들의 조합을 포함하는 그룹에서 선택적으로 선택되는 것을 특징으로 한다.

아울러 본 발명의 일 실시예에 따른 래칭 릴레이는, 적어도 하나의 극과 적어도 하나의 제1 접점의 결합상태를 유지하기 위해 스프링 구동 잠금 디바이스를 포함하는 래칭 릴레이에 있어서, 상기 적어도 하나의 극과 상기 릴레이의 베이스와 몸체 중 하나 사이로 확장된 상기 잠금 디바이스는, 상기 스프링, 잠금링크(lock link), 바 및 압축에 의해 해제에서 잠금과 잠금에서 해제로 잠금상태를 스위칭 오버하기 위한 리셉터클(receptacle)을 포함하며, 상기 래칭 릴레이는, 마그네틱 코일, 상기 적어도 하나의 극에 부착된 전기자 및 전원 연결을 위한 연결 단자, 적어도 하나의 부하와 전원연결을 위한 연결단자, 트래블러 라인 및 이들의 조합을 더 포함하고, 상기 전기자는 상기 적어도 하나의 제1 접점이 있는 적어도 하나의 극과 접점을 포함하지 않는 적어도 하나의 제2 접점을 각각 결합함으로서, 스위치 온, 스위치 오버, 스위치 오프, 크로스에서 일렬로 스위치, 일렬에서 크로스로 스위치하는 것을 포함하는 그룹에서 선택된 상태로 상기 래칭 릴레이를 동작시키기 위해 시간 기간을 가지는 전기 전원 펄스가 공급된 상기 마그네틱 코일에 의해 당겨지며, 상기 전기자는, 상기 코일로 상기 전기 전원 펄스의 새로운 공급과 함께 상기 잠금 디바이스를 동시에 압축하는 상기 마그네틱 코일에 의해 당겨지고, 상기 적어도 하나의 극을 상기 적어도 하나의 제1 접점과 결합하는 것과 해제하는 것 중 하나와, 상기 적어도 하나의 제1 접점과 제2 접점 사이의 상기 적어도 하나의 극에 대한 결합을 스위칭 오버하는 것 중 하나에 의해 상기 래칭 릴레이를 반전하며, 상기 적어도 하나의 극과 상기 제1 접점은, 탄성요소로 구조화된 것 중 하나이고, 상기 코일로 공급되는 상기 전기 전원 펄스가 차단되고 상기 극이 래치될 때, 부분적으로 해제된 상기 전기자를 제공하기 위한 스프링과 탄성구조 중 하나를 포함하며, 상기 스프링과 탄성구조 중 하나는, 상기 전기 전원 펄스의 새로운 공급을 통해 상기 래칭 릴레이의 상태를 스위칭 오버하기 위한 압축에 의해 상기 잠금 디바이스를 해제하기 위해 제공되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 래칭 릴레이는, 단일 극 단일 스로(SPST), 단일 극 듀얼 스로(SPDT), 듀얼 극 싱글 스로(DPST), 듀얼 극 듀얼 스로(DPDT), 리버싱 DPDT, 세 개 및 그 이상의 멀티 극 싱글 스로(MPST), 멀티 극 듀얼 스로(MPDT) 및 이들의 조합을 포함한 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 전기자의 부분 해체 이동은, 전기결점(electrical blemishes)으로부터 상기 접점들을 와이핑(wiping)하기 위해 상기 적어도 하나의 극에 대한 접점과 상기 제1 접점 사이의 미세한 이동을 하도록 한다.

또한 상기 래칭 릴레이는, 탄성체로 구조화되는 극, 긴 극, 스프링 구동 극, 탄성체로 구조화된 상기 제1 접점, 스프링 구동 상기 제1 접점 및 이들의 조합을 포함하는 그룹에서 선택된 탄성요소에 의해 상기 제1 접점과 함께 상기 시간 기간 이후 상기 결합을 유지하기 위해 구조화되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 래칭 릴레이는, 수동으로 작동하는 상기 전기자를 수동으로 작동하기 위한 플런저 중 하나와 상기 전기 부하로 전원을 공급하기 위한 적어도 두 개의 접촉기를 통해 상기 SPDT 및 DPDT 릴레이 중 적어도 하나의 단일 및 듀얼 극에 부착되는 상기 전기자 중 하나에 연결되는 수동으로 작동되는 단일 및 듀얼 극 중 하나를 통해 하이 브리드 스위치로 통합되며, 전기 월 박스와 전기 캐비닛 중 하나에 설치되기 위한 통합된 하이브리드 스위치는, SPDT, DPDT 스위치 및 수동 작동 키 중 적어도 하나를 포함하는 캐스케이딩 된 트래블러 와이어의 쌍을 통해 상기 부하에 연결하기 위한 트래블러 단자 중 하나의 쌍과 상기 부하에 직접적으로 연결하기 위한 적어도 하나의 부하단자, 전원 연결을 위한 적어도 하나의 전원단자를 더 포함하며, 상기 전기부하는, 상기 수동 작동키 중 하나와 하이브리드 스위치 상태를 반전하기 위해 상기 코일에 새로운 전기 전원 펄스의 공급을 통해 전원이 공급되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 SPDT 스위치는, 상기 라이브 AC 라인을 통해 상기 전기부하에 직접적으로 전원을 공급하기 위한 AC 전원과 하나의 극단자를 연결하기 위한 AC 라이브 및 중성단자를 포함하고, 상기 DPDT 스위치는, AC 라인 및 중성라인을 통해 상기 전기부하에 직접적으로 전원을 공급하기 위한 AC 라이브 및 중성 전원 라인을 온 및 오프 스위칭하기 위한 AC 전원과 두 개의 극단자를 연결하는 AC 라이브 및 중성단자를 포함하며, 상기 리버싱 DPDT 스위치는, 상기 전기부하에 듀얼 트래블러 라인 및 캐스케이딩 SPDT 수동 스위치 중 적어도 하나를 통해 전원을 공급하기 위한 AC 전원과 두 개의 극단자를 연결하기 위한 AC 라이브와 중성단자를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 수동적으로 작동하는 극은, 눌러서 잠금, 눌러서 해제, 누르기-누르기, 로커, 토글, 슬라이드, 회전 및 이들의 조합을 포함하는 그룹에서 선택된 키 동작에 의해 작동되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 수동적으로 작동하는 극은, 마이크로 스위치 및 로커 스위치의 적어도 하나의 극이고, 상기 마이크로 스위치는, 눌러서 잠금 및 눌러서 해제 메커니즘의 래칭 키에 의해 지지되는 레버를 통해 작동되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 하이브리드 스위치는, 불투명한 키, IR이 통과하는 투명한 키, 투명한 인디케이터(indicator)를 가진 키, 투명한 인디케이터의 창(window)을 가진 키, IR이 통과하는 창을 가진 키, 색조가 입혀진 키 및 이들의 조합을 포함하는 그룹에서 선택된 키를 구비한 교체 가능한 장식 커버를 사용하는 표준 월 박스에 설치하기 위한 케이싱 사이즈와 모양으로 패키지되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 하이브리드 스위치는, CPU, 메모리, 전류 드레인 센서, 전류 신호 증폭기, 상태센서, 광케이블을 위한 광 액세스를 포함하는 적어도 하나의 광 트랜시버, 안테나를 포함하는 RF 트랜시버, 공기 중에 노출된 액세스가 있는 IR 트랜시버, 버스 라인 드라이버, 적어도 하나의 인디케이터 드라이버, 적어도 하나의 릴레이 코일 드라이버, 적어도 하나의 세팅 셀렉터 및 이들의 조합을 포함하는 그룹에서 선택된 전기회로를 더 포함하며, 상기 전기회로의 기능은, 명령 수신, 명령에 대한 응답, 상기 부하 상태, 상기 부하에 의해 소비되는 전력 및 이들의 조합을 포함하는 그룹에서 선택된 데이터를 통신하기 위한 상기 하나의 광케이블, 라인오브사이트에 있는 IR, 상기 안테나를 통한 RF, 상기 버스 라인 드라이버를 통한 전기 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로 선택된 적어도 하나의 양방향 신호 전파의 적어도 하나의 방향을 포함하는, 동작 명령에 대한 응답, 전류 센서와 부하 상태 신호 중 하나의 검출, 부하에 의해 소비되는 전력 계산 및 이들의 조합을 포함하는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 한다.

또한 수동 및 전기자 중 하나로 작동되는 극은, 상기 계산 및 상기 통신을 위한 상기 부하에 의해 드레인 되는 전류와 관련된 신호 레벨을 제공하기 위해 저 저항 합금을 포함하여 구조화되는 것을 특징으로 한다.

또한 두 개의 고 저항 레지스터는, 상기 부하와 라이브 AC 단자 사이의 연속성을 확인하기 위한 상기 전기회로에 드라이버 신호를 제공하기 위해 전압 드라이버를 공동으로 형성하는 상기 각 트래블러의 접점과 각각 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 부하의 세부사항들과 위치는, 상기 세팅 셀렉터를 통한 설정과 메모리로 다운로드 되는 것 중 하나인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 수동적으로 작동되는 극과 적어도 하나의 캐스케이딩 SPDP 및 DPDT 스위치의 키 중 제1 키잉을 포함하여 부하 상태를 반전하기 위한 모든 키잉 동작은, 온에서 오프로, 오프에서 온으로 중 하나로 상기 부하의 상태를 반전하고, 확장된 기간 타이어와 주어진 부하의 클러스터에 대한 온과 오프 중 하나로 스위치하기 위한 명령을 개시하는 반복된 키잉 동안 제1 기간 타이머를 개시하고, 상기 확장된 기간 타이머 동안 연이은 키잉은, 주어진 가정 자동화의 각각의 부하를 위한 온 및 오프 중 하나로 스위치하기 위한 명령을 개시하며, 상기 주어진 가정 자동화의 그리드와 네트워크 중 하나를 통해 연결된 상기 주어진 모든 부하와 부하의 클러스터의 각 상기 주어진 부하의 세부사항 및 위치는 상기 세팅 셀렉터에 의해 세팅되는 것과 상기 메모리로 다운로드 되는 것 중 하나이며, 상기 각 명령 상기 클러스터와 상기 주어진 모든 부하를 온 및 오프 중 하나로 스위치하기 위한 명령은, 광케이블, RF, 라인오브사이트에서의 IR, 버스라인 및 이들의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된 상기 그리드 및 네트워크 중 하나에 의해 전파되는 상기 부하의 상기 첫 번째 반전상태에 상응하는 명령이고, 상기 제1 기간 타이머 및 상기 확장된 기간 타이머 동안 상기 부하의 반전된 상태를 유지하기 위해 단일 및 듀얼 극 중 하나에 부착된 상기 전기자의 내부 제어를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 접촉기는, 상기 스위치를 구비하는 상기 래칭 릴레이를 연결하는 PCB(printed circuit board)와 다른 전도성 구조 중 하나에 의해 연결되는 래칭 릴레이와 스위치의 접점 구조인 것을 특징으로 한다.

본 발명은, PCB 어셈블리를 포함하는 릴레이와 스위치의 극을 연결하기 위한 도전체로 구조화되는 접촉기들을 사용하여, 단일 및 복수의 하이브리드 SPDT와 DPST 스위치들 중 하나를 기계적으로 래칭하는 SPDT와 DPST 중 적어도 하나와 통합하는 것을 포함하는, SPST, SPDT, DPDT, 리버싱 DPDT, 다중 폴 MPST, MPDT를 포함하는 그룹에서 선택된 릴레이 중 적어도 하나의 극의 기계적 래칭 방법과 래칭 디바이스에 관한 것으로, 광케이블, RF, IR과 버스라인에 의해 가정 자동화 그리드나 네트워크 내의 부하의 그룹, 각각의 부하를 온-오프 스위치하는 통합된 하이브리드 스위치-릴레이로 트래블러 라인에 연결된 각 SPDT나 DPST 스위치의 수동키를 제공하기 위한 CPU 프로그램을 포함하고, 전기 전력 펄스에 의해 릴레이 코일에 전원을 공급하는 것에 의해 원격으로 및 스위치 수동키를 통해서 전기 부하를 작동하기 위한 것이다. 이를 통해 본 발명은 설치가 쉽고, 간단하며, 오늘날 자동화 디바이스보다 낮은 비용에 일반적으로 사용되는 AC 스위치의 크기와 모양에 구조화된, 전력소비감지, 계산과 보고회로를 포함하는 스위치와 릴레이의 조합으로 구성되는 단일 자동화 디바이스를 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명의 하이브리드 스위치는, 광 네트워크, IR 네트워크, RF 네트워크 및 이들의 조합을 통해, 릴레이의 운영을 위한 명령을 수신하고, 부하의 상태에 관련된 데이터를 사용자에게 제공함으로써, 상기 부하의 온-오프 상태를 식별할 수 있도록 하여, 상기 부하의 정확한 작동을 수행할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한 본 발명의 하이브리드 스위치는, 상기 네트워크를 통해, 상기 부하에 의한 소비되는 전력 또는 현재 전류 드레인에 관련된 데이터를 사용자에게 제공하여, 편의를 제공할 수 있는 효과가 있다.

도 1a 및 도 1b는 선행기술에 따른 AC 전기기구를 작동하기 위한 전기적 SPDT 릴레이 및 SPDT 스위치의 연결과 전기적 SPDT 릴레이 및 SPDT 스위치를 도시한 전기적 도면이다.
도 1c는 성행기술에 따른 AC 전기기구를 작동하기 위한 전기적 SPDT 릴레이 및 SPDT 마이크로 스위치의 인클로저(enclosure) 또는 케이싱(casing) 및 전기적 SPDT 릴레이와 SPDT 마이크로 스위치를 도시한 도면이다.
도 2a 내지 도 2c는 선행기술에 따른 애드-온(add-on) DPDT 릴레이의 디자인을 도시한 도면과 미국에서 사용되는 선행기술의 SPDT 스위치의 부착을 위한 케이싱으로 구조화되는 것을 도시한 도면을 포함하여 나타낸 전기적 도면이다.
도 3a는 선행기술에 따른 PCB상의 마이크로 스위치와 릴레이의 어셈블리를 나타낸 도면이다.
도 3b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 SPDT 릴레이 및 SPDT 마이크로 스위치의 결합 또는 통합을 나타낸 단면도이다.
도 3c는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 하이브리드 스위치 및 릴레이의 결합구조를 나타낸 투시도이다.
도 4a는 선행기술에 따른 토글 또는 로커 전기 스위치의 요소 및 동작을 도시한 도면이다.
도 4b는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 SPDT 하이브리드 스위치-릴레이를 통합하기 위한 수정된 구조, 접촉기, 접점 및 단자와 함께 도 3b의 SPDT 로커 및 SPDT 릴레이를 도시한 단면도, 분해도 및 투시도이다.
도 5a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 리버싱 접촉기 및 단자들의 수정된 구조를 포함하여, 통합된 SPDT 릴레이 및 DPDT 마이크로 스위치를 도시한 분해도이다.
도 5b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 DPDT 접촉기가 SPDT 릴레이에 통합된 4가지의 상태와, 접점들의 상태에 대한 조합을 강조한 도면이다.
도 5c는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 DPDP 또는 리버싱 하이브리드 스위치-릴레이의 통합된 접점의 전기 회로를 도시한 도면이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 4b를 확장하고, SPDT 릴레이와 리버싱 DPDT 로커 스위치의 통합을 나타낸 분해도이다.
도 6b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 통합된 리버싱 DPST 하이브리드 마이크로 스위치 및 SPDT 릴레이의 어셈블리와 케이싱을 나타낸 도면이다.
도 7a 내지 도 7b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 DPDT 마이크로 스위치와 DPDT 릴레이를 포함하는 일자형(straight) DPDT 하이브리드 스위치의 분해도 및 전기회로를 각각 나타낸 도면이다.
도 7c는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 DPDT 릴레이를 구비한 DPDT 로커 스위치를 포함하는 일자형 DPDT 하이브리드 스위치의 분해도 및 투시도이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 하이브리드 SPDT 및 DPDT 마이크로 스위치-릴레이를 위해 사용되는 선행기술의 잠금-해제 구조를 도시한 분해도 및 단면도이다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 프레임 지지대, 커버, 변형된 푸시 키를 구비한 하이브리드 SPDT 또는 DPDT 스위치 및 SPDT 릴레이의 어셈블리를 도시한 투시도 및 단면도를 나타낸 도면이다.
도 10a 내지 도 10c는 유럽에서 사용되는 것으로써, 프레임 지지대, 커버 및 변형된 푸시 스위치를 구비한 하이브리드 SPDT 스위치, DPDT 스위치 및 SPDT 릴레이의 어셈블리를 나타낸 투시도 및 분해도이다.
도 11a 내지 도 11c는 미국에서 사용되는 것으로써, 프레임 지지대, 커버 및 변형된 푸시 스위치를 구비한 하이브리드 SPDT 스위치, DPDT 스위치 및 SPDT 릴레이의 어셈블리을 나타낸 투시도 및 분해도이다.
도 12a 내지 도 12b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 하이브리드 SPDT 및 DPDT를 포함하는 제어 및 통신회로를 도시한 블록도이다.
도 12c는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 하이브리드 스위치에서 사용되는 것으로써, 상태센서의 블록도 및 회로를 도시한 도면이다.
도 13a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 하이브리드 스위치 및 하이브리드 스위치와 관련된 디바이스들을 작동하기 위한 가정 자동화 그리드 및 네트워크를 나타낸 블록도이다.
도 13b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 가정 자동화 그리드 및 네트워크 내에서 명령 및 응답을 전파하기 위한 가정 자동화 분배기에 의해 제공되는 연결(connection)들을 도시한 도면이다.
도 14a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전류 센싱 회로를 나타낸 블록도이다.
도 14b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 5개의 정현파 주기에 대한 시분할 측정과 함께, 전류 및 상기 전류의 위상 이동 대비 전원 라인 전압의 정현파를 도시한 도면이다.
도 15a 및 도 15b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 배선(wiring)단자와 제어회로(미도시)가 있는 소켓 인클로저로 연결될 수 있는 케이싱 사이즈 및 모양으로 통합된 복수의 하이브리드 스위치에 대한 구조 및 케이싱을 도시한 도면이다.
도 16a 내지 도 16c는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 단일 극 또는 SPDT 및 DPDT 릴레이의 듀얼 극을 위한 래칭 메커니즘을 적용하기 위한 것으로, 도 8a 내지 도 8c에 도시한 래칭 메커니즘에 대한 투시도 및 단면도이다.
도 17a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 재구조화된 극을 구비한 릴레이 및 기계적 래칭 구조를 수용하기 위한 확장된 몸체를 각각 도시한 도면 및 단면도이다.
도 17b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 래칭 릴레이의 단순화한 동작 단계를 도시한 도면 및 단면도이다.
도 18a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 하이브리드 스위치에 SPDT 래칭 릴레이를 제공하는 SPDT 릴레이 및 스위치 조합을 도시한 도면과 단면도이다.
도 18b는 본 발명의 일 실시예에 따른 리버싱 DPDT 하이브리드 스위치와 듀얼 극 래칭 구조를 포함하는 DPDT 릴레이의 세부구조를 도시한 도면이다.
도 19a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 완전히 당겨진 단계에서 부분 해제 단계까지 상태가 변화하는 동안 접점들 사이의 미세한 이동을 보이는 완전 해제 단계, 완전히 당겨진 단계 및 부분 해제 단계를 포함하는 3개의 래칭 단계와 확장되거나 연장된 극의 벤딩(bending)을 도시한 단면도이다.
도 19b는 본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예에 따른 극의 확장된 길이 없이 스프링으로 구동되는 접점들을 결합하는 주어진 극을 위한 도 19a의 3개의 래칭 단계를 도시한 단면도이다.
도 19c는 본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예에 따른 도 19b의 주어진 극 자체의 일부분으로 구조화되는 스프링 구동 접점을 도시한 단면도이다.
도 20a 및 도 20b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 도 19a 내지 도 19c에 도시한 수동으로 작동하는 릴레이의 전기자를 위한 수동 키 및 플런저(plunger)를 각각 도시한 단면도이다.
도 20c는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 도 20b의 플런저와 키와 함께 도 19a에서 보인 릴레이를 도시한 도면이다.
도 21a 내지 도 21c는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 도 20a 내지 도 20c의 하이브리드 스위치의 동작을 위해 도 9a 내지 도 9c에 도시한 푸시 키에 대한 수정된 도면 및 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1a는, 미국등록특허 7,649,727에서 공개된 것과 같이 선행기술의 릴레이 코일 6L에 의해 동작되는 자동 SPDT 릴레이 6와 연결되는 단일 극 듀얼 스로(SPDT) AC 스위치 7을 포함하는 전기회로를 나타낸 도면이다. 상기 전기회로는, 복도(corridor)의 양 끝에서 복도의 조명을 스위칭 하는 것과 같이, 댁내에 상이한 두 위치에서 조명을 온-오프 스위칭하기 위한 두 개의 SPDT AC 스위치의 트래블러(traveler) 단자(terminal) 1 및 2사이에 두 개의 트래블러 와이어(wire)를 연결하기 위한 공지된 회로의 변형이다. 상기 SPDT 스위치는 양방향 스위치로 잘 알려져 있으며, 수년 동안 잘 확립되어 왔다.

