CN104715982B

CN104715982B - 泡沫熔断器填料和管式熔断器

Info

Publication number: CN104715982B
Application number: CN201410667624.9A
Authority: CN
Inventors: R·雷塔多; A·恩里克斯
Original assignee: Littelfuse Inc
Current assignee: Littelfuse Inc
Priority date: 2013-10-18
Filing date: 2014-10-17
Publication date: 2018-07-27
Anticipated expiration: 2034-10-17
Also published as: US9911566B2; TWI620739B; JP2015122305A; US20180144900A1; US10685804B2; CN104715982A; US20150357143A1; KR20150045382A; TW201524965A; JP6441637B2; EP2865709A1

Abstract

本发明描述了具有三聚氰胺包覆滑石泡沫填料的熔断器。特别是，描述了用在熔断器中的三聚氰胺包覆滑石泡沫填料，其包括包覆在三聚氰胺化合物(例如，增塑的三聚氰胺树脂)中的滑石，然后被加热以形成结晶泡沫填料。该泡沫填料可包括以重量计的所述三聚氰胺化合物的基本上3倍的滑石，并且可以被加热，然后冷却以形成所述泡沫填料。

Description

泡沫熔断器填料和管式熔断器

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年10月18日提交的美国临时专利申请序列号为61/893,086，名称为“Foam Fuse Filler and Cartridge Fuse”的权利，在此通过引用引入该申请的全部内容。

技术领域

本公开内容主要涉及熔断器领域，且更具体地涉及具有灭弧填料的熔断器。

背景技术

熔断器，它通常被用作电路保护器件，提供要保护的电力源和电路组件之间的电连接。一类熔断器包括布置在中空的熔断器本体内的可熔元件。导电端子可以通过所述熔断器本体连接到可熔元件的每端，以提供连接熔断器到电路中的手段。

当在电路中发生指定的故障情况例如过流情况时，熔断器的可熔元件可以熔化或在其他情况下分离以中断电路路径中的电流流动。电路的被保护部分由此电隔离，并可以防止或至少减轻对这部分的损坏。然而，熔断器元件熔化后，电弧可能会形成在所述可熔元件的新分离的端部之间的空气间隙中。如果不熄灭该电弧，该电弧可以通过使不希望的电流流入电路组件而造成对电路的进一步的损坏。此外，电弧经常可能导致中空熔断器本体的破裂，这也可能会损坏被保护的电路和周围的细件。

传统上，该中空熔断器本体通常填充有二氧化硅，以协助灭电弧。然而二氧化硅填料需要被压实在该中空熔断器本体中，以提供足够的电弧猝熄。即使在二氧化硅填料适当压实的情况下，当电弧燃烧时，二氧化硅可能会移位(例如，由于电弧产生的位移力等)。其结果是，中空熔断器本体的部分可能露出，并且所述熔断器本体可能由于电弧而破裂。此外，采用常规填料的熔断器通常具有较低的断流容量(breaking capacity)(例如，短路电流额定值)，并提供与可期望的过载保护相比降低的过载保护。例如，由于二氧化硅压实不良，其中二氧化硅用作填料的熔断器可能不能提供足够高的断流容量，并且由于功能能量(即，热量)损失到高导热率填料材料，可能提供降低的过载保护。

因此，需要一种低导热率的熔断器填料，其在电弧燃烧时不移位。此外，还需要一种熔断器填料，其提供增加的断流容量和增加的电流过载保护。

发明简述

根据本公开内容，提供一种具有三聚氰胺包覆滑石泡沫填料的熔断器。一些实施方案提供了一种用在熔断器中的三聚氰胺包覆滑石泡沫填料，其包括三聚氰胺化合物(例如，增塑的三聚氰胺树脂)和以重量计的三聚氰胺化合物的基本上3倍的滑石，其中，三聚氰胺化合物和滑石被加热，例如，到50至250摄氏度之间1到900分钟以形成有在熔断器中的泡沫填料。

