具体实施方式
以上所述仅是用以阐明本发明的目的、达成此目的的技术手段、其所产生的功效以及本发明的其他优点等等,本发明的具体细节将于下文中的实施方式及相关附图中详细介绍。
以下将以图式揭露本发明的多个实施方式。应了解到,这些图式仅是用以阐释本发明的较佳实施方式,而非用以限制本发明。依据本发明的一实施方式,图1为一熔丝组件10的爆炸图,其包含一电路保护装置20及一支撑座70。
电路保护装置20包含下述元件以保护光伏系统避免受到超载电流的损害。这些工作元件是容置于一大致上矩形外壳22中,上述大致上矩形外壳22包含一大致上矩形的基底部22A以及一相配的大致上矩形的罩体部22B,如图2所示。基底部22A是用以容纳并支撑电路保护装置20的工作元件。因此,基底部22A包含一大致上平坦的底墙30、一后墙24以及相对的两侧墙26及28。一壳体50及一U形分离墙60是由后墙24所延伸。壳体50包含一上部52及一延伸的脚部56。上部52定义有一狭缝53。脚部56包含一向内的弯折部58,此弯折部58具有一表面58a。脚部56可做为一个屏障以避免短路,详细技术内容将于下文中描述。分离墙60是提供以在外壳22定义出两个分开的空间或区域110a及110b。分离墙60包含一倾斜面62a、62b。一对狭缝30a及30b形成于底墙30,并分别对齐于由分离墙60及侧墙26及28所定义的狭缝66A及66B。
罩体部22B包含一大致上平坦的顶墙40及一大致上呈U形的结构,其包含一前墙44及相对的两侧墙46及48。侧墙46及48个别包含渐缩部47及49,其具有多个肋条,形成于渐缩部47及49的外表面。肋条可利于握牢外壳22。若欲组合外壳22,罩体部22B会被固定至基底部22A,例如以传统的扣锁方式或是超音波焊接的方式来固定。当外壳22被组合时,如图1、图3及图4所示,基底部22A的侧墙26及28是平行于罩体部22B的侧墙46及48,基底部22A的后墙24是相对并平行于罩体部22B的前墙44,而基底部的底墙30是相对并平行于罩体部22B的顶墙40。外壳可包含一开口或窗户(未示于图中)以允许电路保护装置20的工作元件由外壳22的外面来观之。外壳22较佳是由聚合物材料所制成,例如杜邦公司的FR550于本发明的一实施方式中,组合后的外壳22高度约为1.65英时,宽度约为1.49英时,深度约为0.63英时。
支撑座70容纳电路保护装置20并电性连接电路保护装置20至一电路,如下所述。如图1所示,支撑座70主要包含一U形前墙74、一U形后墙76、一对侧墙78A及78B、顶墙部84A及84B、侧部86A及86B以及中央墙90。顶墙部84A及84B侧部86A及86B以及中央墙90定义出一开口94,其尺寸大小可容纳电路保护装置20。
一开洞80为支撑座70的内部空腔,其形成于侧墙78B。此内部空腔的尺寸大小可容纳一传统的终端连接器(未示于图中),例如:一对熔丝夹。一对形成于顶墙部84A及84B中的开孔85的尺寸大小可容纳线路连接螺丝,以将终端连接器固定于支撑座的内部空腔中。中间墙90包含一对狭缝92a及92b,其尺寸大小可容纳电路保护装置20的电极(如下所述)。电路保护装置20的电极电性连接位于支撑座70的内部空腔中的终端连接器。
于图式的实施方式中,一通道98形成于底墙部96,其尺寸大小可接收一传统的35mm DIN轨道5,从而允许支撑座70设置于一DIN轨道装置上(未示于图中)。电路保护装置22可成排地应用于多极的应用中。
电路保护装置20位于外壳22中的元件可参阅图3-图5。图3及图4绘示外壳22的一内部空腔110,其包含一基底部22A及一罩体部22B。如上述,分离墙60将内部空腔110分隔为上区域110a及下区域110b。
电路保护装置20的工作元件包含一超载装置120、第一及第二热元件160及180、第一及第二电极200及210、及一旁路分流器230。
图5绘示依据本发明一实施方式的超载装置120的爆炸图。超载装置120主要包含一杯体122、一大致上呈柱状的金属接脚140、及一偏向元件152。超载装置120电性连接第一热元件160及第二热元件180,并做为一切换元件,其可在一通路位置及一断路位置(亦即超载情况下)之间移动,如以下所述。可在通路位置及断路位置之间移动的超载装置120可为任意种类的切换元件。
杯体122包含一环状凸缘122a及一底墙124。一环状开口124a形成于底墙124。杯体122是由导电材料(例如金属)所制成,且其尺寸大小是设计以容纳一接脚140及一偏向元件152,以下将进一步阐明。于本实施方式中,偏向元件152可为金属弹簧。