도 1b에 도시한 바와 같이, 선행기술인 SPDT 스위치 7과 SPDT 릴레이 6의 조합은, 주거지 및 다른 빌딩에서 전기 가정 자동화 배선(wiring)을 간편하게 하기 위한 새로운 전기 자동화 개념을 나열하는 상기 참조한 미국등록특허 7,649,727 및 참조된 다른 미국등록특허 또는 미국특허출원에서 도입되었다.

상기 SPDT 스위치 7과 SPDT 릴레이 6의 조합은, 댁내의 메인 전기 캐비닛으로 자동 릴레이의 도입을 유도하는 일반적인 가정 자동화 시스템과는 대조적으로, 보통의 전통적인 구조의 전기 배선을 유지하는 것을 가능하게 한다.

상술한 바와 같이, 새로운 개념에 의해 기존의 전기배선과 스위치들의 유일한 변화는, 애드-온(add-on) SPDT 릴레이 6과 단일 극 싱글 스로(single pole single throw, SPST) 스위치로 알려진 전통적인 온-오프 조명 스위치에서 SPDT 스위치로의 교체이다. 이는, 전통적인 기계 스위치 레버를 통한 수동적으로 전기기구 또는 조명을 작동가능하게 하고, 그리고 릴레이 제어를 통해 원격으로 전기기구나 조명을 작동가능하게 한다.

상기 각 SPDT 릴레이 6과 SPDT 스위치 7은, 다른 하나 보다 최우선시 되며, 상기 SPDT 릴레이 6과 SPDT 스위치 7 둘 다는, 조명 또는 다른 부하들을 독립적이고 제한 없이 스위치하고 작동시킬 수 있다. 이러한 수동 스위치의 독립적인 동작은, 자동화 시스템을 안전장치가 되어 있는 시스템으로 전환시킨다. 왜냐하면, 상기 수동 스위치는, 어떠한 이유에서든지 자동화가 실패할 때에도 동작할 수 있기 때문이다. 상기 부하라는 용어는, 이후에서 어떤 전기적인 전기기구 또는 조명에 사용된다.

도 1c에 도시한 바와 같이, SPDT 마이크로 스위치 10과 SPDT 릴레이 6 둘 다는, 공지된 전기 디바이스이며, 일본의 OMRON과 같이 다양한 나라에서 다양한 제조업체에 의해 제조된다. 상기 SPDT 마이크로 스위치 10은 제거된 커버 10C와 액츄에이팅(actuating) 레버 5L과 함께 도시되어 있다. 또한 플런저(plunger) 또는 키 5는, 극 접점 P를 단자 T1에 연결하는 전도체로 구조화된 트래블러 1A의 보이지 않는 접점 1에 접촉하는 것을 도시하여, 극 PS에 접촉하는 것을 나타내고 있다. 도 3b에서 도시한 바와 같이, 구조화된 전도체 2A의 단자 T2는, 플런저 5가 극 PS를 해제하기 위해 들려지고, 극 어셈블리 PS의 접점 P가 접점 2와 결합될 때, 접점 2를 통해 연결된다.

또한 릴레이 마그네틱 코일 6L을 포함하는 SPDT 릴레이 6은, 릴레이 커버 6C가 제거되어진 상태로 도 1C에 도시되어 있다. 또한 상기 SPDT 릴레이 6은, 전기자로 알려진 구조 PM을 기반으로 하는 마그네틱 합금에 의해 지지되는 극 구조 PR을 더 포함한다. 상기 극 구조 PM의 극은, 지지구조 1E의 접점 1과 접촉하고, 단자 T1에 연결되는 것으로 도시되어 있지만, 상기 극은 도 3c에 도시한 단자 C1 및 C2를 통해 코일 6L로 공급되는 전원이 차단될 때, 지지구조 2E의 접점 2와 결합하기 위해 스위치 오버(switch-over)된다.

도 3a에 도시한 것처럼, PCB 8에 SPDT 릴레이 6과 SPDT 마이크로 스위치 10을 납땜함으로써, 통합된 SPDT 스위치 및 릴레이 또는 하이브리드 SPDT 스위치 및 릴레이를 제공하기 위해, SPDT 릴레이 6과 SPDT 마이크로 스위치 10은, 결합될 수 있다. 이러한 통합은, 본 발명의 목적인데 반해, PCB 또는 전도성 구조에 두 개의 디바이스들을 부착하고 납땜하는 것이 하나의 해결책이 될 수 있다. 즉, 통합되거나 하이브리드 양방향 스위치-릴레이를 위해 도시된 PCB에 스위치-릴레이를 결합하는 것은, 하나의 일 실시예가 될 수 있지만 본 발명의 바람직한 일 실시예는 아니다. 이는 이후에 논의 될 것이다.

또한 C1과 C2(도 3c에 도시한)로 나타낸 코일 단자를 포함하는 상기 릴레이 단자 T1, T2 및 L은, 상기 SPDT 마이크로 스위치 10의 단자 T2와 상기 SPDT 릴레이 6의 릴레이 단자 T2를 연결하기 위해 상기 SPDT 릴레이 6의 몸체 6B의 하부에 고정되어 박혀져(fixedly)이다. 상기 마이크로 스위치 10의 T1을 구비한 상기 릴레이 6의 T1은, 상기 릴레이의 L(Line)단자가 도 1a 및 도 1b에 도시한 AC 전기기구와 상기 스위치의 단자 L과 연결되는 동안, AC라이브 라인과 연결된다.

상기 AC 라이브 라인과 전기기구 연결은, 이 후에서 설명될 것처럼 반전(reverse)될 것이다. 그러나 상기 SPDT 릴레이 6 및 SPDT 마이크로 스위치 10의 T1 및 T2 단자가 서로에 각각 연결될 때, 상기 통합된 SPDT 마이크로 스위치 10과 SPDT 릴레이 6의 남아 있는 연결 단자가 시간과 노력을 최소화하도록 부하와 AC 라이브 라인으로 연결하기 위한 단자 L라는 점은 명백한 이점을 가진다.

상기 결합된 SPDT 마이크로 스위치 10과 SPDT 릴레이 6은 또 다른 SPDT 스위치 또는 릴레이로 두 개의 트래블러 라인을 연결하기 위해 사용될 수 없다. 왜냐하면, 유일한 하나의 단자 L이 부하에 연결하기 위해 제공되기 때문이다. 주어진 부하를 동작하기 위한 스위치들의 연속된 라인에서 두 개의 SPDT 스위치 또는 그 이상의 SPDT 스위치들을 연결하는 것은, 도 2a에 도시한 것과 같이 크로스 또는 리버싱 스위치로 형성되는 리버싱 듀얼 극 듀얼 스로(dual pole dual throw, DPDT)사이의 듀얼 트래블러 라인들의 연속된 연결을 필요로 한다.

도 2a에 도시한 바와 같이, 릴레이 코일 6L에 의해 작동되는 DPDT 릴레이 60에서 각각의 연속되는 스위칭 체인은, S2-1 및 S2-2로 나타낸 DPDT 스위치가 동작하는 것과 동일한 방법으로, 자신의 트래블러 접점들과 연결되는 라인들을 반전시키기 위해 정렬된 두 개의 극 P2-1 및 P2-2의 트래블러 접점과의 연결을 통해 연결된다. 도 2b 및 도 2c에 도시한 바와 같이, 연속된 스위칭 라인에서 애드-온(add-on) DPDT 릴레이 60의 사용은, 미국등록특허 7,649,727 및 참조된 다른 많은 미국등록특허 또는 미국특허출원에서 공개되어 있다. 그러나 크로스 DPDT 스위치를 애드-온 SPDT 릴레이에 연결하는 것은 가능하지만 본 발명의 SPDT 하이브리드 릴레이에 연결하는 것은 불가능하다는 것에 주목하여야 한다.

미국등록특허 8,384,249에서 공개된 것과 같이 독립된 릴레이를 스위치에 추가하는 것 및/또는 각 릴레이를 스위치에 부착하는 것과 같은 모든 경우의 선행기술은, 트래블러 와이어들을 연결하기 위한 노동력 및/또는 미국에서 사용되는 4" x 4" 월 박스로 알려진 도 2c에 도시한 박스 14의 하프 사이즈 또는 2" x 4" 사이즈와 같이 매우 작은 월 박스로 와이어 및 와이어 디바이스들을 비집어 넣어야하는 것을 요구한다. 따라서 애드-온 릴레이를 설치하는 것은, 설치시간이 오래 걸리고 설치비용을 증가시킨다. 설치효율을 증진시키고, 설치비용을 감소시키기 위해, 본 발명의 SPDT 스위치 및 SPDT 또는 DPDT 릴레이의 조합이 필요하다.

도 3a에 도시한 바와 같이, SPDT 마이크로 스위치 10과 SPDT 릴레이 6을 제일 간단하게 결합하거나 통합하기 위한 방법은, 인쇄 회로 기판(printed circuit board, PCB)에 상기 SPDT 마이크로 스위치 10과 SPDT 릴레이 6을 마운트(mount)하는 것이다. 또한 상기 PCB 8은, 도 3a에 도시되어 있지 않지만 자동운용 및 통신회로를 제공하기 위해 필요하며, 이는 차후에 논의될 것이다.

상기 SPDT 릴레이 6을 상기 SPDT 마이크로 스위치 10으로 부착하고 연결한 것으로부터 명확한 것은, 별개의 트래블러 와이어에 의해 상기 SPDT 릴레이 6을 상기 SPDT 마이크로 스위치 10을 연결할 필요성을 완전히 제거했다는 것이다. 비록 상기 트래블러 와이어가 단지 짧은 점퍼(jumper) 와이어라고 하더라도, 트래블러 와이어를 설치하는 것은 시간과 비용이 들기 때문이다.

상기 도 3a에 나타낸, 결합된 스위치 및 릴레이 8A는, 매우 유용하고 단순한 수단에 의해 시행되어 질 수 있다. 그러나 도 3a에 도시한 것과 같이, 하이브리드 또는 통합된 SPDT 마이크로 스위치 10 및 SPDT 릴레이 6은, 하이브리드 스위치 사이즈 및 부품들을 더욱 감소시키기 위한 본 발명의 바람직한 구조가 아니다.

도 3b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 SPDT 릴레이 및 SPDT 마이크로 스위치의 조합 또는 통합한 것을 나타낸 단면도이다. 도 3b에 도시한 바와 같이, 상기 SPDT 릴레이 몸체 6B와 SPDT 마이크로 스위치 몸체 10B는, 트래블러 접점 지지구조 1A, 2A, 1E 및 2E를 SPDT 접촉기 SPDT 접촉기 1C 및 2C에 결합하고, 하이브리드 스위치-릴레이 디바이스의 전체적인 사이즈와 비용을 감소시키는 새로운 하이브리드 몸체 9B로 재구조화 된다.

상기 접촉기라는 용어는, 직선형(straight) 듀얼 접점과 SPDT 및 DPDT 스위치 및 릴레이의 리버싱 트리플(reversing triple) 접점을 포함하는 전도성 링크구조를 말한다.

상기 마이크로 스위치 10의 두 개의 트래블러 접점 1 및 2는, 상기 SPDT 마이크로 스위치의 몰드형(molded) 몸체 10B에 상기 트래블러 접점 1과 2 및 상기 단자 T1과 T2를 포함하는 완전한 전도체를 형성하기 위해 고안된 황동 또는 유사한 금속 합금으로 제작된 견고한 전도성 구조에 고정된다. 또한 상기와 동일하게 적용하여, 상기 SPDT 릴레이의 트래블러 접점 1 및 2는, 상기 SPDT 릴레이의 몰드형 몸체 6B에 상기 SPDT 릴레이의 트래블러 접점 1과 2 및 단자 T1과 T2를 포함하는 완전한 전도체를 형성하기 위한 두 개의 전도성 구조 1E 및 2E에 부착된다.

도 3b에 도시한 것과 같이, 하이브리드 스위치 및 릴레이 몸체 9B는, 두 디바이스(즉, SPDT 릴레이와 SPDT 마이크로 스위치를 말함)의 접점 1과 2 및 상기 SPDT 마이크로 스위치와 상기 SPDT 릴레이의 전도성 구조 1A, 2A, 1E 및 2E를 상기 두 디바이스의 극 PS 및 PR의 두 접점 P 사이의 간단한 링크 접촉기 1C 및 2C로 통합한다.

또한 상기 트래블러 연결은, SPDT 마이크로 스위치 10과 SPDT 릴레이 6 사이에서 한정되기 때문에 그 어떤 트래블러 단자가 필요하지 않는다. 또한 상기 유일하게 남는 두 개의 L 단자중 하나는 상기 SPDT 마이크로 스위치 10을 위한 것이고, 다른 하나는 상기 SPDT 릴레이 6을 위한 것이다.

또한 도 2c에 도시한 박스의 내부에 두 개의 트래블러 라인을 연결하기 위해 사용되는 네 개의 단자들을 제거하는 것은, 하이브리드 스위치의 설치를 간단하게 하고, 깔끔하고 설치비용을 싸게 만든다.

도 3c는, 직선형(straight) 조합에서의 몸체 9BR, 오른 각 조합으로써 도시한 몸체 9BR, 왼 각 조합으로써 도시한 몸체 9BL을 포함하는 상이한 SPDT 마이크로 스위치와 SPDT 릴레이 조합 20을 도시한 도면이다.

또한 결합된 모든 어셈블리 9, 9L 및 9R로부터 알 수 있듯이, 릴레이-스위치 구조는 단순화되었으며, 상기 극단자 PR과 극 접점 P는 원래의 극단자 PR로서, 사실상 동일한 것으로 도시되어 있다. 또한 마그네틱 합금 또는 전기자 PM을 지지하는 것을 포함하는 상기 극 접점 P는, 종래의 SPDT 릴레이 몸체 6B의 극 구조와 동일하게 도시되어 있다. 또한 트래블러 단자 및 지지구조 1E 및 2E는 제거되고, 사용되지 않는다. 반면에, 코일단자 C1 및 C2를 포함하는 마그네틱 코어 6L이 있는 릴레이 코일은 동일하게 남아있다.

트래블러 접점과 단자 T1 및 T2를 포함하는 복잡한 전도성 트래블러 지지구조 1A 및 2A에서, 결합되고 단순화된 듀얼 접점 1을 포함하는 1C와 듀얼 접점 2를 포함하는 2C로 교체되고, 상기 각각의 몸체 6B와 10B는, 도시한 9B, 9BR, 9BL 및 도 7b에 도시한 커버 50과 같이 단일 결합 커버와 같이 다양하게 단일 몸체 9B로 결합된다.

상기의 설명과 같이, 트래블러 와이어 및/또는 트래블러 단자는, 본 발명의 하이브리드 스위치-릴레이를 위해 필요가 없으며, 그리고 결합된 하이브리드 몸체의 내부 구조는 단순화되었다는 것은 명백하다.

또한 도 3b에서 몸체의 단면을 나타내는 9B는, 상기 트래블러 라인 및/또는 트래블러 단자를 제외하여, 상기 도 1a에 도시한 전기회로를 재생산한다. 이는 코일 6L로 전원을 적용하는 것은, 상기 극 PR의 상기 접점 P를 도시한 접촉기 1C의 접점 1에 결합하게 할 것이고, 단자 L 사이의 하이브리드 스위치를 통해 AC 전원을 연결하기 위한 극 PS를 통해 상기 마이크로 스위치의 접점 1에 결합하게 할 것이 명백하다. 또한 극 PS의 위치를 반전하는 것 또는 상기 코일 6L로부터 전원을 차단하는 것은, 연결된 부하(미도시)로의 전류 흐름을 스위치 오프할 것이다. 이는, 본 발명인 하이브리드 스위치 또는 하이브리드 릴레이를 설치하기에 소형이고 더 간단하게 만들어 질 수 있음은 명백하다.

도 3a, 3b 및 3c에 도시한 바와 같이, 상기 하이브리드 스위치-릴레이의 구조는, 그림의 바닥에 있는 두 개의 베이스 6B와 10B와 함께 모두 설명되고 있고, 베이스 9B, 9BR 및 9BL로 결합된다. 또한 상기 도면은, 선행기술의 디바이스와 함께 얼마나 간단하게 상기 결합이 달성될 수 있는지를 보여준다. 유사한 스위치-릴레이 조합은, 하이브리드 솔루션의 간단한 조합을 가능하게 하기 위해 선행기술의 디바이스를 사용한 도 4b, 6a 및 6b에서 더 도시되고 있다. 그러나 많은 구조적 변화는 발전되어지고, 더 낮은 결합비용을 제공하기 위해 만들어질 수 있다.

도 4b 및 도 6a는, 스위치 접점의 베이스 하부에 마운트 되는 릴레이 코일을 구비한 상기한 구조들을 나타낸 도면이다.

도 4a는 SPDT 토글 또는 로커 조명 또는 다른 전기기구 스위치 3에 대한 종래의 잘 알려진 구조를 도시하고 있다. 스위치 3-1은, 스위치 몸체 3에 내장되는 듀얼 접점-단자 구조 21 및 22와 극단자 24를 위한 지지단자(support terminal) 23을 나타낸다. 상기 듀얼 접점-단자 21 및 22는, 단자 T1 및 T2를 각각 연결하는 것을 제공하고, 상기 지지단자 23은 SPDT 스위치를 위한 L단자 또는 라이브 AC를 제공한다.

또한 상기 극단자 24는, 상기 극단자 24의 중앙 핀 25의 주위를 회전하고, 상기 극단자 24는, 3-1에서 나타낸 것과 같이 T1의 접점 1에 결합되어 진다. 상기 극단자 24는, 높은 압력 조건 하에서, 접점 P와 접점 1을 유지하기 위한 효율적인 압력을 제공하는 확장된 스프링 26을 통한 피스톤(piston) 26A에 의해 압축된다.

