CN100338712C - 熔丝元件定位壳体 - Google Patents

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Abstract

在示范实施例中，熔丝壳体包括第一端、第二端和一个延伸通过熔丝壳体的孔，它用以装入熔丝元件组件。该孔包括具有第一横截面面积的空隙部分以及具有第二横截面面积的定位部分。第一横截面面积大于第二横截面面积。定位部分提供了一个容纳熔丝元件组件的座以保证熔丝元件基本处于空隙部分的中心。

Description

熔丝元件定位壳体
技术领域
本发明总体上是关于电熔断器，以及更特别地，包括在低过电流条件下断开电气电路的封闭式熔丝元件的熔断器。
背景技术
熔断器作为过电流的保护装置被广泛地应用于防止电气电路被严重破坏。熔断器的端子通常会在电源与电气部件或安装于电路上的部件组合之间形成电气连接。一个或多个易熔熔丝或元件，或者组装式熔断元件连接于熔断器端子之间，以便当通过熔丝的电流超过预定的限定值时易熔元件熔化并且断开通过熔丝的一个或多个电路，从而防止电气部件的损坏。
熔丝元件或部件封装在延伸于端子之间的非导电罩或壳体内。通常，熔丝壳体包括基本均匀的孔穿过基本恒定的截面面积。在熔断器组装时当熔丝元件或组件插入熔丝壳体的孔中时，相对于孔而言，熔丝元件可能在非中心处，或者换句话说距离熔丝壳体的某个部分太近。当电流流过熔丝元件或组件，靠近熔丝壳体的部分会从熔丝元件中吸取热量，而没有此现象的情况下则会引起熔丝元件的开断。虽然在产生大量热量的高过流值情况下这种影响可以忽略，但是熔丝壳体热量损失，特别是在熔丝组装完成后熔丝元件的最热部分接触到某熔丝壳体部分的情况下，会严重损害为相对产生较少热量的低过流条件下设计的熔丝元件的工作可靠性。
因此，传统的熔断器在熔丝壳体内应用一些机构恰当地定位熔丝元件。例如，在一种熔断器的类型中应用垫片来防止熔丝元件接触到熔丝壳体的内壁。在另一种类型的熔断器中，熔丝元件由敞开的熔断器一端插入，并且焊接在该端以便当该端连接到壳体时在熔丝壳体内恰当地定位熔丝元件。还有在另外一个已知类型的熔断器中，在熔丝壳体内用一个桥来支撑熔丝元件以防止熔丝元件接触到熔丝壳体的内部。
虽然上述描述的结构已经成功地将熔丝元件与熔丝壳体内部之间分开，但是在熔丝壳体内熔丝元件的恰当定位只能通过附加部件来实现，而附加部件则需要额外的组装步骤和材料成本。
发明内容
本发明提供一种熔断器，包括：熔丝壳体，它包括第一端、第二端以及一个延伸通过所述熔丝壳体的孔，所述的孔包括具有第一截面面积的空隙部分和具有第二截面面积的定位部分，所述的第一截面面积不同于所述第二截面面积；位于所述的孔中的熔丝元件组件，基本上从所述第一端延伸至所述第二端，所述的熔丝元件组件包括一个基本与所述的第二截面面积相同的外部尺寸，所述的熔丝元件组件的一部分基本所述的第一截面面积内居中，由此保证了在熔丝元件和所述的熔丝壳体在所述的空隙部分中的内表面之间的间隙；一个固定在所述熔丝壳体的所述第一端的第一端帽，其与所述熔丝元件组件电气连接；以及一个固定在所述熔丝壳体的所述第二端的第二端帽，其与所述熔丝元件组件电气连接。
在示范实施例中，熔丝壳体包括第一端、第二端和一个延伸通过熔丝壳体的孔，它用以装入熔丝元件或熔丝元件组件。该孔包括具有第一横截面面积的空隙部分以及具有第二横截面面积的定位部分。第一横截面面积大于第二横截面面积。
更特别地，在一个实施例中，基本呈圆形的孔延伸穿过基本呈矩形的壳体。空隙部分延伸为第一长度，定位部分延伸为第二长度，且小于第一长度。导引部分位于空隙部分和定位部分之间，它包括一个中间的截面面积，或者说处于定位部分和空隙部分的截面面积之间，该截面面积有助于熔丝元件组件插入熔丝壳体孔中。
定位部分提供了一个座以容纳熔丝元件组件从而保证熔丝元件基本处于空隙部分的中间，因此也就在熔丝元件组件的最热部分和熔丝壳体之间提供了一个间隙，因为熔丝壳体会有害于熔丝元件组件在低过流条件下的工作。这样就防止了熔丝元件组件最热部分接触到熔丝壳体孔的内壁。因此，即使对于很低的故障电流也能保证熔丝元件可靠工作。