一些实施方案提供了一种熔断器，该熔断器包括其中具有腔体的中空本体，布置在腔体中的熔断器元件，与所述熔断器元件电连接的第一和第二端帽，和布置在腔体中围绕熔断器元件的三聚氰胺包覆滑石泡沫(MCSF)填料，MCSF填料包含三聚氰胺化合物，和以重量计的三聚氰胺化合物的基本上3倍的滑石，其中，三聚氰胺化合物和滑石被加热，以形成结晶结构。在一些实例中，三聚氰胺化合物和滑石被加热到50至250摄氏度之间1至900分钟以形成结晶结构。

一些实施方案提供了制造熔断器的方法，包括将熔断器元件插入中空熔断器本体的腔体，将第一端帽连到该中空熔断器本体并将该熔断器元件的第一端电连接到所述第一端帽，将滑石和三聚氰胺化合物的混合物加到腔体中，使得滑石和三聚氰胺化合物的混合物围绕熔断器元件布置，所述滑石和三聚氰胺化合物的混合物包含三聚氰胺化合物，和以重量计的三聚氰胺化合物的基本上3倍的滑石，加热包括熔断器元件、所述第一端帽、和滑石与三聚氰胺化合物的混合物的中空熔断器本体，以形成泡沫填料，以及将第二端帽连到中空熔断器本体且将熔断器元件的第二端电连接到所述第二端帽。在一些实例中，滑石和三聚氰胺化合物的混合物被加热到50至250摄氏度之间1到900分钟。

附图的简要说明

参考附图，通过举例的方式，描述本公开内容的具体实施方案，其中：

图1示出了具有三聚氰胺包覆滑石泡沫填料的熔断器；

图2示出了滑石和三聚氰胺化合物的混合物；

图3示出了图1的熔断器的一部分；

图4是形成包含三聚氰胺包覆滑石泡沫填料的熔断器的方法的流程图；和

图5是表示与不同的熔断器相比的图1的熔断器的特性的曲线图，这些熔断器都是根据本公开内容的至少一些实施方案而布置的。

具体实施方式

图1示出了熔断器100的侧剖视图，熔断器100具有中空管状熔断器本体110。在一些实例中，所述熔断器本体110可以是陶瓷。熔断器100另外包括第一端帽130，第二端帽140和熔断器元件120，熔断器元件120布置在中空熔断器本体110的腔体150中并延伸通过腔体150，以形成端帽130和140之间的电连接。该熔断器元件120由具有熔点的导电材料制成，使得满足所期望的熔断器的特性(例如，额定电流等)。端帽130和140由导电材料制成，并装配在所述熔断器本体110的纵向端部，以提供与熔断器元件120的电接触。熔断器元件120可通过各种技术和/或材料连接到端帽130和140。例如，示出的熔断器元件120通过填锡(solderfillet)155连接到端帽130和140，填锡155被布置在熔断器本体110的相对端。

腔体150，由熔断器本体110的内表面115限定，包含三聚氰胺包覆滑石泡沫(MCSF)填料160(下文更详细地描述)。当熔断器元件120由于预定的、过量的电流流过熔断器元件120而熔化或分离时，熔断器元件的未熔化部分之间形成电弧。电弧的长度随熔断器元件120的分离部分彼此后退而增长，直至维持弧所需的电压比被保护的电路中的有效电压更高，从而终止了电流流通。

MCSF填料160的作用是熄灭(supress)熔断器100中的电弧，并向熔断器本体110提供刚性和破裂保护特性。尤其是，当被加热(例如，被电弧)时，MCSF填料160产生弧淬熄气体，例如，如甲醛，其作用是通过消电离作用和弧冷却减少熄灭电弧的时间。此外，MCSF填料160以泡沫或结晶结构结合在一起。这样，在电弧存在下，MCSF填料160可不移位并暴露熔断器本体110。因此，电弧可以包含在MCSF结构中，从而防止熔断器本体110的破裂。

图2-3更详细地示出了MCSF填料160。更具体地，图2示出了滑石和三聚氰胺化拾物的混合物，在加热时，其可形成MCSF填料160，而图3示出了具有布置在其中的MCSF填料160的熔断器体的俯视图。