또한 토글 또는 로커 레버 33의 중앙 핀 34 주위로 회전 가능한 상기 토글 또는 로커 레버 33이 다른 방향으로 눌러질 때, 3-2에 도시한 것처럼 스프링 26은, 상기 피스톤 26A 안쪽으로 압축되고, 피스톤-스프링 조합은, 상기 피스톤 26A가 안장(saddle) 24의 중앙 지점을 통과할 때 까지 모든 방향으로 상기 안장(saddle) 24A를 따라 움직인다. 이 지점에서, 상기 스프링 26은, 3-3에 도시한, 더 정확히는 도 1a, 1b 및 2b에 도시한 것처럼, 상기 극 24의 다른 쪽과 상기 접점 2를 결합하고, 상기 L 단자를 T2 단자로 연결하기 위해 상기 극 24의 다른 쪽으로 토글 또는 스위치 오버하기 위해 높은 압력과 함께 확장된다.

도 4a에 도시한 스위치 메커니즘과 구조는, 다양한 내부구조 및 다양한 레버 디자인 또는 다양한 표면 판 디자인과 함께, 모든 조명기구에 사용되는 알려진 조명 스위치의 기본이다. 상기 스프링-피스톤 이동은 수년 동안 조명 스위치를 위한 보편적인 구조이다.

도 4b에 도시한 바와 같이, 6-1은 릴레이 코일 6L과 스위치의 접점 1 및 2를 포함하는 접촉키 1D의 배후에 또는 뒤쪽에 위치하는 극 PR이 있는 하이브리드 스위치-릴레이를 나타낸 단면도이다. 도 4b에 도시한 6-2는 두 개의 접점을 각각 포함하기 위한 접촉기 2D 및 1D를 나타낸 분해도이다. 상기 접촉기 2D 및 1D는, 상기 극 PR의 접점 P를 결합하기 위해 상기 듀얼 접점 1 및 듀얼 접점 2를 갖추고 있으며, 스위치의 극 24를 결합하기 위해 두 개의 스위치 접점 1 및 2를 갖추고 있다.

또한 도 4b의 6-1에 도시한, 릴레이 극 PR의 접점 P는, 6-2에서도 나타낸 스위치 어셈블리 30의 접점 2를 포함하는, 접촉기 2D의 접점 2와 접촉한다. 이는 단면도 6-1 및 분해도 6-2에서 나타낸, 상기 스위치 몸체 30의 구조는, 도 3b 및 도 3c에 나타낸 마이크로 스위치 몸체 9B와 다른 것이 명백하며, 마이크로 및 로커/토글 하이브리드 스위치-릴레이의 동작은 동일하다.

또한 하이브리드 스위치-릴레이에서 사용되는 제한된 요소와 부분들에 대한 좀 더 나은 이해를 위해, 분해도 6-2와 도 4b의 30-4는, 다른 요소들로부터 독립된 접점과 접촉기를 나타내고 있다. 상기 6-2에서 나타낸 극 구조 PR81과 마그네틱 코어의 전기자 PM으로부터 뒤쪽에 있는 릴레이 코일 6L은, 이하에서 설명될 구조 81을 통해 단자 L에 부착된다. 마찬가지로, 두 개의 접촉기 1D 및 2D는, 극단자 또는 구조 24에 전기적인 접촉을 결합하고 제공하는 기계적인 접점 23B를 갖춘 단자 23D를 포함하는 극 구조 PR81로부터 분리되어 도시되어 있다.

또한 단자구조 23D의 다른 말단은, 리벳(reveted)으로 고정되거나 밀리 옴(mili ohms) 범위의 특정 저항 값을 가지도록 설계되고 계산된 저 옴(low ohmic) 금속 합금 구조 81에 용접될 수 있다. 상기와 같은 AC 아울렛에서 저 옴 금속 합금의 사용은 미국특허출원 13,349,939에서 공개되어 있다. 이러한 저 옴 금속 합금 구조를 사용하는 장점은, 상당한 신뢰성이다. 즉, 상기 금속 합금은, 전류 센싱 어플리케이션(application)에 사용되는 다른 저 옴 레지스터와 같이 고장이 잘 나지 않으며, 상기 금속 합금의 저항은 안정적이다. 한편 전류 드레인(drain)과 전력 소비를 보고하는 것에 대한 다른 세부사항과 설명은 이하에서 더 논의된다.

또한 상기 분해도 6-2에 나타낸 두 개의 구조 81은, 상기 극 PR81에 연결되고, 상기 단자 23D에 연결된다. 그러나 상기 두 개의 구조 중 유일하게 하나만이 하이브리드 스위치-릴레이 어셈블리에 필요하고 사용된다. 상기 도시한 두 개의 구조 81은, 하이브리드 스위치-릴레이 디바이스를 디자인하고, 생산하는데 선택적 다양성을 강조한다.

또한 구조 23D 및 구조 23B와 결합된 단자 81의 다른 종단은, 라이브 라인 또는 부하와 연결하기 위한 L 단자이다. 또한 도 4b의 30-4에 도시한 다른 구조는, 접점 23B로의 접근과 상기 극 구조 24의 중앙 회전 핀 25를 지지하기 위한 상기 중앙 중심축 홀(hole) 25를 제공하는 홀더(holder) 37이다.

상기 홀더 37은, 독립된 부분 또는 요소가 아닌 것을 주목해야 한다. 상기 홀더 37은 분해도 6-2에 도시되어 있고, 분리된 부분으로써, 사용될 수도 있다. 그러나 하이브리드 스위치 구조의 바람직한 일 실시예의 몰드형 케이스(molded case) 30은, 상기 홀더 37, 상기 접촉기 1D 및 2D, 구조 23B와 상기 릴레이 극 PR 또는 PR81단자의 L단자 및 상기 스위치 극단자 23A 또는 23D를 결합하고, 상기 몰드형 케이스 30은, 단일 몰드형 스위치 몸체 30이 된다.

또한 도 4b 및 도 6a에 도시한 구조 30 및 40은, 도 12a 내지 도 12b에 도시한 제어회로에 전원을 제공하기 위해 필요한 AC 중성 단자가 나타나 있지 않다. 상기 AC 중성 단자는 필요할 때면 언제든지 포함될 수 있다. 또한 도 3a 내지 도 6b에 도시한 하이브리드 스위치-릴레이의 몸체는, 관련된 스위치 및 릴레이 접점을 갖춘 도면을 단순화하기 위해 중성 단자를 표시하지 않았다. 또한 도 4b, 도 5a, 도 6a 및 도 6b에 도시한 도면은, 제어회로 80 및 58은, 릴레의 회로의 제어(control), 전력소비보고(power consumption reporting) 및 전력공급의 통합(integration)을 나타낸다.

상술한 바와 같이, 하이브리드 SPDT 릴레이-스위치는, 단일 위치에서 주어진 부하를 수동적으로 온-오프 스위칭하기 위해 사용되어질 수 있다. 이는, 다른 SPDT 스위치 또는 리버싱 스위치로 알려진 DPDT 스위치의 캐스케이드 된(cascaded) 체인으로 연결될 수 없다. 상기 캐스케이드 된 체인에서 각각의 스위치는, 주어진 동일한 부하를 동작시킬 수 있거나, 멀티지역에서 상기 부하를 온-오프 스위치 할 수 있다.

또한 체인 연결로 설명하는 이유는, 리버싱 스위치에 의해 독립적으로 "반전(reversed)"될 수 있는 체인의 각 부분과 함께, 두 개의 트래블러 와이어를 통해 만들어야 된다는 것이다. 또한 상술한 바와 같이, 상기 SPDT 하이브리드 스위치-릴레이는, 두 개의 L단자인 부하단자 및 라이브 라인 단자를 제공한다. 또한 조명기구를 온-오프 스위칭하는 것과 같이, 멀티 스위치와 멀티 위치에서 주어진 동일한 부하를 수동으로 스위칭하기 위해서는, DPDT 하이브리드 리버싱 스위치-릴레이가 필요하다.

도 6a는 리버싱 DPDT 스위치-릴레이 어셈블리 40에 사용되는 극, 단자, 접촉기 및 다른 구조화된 아이템(item)들을 나타내고 있는 분해도 40-2와 함께, 리버싱 DPDT 스위치-릴레이 어셈블리 40을 나타낸 도면이다.

또한 도 6a는 리버싱 DPDT 하이브리드 스위치-릴레이 40의 몸체 구조와 세부사항들을 나타내고 있다. 이 DPDT(dual pole dual throw, DPDT)설정에서, 릴레이 6은, 동일한 릴레이 코일과 코어 6L, 극 PR81과 접점 P를 결합하는 동일한 릴레이 극 구조, 마그네틱 합금 또는 전기자 PM 및 저 옴 합금 구조 81을 사용한다. 또한 구조 23A의 단자 T1을 연결하는 것은, 상기 및 이하에서 언급되는 전류 센싱 저 옴 합금 구조 부분 81을 갖춘, 도 4b의 구조 23D로 교체되어 사용되어질 수 있다.

또한 DPDT 스위치 40L 및 40R를 나타낸 두 시점은, 도 4b의 회전 극 24와 홀더 37과 동일한 두 개의 회전 극 24와 두 개의 홀더 37을 채용한다. 또한 도시한 것과 같이, 상기 회전 극들을 연결하는 단자 23A 및 23G는, 두 개의 트래블러 와이어 T1과 T2를 연결하기 위해 사용된다. 또한 동일하거나 유사한 단자는, 도 4b의 SPDT 하이브리드 스위치로 사용될 수 있다. 또한 도 4b에 도시한 단자 23D는, L 지명, 로드 또는 라이브 라인 또는 L후보인 도 6a의 단자 23A로 사용되어 질 수 있다. DPDT 하이브리드 스위치-릴레이를 위한 상기 저 옴 합금 구조 81은, 6-3에 도시한 단자 PR81에 유일하게 도입되고, 도 6a의 40R에서 PCB 81의 배후(behind)에 표시되어 있으며, 앰프(amp) IC1 입력인, 81C에서 단자 81B를 통해 PCB에 납땜된다.

또한 DPDT 하이브리드 어셈블리에 사용되는 단자 23A와 23G사이의 차이는, 연결단자 T2와 연결단자 L사이의 필요한 거리를 제공하는 것이다. 이러한 이유로, 상기 단자 23G는, 단자 L로부터 단자 T2로 이동하기 위한 구조로 된다. 그러나 이와 유사하게, 양 트래블러 단자의 동일한 구조 23A 및 상기 단자 T2 또는 중성단자(미도시)로부터 멀리 떨어져, 상기 DPDT 어셈블리 40R 뒤 특정 범위 이내에 다른 위치로 상기 단자 L을 이동시킴으로써, 재구조화하여 사용하는 것이 가능하다.

도 6a의 분해도 40-2에서 나타낸 접점들은, 도 4b의 접촉기 2D 및 1D의 어느 정도 확장된 리버싱 구조인 두 개의 접촉기 2G 및 1G를 포함한다. 상기 각각의 접촉기 2G 및 1G는 추가적으로 접점 2R 및 1R을 각각 제공한다. 또한 상기 추가된 두 개의 접점 2R 및 1R은, 접점 1과 접점 2의 왼쪽에 도시되어 있고, 상기 접점 2 및 접점 1R와 상기 접점 1 및 접점 2R은 각각 맞은편(opposite position)위치 한다. 따라서 이들 접점들은 리버싱 접점이다.

도 4b에 도시한 하이브리드 스위치 30L/30R과 유사한, 도 6a에 도시한 DPDT 라이브리드 스위치-릴레이는, 분해하여 도시한 부분과 어셈블리들을 하나의 고체 몰드형 케이스 40으로 결합하는, 몰드형 구조 40C, 40L 및 40R로 캡슐화된다.

또한 40C에 도시한, 네 개의 접점 1, 2, 1R 및 2R은, 회전 토글 또는 로커 스위치 극 24를 위한 두 개의 몰드형 홀더 37을 제외하고 도시한 상기 스위치- 릴레이 어셈블리의 표면의 전면에 모두 몰드(molded)된다. 도시한 몰드형 어셈블리 40L은, 토글링 극 24를 통한 동작을 위해 DPDT 수동 스위치가 어떻게 만들어지는지 명백하게 보여주고 있다. 상기 토글링 극은 상기 토글링 극의 중앙 핀 25를 통해 중한 피봇 홀 25A에 부착된다.

도 4b 및 도 6a에 도시한 PCB 80은, 전류 센싱 구조를 상기 PCB 80에 부착하고 납땜하기 위한 두 개의 마운팅 홀(mounting hole) 81C를 가지고 있다. 또한 상기 PCB 80은, 전체 제어통신과 전력소비보고를 위한 회로를 결합하고 있고, 상기 PCB 80은, 30R 및 40R에 도시한 것처럼 작은 케이싱으로 조립된다. 상기 결합된 작은 구조는, 몰드형 스위치-릴레이를 조립하는 것을 제공하고, 상기 몰드형 스위치-릴레이의 전기적 제어 및 통신 회로를 일반적으로 사용되는 인클로저(enclosure)로 조립되거나, 표준 또는 보통의 전기 월 박스로 설치될 수 있는 사이즈 및 모향으로 패키지(package)된다.

또한 저 옴 합금으로 만들어지는 구조 81은, 인쇄 회로 기판(PCB) 80에 상기 저 옴 합금 구조 81을 부착하기 위한 두 개의 납땜 핀 81B를 포함한다. 도 5a 및 도 6b에 도시한 PCB 58 및 58A와 유사한 상기 PCB 80은, 상기 SPDT 릴레이의 코일 6L을 통해 SPDT 릴레이를 동작하기 위한 제어, 처리 및 통신회로를 도입하기 위해 필요하다. 또한 상기 PCB 80은, 하이브리드 스위치-릴레이를 통해 전류 드레인 및/또는 부하에 의해 소비되는 전력을 처리하고 보고하는 것을 도입하기 위해 필요하다.

또한 도 5a 및 도 6b에 도시한 분해도에서 나타낸 구조는, 리버싱 DPDT 마이크로 스위치 및 SPDT 릴레이의 접점들을 결합하기 위해 사용된다. 또한 듀얼 접점 PS1 및 PS2와 상기 각 듀얼 접점 P 및 지지구조를 포함하는 DPDT 마이크로 스위치는, 베이스 50B로 내장되거나 몰드(molded)된다. 또한 접점 구조 또는 접촉기 1H 및 2H는, 분해도에 도시되어 있다.

또한 상기 접촉기 1H는, 듀얼 접점 1, 릴레이 극 PR81중 하나와 극 PS2중 하나 및 상기 극 PS1을 위한 반전된 접점 1R을 포함한다.

또한 상기 접촉기 2H는, 듀얼 접점 2, 상기 릴레이 극 PR81 중 하나와 상기 극 PS2 중 하나 및 상기 극 PS1을 위한 반전된 접점 2R을 포함한다.

도 5a에 도시한 몸체 어셈블리는, 릴레이 코일 6L, 마그네틱 금속 합금 지지구조 또는 전기자 구조 PM을 가지는 극 PR81 및 리벳(rivet) 81A에 의해 상기 극 PR81에 고정되거나 극 PR81에 용접되는 저 옴 합금 구조 81을 더 포함한다. 또한 전류 센싱 구조는, PCB 어셈블리 58A에 해당하는 홀(holes) 81C로 구조화된 납땜 핀 81B에 의해 고정된다.

또한 몸체 50B 하부에 마운트(mounted)되는 PCB 58은, 주어진 하이브리드 릴레이-스위치를 위해 확장된 PCB 또는 메인 PCB가 될 수 있거나, 필요성이 없을 수도 있다. 그리고 전체 제어, 통신 및 전력소비보고 회로는 상기 PCB 58로 마운트 될 수 있다.

또한 단자 L과 두 개의 단자 T1 및 T2는, 상기에서 언급한 연결 단자들과 동일하다. 상기 단자들은 많은 도면에서 모두 스크류 타입(screw type)으로 도시되어 있으나, 와이어링 단자의 다른 타입으로 대체되어 사용될 수 있다. 또한 상기 단자들은, 스크류 타입을 제외하고 기존에 공지된 셀프-잠금(self-lock) 또는 스냅-인(snap-in) 타입, 또는 하나의 스위치에서 다른 스위치로 캐스케이드 되는 체인에서 전기 와이어를 연결하기 위한 듀얼 셀프-잠금 단자, 또는 하나의 스위치에서 다른 스위치로 캐스케이딩 전기 와이어를 연결하기 위한 스크류 타입 단자, 또는 스위치, 전원 아울렛(power outlet) 및 전기기구에 마운트 되고/또는 연결되는 다른 단자와 같이 전기 와이어링 디바이스를 위해 사용되는 다른 알려진 단자를 포함한다.

도 5b는 릴레이 극 PR과 스위치 극 PS1/2의 단면도 5B-1 ~ 5B-4를 따라, 하이브리드 몸체 50B에 내장되거나, 몰드되거나, 또는 다른 방법으로 부착된 접촉기 H1과 H2의 접점들에 대한 단면도를 나타낸다. 또한 상기 스위치 극 PS1과 PS2는, 플런저(plunger) 55를 통해 함께 동작하므로, 도시된 것과 같이, 상기 스위치 극 PS1과 PS2의 접점은, 위의 접점 2와 1R 또는 아래 접점 1과 2R 접점과 함께 항상 결합된다.

도 5B는, 릴레이 극 PR 위치 대비 스위치 극 PS1/PS2 위치에 대한 4개의 상태 조합 5B-1 ~ 5B-4를 보인다. 이는 도 5C로부터 분명하게 보여 지고 있다. 즉, 네 개의 위치 중 두 개는, 트래블러 와이어 T1 및 T2로 일렬(straight)연결을 제공하고, 다른 두 개의 위치는 상기 트래블러 와이어 T1 및 T2로 반전 또는 교차(cross)연결을 제공한다. 여기서 상기 SPDT 릴레이의 접점 2는 극 PS2 또는 PS1에 연결될 것이고, 반면에 상기 SPDT 릴레이의 접점 1은, 극 PS1 또는 극 PS2에 연결될 것이다. 그러나 상기 두 개의 극 PS1과 PS2는, 상기 플런저 55를 통해 함께 동작되기 때문에, 상기 두 개의 트래블러 단자 T1 및 T2는 두 개의 상태인 일렬(straight) 및 반전(reverse) 상태만으로 연결될 것이다.

도 5C는 리버싱 DPDT 하이브리드 스위치-릴레이의 전기 회로도이다. 도 2의 선행기술에서 보여준 것과 같이, 종래의 크로싱 또는 리버싱 릴레이는, 트래블러 단자의 두 개의 쌍에 의해 트래블러 와이어의 캐스케이딩 쌍을 교차하는 점에 주목해야 된다. 게다가 선행기술의 트래블러 라인의 캐스케이드 체인은, 두 개의 월 박스 공간을 점유하고, 많은 단자에 의해 많은 와이어를 내부 연결하는 SPDT 스위치 및 애드-온 DPDT 스위치 또는 리버싱 릴레이를 사용한다.

상기 도 5C에 도시한 회로는, 도 6b의 단일 하이브리드 스위치-릴레이 디바이스를 통해 모든 작업을 수행한다. 상기 단일 하이브리드 스위치-릴레이는 도 5A에 도시한 세 개의 단자 T1, T2 및 L만으로 완벽한 최소한의 전기배선을 가진, 기존의 단일 US 또는 유럽 전기 월 박스의 사이즈나 모양에 맞춘 작은 케이스 50으로 패키지된다. 한편 이하에서 포함되고 논의 될 중성 와이어 단자는 도시되지 않았다.