附图说明
图1为熔丝壳体的侧立面视图。
图2为沿图1中剖断线2-2所示的熔丝壳体的横截面视图。
图3为应用图1和图2所示熔丝壳体的熔断器横截面示意图。
具体实施方式
图1为便于定位熔丝元件组件(图中未示出)的熔丝壳体10一端的侧立面视图，由此，通过防止熔丝元件的最热部分触及熔丝壳体10的内部来保证熔断器在应用于低过流情况时工作可靠。这样，防止了壳体10从熔丝元件上吸收热量，在熔丝元件上产生相对较少热量的低过流级别条件下，这种热量损失会削弱熔断器的工作可靠性。
熔丝壳体由人们熟悉的非导电材料制成，它包括基本呈方形的端面12和侧面14，侧面14基本垂直于端面12，以形成矩形熔丝壳体10。基本呈圆形的孔16穿过壳体10，并基本处于侧面14之间的中心。下面进一步充分地解释，孔16包括具有第一直径的第一部分或定位部分18和具有第二直径的第二部分或空隙部分20，空隙部分20的第二直径大于定位部分18的第一直径。孔16还包括第三部分或导引部分22，该部分位于定位部分18和空隙部分20之间。在孔定位部分18和孔空隙部分20的直径之间导引部分22具有一个直径变化的过渡段。孔导引部分22便于熔丝元件插入孔定位部分18，其中熔丝元件被保持在孔空隙部分20的近似中心位置，并与其内壁留有间隙。这样，防止了熔丝元件最热的部分接触到熔丝壳体16的内部。因此，即使对于很低的故障电流也能保证熔丝元件可靠工作。
在一个实施例中，熔丝壳体10大约为0.1英寸(2.54mm)的正方形，即每个侧面14的宽度W大约为0.1英寸。孔定位部分18和空隙部分20的尺寸以容纳所需的熔丝或熔丝元件来选择。下面进一步解释。然而，应当看到，在另外一些实施例中应用其它熔丝壳体的外形也可以实现本发明的优点，例如，用柱形或管形替代说明中具有方形端面12的矩形熔丝壳体10。更进一步，在本发明的范围内另外的实施例中，位于熔丝壳体10中的熔丝元件定位部分可以由非圆形孔穿过熔丝壳体10来实现。
在一个更具示范性的实施例中，熔丝壳体10由工程陶瓷制成，例如：市场上提供的来自科罗拉多州Golden市CoorsTek公司的AZ-25(氧化铝-氧化锆)复合材料。
密度                     3.82gms/cc
挠曲强度(MOR)(20℃)      172MPa
耐压强度(20℃)           2310MPa
硬度                     75Gpa
导热性                   13.0W/mK
最高使用温度             1400℃
介电常数(1Mhz 25℃)      9.8
这样，熔丝壳体10特别适合用于电信中。虽然外形较小，若熔丝壳体配以合适的熔丝元件还可以用于切断诸如交流600V下60A的电流，例如在一个实施例中它体积为10mm×2.77mm×2.77mm。因此，在紧凑的熔丝壳体10中通过熔丝元件的恰当定位，不仅可以保证熔丝元件在低级别过电流下可靠工作，而且熔丝壳体10也可以可靠地承受在较高电流级别下熔丝的工作。可以估计到其它具有相似性质的熟悉材料也可以用于另外一些实施例中用来替代AZ-25复合材料。例如，在另外一些实施例中，其它已知的非导电或绝缘材料也被用于制造熔丝壳体10，象滑石石瓷、氧化铝、堇青石、热固性塑料和热塑性塑料。
熔断器的熔丝壳体10的制造材料的选择依赖于与熔丝壳体10相连的熔丝元件熔断额定值。熔丝壳体10的制造材料应能够承受工作温度和环境，而不会破裂或出现其它问题。
图2为熔丝壳体10横截面视图，以说明自第一端面12至第二端面24的孔16。两个面分别位于熔丝壳体10相对的两端。孔16沿纵向轴线26纵向通过熔丝壳体10，该轴线基本处于熔丝壳体侧面14之间的中心并与之平行。
