CN105637609A - 具有热熔断器的电紧固件组件 - Google Patents

Abstract

一种用于联接第一导电端子(28)和第二导电端子(32)的电紧固件组件(24)包括将第一端子和第二端子彼此联接的紧固件，以及可熔化元件(42)。可熔化元件(42)响应于热熔化，以响应于过热或温度过高状态中断或断开传导通路。

Description

具有热熔断器的电紧固件组件

本发明的背景

电力系统(诸如飞行器配电系统中发现的那些电力系统)使用电汇流条以用于将功率从电源输送至电负载。在电短路或其它失效状态的情况中，高压构件可分流穿过非预计的电触点，导致配电系统的失效处的高电流。高电流继而生成过高的热水平，且可导致可能的电或热破坏。

本发明的简要描述

在一个实施例中，本发明涉及一种用于联接第一端子和第二端子的电紧固件组件，且包括将第一端子和第二端子彼此联接的紧固件、在熔化之前电联接第一端子和第二端子的导电的可熔化元件，以及具有位于第一端子与第二端子之间的部分且保持它们物理分离的分离件。传导通路至少由第一端子、第二端子和可熔化元件限定，其中可熔化元件响应于沿传导通路的热而熔化，以响应于过热状态中断传导通路，同时分离件保持第一端子和第二端子物理地分离。

在另一个实施例中，本发明涉及一种用于联接第一端子和第二端子的电紧固件组件，且包括将第一端子和第二端子彼此联接的紧固件、提供固持力以在熔化之前固定紧固件的可熔化固持件，以及具有位于第一端子与第二端子之间的部分且施加与固持力相反的偏压力的偏压元件。传导通路至少由第一端子和第二端子限定，其中可熔化固持件响应于热熔化，从而释放偏压元件的偏压力以将第一端子和第二端子物理地分离，且响应于过热状态中断传导通路。

在还有另一个实施例中，本发明涉及一种电过载保护设备，其包括：包括螺柱的第一端子、具有接纳螺柱的开口的第二端子、螺纹地接纳在螺柱上且将第二端子固定到第一端子上的螺母，以及具有接纳螺柱的开口且定位在第一端子与第二端子之间且具有导电的可熔化元件的垫圈。传导通路至少由第一端子、第二端子和可熔化元件限定，其中可熔化元件响应于沿传导通路的热而熔化，以响应于过热状态中断传导通路。

附图的简要描述

在附图中：

图1为根据本发明的一个实施例的飞行器和配电系统的自顶向下的简图。

图2为根据本发明的一个实施例的电紧固件组件的透视图。

图3为根据本发明的第一实施例的焊料垫圈组件的透视图。

图4为根据本发明的第一实施例的电紧固件组件的截面视图，其中焊料环未熔化。

图5为根据本发明的第一实施例的电紧固件组件的截面视图，其中焊料环熔化。

图6为根据本发明的第二实施例的电紧固件组件的截面视图，其中焊料环未熔化。

图7为根据本发明的第二实施例的电紧固件组件的截面视图，其中焊料环熔化。

本发明的实施例的描述

本发明的所述实施例针对一种电紧固件组件，其例如可用于飞行器的配电系统中。尽管该描述主要针对飞行器的配电系统，但其还适用于使用电紧固件组件的任何环境，以用于将一个电网络的部分电连接至另一个。

如图1中所示，飞行器10示为具有至少一个燃气涡轮发动机，其示为左发动机系统12和右发动机系统14。作为备选，功率系统可具有较少或额外的发动机系统。左发动机系统12和右发动机系统14可大致相同，且还可包括至少一个电机，诸如发电机18。飞行器示为还包括多个功率消耗构件或电负载20，例如，促动器负载、飞行临界负载和非飞行临界负载。各个电负载20经由配电系统(例如，汇流条28)与其中至少一个发电机18电联接。

在飞行器10中，操作左发动机系统12和右发动机系统14提供机械能，其可经由转轴取得以提供用于发电机18的驱动力。发电机18继而又将生成的功率提供至汇流条28，其将功率输送至电负载20以用于负载操作。可构想出用于将功率提供至电负载20的额外功率源，诸如紧急功率源、冲压空气涡轮系统、起动机/发电机或电池组。将理解的是，尽管在飞行器环境中示出本发明的一个实施例，但本发明不限于此，且具有非飞行器应用中的电力系统的普遍应用，诸如其它移动应用和非移动工业、商业和住宅应用。