도 6b에 도시한 바와 같이, 하이브리드 디바이스 51A는, 듀얼 마이크로 스위치 극 PS1과 PS2를 조작하기 위해 플런저 55를 사용하는 베이스 50B을 위한, 도 5a의 분해도에서 나타낸 구조의 어셈블리를 나타내고 있다.

동일한 하이브리드 디바이스 50B는, 어셈블리 51A, 플런저 55 및 선행기술의 작동레버 5L를 수용하기 위한 인클로저 또는 박스 50으로 캡슐화되거나 패키지된다.

또한 어셈블리 51은, 레버 지지구조 61 및 잠금-해제(lock-release) 디바이스 60을 포함하여 패키지된 디바이즈로써, 하이브리드 DPDT 리버싱 마이크로 스위치-릴레이는 나타내고 있다. 상기 레버 지지구조 61 및 잠금-해제 디바이스 60은, 이하에서 추가적으로 설명되고, 도 8a, 도 8b 및 도 8c에 도시되어 있다 .

또한 상기 하이브리드 DPDT 디바이스 51은, 세팅 스위치 57-1에서 57-n, LED 인디케이터(indicator), 제어, 통신 및 전력소비보고 회로(미도시)를 더 포함하며, 상기 세팅 스위치 57-1에서 57-n, LED 인디케이터, 제어, 통신 및 전력소비보고 회로는 이하에서 설명된다.

또한 하이브리드 DPDT 또는 SPDT 스위치-릴레이는, 하이브리드 디바이스를 지지하기 위한 프레임, 장식 커버, 키 레버 또는 푸쉬 키를 부착하기 위해 구조화되는 둘 다 유사한 인클로저 또는 박스 50으로 캡슐화되거나 패키지된다. 또한 상기 하이브리드 DPDT 또는 SPDT 스위치-릴레이는, 기존의 US 4" x 2" 박스 또는 유럽 라운드 60mm 월 박스, 또는 다양한 사이즈의 사각형 박스와 같은 일반적으로 사용되는 전기 월 박스에 설치된다.

도 8a, 도 8b 및 도 8c는, 기존의 잠금-해제 디바이스, 기계적 래칭 디바이스 60을 나타낸 도면이다. 또한 도 8a 내지 도 8c에 나타낸 기존의 잠금-해제 메커니즘은, 주어진 입력 또는 전기기구의 주어진 기능을 선택하거나, 또는 예전 TV 튜너(tuners)의 TV 채널을 수동적으로 선택하기 위해 사용되는 수동 푸시-키(push-keys)를 위해 사용된다. 또한 상기 메커니즘은, 각각의 키 바(key bar)에 각각 내장된다. 이후에서 설명되는 것과 같이, 유사한 래칭 구조는, SPDT 릴레이 극 또는 DPDT 릴레의 듀얼 극을 래칭하기 위해 사용된다.

선행기술의 메커니즘을 나타내고 있는 도 8c는, 매우 간단한 잠금-해제 디바이스를, 눌러서 잠금, 눌러서 해제 및 누름-누름 조합으로, 쉽고 작은 힘으로도 도 9a의 푸시 키 70을 통해 기계적으로 하이브리드 스위치-릴레이를 작동하기 위한 레버 지지구조 61을 포함하는 도 5d에 도시한 구조 60에 결합함으로써, 생성되는 특징들을 설명하기 위해 도입한 도면이다.

도 8a는 푸시 스위치(미도시)의 바에 대한 몰드된 잠금-해제 인덴테이션(indentations)의 부분을 보여주고 있다. 도 8a 내지 도 8c에서 언급되는 키 바 67은, 스위치 자체의 일부분은 아니며, 상기 키 바 67은, 밀대(push rod)이거나 인덴테이션을 포함하는 바이거나, 인덴테이션 잠금-해제 구조와 함께 형성되는 가이드 락 링크(guide lock link) 66을 위한 경로(path)로 형성되는 그루브(groove) 69이다.

또한 잠금 위치(lock point) 69B와 해제 위치(release points) 69C 사이의 바(bar)의 움직임을 제한하는 그루브 또는 인덴테이션 69A 안에서 상기 가이드 락 링크를 움직이도록 하는, 상기 가이드 락 링크의 한쪽 끝은, 가이드 중앙 포인트(guide center point) 66A로 도시한 부분에 설치된다. 또한 상기 가이드 락 링크 66의 다른 한쪽 끝은, 잠금 위치 69C와 해제위치 69B 사이의 시계 반대 방향으로 상기 인덴테이션 69를 따라 움직인다.

또한 스프링 홀더(spring holder) 67B와 키 몸체(key body) 60에 의해 제자리에서 유지되는 스프링 62는, 두 가지 기능을 제공한다. 하나는 잠금 위치로 푸시 키를 눌러서 잠그는 손가락에 반대되는, 해제 위치로 향하여 상기 키 60에 대한 해제 힘(force)이다. 또한 상기 스프링 62의 또 다른 기능은, 도 8c에 도시한 인덴테이션 69를 통해 시계반대 방향으로 회전하는 가이드 락 링크 66의 이동을 이끌도록 설계된, 68A-68로 도시한 것처럼, 상기 바가 어느 쪽이든 움직이고, 상기 가이드 락 링크 66이 왼쪽-오른쪽과 위-아래로 움직이기 위해 힘을 받을 때, 도 8b에 도시한 인덴테이션 69 및 69A에서 상기 가이드 락 링크 66을 유지하는 것이다.

상기 가이드 락 링크 66은, 상기 인덴테이션 69A의 길이와 잠금 위치 또는 잠금 포인트 69B 및 해제 위치 69C의 유일한 두 위치로, 상기 바 67의 전-후(forward-backward) 이동을 제한한다.

또한 상기 인덴테이션 경로(path) 69 내에서 상기 바 67의 움직임은,잠금을 위한 손가락에 의한 강제된(forced)이동, 그리고 해제를 위한 스프링 압력에 의한 강제된 이동이다. 또한 반시계 방향의 움직임은, 해제하기 위한 리지(blocking ridges) 68A와 68B 및 잠금을 위한 리지 68C와 68D을 막음(blocking)으로써, 생성된다. 상기 리지들은, 잠금 및 해제 포인트 또는 위치 69C 및 69B인, 단지 두 개의 고정 지점의 유지와 더불어, 상기 바 67에 대한 시계방향으로의 어떠한 이동을 방지한다.

상기에서 재인용된 선행기술의 두 위치 메커니즘, 또는 상기 플런저 55를 결합하기 위한 레버 지지 61과 같은 기계적인 구조를 잠그거나 래치하기 위해 적용되는 다른 어떤 공지된 잠금-해제 메커니즘이 사용될 수 있다. 도시된 선행기술은, 하나의 부분으로서 키 바 67과 레버 지지 61을 포함하는 키 몸체 60, 또 다른 부분인 스프링 62 및 세 번째 부분인 가이드 락 링크 66인 단지 세 개의 이동 부분을 사용하는 저 비용 메커니즘이며, 이러한 간단한 메커니즘은 매우 안정적이다.

또한 키 가이드(key guide) 60A, 바 리셉터클(bar receptacle) 67A, 스프링 홀더(spring holder) 67B, 가이드 이동 범위(guide movement range) 66B 및 가이드 중앙 지점(guide center point)로 도시한 요소들은, 하이브리드 스위치-릴레이의 몰드형 인클로저 50에 포함되고, 개별적인 요소나 부분들이 아니다. 이는, 이하에서 더 설명될 눌러서 잠금, 눌러서 해제, 누르기-누르기와 같은 세 가지 주요기능과 함께 하이브리드 스위치-릴레이를 제공하기 위한 유일한 이동부분들을 위한 키 60, 스프링 62 및 가이드 락 링크 66을 포함하는 전체 메커니즘으로 만든다.

도 8b에 도시한 것과 같이, 잠금과 해제 사이의 거리는, 도 8c에 도시한 최대 이동(max. movement) 65 거리이다. 실제로 상기 최대 이동 거리는 4~5mm이상으로 늘어난다. 레버 지지 61이, 플렉시블 레버(flexible lever) 5L의 끝에 대한 4~5mm의 스트로크(stroke) 움직임에 의해 잠그거나 해제하는, 이러한 잠금-해제 움직임은, 도 3a 내지 도3c 및 도 6b의 61에 도시한 SPST 도는 SPST 마이크로 스위치 10을 운용하기 위한 완벽한 스트로크 움직임이다.

상술한 구조 또는 다양한 잠금-해제 메커니즘 구조는, SPDT 릴레이를 갖춘 SPDT 또는 DPDT 스위치인 하이브리드 스위치 조합을 동작하는 것과, 양방향 스위칭, 키 60 또는 장식키(decorative key)를 통한 수동 스위칭 및 상기 SPDT 릴레이의 코일 6L을 통해 SPDT 릴레이를 작동함으로서 원격 스위칭이 가능하도록 한다. 이는, 토글이나 로커 SPDT 스위치 30 또는 DPDT 스위치 40을 사용하는 하이브리드 스위치-릴레이 조합은, 저비용으로 제조될 수 있음과 함께, 간단하고 편리하게 설치되고, 사용될 수 있다는 것이 명확하다.

도 7A 내지 도 7C에 도시한 직선형 DPDT는, AC 라인, 라이브 AC 라인 및 중성 AC라인을 온-오프 스위칭하기 위해, 빌딩이나 거주지 내의 습기가 많은 방이나 구역에서 사용되는 DPST(dual pole single throw)스위치를 대체하기 위해 필요하다. 이는, 욕실이나 세탁실의 조명, 히터, 워터 보일러 듀얼 극 스위치를 통해 스위치 되어야 한다는 몇몇의 나라에서 일반적이거나 정립된 규칙이다.

직선형 적용을 위한 본 발명은, 상기 규칙을 완전히 만족하고, 듀얼 AC 라인의 수동 및 원격 작동을 제공한다.

도 7a에 도시한 것과 같이, DPDT 하이브리드 스위치 200은, 절연체(insulator) 구조 PP와 전기자(armatures) PMD에 의해 지지되는 두 개의 극 PR1 및 PR2와 연결되는(linked) 마이크로 스위치의 두 극 PS1 및 PS2를 포함하고, 베이스 90DP에 통합된 릴레이 코일 6L에 의해 동작된다. 또한 4개의 접촉기 1C, 2C, 1U 및 2U 도시되어 있다. 사실, DPDT 하이브리드 스위치 200은, 단일 코일 6L과 도 6b의 액츄에이터 66에 의해 함께 동작하는 두 개의 SPDT 하이브리드 스위치 20을 포함한다.

도 7b는, 수동키 및 원격으로 듀얼 AC 라인, 라이브 라인과 중성라인을 스위칭하기 위한 규칙에 완벽하게 맞도록 하기 위해, 도 1a의 선행기술 회로를 확장한 하이브리드 스위치 200의 전기회로도이다.

도 7c는, 도 6a에 도시한 리버싱 하이브리드 스위치 49R을 확장한 토글링 또는 로커 DPDT 하이브리드 스위치 40DP를 나타낸다. 상기 DPDT 라이브리드 스위치 40DP는, 상기 두 극 PR-1 및 PR-2 각각으로부터와 상기 전기자 PMD 자체로부터 절연하기 위한 절연 몸체 PP로 구조화되는, 상기 듀얼 릴레이 극 PR-1과 PR-2 및 상기 전기자 PMD를 제외하여, 하이브리드 스위치 40R과 유사하게 동작하고 구조화된다.

다른 차이점은, 4개의 직선형 접촉기 1C, 2C, 1U 및 2U를 가진 두 개의 리버싱 접촉기 1G 및 2G 교체와, 단자 N, L, T1 및 T2를 단자 N, L, L(부하(load)) 및 NL(중성 부하(neutral load))로의 변화이다.

상기 변화된 요소들은, 분해도 40DP에 도시되어 있고, 도 7b의 40C-2 및 40R-2는, 상기 변화된 요소들이 패키지되거나, 상기 변화된 요소들의 케이싱(casing) 어셈블리를 나타낸다. 상술한 바와 같이, 상기에서 언급된 리버싱 DPDT 하이브리드 스위치 40R과 51은, SPDT 릴레이와 DPDT 스위치를 포함하고, 상기 DPDT 라이브리드 스위치는, 두 개의 릴레이 극 PR1과 PR2 및 단일 극 24를 포함하는 SPDT 스위치를 포함하여 통합될 수 있다는 것은 명백하다. 추가로 더 설명하면 상기 리버싱 DPDT 라이브리드 스위치는, 도 7a 및 도 7c에 묘사하고 나타낸 것과 같이, DPDT 듀얼 릴레이 극 PR1-PR2를 갖춘 단일 극 스위치 20 및 30을 포함하는 SPDT 스위치를 통합할 수 있다.

또한 AC 스위치 및 AC 아울렛과 같은, 전기 배선 디바이스(electrical wiring devices)는, 건축 산업 내의 설계자 또는 인테리어 디자이너에 의해 받아들여지고 승인된 색 선택을 포함하는 장식키(decorative key) 및 장식 커버와 함께 제공된다. 그러므로 상기 전기 배선 디바이스의 제조사는, 주어진 스위치에 의해 동작하는 부하의 상태를 나타내기 위한 LED의 사용을 포함하는, 전기 스위치를 위한 다양한 커버 및 키와 현대적인 색의 범위를 제공하는 데 노력을 기울여야 한다.

그러므로 도 9a에 도시한 푸시 키 70의 스톱 가이드(stop guide) 70A를 지지하기 위한 홀더 59A의 표면에 대한 가이드 리시버(guide receivers)를 포함하는 스냅-인(snap-in) 부착 구조 50C와 상기 스냅-인 부착 구조 50C에 대응되는 잠금(locking) 구조 50D와 같은, 주어진 하이브리드 스위치-릴레이 인클로저에의 간단한 부착물에 맞춰질 수 있는, 다양한 제조사들의 커버와 키, 또는 상기 다양한 제조사들에 의해 제공되는 홀더, 커버 및 키의 범위에 부착되어지기 위해 알맞은 주어진 인클로저 또는 패키지로 하이브리드 스위치-릴레이 어셈블리를 제공하는 것이 바람직하다.

도 9a는, 몸체 59A, 가이드 리시버 59B 및 셀프-잠금(self-locking) 구조 50D를 포함하는 홀딩 프레임(holding frame)으로 마운트된(mounted) 선택된 커버 59를 이용하는 하이브리드 스위치-릴레이 20과 하이브리드 DPDT 스위치-릴레이 51을 나타낸 도면이다. 도 10A 및 도 10B는, 커버 89A 및 89B를 포함하는 유럽 디바이스 사이즈로의 하이브리드 스위치-릴레이 30 또는 40의 케이싱을 포함하는 몰드형 프레임 몸체 87A와 87B를 나타낸 도면이다.

도 11a 및 도 11b는, 종래의 로커 키 90 또는 92와 함께 사용하기 위한 표준 4˝ x 2˝ 미국 월 박스로 하이브리드 스위치-릴레이를 마운팅(mounting)하기 위해 구조화된 커버 99A 또는 99B 및 프레임 몸체 97A 및 97B를 나타낸 도면이다. 또한 커버 99A를 갖춘 상기 미국 월 박스에 확장되어 사용되는 상기 커버 99A 또는 99B는, 부착을 위한 시각적으로 보이는 스크류 헤드(screw heads)를 사용한다. 또한 상기 커버 99B는, 상기 시각적으로 보이는 스크류 헤드 없이 깨끗하게 장식 커버 99B를 부착하기 위한 스냅-온(snap-on) 베이트 99C를 부착하기 위해 사용되는 숨겨진(hidden) 스크류를 갖춘 기존의 장식 커버이다. 마찬가지로 도 9a, 도 9b 및 도 9c에 도시한 하이브리드 SPDT 마이크로 스위치-릴레이 및 DPDT 마이크로 스위치-릴레이도, 유럽 라운드 또는 사각 원 박스로 하이브리드 마이크로 스위치 SPDT 20 및 DPDT 51를 마운팅하기 위해 맞춘 프레임 59, 59A 및 59D를 갖춘 케이싱 50을 사용한다. 또한 도시한 키 70 및 키 72는, 온 또는 오프 스위칭 동작을 위해, 키 안쪽을 누름으로써, 동작되는 푸시 키이다.

또한 도 9b에 도시한 키 72는, 눌러서 잠금(push to lock) 및 눌러서 해제(push to release) 모드로 동작하며, 상기 키 표면은 잠겼는지 또는 해제되었는지에 대한 식별이 가능하다. 이는, 도 5C의 키 60에 자기 부착(self-attached)되는 셀프-잠금 홀더 73과 함께 키 72를 제공함으로써, 달성된다. 그러므로 상기 키 72는, 도 9b에 도시한 잠금 위치 72L 및 해제 위치 72R로서 언급된, 4~5mm와 같은 스트로크 움직임에 따라 파킹(parking)한다. 또한 상기 키 72는, 손가락 누름 동작동안 키에 대한 좀 더 나은 균형과 안정성을 제공하기 위해 스프링-피스톤(spring-piston) 구조 75, 75A에 의해 지지된다.

또한 도시한 다른 키 70은, 키 60에 부착되지 않는다. 상기 키 50은, 네 개의 탄성 구조 70B에 의해 지지되거나, 또는 도 9b의 75 및 75A와 같은 키의 내부 표면에 마운트 되는 스프링 및 피스톤에 의해 지지된다. 또한 상기 키 70은, 홀더 59A 표면의 가이드 리시버 59B로 삽입되는 네 개의 스톱 가이드 70A를 더 포함한다. 따라서 상기 키 60을 잠그기 위해, 상기 키 70이 눌러질 때, 상기 키 70은 완전히 눌러질 것이고, 네 개의 스톱 가이드에 의해 파크(parked)될 것이다.

그러므로 상기 키 70은, 하이브리드 스위치가 잠금 또는 해제위치에 있는지에 상관없이 고정된 파킹 위치(parking position)에서 유지되므로 푸시-푸시(push-push) 키로 불린다.

또한 상기 키 70 또는 72는, 어울리거나 상이한 디자인 및 마무리, 색조 또는 색, 질감을 가질 수 있거나/있으며, 인디케이터 창(indicator window) 74 및/또는 IR이 통과하는 창 74W를 구비하거나 구비하지 않을 수도 있다.

IR 패싱 필터(IR passing filter)는, 폴리카보네이트(polycarbonate)와 같은 짙은 회색 또는 말 그대로 검은색으로 색이 입혀진 투명 플라스틱 물질이다. 또한 이러한 색으로 입혀진 투명 물질로 만들어진 몰드형 키 70 또는 커버 59는, 상기 키 또는 커버를 통해 공기 중으로 IR 신호의 전파를 가능하게 한다. 또한 예를 들어, IR 신호를 공기 중으로 통과시키기 위한 색조가 입혀진 투명 물질로 만들어진 탄성구조 70B로 주조하는 것이 가능하고, 이러한 탄성구조의 베이스는, 도 9a 내지 9c에 도시한 IR 투명 창(IR transparent window) 74W가 된다.

또한 상기 하이브리드 스위치-릴레이 51의 전면에 나타낸 인디케이터 54는, "대기(standby)" 상태와 같은 부하의 상당한 변화를 포함하는 부하의 온-오프 상태를 표시한다. 여기서, 상기 부하에 의해 드레인 되는 전류 또는 소비되는 전력은 실질적으로 감소된다. 초록, 빨강, 노랑 또는 파랑과 같은 상기 상태 표시 색깔은, 키 70 및 72의 표면 인디케이터의 얇은 반투명 창(semitransparent window) 74를 통해 투사된다.