更具体地转向图2，示出了混合物200。该混合物200包括多个颗粒210。每个颗粒210包括包覆在三聚氰胺化合物(未示出)中的滑石(也未示出)。一般情况下，滑石是镁硅酸盐的结晶形式。在实践中，混合物200中的滑石可以是多种类型的滑石和/或滑石变体中的任意。将理解的是，滑石是一种绝缘材料。在一般情况下，滑石损耗低，成本低，并且可以在高达2,000°F的温度下安全地运行。在一些实例中，三聚氰胺是具有2，4，6-三氨基-1，3，5-三嗪的化学结构的结晶化合物(C3H6N6)。

对于一些实例，混合物200可以包括与三聚氰胺化合物(例如，增塑的三聚氰胺树脂等)混合的滑石(例如，以粉末形式等)。在一些实例中，滑石和三聚氰胺化合物混合，使得滑石的细粒被包覆在所述三聚氰胺化合物中，以形成颗粒210。在各种实例中，混合物200可以包括选定重量比的滑石和三聚氰胺化合物。在一些实例中，滑石和三聚氰胺化合物的重量比可介于6∶1和3∶2之间。在一些实例中，滑石和三聚氰胺化合物的重量比将大于2∶1。特别是，对于一些实例，滑石和三聚氰胺的重量比为3∶1。

换言之，在特定实例中，对于混合物200中的每份三聚氰胺化合物，混合物200还将包括以重量计的3份滑石。应当理解的是，滑石和三聚氰胺化合物的3∶1比率的例子是近似的。更具体地，该比率不必精确地为3∶1，且作为替代，可基本上为3∶1或在3∶1的合理公差内。

如本文中所详细描述的，MCSF填料160通过向中空熔断器本体110的腔体150中填充混合物200而形成。换言之，混合物200被添加到所述熔断器本体110，腔体150被混合物200填充，以使混合物200围绕熔断器元件120。熔断器本体110、混合物200、和熔断器元件120可以被加热，以形成MCSF填料160。在一些实例中，可以确定滑石和三聚氰胺化合物的比率，从而在混合物被加热以形成MCSF填料160后，残留足够的三聚氰胺化合物(例如，在加热过程中未被烧掉)，以提供如本文所述的电弧淬熄性能。更具体地，足够的三聚氰胺化合物残留在MCSF填料160中，使得在灭弧事件期间，三聚氰胺会燃烧并释放气体以淬熄该弧。

更具体地转到图3，示出了熔断器100的俯视下的等距视图。在该图中，示出了熔断器本体110和MCSF填料160。如图1所示，MCSF填料160围绕熔断器元件120(在图3中未示出)而形成。特别是，对于一些实例，加热混合物200使得该混合物200结晶并形成MCSF填料160。

在一些实例中，混合物200可以被加热到50至250摄氏度之间1到900分钟。特别是，对于一些实例，混合物200可以被加热到150至180摄氏度之间，然后冷却至室温(例如20到30摄氏度之间)。随着混合物200被加热，三聚氰胺化合物与滑石结合，并随着它冷却而形成晶体结构，从而形成MCSF填料160。换言之，随着混合物200被加热，三聚氰胺化合物软化和/或熔化。当混合物冷却时，三聚氰胺化拾物和滑石形成类似晶体的结构。MCSF填料160，如上所述，提供了改进的电弧淬熄性能，并提供包含电弧的刚性结构，使得在高电流情况下熔断器100不会破裂和/或爆炸，否则高电流情况会导致常规熔断器破裂。

图4示出了形成熔断器的方法400。参考图1-3讨论方法400。然而，应当理解，这样做的目的只是为了说明，并且不旨在进行限制。更具体地，可以实施方法400以形成与参考图1-3描述和描绘的不同的熔断器。

方法400可开始于方框410。在方框410中，“将熔断器元件插入中空熔断器本体的腔体中”熔断器元件120可以被插入到熔断器本体110的腔体150中。

继续到方框420，“将第一端帽连到该中空熔断器本体和熔断器元件。”在方框420中，端帽130可被连到所述熔断器本体110和熔断器元件120的第一端。例如，当端帽130被压在熔断器本体110上时，可以加热焊锡155，使得熔断器元件因而被焊接到端帽130。