接脚140包含一环状凸缘104a及一本体部,此本体部包含一第一柱状部142、一第二柱状部144、一第三柱状部146及一第四柱状部148。如图5所示,柱状部142、144、146、148的外径逐渐减少。一面对轴向的环状表面142a是定义于第一柱状部142及第二柱状部144之间。一面对轴向的环状表面146a是形成于第三柱状部146及第四柱状部148之间。
第一热元件160包含一端部162、一中间部166及一L形耦合部168。一环状开口162a是形成于端部162上。开口162a的直径是小于接脚140的第一柱状部142的外径,而大于第二柱状部144的外径,以利于柱状部144、146及14穿过开口162a。多个孔洞166a是形成于中间部166上。于一实施方式中,孔洞166a的尺寸约为0.031英时,且孔洞中心相邻的间隔一致地为0.25英时。孔洞166a降低电流通道的区域,从而限制第一热元件160的电流携载容量。于本发明的一实施方式中,上述降低电流通道的区域可在故障电流超过电路保护装置20的常规稳态额定量的10倍以上时限制电流的大小。L形耦合部168的尺寸大小是设计以容纳一第一电极200的第一端。
第一电极200为一伸长且大致上平坦的板体,其是设置于狭缝66A中。第一电极200的第一端电性连接第一热元件160,而第一电极200的一第二端穿过形成于底墙30的狭缝30a延伸至外壳22外,如第3及图4所示。第一电极200延伸至外壳22外的部件提供一第一叶片端202。
第二热元件180包含一端部182、一中间部186及一L形耦合部188。一环状开口182a是形成于端部182上。开口182a的尺寸小于接脚140的柱体部146的外径,但大于柱体部148的外径,以利于柱体部148移动穿过开口182a。多个孔洞186a是形成于中间部186上。于一实施方式中,孔洞186a的尺寸约为0.031英时,且孔洞中心相邻的间隔一致地为0.25英时。相似于第一热元件160的孔洞166a,孔洞186a降低电流通道的区域,从而限制第二热元件18$0的电流携载容量。于本发明的一实施方式中,上述降低电流通道的区域可在故障电流超过电路保护装置20的常规稳态额定量的10倍以上时限制电流的大小。L形耦合部188的尺寸大小设计以容纳一第二电极210的第一端。
第二电极210为一伸长且大致上平坦的板体,其是设置于狭缝66B中。第二电极210的第一端电性连接第二热元件180,而第二电极210的一第二端穿过形成于底墙30的狭缝30b延伸至外壳22外,如图3及图4所示。第二电极210延伸至外壳22外的部件提供一第二叶片端212。
第一及第二热元件160及180较佳是由一导电材料所制成,例如为铜合金(如:磷青铜(phosphorous bronze))。于本发明的一实施方式中,第一及第二热元件160及180的宽度约为0.25英时,而厚度约为0.009英时。第一及第二电极200及210较佳是由铜制成。于本发明的一实施方式中,第一及第二电极200及210的尺寸约为0.125英时(厚度),而宽度约为0.375英时。
于本实施方式中,旁路分流器230为一线圈232,较佳是由锰镍铜合金(manganin)或镍克铬合金(nichrome)所制成。旁路分流器230在第一电极200与第二电极210之间提供一导电通道。于本发明的一实施方式中,旁路分流器230的额定电流约为5安培至15安培,较佳而言,可大约为10安培至15安培。
电路保护装置20的组合可详参至图2-图5。于本发明的一实施方式中,超载装置120、第一及第二热元件160及180、第一及第二电极200及210及旁路分流器230是在插入至外壳22的内部空腔110的前预先被组装。首先,第一热元件160的耦合部168与第二热元件180的耦合部188分别被焊接至第一及第二电极200及210。一高温、金属的焊料如银、铅或其合金是用以贴附第一及第二电极200及210至第一热元件160及第二热元件180。