이는, 다양한 형태로 디자인되고 구조화될 수 있고, 도 4a에 도시한 로커 키(rocker key) 몸체 33 또는 해당 리셉터클 홀 84H 및 94H로 각각 맞춰진 키 80과 82의 핀 80A, 및 키 90과 92의 핀 90A과 같은, 셀프-잠금(self-lock) 부착에 관련된 세부사항들을 포함하는 도 10a, 10b, 11a 및 11b에 도시한 로커 키 몸체 83, 84, 93 및 94상의 로커 스위치에 부착될 수 있는 로커 키에도 동일하게 적용된다. 또한 잠금 후크(lock hooks) 80B, 82B, 90B 및 92B는, 키 몸체의 락-온(lock-on)구조 84B 및 94B에 각각 부착된다.

또한 도시한 키 몸체 80 및 90 각각은, SPDT 스위치의 단일 로커 극 24를 토글링(toggling)하기 위한 단일 피스톤 86 및 96을 각각 포함하는 반면에, 키 몸체 82 및 92 각각은, 키 몸체 84 또는 94의 스톱 바(stop bar) 84A와 하이브리드 스위치 케이스 30 또는 40의 스톱 바 84S를 결합함으로써, DPDT 스위치의 듀얼 로커 극 24를 토글링하기 위한, 듀얼 피스톤 86-1 및 86-2 또는 96-1 및 96-2를 각각 포함한다.

도 10a 내지 도 10c는, 도 6a의 40C에 도시한 인디케이터 44와 일렬로 늘어선 키 몸체 84의 투명 창 84W와 인디케이터의 얇은 반투명 창 80W를 나타낸 도면이다.

분해도 10A, 10B, 11A 및 11B에 도시한 각각의 키 몸체는, 상기에서 언급한 키 잠금 후크 80B, 82B, 90B 및 92B를 지지하기 위한 락-온 구조 84B와 92B 및 듀얼 피벗(pivots) 또는 상기 각각의 키 몸체를 몰드형 케이싱 30 및 40의 각 중앙 회전 소켓(center rotation socket) 85 및 95로 부착하기 위한 짧은 축(shafts) 84C-1 및 84C-2 와 94C-1 및 94C-1을 더 포함한다. 도 10c 및 11c는, 키 80 또는 90의 손가락 누름에 의해 동작되는 조립된 로커 스위치를 각각 나타낸 도면이다.

로커 스위치를 위한 커버 30 또는 40은, 푸시 스위치 또는 다른 어떤 장식 모양을 위한 도 9a에 도시한 커버 59와 같은 동일한 커버 디자인, 모양 및 사이즈로 될 수 있다. 상기 커버 59, 89 또는 99는, 스위치 또는 하이브리드 스위치 및/또는 하이브리드 스위치의 조합 및 다른 스위치들을 하나 이상 포함하는 월 박스에 마운트되는 복수의 하이브리드 스위치를 설치하기 위해 디자인되거나 제공될 수 있다. 상기 커버는, 가급적으로 동일한 월 박스에 마운트 된 전원 아울렛을 포함하는 복수의 하이브리드 스위치 및 일반적인 스위치를 커버링(covering)하기 위해 디자인되고 제공되어야 한다.

도 12a는, 조명기구 또는 히터와 같은 AC 전기기구들을 극 PS와 두 개의 접점 1 및 2를 포함하는 SPDT 스위치를 통해 수동적으로 동작하고, 코일 6L, 극 PR, 및 도 3B, 도 3C 및 도 4B의 하이브리드 스위치-릴레이 10,20 또는 30의 두 접점 1 및 2를 포함하는 SPDT 릴레이를 통해 원격으로 동작하기 위한 온-오프 스위칭 회로를 나타낸 블록도이다.

두 개의 트래블러 접점을 통해 도 12a 및 도 12b의 SPDT 또는 DPDT 스위치 및 SPDT 릴레이를 결합하는 것은, 릴레이 코일 6L을 통한 원격 온-오프 스위칭 및 수동 스위치 키 70 또는 도 9a와 도 10a의 키 80과 같은 것을 통한 수동 온-오프 스위칭과 같은 AC 전기기구에 대한 두 개의 독립적인 온-오프 스위칭을 제공하기 위해서이다.

그러나 하이브리드 스위치 20, 30, 40 또는 51의 원격 스위칭은, 전기기구를 에러 없이 스위칭 하기 위해, 상기 전기기구의 동작 상태를 알 필요가 있다는 점에서 안정성 이슈(issue)가 있다. 이는, 릴레이를 스위치 오버하기 위한 명령을 하기 전, 상기 전기기구의 전원 온 또는 오프인지 아는 것이 필요하다. 즉, 기기의 동작 상태에 대한 정보가 없다면, SPDT 또는 DPDT 릴레이의 리버싱은, 의도된 명령의 반대로 전기기구 전원을 스위치 할 수 있다.

예를 들어, 히터나 조명이 스위치 오프 되어있는 것을 모르고, 상기 히터나 조명을 스위치 오프 하라는 명령은 상기 히터나 조명을 스위치 온할 수 있다. 이러한 기본적인 이유로, 임의적으로 수동으로 동작되는 알려지지 않은 SPDT 또는 DPDT 수동 스위치의 위치에 대한 릴레이 코일 상태에 의존하는 것은 불가능하다.

더욱이, 실제 신뢰성 있도록 SPDT 릴레이를 제어하기 위해서는, 조명 또는 전기기구로부터 제어기로 전파되는 전류 드레인 또는 조명 또는 AC 전기기구의 온-오프 상태에 관련된 리턴(returned) 되는 확인(confirmation) 또는 데이터의 제공이 필요하다. 이는, 양방향 또는 쌍방향 통신, 하이브리드 스위치-릴레이 또는 전기기구의 차제적인 제어명령 및 전기기구 또는 하이브리드 스위치-릴레이로부터 제어기로 리턴 되는 확인, 상태, 전류 드레인 데이터 또는 전력 소비 데이터를 요구한다.

또한 전원 스테이션 및 전원 분배기로 실시간 전류 드레인 또는 전력 소비 데이터 통신을 위한 필요성은, 가정 자동화 고려사항을 위한 핵심 토픽이고 주요 목적이다. 그리고 현재 신호 또는 데이터의 연결 및 스마트 그리드 프로그램의 주제에 대한 전 세계적인 토론을 개최했다.

참조된 미국등록특허와 미국특허출원 및 도 12a와 도 12b의 회로도는, 드라이버(driver) 107, 109, 105, 103-1 및 103-2 각각을 통해 리턴 되는 데이터를 수신하는 것을 포함하여 원격에서 전기기구를 동작하기 위한 트위스트 페어(twisted pair) 132를 통한 양방향 버스 라인, IR 송신기 및 수신기 109A 및 109B를 통한 IR, 안테나 106(공기 중(in air))을 통한 RF, 광가이드(light guide) 또는 섬유 광케이블 130을 통한 두 개의 광 트랜시버 104에 의한 광 통신을 공개했다.

비록 IR 및 RF 통신이 간단하게 여겨지더라도, 상기 IR 및 RF 통신은 매우 안정적이지는 않다. 예를 들어, 방 내부에서 방해 물체의 이동 또는 배치는, 상기 참조된 미국특허 및 전기기구에서 공개된 IR 원격 제어 리피터(repeater)로부터의 명령을 포함하는 주어진 전기기구로의 IR 원격 온-오프 명령의 라인오브사이트(line of sight)를 차단할 수도 있다. 이는, 상기 전기기구로부터 반환되는 확인 및/또는 온 또는 오프 명령 자체가 차단되거나 신뢰할 수 없게 될 수 있다.

또한 RF는, 다른 거주지 및/또는 전체 거주지를 커버할 필요성이 없고, 명령 또는 리턴 되는 데이터가 통신되지 않거나, 의도한 데로 상기 명령 또는 데이터의 목적지에 도달하지 못한 RF 신호로부터 침입(invading)에 의해 잘못 전송되고 수신될 수 있다. 거주지의 많은 전기기구와 AC 아울렛을 커버링하기 위한 RF 네트워크는, 전기 설치자(electrical installers)의 훈련과 노하우를 훨씬 넘어서는 광범위하고, 복잡하고, 정확한 어드레싱(addressing)을 요구한다.

또한 위에서 언급한 또 다른 기본적인 신뢰성 이슈는, 하이브리드 스위치 및/또는 캐스케이딩 SPDT 또는 DPDT 스위치의 온 또는 오프 상태를 불명확하게 하는 도 12a 및 도 12b에 도시한 SPDT 극 PS1 또는 DPDT 극 PS1 및 PS2의 알려지지 않은 상태이다. 그런 이유로, 수동 SPDT 또는 DPDT 스위치의 정확한 온-오프 상태를 알 수 없는 것은, 시스템의 안정성 문제를 야기 시킨다. 이하에서 설명될 것과 같이, 통신과 코일 6L ~ 6L-n의 상태를 제어하고 전류 드레인 신호를 제공하는 CPU 101는, 전류 드레인 또는 온-오프 검출(detection)을 기반으로 트래블러와 부하의 연결을 식별할 수 있다. 게다가, 복수의 n 하이브리드 스위치와 함께 패키지된 CPU는, 전류 드레인 신호와 상태 검출 신호의 조합을 제공할 수 있다.

또한 전류 센서 100과 상태센서 100A의 도입은, 전기 스위치의 신뢰성 있는 온-오프 상태를, 참조된 미국특허와 출원에서 공개된 AC 디바이스들을 제어하기 위한 전용 제어기, 비디오 인터폰 또는 쇼핑 단말기에 제공하기 위한 해결책이다.

또한 유도 전류 센서(current sensor by induction), 마그네틱 홀 감지 회로(magnetic hall sensing circuit), 저 저항 레지스터(low ohmic resistor) 또는 금속 합금(metal alloy), 또는 다른 어떤 알려진 전류 감지 회로 및 방법인 전류 센서 100은, POF 130, 라인오브사이트 내의 IR, 버스라인 또는 네트워크를 통한 공기 중 또는 전기신호의 RF를 통해 전기기구의 상태와 관련된 데이터를 전파하기 위해 전기기구의 상태를 실시간으로 식별한다. 하이브리드 스위치가 전기 캐비닛 내부 설치를 위해 분리 또는 분할하여 구조화되거나, 또는 AC 전원 와이어 및 연결기(connector)로부터 저 전압 연결기를 나누는 분할된 월 박스로 구조화될 때, 버스라인 132에서 트위스트 페어의 사용 또한 가능하다.

실시간 전류 드레인 데이터는, 제어기가 에러 없이 조명기구 또는 다른 전기기구를 온 및 오프 스위치 할 수 있도록 부하의 상태를 식별한다. 게다가, 상시 실시간 전류 드레인 데이터는, 거주지, 사무실 또는 다른 기업 또는 조직의 실시간 전류 드레인 또는 전력소비를 전원 프로바이더(provider)의 전원 스마트 그리드(power smart grid), 또는 전원 스테이션(power station)에 보고하기 위한 토대(base)를 제공한다.

또한 릴레이 코일 6L, CPU 101 및 다른 내부회로를 위한 DC 전원은, 필요한 저(low) DC 전압 및 전류를 출력하기 위한 기존의 스위칭 전원 공급 회로를 사용하는 작은 전원 공급 IC 회로 및/또는 DC 아날로그 전압 레귤레이터(DC analog voltage regulator)를 사용하는 작은 전원 공급 IC 회로, 또는 상기 참조한 미국등록특허 8,444,124에서 언급된 것과 같은 다른 전류 전원 공급회로로부터 공급될 수 있다. 비록 릴레이 코일 전력 소비는 1W의 일부분 일지라도, 이는 마그네틱 또는 기계적 래칭 극 PR 및 전기자 PM과 함께 상기 코일 6L을 사용하는 것이 유리하다. 왜냐하면, 래칭 릴레이는 짧은 전기 전원 펄스에 의해 동작되므로 전력 소모를 아낄 수 있고, 내부 전원 공급과 열화로 인한 DC 전류 드레인을 감소시킬 수 있기 때문이다. 한편 기계적으로 래치되는 릴레이를 사용하는 상기 래칭 릴레이와 하이브리드 스위치는 이하에서 더 설명될 것이다.

일반적인 조명 스위치는 AC 중성 라인과 연결되지 않고, 일반적으로 전선관(conduits) 및 조명 스위치 월 박스에서 사용되는 두 개의 와이어를 갖춘, 라이브 AC와 부하 라인만을 사용한다.

다른 한편으로는, 모든 알려진 전기배선에 대한 기존의 규칙(rules), 코드(codes)와 규제(regulations)는, 본 발명의 하이브리드 스위치-릴레이와 같은, 모든 AC 스위칭 및 다른 AC 디바이스 및 회로를 위한 이러한 AC 중성 라인의 연결을 포함하는 전기도관 및 전기 월 박스로의 무제한적인 AC 중성 라인의 도입을 허용한다.

상기의 설명으로부터, 본 발명의 SPDT 하이브리드 스위치-릴레이 디바이스는, 중성 와이어 및 양방향 통신을 위한 광케이블, IR 또는 공기 중 RF 중 하나의 추가가 필요하고, 저 비용으로 간편하게 설치되는 일반적인 전기 시스템의 기본적인 배선의 어떠한 큰 변화 없이, 전기 코드와 규칙에 따라 전기 배선된 표준 전기 AC 박스로 설치될 수 있다는 것은 명백하다.

상기 참조된 미국등록특허는, 광 액세스(optical access)를 위한 광케이블의 직접적인 부착을 공개했다. POF 케이블의 종단은, 광케이블 130의 캐스케이드 된 체인을 통해 전파되는 광 신호, 라인오브사이트가 조정된 IR 및/또는 무선 RF 신호 및/또는 버스라인 132를 통한 전기신호를 통해 제어하고, 일방향 또는 단방향 및 쌍방향 또는 양방향 및 이들의 조합으로 공개된, 상기 액세스 104를 통해 광 트랜시버 103에 직접적으로 부착 가능하도록 하는 단면을 위해 날카로운 길로틴 커터(guillotine cutter)에 의해 마무리된다.

또한 상기 참조된 미국등록특허의 사상으로부터, 전류 센서 또는 AC 스위칭 디바이스 또는 AC 아울렛과 같은 AC 디바이스들은, 전기기구 또는 부하가 위치하는 구내의 방이나 구역을 포함하는 전기기구의 세부사항에 관련된 주소와 함께 설정될 수 있음은 명백하다.

상기 설정은, 도 12a 및 도 12b에 도시한 것과 같은, 세팅 셀렉터 108-1 ~ 108-n 및/또는 각 전기기구의 세부사항 및 주소를 상기 CPU 101에 포함되는 메모리로 다운로딩(downloading)하는 것을 통해 처리된다. 이는, RF 신호, 공기 중 IR 신호, 광케이블을 통한 광신호 및 휴대용 디바이스를 통해 하나 또는 그 이상의 광가이드 액세스로 불리는 광포트(optoports), AC 디바이스, 또는 로딩 커넥터(loading connertor) 또는 단자를 통해 직접적으로 다운로딩하는 것을 포함한다.

또한 본 발명의 하이브리드 스위치-릴레이에 의한 또 다른 특징은, CPU 101의 프로그래밍이고, "더블 키잉(double keying)" 또는 "트리블 키잉(triple keying)"을 하이브리드 스위치-릴레이의 키 70, 80 또는 90에 할당하기 위한 방법 또는 "온-오프-온" 또는 "오프-온-오프"와 같이 상기 스위치의 레버에 "더블 액션(double action)"을 할당하기 위한 방법이다. 상기 할당은, 개별적으로 설치되거나, 이하에서 더 설명되는 것처럼, 구내에서 조명의 그룹 또는 각각의 조명 또는 다른 전기기구들의 그룹을 온-오프 스위칭하기 위한 SPDT 및/또는 DPDT 스위치와 함께 트래블러 와이어에 의해 연결되는 어떠한 하이브리드 스위치에도 적용가능하다.

도 12a 및 도 13b는 전류 센서 100을 도시한 도면이고, 도 12c는 상태센서 100A를 도시한 도면이다. 상기 상태센서 100A는, 도 12a 및 도 12b의 하이브리드 디바이스를 동작하는데 필요가 없다. 왜냐하면 극 PR을 통해 부하에 직렬로 연결되는 상기 전류 센서 100은, 부하를 통한 전류 드레인을 분명하게 확인하기 때문이다. 그래서 에러 없는 상태를 제공한다.

또한 상기 상태센서 100A는 전류 센서 100과 대조적으로, 전류 드레인 값이나 데이터를 제공하지 않으나, 상기 상태센서 100A는, SPDT 및/또는 DPDT 스위치의 위치에 대한 트래블러 라인의 상태를 확인하고, 부하로부터 라이브 AC 전원이 차단될 때, 신호를 출력함으로써, 상태 데이터를 제공한다. 간단하게 말해서, 상기 상태센서 100A는, 부하가 트래블러 라인 T1 또는 T2 중 하나에 연결되고, 라이브 AC가 다른 트래블러 라인에 공급될 때 신호를 출력한다.

도 12c는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 상태센서 100의 개념적인 전기회로 또는 블록도이다. 여기서, 둘 다 높은 옴 값을 가진 두 개의 센싱 레지스터(sensing resistors) R2 및 R3는, SPDT 릴레이의 두 단자 1 및 2에 연결된다. 또한 상기 센싱 레지스터 R2와 R3는, 자신의 다른 쪽에서 직렬 레지스터(series resistor) R4를 통해 FET Q1 게이트로 연결되고, 제너 다이오드(zener diode) D1을 통해 그라운드(ground)로 연결된다. 설명을 위해, CPU, 릴레이 및 하이브리드 디바이스 20, 30, 40, 51 또는 200의 다른 회로들에 전원을 공급하기 위한 파워 서플라이(power supply) 102에 의해 공급되는 그라운드 포텐셜(ground potential)과 DC 극성(DC polarity)은, 라이브 AC와 연결된다. 또한 상기 그라운드 DC 포텐셜과 포지티브(positive) DC 또는 VCC는, 예를 들어, AC 라이브 라인에 대해 +12V 또는 +5V 또는 +nV로 측정된다.

또한 상기 AC 라이브 라인은, 극단자 PR과 직접적으로 연결되므로 도 12c에 도시한 것처럼, 극 PR 및 PS가 접점 2와 결합될 때, 부하와 AC 라이브 라인은 연결되고, 상기 센싱 레지스터 R3는, DC 그라운드 포텐셜에 있고, 상기 FET Q1 게이트의 신호는, 0이며, FET Q1을 오프 상태로 유지한다. 상기 극 PR이 접점 1과 결합하기 위해 스위치 오버될 때, 부하는, 상기 센싱 레지스터 R3 및 R2에 의해 라이브라인 L에 연결되고, 중성 라인 N에 고정되어 연결된 상기 부하는, 센싱 레지스터 R2 및 R3를 통해 상기 중성 라인을 직렬적으로 라이브 AC에 연결할 것이다.

이에 따라 분압기(voltage divider) R2 및 R3(상기 부하의 저항은 무시 가능함)는, 높은 상태의 신호를 부하가 스위치 오프 되는 것을 확인하는 상기 CPU 101의 I/O 포트로 제공하는 게이트 소스 극을 갖춘, FET Q1을 온으로 스위치하기 위한 FET 게이트로 적절한 전압 포텐셜을 제공하는 분 전류(minute current)를 R4 및 제너 D1을 통해 그라운드로 제공한다.