图2示出了示例性电紧固件组件24，其包括导电的DC电力接触器26，接触器26具有至少一个电端子32、示为导电汇流条支撑件28的至少第二电端子，以及焊料垫圈组件30。DC接触器26的端子32可经由焊料垫圈组件30与汇流条支撑件28电联接。在此意义上，焊料垫圈组件30定位在端子32与汇流条支撑件28之间且物理地分离端子32和汇流条支撑件28。电端子32、焊料垫圈组件30和汇流条支撑件28示为具有开口36，以用于经由机械紧固件(诸如接触器固定螺钉34或螺柱)接纳可除去的联接件。此外，尽管描述了焊料垫圈组件30，但可构想出备选的几何形状，其中，例如，焊料组件30可包括没有开口36的一个或多个块，且定位在接触器固定螺钉34旁边，将端子32与汇流条支撑件28物理地分离。

现在转到图3，焊料垫圈组件30示为垫圈类型，且可包括示为成形环的外接口套环38、也成形为环的内分离件(诸如绝缘环40)，以及接纳在套环与环38、40之间的导电且可熔化的元件，诸如焊料环42或盘。当组装时，接口套环38、绝缘环40和焊料环42也限定开口36，其沿轴向延伸穿过焊料垫圈组件30的中心。尽管描述了接口套环38、绝缘环40和焊料环42，但可构想出备选的几何形状。

构想出接口套环38包括导电材料，且示为包括径向侧壁44且朝开口36沿径向向内延伸的底板46。底板46、侧壁44和绝缘环40可共同限定储器47，其能够至少容纳等于熔化的焊料环42的体积的液体体积。焊料环42可构造成抵靠底板46的至少一部分，使得焊料42和板46电联接。绝缘环40可包括非传导材料，其在组装时内衬焊料垫圈组件30的开口36，以阻止接口套环38和/或焊料环42与接纳在开口36中的物体(例如，接触器固定螺钉34)之间的径向电接触。此外，如图所示，焊料环42的轴向高度大于接口套环38或绝缘环40的轴向高度，且绝缘环40的轴向高度可大于接口套环38的轴向高度。

尽管描述了焊料，但可构想出备选的导电和可熔化元件。用于焊料环42的一个示例性熔点可在200和250摄氏度之间；然而，可构想出各种焊料合金和/或合金组合，使得可熔化元件的熔点可参照电紧固件组件24的期望的热操作或故障状态限定。

图4示出了组装的电紧固件组件24的截面。如图所示，组件24还可包括电绝缘套筒48、示为贝氏垫圈(Bellevillewasher)50的压缩或偏压元件，以及可选的电绝缘垫圈52。还示出了汇流条支撑件28还包括紧固件底座，诸如螺钉座54或螺母，其构造成牢固地接纳紧固件。构想出螺钉座54可固定地附接到汇流条支撑件28或与其整体结合，且提供了使联接的螺钉34与汇流条支撑件28绝缘的绝缘性。例如，螺钉座54可包括绝缘材料，或螺钉座54可经由绝缘粘合剂附连至汇流条支撑件28。可构想出另外的绝缘方法和/或材料。

贝氏垫圈50构造成使得其不在相对的轴向压力或压缩力下时可具有朝扩张状态的偏压力，且其中垫圈50的轴向长度在扩张状态中比在压缩状态中更长。贝氏垫圈50可取决于与偏压力相反作用的压力或力在压缩状态与扩张状态之间流畅地切换。尽管描述了贝氏垫圈50，但可构想出另外的偏压元件，其具有可与固持压力或固持力相反作用的偏压力，且其中元件的轴向长度在未受到固持力时比在受到固持力时的元件的轴向长度更长。例如，备选的偏压元件可包括机械弹簧。

接触器固定螺钉34示为至少部分地接纳在绝缘套筒48内，使得螺钉34的该至少一部分由绝缘套筒48电绝缘。尽管绝缘套筒48示为仅包围接触器固定螺钉34的一部分，但可构想出本发明的实施例中整个螺钉34接纳在套筒48内。作为备选，绝缘套筒48可由绝缘涂层或树脂替换。在该备选实例中，其中整个接触器固定螺钉34例如由套筒48、涂层或树脂绝缘，其它绝缘元件40、52、54可选地提供绝缘性质。