电路保护装置20的前置组装步骤进一步包含将第一及第二电极200及210相互对应地放置,使热元件160及180可互相分开,如图5所示。通过第一及第二电极200及210的位置,杯体122的底墙124的外表面是贴附于第一热元件160的端部162上表面。底墙124的环状开口124a与环状开口162a的中心互相对齐。阻抗焊料、或黄铜制的或高温焊接合金具有高于摄氏180度的高熔点温度(例如40%的锡/铅合金),其是用以贴附杯体122至第一热元件160。偏向元件152是设置于接脚140上,而接脚140插入底墙124的开口124a。偏向元件152会被压缩以使得至少接脚140第三柱状部146延伸穿过第一热元件160之端部162的开口162a。接脚140的第四柱状部148是插入第二热元件180的端部182的开口182a,而第三柱状部146的轴向表面146a接触端部182的上表面。
具有低熔点温度的一焊料156是用以贴附接脚140环状表面146a至第二热元件180的端部182。焊料156较佳是由具有相对低软化温度或熔点温度的材料所制成。可使用一熔点温度、金属合金、或具有低软化温度的聚合物。焊料在室温(摄氏25度)下较佳为固态,且当温度提升至约摄氏65度时会固化。较佳而言,焊料的熔点温度或软化温度大约介于摄氏70度至150度,更佳而言,可约介于摄氏125度至145度,又更佳而言,可约介于摄氏134度至145度,最佳而言,焊料包含共晶(eutectic)合金,例如熔点或软化温度约为摄氏134度的锡/铋(Sn/Bi)合金。
前置组装进一步包含各自焊接旁路分流器230的第一及第二端230a及230b至第一及第二电极200及210。一高温的金属焊料,例如银、铅或其合金,是用以贴附第一及第二电极200及210至旁路分流器230。
如图3所示,组装完成的超载装置120、第一及第二热元件160及180、第一及第二电极200及210、与旁路分流器230接着被设置于外壳22的基底部22A(请并参阅图1)中。第一及第二电极200及210分别位于狭缝66A、30a、66B、30b中,且偏向元件152会被压缩,如图3及图4所示。倾斜表面62a及62b可分别支撑第一及第二热元件160及180。
于本发明的一实施方式中,超载装置120及第一及第二热元件160及180是被一拱型冷却媒介242所环绕,其是设置于内部空腔110的上区域110a中。旁路分流器230是由一拱型冷却媒介244所环绕,其是位于内部空腔110的低区域110b中。拱型冷却媒介可包含,但未局限于,硅酸盐(silicate)(例如:石英沙)、硅氧树脂(聚硅氧;silicone)、热塑性聚亚酰胺聚合物、聚合脂肪酸等等。于本实施方式中,在上区域110a中的拱型冷却媒介242为一二氧化硅(silica;硅酸)石英沙,而在下区域110b中的拱型冷却媒介244为一室温硬化(Room TemperatureVulcanizing,RTV)的环氧树脂封剂。
为了完成电路保护装置的组装,外壳22的罩体部22b是贴附于外壳22的基底部22a,以将工作元件固定于空腔110内的相对位置上。
请参阅图7,本图绘示依据本发明另一实施方式的电路保护装置,其包含一旁路分流器。电路保护装置20A主要包含如上述电路保护装置20的元件。差异在于用一熔丝元件236代替旁路分流器230的线圈232。电路保护装置20及20A的相似元件标注了相同的元件符号。于本实施方中,下区域110b中可不需要拱型冷却媒介244。
于本实施方式中,熔丝元件236可为传统的套圈式熔丝,其是设置于熔丝座(并未示于图中)内。熔丝座可包含一对熔丝夹(未图式)以分别贴附熔丝元件236的终端至第一及第二电极200及210。适合的套圈式熔丝可包含,但不局限于,额定电流介于约5安培至15安培且额定电压介于约300伏特至1000伏特的熔丝。
电路保护装置20的操作可参照图1、图3及图6。应了解到,电路保护装置20A与电路保护装置20的操作实质相同,因此将不分别叙述。电路保护装置20的外壳22是被插入支撑座70的开口94中,使第一及第二电极200及210的叶片终端202及212分别插入通过支撑座70的狭缝92a及92b(请并参阅图1)。第一及第二电极200及210的叶片终端202及212是经由位于支撑座70内部空腔中的终端连接器的熔丝夹(未图式)来做电性连接。第一电极200是经由终端连接器电性连接一电路的一第一线路,而第二电极210是经由终端连接器电性连接该电路的一第二线路。该电路的第一及第二线路可分别为一接地或中性线及一电源线等等。
当超载装置位于一通路位置时,如图3及图4所示,一第一导电通道是被提供于第一电极200及第二电极210之间,亦即,通过第一热元件160、杯体122、偏向元件152、接脚140、及第二热元件180。旁路分流器230会在第一电极200及第二电极210之间提供一第二导电通道,其是平行于第一导电通道。壳体50的脚部56可做为一屏障以避免第一热元件160的端部162与第二热元件180的中间部发生短路。