또한 CPU 101의 메모리는, 키 70, 80 또는 90, 또는 인터넷을 통해 PC 네트워크에 의한 명령들을 포함하는 광포트(optoport), IR, RF 또는 버스라인을 통해, 도 13에 도시한 자동화 콘트롤러(automation controller) 350로부터 수신한 명령, 또는 이후에서 설명될 것과 같이, 프로그램 된 대로 DPDT 하이브리드 스위치-릴레이에 캐스케이드 된 체인으로 연결되는 SPDT 또는 DPDT 스위치(미도시)에 의한 키잉(keying)을 포함하는 더블 또는 트리플 키잉과 같이 반복되는 키잉을 통해 온-명령(on-command) 또는 오프-명령(off-command)에 상응하는, 에러 없이 릴레이를 동작시키기 위해 CPU에 필요한 개별적인 접점 T1 또는 T2 접점의 양 상태를 저장한다.

또한 상기 참조된 미국등록특허 8,269,376은, 하이브리드 스위치 및/또는 하이브리드 스위치에 캐스케이드 된 체인에 연결되는 SPDT 또는 DPDT 기계적인 스위치를 통해 "온-오프-온" 또는 "오프-온-오프" 스위칭함으로써, 조명 또는 다른 개별적인 전기기구들, 부하의 그룹 및 모든 부하 또는 주어진 전기기구들과 같은, 부하를 온-오프 스위칭하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

하이브리드 스위치는, 캐스케이딩 광케이블 또는 RF 및 도 13a 및 도 13b에 도시한 키패드 150 또는 터치패드 또는 터치스크린 및/또는 가정 자동화 분배기를 포함하는, 전용 제어기, 비디오 인터폰 모니터 또는 쇼핑 단말기를 포함하는 가정 자동화의 제어기 250을 통해 직접적으로 조명 또는 다른 전기기구가 될 수 있는, 주어진 부하의 각각, 그룹 또는 모두에 대해 온 또는 오프를 명령한다.

도 12a와 도 12b에 도시한 각각의 하이브리드 스위치 20, 30, 40 및 51과 하이브리드 스위치 200(미도시)은, POF 130을 위한 캐스케이딩 트랜시버 103와 광포트 104, IR 및 RF 트랜시버 109 및 105, 버스라인 드라이버 107, 전류센서 100, 상태센서 100A, 세팅 셀렉터 108-1 ~ 108-n과 같은 많은 회로들을 포함할 수 있다.

그러나 모든 회로들이 필요한 하지 않는 것은 분명하다. 예를 들어, 캐스케이딩 광가이드 또는 POF가 사용되지 않을 때, 단지 단일 광포트 104가 필요하고, 유일하게 IR 또는 RF 명령만이 사용될 때에는 상기 광포트는 사용되지 않고, IR 트랜시버 109 또는 RF 트랜시버 105만이 유일하게 하이브리드 스위치-릴레이에 포함된다.

또한 참조된 미국등록특허 및 미국특허출원과 마찬가지로, 하이브리드 스위치 및/또는 부하가 설치되고 동작되는 방이나 구역, 전기기구의 식별 및 다른 동작에 대한 세부사항을 포함하는 하이브리드 스위치-릴레이를 위한 설정은, 세팅 셀렉터 108-1 ~ 108-n 또는 광포트 104를 통한 광 다운로딩, IR 트랜시버 109를 통한 IR 다운로딩, RF 트랜시버 105를 통한 RF 다운로딩을 통해 설정될 수 있다.

상기 다운로딩과 설정은, 이후에서 설명되는 것처럼 조명 또는 전기기구의 그룹 및 조명과 주어진 전기기구 각각을 온-오프 스위칭하기 위한 프로그램을 포함한다.

따라서 다양한 하이브리드 스위치 20, 30, 40 및 200의 회로인 세팅 셀렉터 108-1 ~ 108-n과 상태센서 100A 또는 전류센서 100은, 의도한 목적에 따라 다양해질 수 있고, 도시된 모든 회로가 필요하거나 포함되지 않는다.

또한 구내에 설치된 캐스케이딩 DPDT 및 SPDT 수동 스위치에 연결되는 독립형 SPDT 하이브리드 스위치 또는 단일 리버싱 DPDT 하이브리드 스위치를 위해, 세부사항과 어드레스 설정 및 시스템 제어기가 완벽하게 동시에 필요하지 않다.

이와 반대로, 거주지에 대한 단일 하이브리드 스위치의 디바이스는, 예를 들어, AC 라이브 라인과 X10과 같이 기존의 AC 제어 신호에 의한 제어 가능한 코일 6L의 전기자 PM을 작동시키는 것, 또는 이하에서 설명되는 것과 같이 전기자 또는 극이 자기적으로 또는 기계적으로 래칭되는 타입일 때, 코일에 단순하고 짧은 펄스를 제공하는 것을 통해 온-오프 명령을 전파하기 위한 매우 낮은 비용의 온-오프 원격 제어기(미도시)를 통해 동작될 수 있다.

이러한 간단한 동작을 위해 상기 코일 6L은, 공급되는 펄스에 의해 구동될 수 있고, 상기 마그네틱 전기자를 작동시키거나, 도 17b, 도 18a 및 도 18b에 도시한 극 PR-E의 래칭 위치를 반전시키기 위해, 상기 극 PR-E를 래치 한다. 그렇게 함으로서, 부하의 상태를 온에서 오프로 또는 오프에서 온으로 반전시킬 수 있으며, 다른 제어회로는 필요하거나 사용되지 않는다.

또한 하이브리드 스위치는, 전기 캐비닛에 설치될 수 있고, 상기 코일 6L은, 원격으로 작동되는 극 PR을 갖춘 전기자 PM을 작동하기 위한 저전압(low voltage) 또는 AC 전원에 연결될 수 있으며, 이러한 원격 작동을 위해 더 이상의 회로는 필요하거나 사용되지 않는다.

전류센서 100, 상태센서 100A 또는 둘 다를 사용하는 것에 대한 문제는, 특정한 요구 및/또는 측정되고 계산되는 드레인 전류 및/또는 소비전력 에 대한 보고의 필요성을 필연적으로 수반한다. 상기 전류센서 100 또는 상태센서 100A 또는 둘 다의 사용은, 단지 기술적인 문제인 것은 아니다. 이는, 상업적이고/또는 실시간으로 전력 소비를 보고하는 것을 지시하는 것과 같은 미래 규정 준수를 포함한다.

예를 들어, 실시간으로 전력소비를 보고하기 위해 전류센서 100 대신에 상태센서 100A를 사용하는 것은 가능하다. 이는, 사용자가 부하의 명시된 소비전력을 CPU 101의 메모리로 설치하는 것을 가능하게 함으로써, 달성된다. 이는 기록되고 저장된 것으로 전력소비를 보고하는 것이 가능하고, 측정될 필요가 없다.

비록 상태센서가 거주지의 조명 또는 에어컨과 같은 개별적인 부하, 부하의 그룹 및 모든 부하의 제어를 위해 잘 맞음에도 불구하고, 전력소비 또는 전류 드레인 값을 제공하기 위한 전류센서 101의 사용이 바람직한 해결책이다.

또한 거주지 내의 온-오프 스위칭을 위한 명령 및 유사한 명령과 상태 및 전력소비보고를 포함하는 명령응답은, 빠른 속도로 수행될 필요가 없다. 이와 반대로, 500baud와 같은 느린 속도가 일반적이고, 500baud와 같은 느린 속도는 공기 중, 라인오브사이트에서의 IR 명령을 위한 표준이다.

POF를 통한 광신호의 시그널링(signaling)을 위한 다른 속도를 적용하는 것은, 올바르지 않고, 이 느린 속도가 광신호인 무선 IR 및 POF를 통한 가시광 둘 다를 위한 바람직한 속도이다. 상기 느린 속도는, 시그널링 속도 능력을 포함하지 않고, 릴레이 및 기계적인 스위치의 극들을 통한 전원 스위칭 시간은, 밀리초 단위로 측정된다. 이는 500baud의 느린 속도에 맞춘 타이밍(timing)이고, 특히 응답하는 요소 및 회로가 응답에 대해 준비가 되지 않았을 때, 높은 속도로 제어명령 및 응답을 제공하는 것은 장점이 적거나 없다. 게다가, 전력소비 계산은 느리다. 이는 이후에서 설명된다.

상기에서 언급한 것과 같이, 하이브리드 스위치-릴레이는, 거주지 내의 조명의 그룹 또는 조명 전부, 또는 다른 전기기구의 그룹 및 다른 모든 전기기구의 그룹을 온 및 오프 스위치를 위해 동작될 수 있다. 이는, 도 13a에 도시한 거주지 자동화 그리드(residence automation grid) 또는 네트워크 및 도 13b에 도시한 자동화 신호 분배기(automation signal distributor)를 통해 명령의 전파를 지시한다.

상기의 설명으로부터, 회로와 프로그램들의 다양한 조합은, 동작모드에 많은 변화를 제공하기 위해 사용되거나 적용될 수 있는 것은 명백하다.

본 발명의 하이브리드 스위치-릴레이는, 본 발명의 DPDT 하이브리드 스위치-릴레이에 캐스케이드 되는 체인으로 연결되는 하이브리드 스위치 키 70, 80, 82, 90 또는 92 및 SPDT 스위치 및/또는 DPDT 스위치들의 어느 하나 또는 복수의 수동 스위치 레버를 통해 구내의 모든 조명 또는 주어진 부하의 모든 그룹 또는 클러스터를 포함하는, 조명의 그룹 또는 클러스터 또는 다른 주어진 부하의 그룹 또는 클러스터를 온-오프 스위칭하기 위한 명령을 생성하고 전파하기 위해 프로그램 된다.

한편 상세한 설명과 청구항에서 사용하고 있는 용어 "클러스터(cluster)"는, 어떤 조명의 그룹 또는 다른 "주어진(given)" 전기기구 또는 부하를 의미하며, "주어진 부하(given load)"는 히터, 에어컨, 팬(fans), 조명 또는 커튼(curtains)과 블라인드(blinds) 및 이와 유사한 어떤 전기기구의 타입을 의미한다.

거주지의 조명의 그룹 또는 각각의 조명을 온-오프 스위치 하는 것에 대한 명령은, 광가이드(POF)를 통한 광 신호, 직접적으로 또는 라인오브사이트에서의 IR 리피터(repeaters)를 통한 공기 중의 IR 신호, 버스라인 및 전원이 공급되는 버스라인을 통한 전기신호 및 이들의 어떤 조합으로부터 선택되는 어떤 양방향 신호를 사용하는 하이브리드 스위치로부터 전파될 수 있다.

참조된 미국등록특허 8,269,376은, 기존에 잘 알려진 다양한 브랜드에 의해 제조되는 AC SPDT 또는 DPDT 스위치들의 표준을 공개했다. 또한 상기 미국특허는, 결합된 AC 스위칭 디바이스와 AC 수동 SPDT 스위치를 캐스케이드 체인으로 트래블러 와이어 T1과 T2에 의해 연결되는 월 박스로 마운팅 하는 방법을 나타내고 있다.

또한 상기 공개된 조명의 그룹 및 각각의 조명을 스위칭하기 위한 과정은, 하이브리드 스위치-릴레이 및 본 발명과 관련된 SPDT 및/또는 DPDT 스위치에 모두 적용되는, 누르기(push), 밀기(depress), 로커, 클릭(click), 슬라이드(slide), 회전(rotate) 또는 스위치의 상태를 반전하기 위한 다른 어떤 작동 동작이 되는, 반복되는 키잉 또는 다른 방법으로 SPDT 또는 DPDT 스위치를 역(reversely)으로 동작하는 것이다.

또한 CPU 101은, 상태센서 100A 또는 도 14a의 CPU 101의 I/OC 포트로 제공되는 전류 센서 100에 의해 검출된 전류 드레인 레벨의 변화를 통해 스위치 상태의 변화에 대한 시간을 재도록 프로그램 된다. 예를 들어, 상기 스위치의 상태가 "오프 상태"이고, 하이브리드 스위치 키가 조명을 온하도록 스위치하기 위해 작동될 때, 상태 또는 전류 드레인의 변화는 CPU 101에 의해 타이밍 프로그램(timing program)을 시작되게 한다. 상기 타이밍 프로그램 또는 타이머는, 반복 키잉을 위한 "대기기간(waiting duration)"인, 예를 들어, 1초 또는 500밀리초(msec)의 기간 동안 작동된다.

만약 1초 또는 500밀리초 기간 내에 상기 키잉이 반복되면, 실제 상태가 다시 반전된다. 그러나 프로그램 된 CPU 101은, 첫 번째 반전상태(예: 조명이 켜진 상태)를 유지하기 위해 즉각적으로 극 PR의 상태를 재반전 시키기 위해 코일 6L을 동작시키고, 동시에 가정 자동화 그리드 또는 네트워크에 시스템 제어기 또는 세팅키를 통해 직접적으로 또는 주어진 하이브리드 스위치-릴레이의 메모리를 통해 프로그램 된 데로 주어진 조명의 그룹을 스위치 온하기 위해 명령을 제공한다.

또한 하이브리드 스위치가 복수의 통합된 스위치를 포함하고 조명의 그룹 또는 각각의 조명이 전부 또는 부분적으로 동일한 통합된 복수의 하이브리드 스위치에 연결될 때, CPU는, 상기 CPU에 직접적으로 연결된 상기 조명들 또는 다른 부하들을 직접적으로 동작시키고, 자동화 그리드를 통해 다른 그룹 또는 각각의 조명 또는 부하들로 명령을 전파한다.

또한 역 과정(reversed processing)에서도 동일한 내용이 적용되며, 상기 역 과정에서 첫 번째 스위치 동작은 조명을 스위치 오프하는 것이고, 1초 또는 500밀리초 이내의 다음 동작은 상태를 반전시키는 것이다. CPU는, 오프 상태를 유지하기 위해 릴레이 코일 6L ~ 6L-n을 동작시키고, 설정된 데로 조명 또는 다른 조명의 그룹을 스위치 오프하기 위한 명령을 제공한다.

또한 두 번째 동작이 탐지되었을 때, 상기 CPU에 의한 타이머 또는 타이밍 프로그램은, 또 다른 1초(예로써)를 위해 상기 타이머를 재시작하기 위해 초기화한다. 또한 상기 확장된 1초 이내에, 새로운 동작이나 상태의 반전이 발생하면, 상기 릴레이 코일은, 이전의 상태를 유지하도록 지시받고, 자동화 그리도 또는 네트워크를 통해 경우에 따라 각각의 조명을 온 또는 오프 스위치하기 위한 명령을 제공한다.

또한 새로운 동작이 발생하지 않거나, 타이머 프로그램의 첫 번째 타이밍 또는 확장된 타이밍과 같은 어떠한 기간 동안(예: 1초) 동작이 탐지되지 않을 때, 상기 타이밍 또는 타이머 프로그램은 초기화되고, 스위치 작동은, 기본적인 동작모드로 되돌아가고, 트래블러는 반전된다(예: 스위치 온-오프).

또한 전류센서 100과 상태센서 100A는, 트래블러 라인을 통해, 하이브리드-스위치에 연결되는 캐스케이딩 스위치들의 어떠한 변화인 부하의 상태를 감지하고, SPDT 및/또는 DPDT 기계적 스위치들은 타이머 프로그램을 개시한다. 상기 스위치들 중 어느 하나의 작동은, 트래블러 라인과 부하의 상태를 반전시킬 것이고, 이렇게 함으로써, CPU 101의 반복 키잉 타이머 프로그램을 개시한다.

이는, 조명의 그룹 또는 각각의 조명 또는 전기기구를 온-오프 스위칭 하는 것은, 하이브리드 스위치와 함께 캐스케이드 체인으로 연결되는 각각의 개별적인 표준 기계적 SPDT 또는 DPDT 스위치에 의해 동작되는 것은 분명하다.

하이브리드 스위치 인디케이터는, 프로그램 된 대로 타이머의 상태 및 부하, 부하의 그룹 및 각 부하의 온-오프 상태를 나타내기 위한 주어진 색깔로 점등하도록 프로그램 된다.

도 14a는, 전류 드레인 신호를 CPU 101의 I/O 포트로 제공하는 것을 나타낸 블록도이다. 도 14a에 도시한 바와 같이, 라이브 AC 라인은, VCC의 음극(negative pole)으로, 상술된 것과 같이, 회로의 그라운드에 연결된다.

또한 신호 증폭기 IC1은, 기존에 잘 알려진 선형 증폭기 또는 듀얼 증폭기 IC이고, 상기에서 언급한 구조 81로써 전류 드레인 레지스터 R81로부터 공급되는 전류 드레인 신호를 증폭하기 위해 직렬로 연결된다. 또한 상기 증폭기 IC1은, 연산 증폭기(operational amplifier) 또는 op 앰프(op amplifier)로 잘 알려진, 최대 100지수(factor)까지 증폭하기 위해 각각 설정된 두 개의 증폭기와 결합하고, 상기 두 개의 증폭기는 직렬로 연결되므로, 상기 증폭기 IC1은, 최대 10,000 증폭지수까지 제공할 수 있다. 1 ~ 500mA와 100mA ~ 20A 드레인에 의해 생성되는 신호의 선형 증폭은, 상기 증폭기 IC1의 선형 범위 내에 있다.

또한 상기 CPU 101은, 아날로그/디지털 프로세서(analog/digital process)와 아날로그에서 디지털로, 디지털에서 아날로그로 변환하기 위한 컨버터(converter) 포트, 디지털 포트 및 아날로그 포트를 포함한다. 또한 상기 CPU 101은, 8비트 또는 16비트 및 저비용 메모리를 포함하는 저 전력 프로세서와 같은 일반적으로 사용가능한 CPU이다.

또한 상기 증폭된 전류 신호는, 증폭기 IC1에서 상기 포트 I/OC로 제공되고, 상기 증폭된 전류 신호는, 증폭 제어 상태 및 아날로그 전류신호를 디지털신호로 변환한 것에 관련된 데이터를 기반으로 한다. 또한 상기 CPU는, I/OA포트를 통해 프로그램 된 데로, 수신된 신호와 비례하는 센서에 명시된 범위의 중간 또는 최대의 선형 범위 내에 있도록 최적화된 증폭을 얻기 위해, 증폭지수(amplification factor) 또는 상기 증폭기 IC1의 증폭지수를 조정하기 위해 프로그램 된다.

또한 예를 들어, 형광 조명 또는 세탁기의 모터와 같은 부하는, 순수한 저항(ohmic) 또는 저항 부하가 아니다. 또한 상기 비저항 부하는, 전압곡선과 전류곡선 사이의 위상 전이를 야기 시키고, 또는 고 전력 스위칭 전원 및 부하에 의한 전압 및 전류 곡선을 왜곡한다. 도 14b는, 코일과 커패시터(capacitors)를 포함하는 부하에 의해 야기된 임의의 각도만큼 이동된, 전압곡선 180 ~ 186과 전류곡선 190 ~ 196을 나타내는, 두 개의 사인곡선을 나타낸 도면이다.

상기 전압곡선 180 ~ 186은, 미국의 전원라인 120V/60Hz 또는 유럽의 전원라인 230V/50Hz와 같은 전원 라인 전압을 나타내는 최적의 기준 신호레벨을 제공하기 위한. 큰 저항 드라이버, 0.5 ~ 1.0Mohm 범위의 값을 가지는 R6과 적은 Kohm 값을 가지는 R5를 통해 중성 AC 단자 N으로부터 CPU의 I/OV로 제공되는 기준전압의 곡선이다. 또한 상기 전류곡선 190 ~ 196은, 증폭된 전류 신호이고, 전류 드레인 값의 정확한 기준이다.

