背景技术
熔断器广泛地用作过电流保护装置以防止电路损坏。熔断器包括配置成在设置在电路中的电源与电子器件或电子器件的组合或负载之间形成电气连接的熔断器端子。熔断器还包括设置在熔断器末端之间的一个或多个可熔断连接或元件。当流过熔断器的电流超过一预定限值时,可熔断元件熔断、断裂、失效或以其它方式形成开路以断电并断开与熔断器相连的电路,由此防止对电路中电子元件的损坏。
在交通工具电气系统中,蓄电池或例如交流发电机的电源用来向电路供电。典型地,蓄电池包括配置成接受电路中的电缆的环形接线端。有时,熔断器配合在接线柱上以保护电路的器件不受过电流影响。或者,熔断器有时配合在与接线柱相连的安装板的安装柱上。螺母配合在接线柱或安装柱上以维持环形接线端和熔断器相对于接线柱或安装柱的位置。
如果环形接线端无意中与接线柱或安装柱形成接触,则已知这些种类的配置易于发生不合需的断路或通过熔断器的电流路径旁路,这形成从接线柱或安装柱至环形接线端的直接电流路径,而不是首先流过熔断器。因此,不管电路中是否存在熔断器,都会造成器件损坏。
传统地,将绝缘螺母配合在接线柱或安装柱以使熔断器和环形接线端电绝缘并由此防止电流绕过熔断器。不熟悉或不关注绝缘螺母的这种重要功能的消费者会用较廉价的标准螺母来替代绝缘螺母。标准螺母不会防止电流旁路流过熔断器并由此造成器件损坏。
图1是用于蓄电池的传统熔断器10的立体图。熔断器10包括其中设有可熔断元件20的立方形构件15。本文中使用的术语“立方形”指任何具有矩形侧面的三维构件。熔断器元件20包括故障元件20a,其配置成响应电路中的过电流熔断、断裂、失效或以其它方式形成开路以断开与熔断器相连的电路(未示出)。透明罩25在立方形构件15靠近故障元件20a的一侧耦合于立方形构件15。透明罩25允许故障元件20a的肉眼检查。
缝隙30设置在故障元件20a和罩25之间。周围的空气和其它微粒(在下文中称其为“环境微粒”)可能经过缝隙30并沉积在故障元件20a上。这种沉积显著地劣化了故障元件20a的性能。这种劣化在海上作业中尤为明显,其中环境微粒包括水粒、矿渣等。例如,水粒和矿粒可使故障元件20a生锈。缝隙30还使熔断器10防燃,由于例如因过电流造成的电弧而来自故障元件20a的火花可能点燃环境微粒中的燃料/空气混合物。
因此,业内需要具有改进的防止熔断器电气旁路的装置的电池熔断器组件。业内存在的另一种需求是保护熔断器的故障元件不因环境微粒而劣化。业内存在的又一需求是使熔断器可防燃。
发明内容
本发明提供一种具有改进的用于防止熔断器电气旁路的装置的电池熔断器组件。该熔断器包括配置成保护熔断器的可熔断元件不露出于环境微粒的壳体。通过使可熔断元件与环境微粒隔绝,壳体保护可熔断元件由于生锈、侵蚀等的劣化。由此,熔断器可安全和可靠地用于海上(及其它)作业。壳体还在故障负载下将熔断器元件微粒容纳在壳体内。
在本发明的一个方面,熔断器包括具有本体构件和嵌入其中的可熔断元件的壳体。例如,壳体可具有基本立方形状。可熔断元件包括配置成响应电路中的过电流熔断、断裂、失效或以其它方式形成开路以断开与熔断器相连的电路。壳体包括耐热的塑料或另一耐热材料,例如聚亚苯基硫醚,其配置成容纳响应电路中的过电流由故障元件产生的电弧。该材料配置成防止电弧与环境微粒混合,由此实现熔断器防燃。
壳体还配置成使可熔断元件与环境微粒隔绝,由此增加可熔断元件预期的长时间工作性能。例如,通过使可熔断元件与水和其它环境微粒隔绝,壳体可保护可熔断元件由于生锈、侵蚀等造成的劣化。
本体构件包括绝缘材料,例如陶瓷。该绝缘材料配置成阻断响应过电流由故障元件产生的电弧。本体构件包括上表面、下表面和侧表面。可熔断元件基本设置在侧表面附近并包括:与上表面的至少一部分配合的上部;与下表面的至少一部分配合的下部以及与本体构件的侧表面配合的故障元件。在某些示例性实施例中,故障元件的表面可包括非导电塑料层,例如硅树脂层。实验已表明应用这种塑料层可防止长引弧持续时间,这在高电压过电流时是常见的,如果不采用该塑料层的话。
可熔断元件的上部与设置在壳体上表面附近的环形接线端配合。可熔断元件的下部与设置在壳体下表面附近的另一环形接线端配合。在使用中,来自电池的电力通过接线柱端子或安装柱至壳体下表面附近的环形接线端,通过可熔断元件的下部至故障元件,通过可熔断元件的上部至壳体上表面附近的环形接线端,并通过供电电缆颈环至电路或与之相连的器件。例如,熔断器可包括配置成接纳接线柱端子或安装柱的开口。