当超载电流产生时(亦即,超过电路保护装置20的额定电流时),第一及第二热元件160、180的温度将上升,从而导致焊料156温度超过其熔点时软化并熔化。因此,接脚140会从第二热元件180分离,从而停止超载装置120与第二热元件180之间的电性连接。就此而言,当偏向元件152迫使接脚140远离第二热元件180移动时(如图6所示),超载装置120会由一通路位置(如图3所示)移动至一断路位置(亦即,一超载状况)。因此,第一及第二热元件160及180之间的导电通道会被断开。于本发明的一实施方式中,电路保护装置20的额定电流约介于8安培至60安培之间。
为了因应超载装置120移动至断路位置(亦即,断开第一及第二电极200及210之间的第一导电通道),如图6所示,旁路分流器230会提供一条分流通路来做为导电通道。因此,当超载装置移动至断路位置时,残留的电流会流通旁路分流器230。旁路分流器230的电流会持续流通直到旁路分流器230熔化为止(亦即,烧断),从而断开第一及第二电极200及210之间的第二导电通道。电子拱型元件(electrical arcing)是容设于旁路分流器230中,直到被拱型冷却媒介224所扑灭。在旁路分流器230熔化之后,第一及第二电极200及210之间的第二导电通道将永远断开状态。旁路分流器230避免第一及第二热元件160及180呈拱型,并降低电力耗损。
请参阅图8-图10,这些图绘示依据本发明一第二实施方式的熔丝组件10B。熔丝组件10B包含依电路保护装置20B及一熔丝座或支撑座70B。电路保护装置20B及支撑座70B大致上相似于电路保护装置20及支撑座70,因此相似的元件在图式中标记相同的元件符号。电路保护元件20B与支撑座的元件与电路保护装置20及支撑座70的差异将于下文中描述。
请参阅图8,电路保护装置20B包含一突出部32,自外壳22的基底部22A的底墙30延伸出来。突出部32的尺寸大小设计以容纳一空间91,此凹槽91是形成于支撑座70B的中间墙90。于本实施方式中,突出部32及凹槽91具有一三角形轮廓,其允许电路保护装置20B的第一及第二叶片终端202及212仅能以单一方向插入支撑座70B的狭缝92a及92b中,用以避免与支撑座70B内部空腔的终端连接器产生错误的电性连接。此外,突出部32及凹槽91可可设置为不同的形状及/或尺寸以区别不同额定电压的电路保护装置。突出部与对应的凹槽的位置可为相反,其中突出部32可形成在中间墙90上,而凹槽91可形成于底墙30中。
电路保护装置20B亦包含一指示元件141,当超载状况发生时,指示元件141会突出于一孔洞42外,此孔洞42是形成于罩体部22B的顶墙40中,于图9及图10中将进一步阐明。电路保护装置20B的壳体50包含形成于上部52的一通道54。通道54的尺寸大小是设计以容纳一指示元件141,其延伸自接脚140的凸缘140a。于本实施方式中,指示元件141可为一柱体。
如图9所示,当超载装置120是位于通路位置时,指示元件141是位于外壳22中。当一超载状况发生时,超载装置120会移动至断路位置,偏向元件152会迫使接脚140远离第二热元件180,而指示元件141的端部141a会移动通过顶墙40的孔洞42。因此,指示元件141的端部141a突出于外壳22外,以提供视觉标记来代表超载状况。
电路保护装置20B可选择性地设有一旁路分流器230,如图7所示。
上述电路保护装置的优点可包含低电力耗损(亦即,高发电效率);可插拔式替换而无须拆除线路;以及可应用于多极(multiple poles)状况的小面积(footprint)。相较于传统上一样具有单一冲压板(punchedstrip)或电线的熔丝而言,本发明的电路保护装置具有相对低的电力耗损。由于超载装置120及第一及第二热元件160及180可有效率地操作并在超载状况中展现可靠性,却又具有相对低的最大断电能力(interrupting capability),因此可显著地帮助降低电力损耗。
虽然本发明已以实施方式揭露如上,然其并非用以限定本发明,任何熟悉此技艺者,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作各种的更动与润饰,因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定的为准。