또한 상기 기준 전압곡선의 부호 변환점 180은, 전력소비 측정의 프로세싱(processing)을 위한 시간의 시작 위치 또는 지점이다. 또한 전류곡선의 위상 이동은, 전류곡선의 부호 변환점의 편차에 의해 분명하게 나타난다.

또한 상기 부호 변환점 180은, 음에서 양으로 변하는 교차점이며, 동일한 시간에, 상기 전류곡선의 시작 위치 시간 190은, 음곡선의 정점에 근접하거나, 90°이상의 위상 이동한 상태로 나타난다.

도 14b에 나타낸 프로세싱은, 다섯 개의 기준 사이클 181 ~ 185과 위상 이동된 5개의 전류 사이클 191 ~ 195를 측정하는 것이다. 또한 시간 위치 및 시간 지점의 측정은, 시간의 전압지점을 위한 181-1, 182-1, 183-2, 184-3 및 185-4와 전류곡선 위에 192-4, 193-5, 194-6 및 195-8로 도시한 시간의 정확한 지점과 함께 열 개의 지점으로, 도 14b에 도시되어 있다.

또한 시간의 프로세싱 위치와 지점의 끝은 186과 196으로 도시되어 있다. 또한 시간 인터벌(interval)은, 50Hz일 때는 20mSec로, 60Hz 일 때는 16.6mSec 이다. 또한 도 14b에 도시한 수직라인은, 하나의 사이클을 시간에 대한 열 개의 지점으로 나눈 것이므로, 시간에 대한 각각의 지점 사이의 인터벌은, 하나의 사이클을 10으로 나눈 시간 기간(time duration)이다.

또한 시간 인터벌 또는 하나의 사이클(Hz) 동안 측정한 지점들의 수는, 측정의 정확도와 직접적으로 관련이 있다. 이는, 하나의 측정 라운드에서 측정되는 AC 사이클의 수와 동일하게 적용된다. 높은 정확도에서 요구하는, 하나의 측정 라운드에서 더 많은 AC 사이클(Hz)의 측정과, 시간 인터벌의 감소 또는 측정 지점의 수에 대한 증가 둘 다를 결정하여야 한다.

전력소비는, 시간에 대한 각 지점에서 측정된 값들을 기반으로 계산된 사인곡선(sinusoidal)의 VxA 그래프의 산물이고, 전압 기준 타이밍을 기반으로 각 사이클마다 요약된다. 도 14b에 도시한 다섯 개의 사이클 181 ~ 185는, 예를 들어, 2초마다 반복된 측정의 하나의 라운드에 대한 예이다. 계산 라운드가 2초 마다 수행되어지기 위해 프로그램 될 때, 다섯 개의 측정된 사이클의 전부는, 50Hz일 때에는 지수 20으로 곱해질 것이고, 60Hz일 때에는 지수 24로 곱해질 것이다(50: 5/sec x 2sec) 또는 (60: 5/sec x 2sec). 이는, 2초 마다 소비되는 전력을 나타낸다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 전류센서에 의한 전력소비 계산은, 단순화될 수 있고, 다양한 IC 제조사로부터 구할 수 있는 저비용 중앙처리유닛(central processing unit, CPU) 또는 아날로그/디지털 프로세서 둘 다에 의해 수행될 수 있음은 명백하다. 또한 상술한 바와 같이, 본 발명의 전류센서는, AC 하이브리드 스위치-릴레이와 다른 전기 배선 디바이스에 맞는 작은 사이즈로 제작될 수 있고, 전력소비 보고를 위해 정확하고, 실용적이고 저비용의 솔루션을 제공할 수 있는 것은 명백하다.

계산된 전력소비 값은, 프로그램 된 데로 시스템 제어기에 보고하기 위해, CPU에 포함되는 메모리로 저장되고 업데이트된다. 또한 상기 계산된 전력소비 값은, 부하 또는 전기기구의 세부사항과 상기 부하 및/또는 하이브리드 스위치의 위치를 포함하는 사전에 정의되고 프로그램 된 프로토콜(protocol)로 변환된다. 또한 상기 메모리에 저장되고 업데이트되는 데이터는 부호화된 프로토콜이다.

또한 참조된 미국등록특허 8,170,722는, 전력소비 프로토콜의 부호화하는 것과 프로토콜 보고의 신호구조를 공개하고 있다. 또한 명령구조는, 전력소비보고에 필요한 모든 데이터, 부하의 세부사항 및 부하의 위치를 포함하는, 단지 5바이트(byte)로 구성되는 짧은 명령으로 디자인된다.

위에서 설명한 것과 같이, 전력소비의 프로세싱은, 시간 인터벌이 50Hz에는 100mSec 또는 0.1Sec이고, 60Hz에는 83mSec인, 5개의 사이클로 확장된 느린 측정/읽기(measuring/reading) 과정이다. 전력소비보고를 위해 구내 또는 거주지내의 빠른 속도의 네트워크를 사용하는 것은 아무런 장점이 없다.

또한 위에서 설명한 모든 것으로부터, SPDT 또는 DPDT 하이브리드 스위치-릴레이는, 표준 월 박스로의 설치에 맞는 사이즈와 모양으로 만들어질 수 있고, 단지 두 개의 라이브 AC와 부하 와이어에 의해 부하와 연결되어 질 수 있으며, 추가적으로 회로를 위해 전원을 공급하기 위한 중성 와이어와 연결되어질 수 있는 것은 분명하다.

또한 상기 하이브리드 스위치는, 푸시 키, 토글 또는 로커 키 또는 다른 어떤 알려진 스위치 키에 의해 동작될 수 있고, 트래블러 와이어의 캐스케이드 체인으로 하이브리드 스위치-릴레이에 연결된 하이브리드 스위치 키 또는 스위치의 키 또는 스위치의 멀티 키잉 또는 반복 키잉에 의해, 프로그램 된 데로 개별적인 부하, 부하의 그룹 및 모든 부하를 온-오프 스위치 할 수 있음은 분명하다.

도 15a 및 도 15b는, 단일 베이스 50Bn에 구조화되고, 단일 인클로저 40n 및 50n에 패키지된 복수의 하이브리드 스위치를 나타낸 도면이다. 결합되고 통합된 스위치-릴레이의 각각은, 새로운 배선의 연결과 노력을 절감하는 것에 유리하도록, 모든 부하로 전원을 공급하기 위해 배선될 수 있는 단일 라이브 AC 라인 단자 L을 제외하고, 단일 통합된 스위치 20, 30, 40 또는 51과 동일하다.

또한 통합된 각각의 스위치들은, 상이한 부하에 할당되거나 조명과 같은 동일한 타입에 모두 할당될 수 있다. 각 부하들의 세부사항과 위치를 할당하고 설정하는 것은, 세팅 스위치 및/또는 상기 메모리로 이러한 데이터를 설치하거나 로딩(loading)하는 것을 통해 수행되며, 이는 상기에서 언급한 것과 같이 동일하다.

도 12a 및 도 12b에 도시한 CPU 101은, 각각의 코일 6L ~ 6Ln, 상기 코일의 그룹, 모든 코일 및 이들의 조합을 작동시킬 수 있다. 또한 인디케이터 54-1 ~ 54-n는 상기 CPU에 의해 개별적으로 작동된다. 그러나 상기 인디케이터 모두 또는 그룹은, 개별적으로 각각의 극에 연결된 복수의 부하의 각 부하의 상태에 따라 작동된다. 이러한 능력은, 최소한의 제어 부분과 함께 복수의 부하를 동작하는 단일로 캡슐화된(encapsulated) 스위치를 가지기 위한 것과, 단자와 연결하는 최소한의 배선은, 아직까지 다른 발명에서 가지고 있지 않는 본 발명의 또 다른 분명한 장점이다.

도 15a는, 단일 하이브리드 스위치에, 상기에서 언급한 모든 다른 요소들을 연결하는 것과 함께, 일반적인 베이스 50Bn에 몰드된(molded) n- 스위치-릴레이를 나타낸 도면이다. 또한 n 하이브리드 스위치의 인클로저 50n은, n개의 부하단자와 직접적으로 연결될 수 있다. 또한 도시한 인클로저 500-1은, AC 라이브를 위해 두 개의 플러그(plug)로 연결되는 핀 501-1을 포함하며, n개의 부하를 위한 n개의 핀 505-1 ~ 505-n을 포함한다. 또한 인클로저 어셈블리 500-1은, 와이어링 단자 없이 플러그로 연결되는 타입이며, 플러그-인(plug-in) 구조 504를 위한 소켓은, 라이브 AC와 중성단자를 위한 두 개의 핀 소켓 503-1과 503-2, 부하 핀 503-1 ~ 503-n을 위한 n개의 핀 소켓 502-1 ~ 502-n을 포함한다. 또한 상기 플러그-인 구조 504는, 도 6b, 도 12a 및 12b에 도시한 제어회로(도 15a에는 도시되어 있지 않음)를 포함하며, 그래서 상기 전체 인클로저 어셈블리 500-1은, 상기 도 15a에 도시한 AC 라이브, 중성단자 및 n개의 부하단자를 통해 소켓의 뒷면에 모두 완료된 와이어링(wiring)과 함께, 소켓에 플로그로 연결될 수 있다. 또한 프레임커버(frame cover) 500Dn은, n 하이브리드 스위치 어셈블리 500-1을 위해 제공되는 도 9a의 프레임커버 50D와 유사하다.

도 15b는, 구조 30 또는 40과 동일하지만, n개의 스위치-릴레이의 통합을 위해 확장된 구조 40n에 동봉되는 n개의 로커 스위치들을 나타낸 도면이다.

상기 스위치 어셈블리 40n은, 프레임커버 87D 상에 설치되며, 상기 프레임커버 87D는 어셈블리 인클로저 40n에 마운팅 하는 것을 제공하는 프레임 87B와 유사하다. 또한 키 84D들은, n 하이브리드 스위치에 맞추어 사이즈 되어 있고, 상기 키들은 본 발명의 복수 또는 멀티 하이브리드 스위치의 사이즈에 맞도록 모두 조절된다.

한편 도 4b의 구조 81은, 복수의 하이브리드 스위치 각각 및/또는 모든 개별적인 하이브리드 스위치에 사용될 수 있고, 또한 상기 구조 81와 복수의 상태센서는, 연결된 n개의 부하에 대한 상태와 계산되고, 상기 메모리에 저장되는 개별적인 전류를 감지하기 위해 결합될 수 있는 점 또한 중요하다.

또한 하이브리드 스위치가, 부하의 상태, 상기 부하에 의해 드레인되는 전류 및/또는 상기 부하에 의해 소비되는 전력을 감지하고 보고할 수 있고, POF(plastic optical fiber)를 통한 양방향 광 신호, 공기 중의 IR신호, 공기 중의 RF신호 및 버스라인을 통한 전기신호, 또는 전력공급을 갖춘 버스라인 중 적어도 하나의 방법으로 통신할 수 있다는 점 또한 분명하다.

도 16a, 도 16b 및 도 16c는, 도 1c의 마이크로 스위치 10의 누르기-누르기 또는 눌러서 잠금 또는 눌러서 해제 키를 래칭하기 위해 사용되는, 도 8a 내지 도 8c에 도시한 잠금-해제 디바이스와 유사한 래칭 디바이스 700을 도시한 도면이다. 또한 도시한 래칭 디바이스 또는 구조 700은, SPDT 릴레이 극을 위한 극 리셉터클 707과 DPDT 릴레이의 듀얼 극을 위한 리셉터클 702, 도 18b에 도시한 베이스 600 또는 900DP에 몰드된 릴레이의 부분 또는 일부의 바 67, 스프링 62 및 가이드 락 링크 66을 포함한다.

또한 잠금 및 해제 구조는, 잠금 및 해제 메커니즘 및 상술한 바와 같이 도 8a 내지 도 8c 및 도 9a 내지 도 9c의 마이크로 스위치 키 60의 동작과 관련된 동작단계와 유사하다. 그러나 상기 디방스 700의 래칭 구조를 위한 상기 키 60은, 단일 부착 701 홀더를 통해 단일 극에 부착되고, 도 16a의 리셉터클 702의 확장된 어퍼(upper)커버의 상단의 듀얼 홀더 701-1과 701-2를 통해 DPDT 릴레이의 듀얼 극에 부착되는 리셉터클 707 또는 702로 교체된다.

그렇지 않으면, 도 17a, 도 17b, 도 18a 및 도 18b에 도시한 극들은, 상기 바 67이 잠금 위치일 때, 또는 마그네틱 합금 극 PM-E와 결합된 극 PR-E가 짧은 전원 펄스 기간에 동력이 공급된 코일 6L에 의해 당겨질 때 래치된다. 도 17a는, 상기 래칭 디바이스 700을 도시하지 않고 있다. 하지만 재구조화된 극 PR-E와 PM-E를 나타내고 있다. 여기서 상기 극 PR-E는, 극 PM-E의 하부측면에 부착된다.

또한 상기 극 PM-E의 하부측면에 상기 극 PR-E의 부착은, 도 17b의 A3에 도시한 바와 같이 래칭 디바이스 700에 의해 상기 극 PR-E가 래치될 때, 상기 극 PM-E를 약한 해제하는 것을 가능하게 한다. 상기 극 PR-E가 단단히 래치되어(접점 P가 접점 1과 단단하게 결합하고 있음) 있지만 상기 극 PM-E는, 상기 코일 6L의 자기력에 의해 더 이상 당겨지지 않고, 상기 극 PR-E의 탄성구조에 의해 약간 위(upward)로 당겨진다.

또한 도 17a에 도시한 릴레이 6E와 도 1c에 도시한 선행기술의 릴레이 6 사이의 또 다른 차이점은, 극 PR-E 및 PM-E의 길이이다. 상기 릴레이 6E는, 상기 래칭 디바이스 700에 내부공간을 제공하기 위해 확장되거나 길어진 릴레이 구조이고, 상기 극에 유연성을 제공한다. 그래서 더 긴 극은, 상기 극 PR-E의 래칭이 만들어지고 코일 6L로 공급되는 전기 전원 펄스가 차단될 때, 예를 들어, 상기 극 PM-E가 더 이상 상기 코일 6L의 마그네틱 코어에 부착되지 않을 때, 상기 극 PM-E이, 자유로운 해제 확장이 가능하도록 구조화될 수 있다.

이와 같은 이유로, 도 17a의 릴레이 6E는, 코일로 지속적인 전원공급 또는 전원차단을 통해 상기 코일 6L에 의해 동작하는, 단지 두 개의 위치인 온 또는 오프로 나타나 있다.

도 17b는, 래칭 구조 700에 의해 래치되는 래칭 릴레이 6LA의 기본적인 네 가지의 상태를 도시한 도면이다. 도 17b의 A1은, 극 PR-E의 접점 P가 접점 2와 결합되어, 단자 L과 단자 트래블러 T2와 연결하는, 정상적인 오프 상태의 릴레이 6LA를 나타낸 도면이다.

또한 도 17b의 A2는, 200mSec와 같은 짧은 기간 또는 1초 또는 수초 내에 다른 길이의 전원펄스에 전원이 공급되는 릴레이를 나타낸 도면이다. 극 PR-E는 자기적으로 당겨지고, 코일 6L의 코어와 결합하고, 접점 P는, 래칭 디바이스 700에 의해 라이브 단자 L와 트래블러 단자 T1을 연결하면서, 접점 1에 래치 된다.

또한 전력 펄스 기간의 끝에서, 상기 자기력은, 차단되고, 상기 극 PM-E는, 더 이상 상기 코일 6L의 마그네틱 코어에 부착되지 않는다. 이 상태는, 상기 마그네틱 코일의 마그네틱 코어의 마그네틱 잠금 상태로부터 상기 극 PM-E을 약간 해제하고, 상기 래칭 디바이스 700의 래칭 상태를 해제하기 위해 필요한 약간의 기계적인 이동 범위를 준다. 이는, 상기 리셉터클 707상에 약간의 압력이 필요하고, 이는, 도 8a 내지 도 8c에서 도시한 잠금-해제 디바이스에 관련하여 상기에서 충분히 설명하였다.

상기에서 설명한 약간의 움직임은, 가이드 락 링크의 잠금 위치로부터 상기 가이드 락 링크를 해제하고, 해제단계를 시작한다. 도 17b의 A4에 도시한 코일 6L로 새로운 전기 전원 펄스의 제공은, 상기 단자 L과 트래블러 단자 T2를 연결하는, 도 17b에 나타낸 접점 P와 접점 2의 빠른 결합을 위해 추가적인 압력을 제공하는 스프링 62의 압력을 사용하는, 해제단계를 시작하기 위해 현재 리셉터클 707의 초기 누르기 이동을 제공하는 마그네틱 극 PM-E를 재결합시킨다.

도 17b에 도시한 바와 같이, 상기 극 PR-E는, 상기 극의 림 700을 상기 리셉터클 707의 상단 커버의 홀더 701로 슬라이딩함으로써, 도 16a의 홀더 701에 맞추기 위해 상호보완적인 림(rims) 700과 함께 구조화된다. 이러한 방식에 의한 상기 릴레이 6E를 위한 상기 래칭 디바이스 700의 도입은, 간단해진다. 그러나 다른 순환구조(endless structure)는, 상기 극 PR-E을 상기 리셉터클 707의 상단에 물리적으로 부착하기 위해 디자인되고 제공될 수 있다.

또한 바 67를 상기 리셉터클 707과 함께 반전시키고, 상기 래칭 디바이스 700을 동작시키는 것은 동일한 방법으로 유사하게 가능하다. 또한 상기 바 67와 리셉터클 707은, 피스톤과 같은 동작에서 짝이 되고, 상기 바 67와 리셉터클 707 위치의 반전은, 디자인 선택의 문제이다.

게다가, 볼펜(ball point pen)과 같은 다른 래칭 디바이스들은, 회전 구조에 의한 인-아웃(in-out) 펜 동작을 위한 간단한 래칭을 사용한다. 또한 회전 디스크(disk)를 통한 다른 래칭이, 대신하여 사용될 수도 있다. 많은 래칭 디바이스가 알려져 있고, 가중치를 부여하고 있다. 본 발명의 바람직한 일 실시예의 쉽고 구조적인 간단함은, 도 16a 내지 도 18b에 도시한 래칭 구조의 사용이다.

도 18a는, 접촉기 1C 및 2C를 통해 둘 다 연결되는, SPDT 래칭 릴레이와 마이크로 스위치 극 PS을 결합한 하이브리드 스위치-릴레이 300을 도시한 도면이다. 상기 래칭 디바이스 700은, 부분적으로 베이스 900B에 부착된다. 그렇지 않으면, 상기 하이브리드 스위치-릴레이 300의 옆 투시도는 도 3c에 도시되고 설명된 하이브리드 스위치 20과 동일하다.

도 18a는, 더 짧은 극 PR 및 PM에 비해 수정되고 더 길게 구조화된 극 PR-E 및 PM-E와, 도 17b의 A3에 도시한 것처럼 전기 전원 펄스가 차단될 때 극 PR-E의 래칭에 필요한 분 이동을 제공하고, 상기 극의 접점과 접촉기 사이의 미세한 이동을 하도록 하며, 상기 극 PM-E가 상기 극 PM-E의 하부에 위치하는 긴 릴레이인 릴레이를 제외하고, 도 3b에 도시한 하이브리드 스위치-릴레이와 유사한 하이브리드 스위치-릴레이 300을 나타낸 단면도이다. 또한 상기 미세한 이동은, 전기적인 접점의 찌꺼기(전기적 결점)를 털어내기 위해 접촉 표면상의 와이핑 동작을 제공한다.