在本发明的另一方面,安装板包括用于防止熔断器电气旁路的改进装置。该安装板包括导电的细长本体,该本体具有由第一构件分隔的上部和下部。上部包括基本平行于下部设置的细长构件以及基本垂直于下部并基本平行于第一构件设置的第二构件。细长构件设置在第一构件和第二构件之间。
安装板本体的下部包括配置成接纳电池的接线柱的接线端孔。带螺纹的安装柱沿基本垂直于上部的方向延伸通过安装板本体的上部。安装柱配置成接纳电路中的熔断器和供电电缆。安装板的本体配置成将电流从接线柱传至安装柱以将其传输至熔断器和供电电缆。在某些示例性实施例中,第二构件配置成充当防转止动件,用以防止熔断器相对安装板本体上部的移动。
绝缘材料设置在安装柱的第一端附近。一部分绝缘材料在安装板本体下部的下表面下方在第一构件的平面和第二构件的平面之间延伸。另一部分绝缘材料绕安装柱的一部分的外周径向地延伸,在安装板本体的上部的上表面附近。另一部分绝缘材料沿第二构件的基本中心长度延伸。
绝缘材料配置成使熔断器和供电电缆与安装柱电绝缘,并旨在防止从安装柱流向供电电缆的电流绕过熔断器而不需要绝缘螺母。
对本领域内技术人员而言,本发明的这些和其它方面、特征和实施例通过参照示出实现当前考量的本发明最佳方式的所述实施例的下列详细描述而变得易懂。
具体实施方式
示例性实施例的下列说明参照附图,在附图中相同的附图标记表示几张附图中相似的部件。
图2是根据某些示例性实施例耦合于电池104的接线柱102的电池熔断器组件100的主视图。电池104是配置成向例如汽车或船只之类的交通工具的一个或多个电路和/或组件供电的蓄电池。由于该电池104的构造和运作容易为本领域内技术人员所理解,因此将其省略。例如,接线端102可包括电池104的正极或负极端子。
电池熔断器组件100的导电安装板108(即母线)通过例如带螺纹配合的垫圈110和螺母112的紧固件附连于接线柱102。安装板108包括基本垂直地从接线柱102伸出的细长本体108a。带螺纹的安装柱114沿基本平行于接线柱102的方向从细长本体108a的端部伸出。安装板108配置成将电流从接线柱102传至安装柱114。
安装柱114配置成接纳熔断器116以保护电连接于熔断器116的供电电缆118。例如,供电电缆118可从电池104(通过接线柱102、安装板108和安装柱114)向交通工具起动电动机(未示出)供电。
耦合于安装柱114的绝缘螺母122维持供电电缆118和熔断器116相对于安装柱114的位置。例如,绝缘螺母122可防止供电电缆118和熔断器116的移动,如果不那样的话,就会因为引擎或交通工具的振动而产生移动。安装板108还包括从安装板108表面108b向上凸起以防止熔断器116相对于安装板108移动的防转止动件124。绝缘螺母122使熔断器116和供电电缆118电绝缘于安装柱114,并旨在防止从安装柱114至电源供电电缆118的电流绕过熔断器116。
熔断器116包括可熔断连接或可熔断元件,其配置成熔断、断裂、失效或以其它方式形成开路以断电并断开通过熔断器的电路,由此防止对电路中电子元件的损坏。在正常操作中,从电池104引出的功率流过安装板108和熔断器116至供电电缆118并流向一个或多个电路和/或构件。当电流流过熔断器116时,或更具体地说,当电流流过熔断器116的可熔断连接或可熔断元件并达到某一预定水平时,可熔断连接或元件断开通过熔断器116的电路并由此防止损害性电流流至供电电缆116和与之相连的电路和/或组件。熔断器116的构件和操作将在下文中参照附图5-7进行更详细的说明。
图3是图2所示电池104的电池熔断器组件100和接线柱102的分解图,图3描述了一种组装电池熔断器组件100和接线柱102的示例性方法。具有附连的安装柱114的安装板108通过将接线柱102插入安装板108内的接线端孔132而附连于电池104的接线柱102。一旦接线柱102接纳在接线端孔132中,则安装板108通过具有螺纹配合的垫圈110和螺母附连于接线柱102,如图1所示。
一旦安装板108附连于接线柱102,将熔断器116插入到安装柱114,并使安装柱114穿过熔断器116中的基本中心开口116a,直到熔断器116的下支承表面116c接触安装板108的表面108b并使熔断器116坐落在安装板108上并毗邻于防转止动件124为止。熔断器116的下支承表面116c包括配置成配合住安装板108的环形颈表面108b的环形端子2520b,如下面结合图5-7描述的那样。随后将供电电缆118的环形颈146插入到安装柱114并与熔断器116的上支承表面116b接触。上支承表面116b包括配置成与环形颈146配合的环形接线端520,如下面结合图5-7描述的那样。随后将绝缘螺母122螺接在安装柱114周围,直到其接触环形颈146的上表面146a为止。绝缘螺母122被拧紧以可靠地紧固环形颈146、熔断器116和安装板108。组装后,电流从接线柱102流出、通过安装板108并至熔断器支承表面116c,通过熔断器116至熔断器支承表面116b,并通过环形颈146至供电电缆116b和与之连接的电路和/或组件。