继续到方框430，“将滑石和三聚氰胺化合物的混合物添加到该腔体中。”在方框430中，混合物200被添加到腔体150中，以使混合物200围绕熔断器元件120。在一些实例中，腔体150基本上用混合物200填充。在一些实例中，腔体150被部分地填充混合物200。如上所示，混合物200可以具有滑石和三聚氰胺化合物的不同的比率。在一些实例中，该比率为按重量计的3∶1(滑石比三聚氰胺化合物)。

继续到方框440，“加热包括熔断器元件与滑石和三聚氰胺化合物的混合物的熔断器本体。”在方框440中，熔断器本体110、熔断器元件120、混合物200和端帽130被加热。在一些实例中，这些组件被加热到50至250摄氐度之间的温度1至900分钟。如所讨论的，加热混合物200(例如，在方框440中)形成MCSF填料160。在一些实例中，混合物200在将其加热时膨胀。在进一步的实例中，该混合物膨胀的量取决于温度、加热的持续时间和/或滑石与三聚氰胺化合物的比率。在一些实例中，方框440可包括加热混合物200和冷却该混合物200，以形成所述结晶MCSF填料160。

在一些实例中，可以调节腔体150被填充的量、滑石与三聚氰胺化合物的比率、温度和/或加热的持续时间，使得MCSF填料160基本上围绕熔断器元件120形成，但在加热过程中基本上不从腔体150中溢出或胀出。此外，应该选择加热过程(例如，在方框440中)使得在加热过程后有足够的放出甲醛的三聚氰胺化合物残留以提供上面所讨论的电弧淬熄和压力抑制性能。

继续到方框450，“将第二端帽连到中空熔断器本体和熔断器元件。”在方框450中，端帽140被连到熔断器本体110和熔断器元件120的第二端(例如，与第一端相对)。例如，当端帽140被压在熔断器本体110上时，焊锡155可被加热，使得熔断器元件因而被焊接到端帽130。

在一些实例中，方框430和450可以被同时执行。在其他实例中，混合物200可先于连接一个和/或两个端帽(例如，130或140)而被加热，使得从加热过程中产生的气体可在MCSF填料160被密封在腔体和熔断器100被完全组装之前从腔体150排出。

图5是示出了根据本公开内容形成的两个熔断器的断开时间对电流的曲线图500。具体地，曲线图500示出了包含MCSF填料的熔断器(例如，熔断器100)的断开时间vs.电流。如上所述，一些常规的熔断器包括二氧化硅作为填料。本公开内容提供了许多优于常规填料的优点。例如，包覆有三聚氰胺化合物的滑石具有比二氧化硅低的导热率，因此基于本公开内容的熔断器(例如，熔断器100)具有相比于常规的熔断器减小的对过载情况的反应时间。换言之，本发明所提供的熔断器在常规填充的熔断器将无法断开的低电流下仍会断开(例如，熔断器元件公熔化，并引起开路)。

示出的第一曲线510，对应于包括由三聚氰胺化合物和滑石的混合物形成的MCSF填料的熔断器的断开时间vs.电流。另外，示出的第二曲线520，对应于具有由三聚氰胺化合物和二氧化硅的混合物形成的填料的熔断器的断开时间vs.电流。可以看到，具有MCSF填料的熔断器(例如，熔断器100)比使用三聚氰胺包覆二氧化硅填料的熔断器断开地更快。将理解的是，断开时间是熔断器的重要特性，因为断开时间直接对应于淬熄电弧所需的时间和还对应于要保护的电路暴露于高电流的时间量。

此外，本公开内容的熔断器提供了比只具有二氧化硅基填料的熔断器显著更高的断流容量。例如，完成了对三聚氰胺包覆二氧化硅填料的熔断器的实验。本公开内容的熔断器具有两倍于三聚氰胺包覆二氧化硅填料的熔断器的断流容量。在一个实例中，三聚氰胺包覆二氧化硅填充的熔断器具有100安培的断流容量，而类似等级但具有如本文所公开的MCSF填料的熔断器具有200安培的断流容量。将理解的是，这是一个显著区别并显示了本发明的诸多优点的一个。