또한 또 다른 명백한 차이는, 하이브리드 스위치 300의 극 PR-E가 상기 극 PM-E의 하부에 부착되어 있다는 것이다. 또한 마지막 차이는, 하이브리드 스위치를 래칭 하이브리드 릴레이 및 스위치로 함께 변환하는, 극 PR-E를 위한 래칭 디바이스 700의 도입이다.

도 18b는, 리버싱 DPDT 하이브리드 스위치와 래칭 DPDT 릴레이 400을 나타낸 도면이다. 상기 DPDT 릴레이 401을 나타낸 도면은, 림 구조 711-1과 711-2를 통해 상기 래칭 디바이스 700의 리셉터클에 대한 상단 커버에 부착된 듀얼 극 PR1-E와 PR2-E을 단순화하여 나타낸 도면이다.

또한 상기 듀얼 극 PR1-E와 PR2-E는, 전기적으로 분리된 극이므로, 상기 두 개의 극에 적절한 절연(insulation)을 제공하기 위해 상기 단일 극 PM-E 하부에 절연체 층(insulator layer)(미도시)과 함께 제공되는, 단일 극 PM-E에 부착된다. 그렇지 않으면, 래칭 릴레이가 있는 하이브리드 스위치는, 도 5a에 도시되고 설명된 리버싱 접촉기 1H와 2H가 있는 릴레이와 유사하거나, 도 7a에 도시하고 설명한 것과 같이, 직선형 접촉기 C1, C2, U1 및 U2가 있는 릴레이와 유사하다. 여기서, 극 PR1-E과 PR2-E는 더 길고, 도 5a(SPDT 릴레이)와 도 7a(DPDT 릴레이)에 도시한 상부면에 부착되는 것을 대신하여, 마그네틱 극 PME-DP의 하부면에 부착된다. 그러나 그 외에는 래칭 및 해제 메커니즘을 제외하고 동일하고 동작하고, 상기 래칭 릴레이는 또 다른 많은 장점을 제공한다.

이는, 전력낭비가 없고, 낮은 동작 온도, 마그네틱 래칭 릴레이의 저하(degradation)와 같은 저하가 없는 안정적이고 신뢰성 있는 홀딩 동작을 포함한다.

또한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 길고 유연한 극 또는 복수의 극 PR-E는, 래칭 릴레이와 사용을 위한 극의 유일한 타입이 아니다. 또 다른 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 많은 다양한 구조들은, 극의 기계적인 래칭을 위해 동등하게 사용되어 질 수 있다.

또한 다른 잘 알려진 기존의 래칭 릴레이들은, 고정된 자석(magnets)에 의해 자신들의 전기자들을 래치하며, 래칭 디바이스의 반복압축에 의해 반전되지 않고, 반전된 전기 전원 펄스의 극성을 적용함으로써, 반전된다. 상기 반복압축은, 상술한 바와 같이, 압축에 의해 교대로 잠금 및 해제하는, 스프링 동작 잠금 디바이스의 반복압축에 의해 볼펜의 잠금 메커니즘과 같은, 기계적인 잠금 디바이스 700 또는 다른 잘 알려진 기계적인 잠금 디바이스(미도시)를 해제하기 위해 필요하다.

또한 잠금 디바이스 700의 반복압축에 의해 해제될 수 있는 전기자에 있어서, 완전히 당겨진 전기자로부터 지점으로의 이동은, 필수적이다. 이는 도 8a 내지 도 8c와 도 16a 내지 도 16c에 도시한 것과 같이, 가이드 락 링크 66가 리지 68C를 넘어 인덴테이션으로 모든 방향으로 밀어진 완전히 당겨진 상태로부터의 이동이다. 잠금 위치 69C에 도달하기 위해 상기 가이드 락 링크 66는, 잠금 위치 69C로 리지 68D를 교차하도록 상기 스프링 62의 동작에 의해 밀려져야한다.

상기 잠금 위치로 리지 68C로부터 리지 68D를 교차하는 상기 이동은, 상기 자기력(magnetic attraction)과 상반되는 역이동이고, 전기 전원 펄스가 도 19a의 릴레이 300에 대한 코일 6L로 공급될 때, 상기 전기자 PM-E의 이동이다.

이러한 이동은 최소화되어야 하고, 실제 상기 래칭 디바이스 700은, 0.2mm이하 또는 0.008인치(")이하로 이동하도록 디자인된다. 또한 도 19a에 도시한 바와 같이, 총 길이 1인치(") 또는 25mm의 길이를 가지는 상기 극 PR-E은, 극 P와 접점 1사이의 접지압(contact pressure)을 유지하는 것을 제공하기 위해, 곡선으로 충분히 구부려질 수 있도록 만들어질 수 있다.

도 19a는, 극 상태를 정의한 세 개의 상태를 나타낸 도면이다. 여기서 A1은 해제상태, A2는 완전히 당겨진 상태, A3은 부분 해제 상태를 나타내고, A2에서 상기 극은, 상기 전기자의 완전히 당겨짐에 의해 휘어져 있고, A3에서 상기 전기자는, 부분적으로 해제되어 있다. 또한 A3의 전기자 PM-E는, A3에서 직선으로 나타낸 래치된 극 PR-E에 의해 저지되고 있다. 접점 P는, 약간 회전되어 있으며, 이 회전은, 상기에서 공개한 것과 같이, 전기결점으로부터 접촉면을 닦아내는 미세한 이동이다.

또한 상기 래칭 디바이스 700은, A1에서 완전히 확장된 스프링 62-1과 함께 완전히 해제되어 있고, A2에서 스프링 62-2는 완전히 압축되고, 상기 가이드 락 링크는 도 8b 및 도 16b의 리지 68C의 하부 왼쪽 끝 또는 상기 리지 68C를 교차하고 있으며, A3에서 스프링 62-3은,도 16의 잠금 위치 69C에 파크(parked)되는 상기 리지 68D를 넘어 위치하는 가이드 락 링크 66과 함께 부분적으로 압축되어 있다.

상기의 설명으로부터, 완전히 당겨진 상태와 부분적으로 해제된 상태 사이의 이동은, 잠금 위치 69C로 상기 리지 68D를 교차하는 이동임은 분명하다. 이는, 가이드 락 링크의 지름(diameter), 리지의 구조와 위치 및 인덴테이션의 길이의 선택을 포함하는 디자인 선택이다. 상술한 바와 같이, 실제 부분 해제 이동은, 25mm 또는 1인치(")의 길이를 가지는 긴 극 PR-E에 의해 극복이 간단한 0.2mm 이하다.

또한 래치된 극을 해제하기 위해 상기 코일 6L에 전기 전원 펄스를 반복적인 제공에 의한 당기는 것 또는 끄는 것은, 릴레이의 접점 1과 결합에 대비하여, 상기 극의 이동에 있어서 어떠한 조치(precaution)이나 제한(limitation)을 필요로 하지 않는다. 전기자의 반복적인 당겨짐은, 접점들 사이의 증가된 압력을 생성하고, 해제 위치로의 완전한 이동을 시작하고, 접점2, 또한 상기에서 명명된 T2접점과 결합하기 위한 접점 P의 반전은, 상기 스프링 62에 의해 잘 지지된다.

해제 또는 반전동작은, 상기 래칭 디바이스의 잠금 위치를 잠금으로써, 접점 P와 접점 1의 확실한 결합이외에, 접점 2와 결합하기 위한 신속한 이동을 보장하고, 접점 P와 접점 2의 결합을 위한 높은 압력을 적용하는 이점을 제공하는, 래칭 디바이스의 스프링 62를 압축하지 않거나 확장함으로써, 지원된다. 이러한 스프링 지원 결합은, 접촉과정을 향상시키고 릴레이에 의해 전류 용량(current carrying capacity)을 증가시키는 것을 가능하게 한다.

도 19b는, 확장되지 않거나 길지 않는 일반적인 극 PR을 쓰는 래칭 릴레이 구조를 나타낸 도면이다. 도 19b에 도시한 바와 같이, 접점 1은, 예를 들어, 500mA에서 100A 만큼 및 그 이상의 신호 레벨로부터 전류용량의 최대 범위를 제공하기 위해 디자인되고 계산된 스프링 ISP에 의해 구동된다.

도 19b에 도시한 세 개의 상태는, 완전히 해제된 상태 B1, 완전히 당겨진 상태 B2 및 부분적으로 해제된 상태 B3을 포함한다. 또한 도 19b의 래칭 또는 잠금 디바이스는 도 19a의 잠금 디바이스와 동일하거나 유사하다. 그러나 도 19a의 래칭 디바이스 700은, 상기 래칭 디바이스 700의 전면으로부터 도시한 반면에, 도 19b의 디바이스 700은, 상기 디바이스 700의 측단면도로 도시하고 있다. 이는 B2를 보면, 가이드 락 링크는, 상기 완전히 당겨진 상태에서 도 16b의 인덴테이션 69의 하부 왼 측면 상의 리지 68C의 하부에 위치하고 있는 것은 중요하다. B3에서 상기 가이드 락 링크 66은, 잠금 위치 69C 안의 상기 인덴테이션의 중앙에 도시되어 있고, 래치되어 있다. 이는, B1에 도시한 바와 같이 극과 전기자가 해제될 때, 해제 탑(top) 중앙 위치 69B와 대조적이다.

또한 래칭 디바이스 700의 스프링 62와 유사한 접점 1의 상기 스프링 IPS는, B1에서 해제되고, 도시한 것과 같이 B1-D로 확장되고 측정된다. B2에서 스프링 62는, B2-D로 완전히 압축되고 측정되는 반면에, B3의 부분적으로 해제된 스프링은 B3-D로 측정된다. 상이한 확장/축소량(expansion/contraction measurement)을 가지는 상기 세 개의 스프링 상태는, 완전히 상기 극 PR의 이동과 일치한다. 상기 스프링은, 다음의 접촉 사이클을 위해, 상기 스프링의 완전히 압축된 상태 및 부분적으로 압축된 상태, 및 완전히 확장된 상태에서 주어진 릴레이의 전류용량을 유지하기 위한 압력을 보상하는 것을 제공하기 위해 디자인된다.

완전히 압축된 전기자로부터 부분적으로 해제된 전기자로의 이동은, 스프링으로 구동되는 접점에 의해 극복될 수 있고, 이러한 이동은, 래칭 과정 동안 전류 용량에서의 어떠한 저하를 야기 시키지 않는 것은 분명해지고 있다.

또한 릴레이 330의 접점 1과 극 PR의 접점 P는, 확장된 극 PR-E를 갖춘 릴레이 300에 대해 위해서 설명한 것과 같이, 회전하여 표시되지 않고 있다. 그러나 극이동 동안 상기 릴레이 330의 극 PR에 의한 접점의 결합은, 비록 움직임의 크기가 작지만 상기 접촉면을 닦아내는 약간의 미세한 이동을 하도록 한다. 게다가 이는, 접점사이의 미세한 이동에 의한 와이핑을 더 향상시키기 위해 접촉표면의 모양을 고치기(reshape)위한 디자인 선택이다.

도 19c는, 전체 릴레이 350을 도시하지 않고, 상기에서 T1과 T2로 언급한 상기 릴레이 접점 1과 2를 포함하여, 단지 극 PR-U와 스플리트 극(split pole) 접점 P1 및 P2를 타나내고 있다. 또한 극 PR과 극 PR-U사이의 차이점은, 두 개의 개별 접점 P1과 P2로 접점 P의 분할과 U자형 탄성구조로 극의 구부림(bending)이다.

상기 U자형 탄성구조는, 세 개의 상태 완전히 해제된 C1, 완전히 당겨진 C2, 부분적으로 해제된 C3로 나타나 있다. 상기 세 개의 상태에 대한 확장량은, C1-D, C2-D, C3-D로 각각 도시되어 있다. 상기 각 상태의 탄성구조들은, 극을 래칭하기 위한 전기자의 부분적인 해제 상태 동안 접점 P1과 접점 1사이의 접점압력을 완전히 보상하기 위고, 래치된 극 PR-U와 결합된 접점 P2와 접점 2를 해제하기 위해 상기 코일 6L로 반복적인 전기 전원 펄스의 적용에 의해 전기자에 대한 다음의 당김 사이클을 위해 제공되는, 도 19b에 도시한 동일한 가이드 락 링크 66에 의해 동작되고 래치된다.

상기의 설명과 도 19a 내지 도 19c에 도시한 구조들로부터, U 형태의 접촉기, 코일화된 스프링 및 코일화된 스프링을 대체하기 위한 다른 스프링 구조와 같이, 상기 릴레이의 전류 용량이 저하되거나 억제되는 모든 임의의 이동을 보상하고, 또는 접점들의 손상을 방지하기 위한 많은 다른 구조들이 고안될 수 있음은 분명하다.

또한 릴레이의 6L과 같은 코일은, 실체로 몇 밀리초의 기간 동안 동작되는 것은 또 다른 중요점이다. 이는, 릴레이 코일에 지속적으로 적용되는 전력의 레벨을 넘어 상기 릴레이 코일에 전력을 증가시킬 수 있다. 실제적인 측면에서, 매우 짧은 전기 전원 펄스는, 비-래칭(non-latching) 릴레이에 적용되는 전압 및 전류 대비 코일에 의한 전압 레벨 및 전류 드레인을 증가시킬 수 있다. 이는, 코일에 적용되는 전원의 증가에 의해 더 높은 자기인력을 생성하고, 사이즈를 작게 하고 비용절감을 제공하는 작은 코일의 사용을 가능하게 한다.

또한 본 발명의 주된 목적은, 확장된 접촉기 및/또는 상기 하이브리드 스위치의 수동으로 동작되는 극 없이, 수동 동작을 위한 상기 래칭 릴레이의 더 간단한 통합을 제공하는 것이다.

도 20a은, 도 19a, 도 19b 및 도 19c의 릴레이 300, 330, 350에 적용되는 것으로 이러한 단순화된 솔루션(solution)을 나타낸 도면이다. 이는, 도 20b에 상세하게 나타낸 플런저 5-60과 키 60R의 조합 360의 도입에 의해 달성된다. 상기 플런저와 키 조합 360은, 키가 눌러지지 않을 때, 전기자 PR-E의 접촉으로부터 멀리 떨어져 상기 플런저 5-60을 유지하기 위한 압축 스프링 60RS1-60RS2를 더 포함한다. 또한 상기 플런저 5-60은, A1, C1, 또는 A3 및 C3상태, 또는 상기 전기자 PR-E가 해제된 상태이거나 부분적으로 해제된 각각의 상태 일 때, 상기 릴레이 300, 330 및 350의 전기자로부터 약간 떨어져 있고, 상기 스프링 60RS1은 A1, C1, A3 및 C3 상태에서, 상기 플런저를 상기 전기자와 떨어진 상태로 유지하기 위해 확장된다. 그에 반해서 A2와 C2에 도시한 상기 플런저 5-60은, 상기 잠금 디바이스 700을 압축하기 위해, 상기 극 PR-E, PR 및 PR-U이 접접 1과 결합하기 위해, 상기 스프링 60RS-2가 완전히 압축된 상태로 되도록 세 개의 플런저 PM-E를 완전히 누른다.

도 19a 내지 도 19c에 도시한 것과 같이 래칭 릴레이를 수동적으로 작동시키기 위한 도 20a과 도 20b에 도시한 플런저와 키 조합 360의 도입은 전기적인 부하의 작동과, 도 21a 내지 도 21c에 도시한 푸시 키 70H 및 72H를 통해 상기 전기적인 부하의 온 및 오프 스위치 및 래칭 릴레이의 상태를 반전시키기 위해 상기 코일 6L로 짧은 전원펄스의 새로운 공급을 통해 전기자 PM-E를 동작시킴으로써, 상기 부하를 원격으로 작동시키기 위해 필요한 것은 분명하다.

도 20b는 상기 키 60R을 릴레이의 상부 또는 전면 600T의 상단 또는 외면으로부터 떨어지도록 상기 키 60R을 밀기 위한 완전히 확장된 스프링을 가진 플런저와 키 조합 360을 나타낸 도면이다. 또한 상기 키 가이드 606은, 릴레이 인클로저의 부분에 몰드되어 있고 있으며, 이러한 키와 플런저 어셈블리는, 상기 스프링 60RS1과 플런저를 가진 상기 키 60R의 두 개의 요소로 구성되고, 상기 스프링 60RS1과 상기 키 60R는, 단일 몰드형 구조로 되어 있다.

도 20c는, 상기 극 PM-E 위치 대비 키 및 플런저 어셈블리를 도시한 도면이다. 여기서 상기 플런저는, 래칭 디바이스 700을 누름으로서, 접점 1과의 결합 및 접점 2와 결합하기 위한 극의 수동적인 해제 중 하나, 또는 접점 2가 사용되지 않을 때, 상기 래칭 디바이스 700을 동일하게 누름으로서, 접점 1과의 결합을 풀기 위해 키가 수동적으로 눌러질 때, 전기자와 접촉하기 위해 디자인 된다.

도 21a 및 도 22b는, 도 9a 및 도 9b에 나타낸 키 70H와 72H 및 커버 59를 수정하여 나타낸 도면이다. 상기 수정된 도면은, 더 이상 필요로 하지 않는, 키 누름 지역(key push area)과 래칭키 60을 비래칭키 60R로 교체 및 셀프 잠금 홀더 73을 나타내고 있다. 이는, 장식 키 70H 및 72H는, 자식 프레임 59 대비 고정되고 디자인되는 위치의 상기 키 70H 및 72H의 스프링 구조 70B 및 스프링 75A에 의해 여전히 유지되기 때문이다. 상기 키 70H 또는 72H는, 도 21c에 도시한 것과 같이, 깊이 2 ~ 3 mm 또는 약 0.1인치(")의 깊이로 내측면의 부드러운 터치에 의해 눌러진다.

상기에서 설명한 내용은, 본 발명의 바람직한 일 실시예에만 연관되고, 내용의 목적을 위해 여기에서 선택된 발명의 예, 발명의 범위에서 벗어난 것은 포함하지 않으며, 모든 변화와 수정을 포함하도록 의도하나는 것은 이해되어야 한다.

이상에서 설명한 것은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 관한 것으로, 이를 수정하는 모든 변경 및 본원 발명의 목적을 위해 선택된 본 발명의 실시 예의 모든 변형을 커버하도록 의도되는 것으로, 당연히 이해되어야 하며, 본 발명의 범위로부터 이탈을 의미하지 않는다.

상기에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 위주로 상술하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 각 구성요소는 동일한 목적 및 효과의 달성을 위하여 본 발명의 기술적 범위 내에서 변경 또는 수정될 수 있을 것이다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

1, 2 : 접점 51 : 하이브리드 스위치-릴레이
54 : 인디케이터 62 : 스프링
55 : 플런저 58, 58A : PCB
60, 70 : 키 66 : 가이드 락 링크
67 : 키 바 101 : 전류 센서
700 : 래칭 디바이스 702, 707 : 리셉터클
300, 330, 350 : 래칭 릴레이 50B, 90DP : 베이스
40n, 50n : 인클로저 100A : 전류센서
L : AC 라인 단자 T1, T2 : 트래블러 단자
PM : 전기자 PR81, 24 : 극
1H, 2H : 접촉기 6L : 코일
5L : 레버