图4是根据某些供选示例性实施例的熔断器116、供电电缆118以及电池104的接线柱102的组合件400的分解图。不像上面结合图2和图3描述的组合件100,图4描述的组合件400不包括接纳熔断器116和功率电缆118的安装板。相反,熔断器116和供电电缆118直接连接于电池104的接线柱102。
具体地说,熔断器116插入到接线柱102,而接线柱102穿过熔断器116中的中央开口134直到熔断器116的下支承表面116c接触电池104的上表面104a为止,熔断器116坐落在电池104上。供电线118的环形颈146被插入到接线柱102并与熔断器116的上支承表面116b形成接触。绝缘螺母122螺接在接线柱102周围,直到其接触环形颈146的上表面146a为止。绝缘螺母122被拧紧以可靠地固定环形颈146、熔断器116和电池104。组装后,电流从接线柱102流出,通过熔断器支承表面116c、通过熔断器116至熔断器支承表面,并通过环形颈146至供电电缆116b和/或与之连接的电路和组件。
图5是根据某些示例性实施例的熔断器116的立体图。图6是熔断器116的立体横截面侧视图。图7是熔断器116的立体横截面仰视图。
参见图5-7,熔断器116包括基本立体形状的壳体505,其具有包封于其中的本体构件510和可熔断元件515。可熔断元件515包括故障元件515a,该故障元件配置成响应电路中的过电流而熔断、断裂、失效或以其它方式形成开路以断开耦合于熔断器116的电路(未示出)。
壳体505包括熔断器116的上表面116b和下表面116c。下表面116c包括环形接线端502b,其配置成配合于电池(未示出)表面或连接于电池的安装板(未示出),如上面结合图3-4描述的那样。上表面116b包括配置成配合于供电电缆环形颈(未示出)的表面,如前面结合图3-4描述的那样。壳体505和包含在其中的元件包括基本位于中央的开口116a,该开口116a配置成配合电池接线柱或安装柱,如上面结合图3-4描述的那样。在某些示例性实施例中,环形接线端520配置成紧紧配合于安装板、电池和/或供电电缆环形颈以使中央开口116a在工作中露出于周围环境或不露出于周围环境。
壳体505包括耐热材料,例如聚亚苯基硫醚。在某些示例性实施例中,壳体505是至少部分透明的,以允许用肉眼检查故障元件515a。壳体505配置成包纳由故障元件515a响应电路中的过电流产生电弧。壳体505防止电弧与环境微粒混合,由此使熔断器116防燃。
壳体505还配置成保护可熔断元件515不受环境微粒的影响,由此提高可熔断元件515的预期长时间工作性能。通过使可熔断元件515与水和其它环境微粒隔绝,壳体505保护可熔断元件515由于生锈、侵蚀等的劣化。因此,熔断器116可安全和可靠地用于海上作业(或其它场合)。
本体构件510包括绝缘材料,例如陶瓷。绝缘材料配置成中断由故障元件515a响应过电流产生的电弧。本体构件510包括上表面510a、下表面510b和侧表面510c。可熔断元件515基本设置在侧表面510c附近并包括与至少一部分上表面510a配合的上部515b、与至少一部分下表面510b配合的下部515c以及与本体构件510的侧表面510c配合的故障元件515a。可熔断元件515的结构将在下文中结合图8-10更详细地予以说明。
可熔断元件515的上部515b配合住环形接线端520a。可熔断元件的下部515c配合住环形接线端520b。因此,在使用时,来自电源的电力通过接线柱或安装柱传至环形接线端520b,通过可熔断元件515的下部515c至故障元件515a,通过可熔断元件515的上部515b至环形接线端520a,并通过供电缆线环形颈至电路或与之相连的组件。