孔空隙部分20由第一端面12延伸至导引部分22的第一端28，孔定位部分18由导引部分22的第二端30延伸至熔丝壳体10的第二端面24。孔的每一部分18，20，22之间，一个与另一个彼此首尾相连，从而在熔丝壳体10中形成了一个连续的延伸孔16。孔空隙部分20的直径D1大于孔定位部分18的直径D2，孔导引部分22呈圆锥形，它第一端28直径为D1，第二端30直径为D2。换句话说，孔导引部分22在内表面32有向内的坡度，即在孔空隙部分20和定位部分18之间，由第一端28至第二端30坡向纵向轴线26。因此，导引部分22的横截面面积从与孔空隙部分20一致的第一端28减少至与孔定位部分18一致的第二端30。相反，孔空隙部分20和孔定位部分18都具有恒定的横截面面积，或者象所阐述的实施例中那样，具有恒定直径。
此外，孔空隙部分20延伸为第一长度LC，孔定位部分18延伸为第二长度LP，LP小于LC，并且孔导引部分22的延伸长度为LG，LG小于LP。因此，相对于熔丝壳体端面12和24，孔导引部分22是偏离中心的。当选定的熔丝元件(图2中未示出)熔断时，孔空隙部分20有足够的厚度T使熔丝壳体不致破裂。
在一个示范性的实施例中，熔丝壳体10的示范标称尺寸如下：
D1           0.063英寸(1.60mm)
D2           0.052英寸(1.32mm)
LC           0.248英寸(6.30mm)
LP           0.070英寸(1.78mm)
LG           0.030英寸(0.76mm)
T             0.016英寸(0.41mm)
虽然为一个实施例提供了特定的示范尺寸，但可以预料到，在本发明的范围内另外一些实施例中，熔丝壳体10的尺寸可以不同。
直径D1选择得比熔丝元件10的外尺寸大，以便使熔丝壳体10能够为熔丝元件组件提供足够的空隙。从而有助于熔丝元件组件插入孔空隙部分20相对容易些。直径D2选择得与熔丝元件组件的外尺寸大体同等范围，即相同或略大。从而基本避免了当熔丝元件组件插入定位部分18时的侧向位移，即相对于孔纵向轴线26的横向移动。当熔丝元件(图2中未示出)从第一端面12插入熔丝壳体孔16中时，熔丝元件触及孔导引部分22的内表面32，它导引或使熔丝元件从漏斗形状中穿过并进入孔的定位部分18。定位部分18形成一个用于熔丝元件组件的座，以确保使熔丝壳体10内熔丝元件组件恰当放置。然而，应当理解到，熔丝元件从端面12或24中插入都可以实现对熔丝壳体孔16内的熔丝元件组件的恰当放置。
图3为示范性熔断器40的横截面示意图，它包括熔丝壳体10(图1和图2中所示)和位于熔丝壳体孔16中的熔丝元件组件42。
在一个实施例中熔丝元件组件42总体上包括圆柱形非导电体或绝缘构件或芯44，以及缠绕于芯44的螺旋熔丝元件46，它位于芯44的相对端48和50之间。在一个阐述的实施例中，芯44由陶瓷丝制成，熔丝元件46由已知的导电线材制成，适当选择它的截面可以使熔丝元件在特定的过流值时熔化、分解、分离或开断，再通过熔断器40切断电路。在另外一个实施中，其它已知的非导体材料，例如：玻璃纤维也可以被用来制造芯44，而且除上述结构外，还有其它已知的熔丝线结构可以替代熔丝元件46。
导电端帽52，54定位在熔丝元件组件42的相对端48和50，焊料56构成了熔丝元件组件42和端帽52，54之间的电气连接。在另一个实施例中，端帽52，54为扁平片，它定位在熔丝壳体端面12和24以便熔断器40的表面安装。在另外一些实施例中，端帽52，54包括导线头，刀形端子连接器和一些类似的非表面安装装置。
当端帽52，54被连接到通电的电路中时，通过熔断器40可以建立电路，确切的说，是通过延伸于熔丝壳体端12，24以及端帽52，54之间的熔丝元件46建立的。电流通过熔丝元件46并使熔丝元件46变热，当电流达到一个由熔丝元件特性决定的预定的量值时，则产生足够的热量使熔丝元件46熔化、分解或使熔丝元件46分离、切断或开断通过熔断器40的电路。熔化部分通常位于易熔元件46的中心附近，此处产生的热量最多。因此，可以隔离熔断器40所连接的电路以防止故障电流引起破坏。