Claims

1.用在熔断器中的三聚氰胺包覆滑石泡沫填料，包括：

颗粒的混合物，包含：

三聚氰胺化合物；和

以重量计的所述三聚氰胺化合物的至少2倍的滑石，其中，所述颗粒的混合物可加热，使得将三聚氰胺化合物熔化以与滑石结合而形成三聚氰胺包覆滑石泡沫填料，该三聚氰胺包覆滑石泡沫填料具有刚性晶体结构以包含熔断器的电弧。

2.如权利要求1所述的三聚氰胺包覆滑石泡沫填料，包括以重量计的所述三聚氰胺化合物的基本上3倍的所述滑石。

3.如权利要求1所述的三聚氰胺包覆滑石泡沫填料，其中，所述三聚氰胺化合物和所述滑石被加热以形成熔断器中的三聚氰胺包覆滑石泡沫填料晶体结构。

4.如权利要求3所述的三聚氰胺包覆滑石泡沫填料，其中，所述三聚氰胺化合物和所述滑石被加热到50至250摄氏度之间1到900分钟以形成所述泡沫填料。

5.如权利要求1所述的三聚氰胺包覆滑石泡沫填料，其中，所述三聚氰胺化合物和所述滑石被加热到150至180摄氏度之间，并冷却至室温以形成熔断器中的三聚氰胺包覆滑石泡沫填料晶体结构。

6.一种熔断器，包括：

中空本体，其中具有腔体；

布置在所述腔体中的熔断器元件；

与所述熔断器元件电连接的第一和第二端帽；和

三聚氰胺包覆滑石泡沫填料、即MCSF填料，其布置在所述腔体中围绕所述熔断器元件，该MCSF填料包括：

颗粒的混合物，包含：

三聚氰胺化合物；和

7.如权利要求6所述的熔断器，包括以重量计的所述三聚氰胺化合物的基本上3倍的所述滑石。

8.如权利要求6所述的熔断器，其中，所述三聚氰胺化合物和所述滑石被加热以形成三聚氰胺包覆滑石泡沫填料晶体结构。

9.如权利要求8所述的熔断器，其中，所述三聚氰胺化合物和所述滑石被加热到50至250摄氏度之间1到900分钟以形成三聚氰胺包覆滑石泡沫填料晶体结构。

10.如权利要求6所述的熔断器，其中，所述三聚氰胺化合物和所述滑石被加热到150至180摄氏度之间，并冷却至室温以形成三聚氰胺包覆滑石泡沫填料晶体结构。

11.一种制造熔断器的方法，包括：

将熔断器元件插入中空熔断器本体的腔体中；

将第一端帽连到该中空熔断器本体并将该熔断器元件的第一端电连接到所述第一端帽；

将滑石和三聚氰胺化合物的混合物添加到所述腔体，使得所述滑石和三聚氰胺化合物的混合物围绕所述熔断器元件布置，所述滑石和三聚氰胺化合物的混合物包括：

颗粒的混合物，包含

三聚氰胺化合物，和

以重量计的所述三聚氰胺化合物的至少2倍的滑石，其中，所述颗粒的混合物可加热，使得将三聚氰胺化合物熔化以与滑石结合而形成三聚氰胺包覆滑石泡沫填料，该三聚氰胺包覆滑石泡沫填料具有刚性晶体结构以包含熔断器的电弧；和

将第二端帽连到该中空熔断器本体并将熔断器元件的第二端电连接到所述第二端帽。

12.如权利要求11所述的方法，其中，所述混合物包括以重量计的所述三聚氰胺化合物的基本上3倍的所述滑石。

13.如权利要求11所述的方法，其中，所述三聚氰胺化合物和所述滑石被加热到50至250摄氏度之间1到900分钟以形成所述泡沫填料。

14.如权利要求11所述的方法，其中，所述三聚氰胺化合物和所述滑石被加热到150至180摄氏度之间，并冷却至室温以形成所述泡沫填料。

15.如权利要求11所述的方法，其中，所述三聚氰胺化合物和所述滑石被加热，然后冷却以使所述三聚氰胺化合物和所述滑石结晶以形成所述熔断器填料。