图8是根据某些示例性实施例的熔断器的可熔断元件515的俯视平面图。图9-10是根据某些供选示例性实施例的可熔断元件900和1000的俯视平面图。参见图5-10,每个元件515、900、1000包括基本圆形的上部515b、915b、1015b以及设置在故障元件515a、915a、1015a相反侧的基本圆形的下部515c、915c、1015c。每个上部515b、915b、1015b配置成配合住熔断器116的本体构件510的上部510a的至少一部分。每个下部515c、915c、1015c配置成配合住熔断器116的本体构件510的下部510b的至少一部分。每个故障元件515a、915a、1015a配置成配合住本体构件510的侧表面510cc的至少一部分。
在某些示例性实施例中,故障元件515a、915a、1015a的至少一个表面515aa、915aa、1015aa可包括一层非导电塑料。例如,可将硅树脂聚合物薄层施加于故障元件515a、915a、1015a的表面515aa、915aa、1015aa。在某些示例性实施例中,塑料的厚度可在0.00002和0.04英寸之间。例如,可通过喷涂、刷涂、浸渍或其它业内人员通阅本公开后知晓的合用方法将塑料施加于故障元件515a、915a、1015a的表面515aa、915aa、1055aa。
实验表明涂敷这种塑料层可防止长引弧持续时间,如果不这样做通常会经历高电压过电流。具体地说,实验表明,相比未涂敷塑料层的故障元件515a、915a、1015a在中断电压下为0.5mA,对涂敷有塑料层的故障元件515a、915a、1015a来说,过电流后的最大电流在中断电压下小于0.1mA。因此,塑料涂层可增加熔断器116的电压和电流额定值。实际上,实验已表明具有塑料涂层的故障元件515a、915a、1015a可满足高达58伏(直流)和2000安培、32伏(直流)和5000安培或14伏(直流)和10000安培的电压中断。
尽管图8-10分别示出“s形”故障元件515a、“实体连杆形”故障元件915a以及“带孔的实体连杆”形故障元件1015a,然而本领域内技术人员从本公开可以发现许多其它合用故障元件形状的存在。尤其,人们可改变故障元件515a、915a、1015a的厚度、几何形状和/或材料以改变一个或多个性能特征,例如故障元件515a、915a、1015a的电阻。
图11是根据某些示例性实施例的安装板1100的立体图。安装板1100包括具有通过构件1100e分隔的上部1100b和下部1100c的导电细长本体1100a。上部1100b包括基本平行于下部1100c设置的细长构件1100ba和基本垂直于下部1100c并基本平行于构件1100e设置的构件1100bb。细长构件1100ba设置在构件1100bb和构件1100e之间。
下部1100c包括配置成接纳电池(未示出)的接线柱(未示出)的接线端孔1100d。带螺纹的安装柱1114沿基本垂直于上部1100b的方向延伸过上部1100b。安装柱1114配置成接纳熔断器(未示出)和供电电缆(未示出),基本如上面结合图2-3所描述的那样。安装板1100的本体1100a配置成将电流从接线柱传至安装柱11114以将电流传至熔断器和供电电缆。
绝缘材料1105设置在安装柱1114的第一端1114a附近。绝缘材料1105的一部分1105a在构件1100bb和构件1100e的表面之间在本体1100a的上部1100b的下表面1100bd下面延伸。绝缘材料1105的另一部分1105b沿径向在安装柱1114的一部分的外周周围毗邻于本体1100a的上部1100b的上表面1100bc径向延伸。绝缘材料1105的另一部分1105c沿构件1100b的基本中心长度延伸。绝缘材料1105包括耐热塑料或另一耐热材料,例如聚亚苯基硫醚。
与上面结合图2-3描述的绝缘螺母相似,绝缘材料1105配置成使熔断器和供电电缆与安装柱1114电隔绝,并旨在防止从安装柱1114流至供电电缆的电流绕过熔断器。因此,图11的安装板1100可防止熔断器的电气旁路而无需绝缘螺母。
在某些实施例中,标准的、非绝缘螺母(未示出)螺接在安装柱1114的第二端1114b周围,以维持供电电缆和熔断器相对于安装柱1114的位置。例如,标准螺母可防止供电电缆和熔断器的移动,如果不这样的话就会因为引擎或交通工具振动而发生移动。同样,安装板1100的构件1100bb可充当防转止动件以防止熔断器相对于安装板1100的本体1100a的上部1100b的移动。
总结来说,前面的示例性实施例实现一种电池熔断器组件。在细阅本公开后,许多其它改型、特征或实施例将为本领域内技术人员所熟知。因此应当理解,本发明的许多方面仅通过示例描述并不旨在作为本发明的必要或必须元素,除非明确声明相反情形。还要理解,本发明不局限于所述实施例并且可在下面权利要求书的精神和范围内作出多种修改。