不论熔丝元件组件随机地从熔丝壳体的哪一个端面12，24插入熔丝壳体10，熔丝壳体定位部分18的被减小了的直径，都能使熔丝元件组件42和熔丝壳体部分20的内表面之间保持足够的空隙，由于减小了熔丝壳体定位部分18的直径，当熔丝元件组件42完全插入熔丝壳体10中时，熔丝元件组件可能不能被定位成大体平行于或接近熔丝壳体内表面，同时保证了处于芯44中心附近的熔丝元件46与熔丝壳体内表面之间有一个最小间隔。这样，防止了位于芯44中心附近的熔丝元件46最热的中心部分接触到熔丝壳体10的内表面，因此，在相对较小的故障电流下熔丝元件46也能可靠工作。
应当看到，熔丝元件46最热部分和熔丝壳体10内表面之间的最小间隔可以随熔丝元件组件42的外径、熔丝壳体定位部分18的内径和孔16内径中的一个或多个的调整而不同。在另外一些实施例中，应用非圆柱形熔丝元件组件和非圆柱形孔穿过熔丝壳体10，相关的熔丝元件组件外尺寸和熔丝壳体内尺寸同样可以进行调整，以保证位于特定位置的熔丝元件组件和熔丝壳体内表面之间有一个适当间隔。更进一步，在生产操作过程中，当随机地把熔丝元件组件插入熔丝壳体10中时，熔丝壳体定位部分18，导引部分22，空隙部分20的相对长度可以用于调整熔丝元件组件42和熔丝壳体10内表面之间的最小间隔。
还可以进一步预测，本发明的优点可以用另外一些本领域已知的熔丝元件组件来实现。例如，在端帽52，54之间可以使用一个以上的熔丝元件或熔丝。另外，具有一个或多个狭窄部分或薄弱点的熔丝元件或线可用来替代上面说明和描述中的熔丝元件46。再进一步，一个或多个熔丝元件或熔丝可以线性地延伸于端帽52，54之间，而不是象图示中那样螺旋延伸的元件46。正如本领域已知的那样，在另一个实施例中，线性延伸的熔丝元件还可以与螺旋缠绕的熔丝并行使用，以增大组装熔丝元件的容量。
虽然本发明以特定的不同实施例的形式来描述，但是，那些本领域内的熟练技术人员会认识到，本发明可以在权利要求书的精神和范围之内变化实现。

Claims (10)

1.一种熔断器，包括：
熔丝壳体，它包括第一端、第二端以及一个延伸通过所述熔丝壳体的孔，所述的孔包括具有第一截面面积的空隙部分和具有第二截面面积的定位部分，所述的第一截面面积不同于所述第二截面面积；
位于所述的孔中的熔丝元件组件，基本上从所述第一端延伸至所述第二端，所述的熔丝元件组件包括基本与所述的第二截面面积相同的外部尺寸，所述的熔丝元件组件的一部分基本在所述的第一截面面积内居中，由此保证了在熔丝元件和所述的熔丝壳体在所述的空隙部分中的内表面之间的间隙；
一个固定在所述熔丝壳体的所述第一端的第一端帽，其与所述熔丝元件组件电气连接；以及
一个固定在所述熔丝壳体的所述第二端的第二端帽，其与所述熔丝元件组件电气连接。
2.根据权利要求1所述的熔断器，其特征在于，所述的熔丝壳体由氧化铝-氧化锆制成。
3.根据权利要求1所述的熔断器，其特征在于，所述的熔丝壳体基本为矩形。
4.根据权利要求1所述的熔断器，其特征在于，所述孔基本呈圆形。
5.根据权利要求1所述的熔断器，所述的熔丝壳体还包括导引部分，它处于所述的空隙部分和所述的定位部分之间。
6.根据权利要求1所述的熔断器，其特征在于，所述的熔丝元件组件包括至少一个具有第一端、第二端以及中心部分的熔丝元件，所述的熔丝元件组件位于所述的孔中，以使所述的至少一个熔丝元件的中心部分位于所述的空隙部分中。
7.根据权利要求1所述的熔断器，其特征在于，所述的空隙部分延伸有第一长度，所述的定位部分延伸有第二长度，所述的第一长度大于所述第二长度。
8.根据权利要求7所述的熔断器，其特征在于，所述的熔丝壳体还包括一个导引部分，它处于所述的空隙部分和所述的定位部分之间，所述的导引部分延伸有第三长度，所述的第三长度小于所述第一长度。
9.根据权利要求8所述的熔断器，其特征在于，所述的第三长度小于所述第二长度。
10.根据权利要求1所述的熔断器，其特征在于，所述端帽包括基本为扁平的片，用以表面安装所述熔断器。
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