如图所示，电紧固件组件24通过从底部到顶部层铺汇流条支撑件28、焊料垫圈组件30、DC接触器26的端子32、贝氏垫圈50和绝缘垫圈52而组装，使得层铺对准各个垫圈和元件28、30、32、50、52的开口36。接触器固定螺钉34(具有绝缘套筒48)沿轴向接纳穿过开口36，且与螺钉座54可除去地联接，使得联接提供足够的机械限制，以将元件28、30、32、50、52沿轴向压制和/或联接在一起，且压缩贝氏垫圈50。在此意义上，贝氏垫圈50的偏压力朝彼此偏压端子32和汇流条支撑件28，且与焊料垫圈组件30的结构固持力且特别是焊料环42的结构固持力相反。该偏压力由装固至螺钉座54的接触器固定螺钉34克服，从而相对于端子32和焊料环42压缩贝氏垫圈50。

绝缘套筒48、绝缘垫圈52、绝缘环40和螺钉座54的组合构造成使接触器固定螺钉34与端子32和汇流条支撑件28两者电隔离。因此，在所示构造中，DC接触器26的端子32和电紧固件组件24的汇流条支撑件28可仅通过焊料环42和焊料垫圈组件30的接口套环38电连接。

在飞行器操作期间，电压和电流穿过DC接触器26、焊料垫圈组件30和汇流条支撑件28。然而，在配电系统22中的电故障、失效或短路的情况中，在非预计的电力连接上分流的大量电流可在构件的电或热破坏中生成过量的热。

在电失效的这种情况中，失效点可与电紧固件组件24热接触或热连接。来自失效点的过量热可经由DC接触器26(和端子32)和/或汇流条支撑件28热传导至焊料垫圈组件30。如果传导的热相比焊料的熔点足够大，则焊料环42可熔化。为DC接触器26与汇流条支撑件28之间的电连接的至少一部分的焊料环42的熔化断开了接触器26的端子32与支撑件28之间的电连接。电连接的断开将中断电故障、失效或短路的电流，且因此使得系统安全。

图5示出了上述实施例的备选构造，其中电紧固件组件124的焊料环142的熔化断开DC接触器26与汇流条支撑件28之间的电连接。具有备选构造的部分将标有增加100的相似数字，其中将理解的是，除非另外指出，对主要部分的描述适用于备选构造。如图所示，焊料环142由于从失效状态的热传导而熔化，且熔化的环142容纳在储器47中。因此，如图所示，传导性熔化焊料环142流体由于重力远离端子32泻落，且因此，汇流条支撑件28不再与DC接触器26的端子32物理接触或电接触。

此外，由于实心焊料环42可能不再结构地支撑端子42且与贝氏垫圈150的偏压力相反，故示出了处于轴向扩张状态的垫圈150。贝氏垫圈32的偏压力迫使端子32远离垫圈150，直到端子32由绝缘环40固持或支撑，一旦焊料环150熔化，则绝缘环40现在是焊料垫圈组件30的最高方位，因此保持了端子32与汇流条支撑件28之间的物理分离。

图6示出了根据本发明的第二实施例的备选电紧固件组件224。第二实施例类似于第一实施例；因此，相似部分将标有增加200的相似数字，其中将理解的是，除非另外指出，对第一实施例的相似部分的描述适用于第二实施例。第一实施例与第二实施例之间的差异在于，如第一实施例中那样，可熔化元件不提供导电通路，而是提供固持力以用于固定DC接触器26的端子32与汇流条支撑件228之间的导电通路，且其中可熔化的固持件的熔化释放端子32与支撑件228之间的导电通路。第一实施例与第二实施例之间的另一差异在于端子32和汇流条228可直接电接触。

如图所示，电紧固件组件224可包括多个偏压元件，诸如贝氏垫圈50，且汇流条支撑件228还包括焊料组件230，其具有沿轴向延伸的绝缘环240和螺钉座254，其至少一部分可通过可熔化的固持件(诸如焊料环242或热释放胶或粘合剂)相对于汇流条支撑件228固持或附连。在第二实施例中，可熔化的固持件不一定具有导电性质。

在该实施例中，(可选)绝缘套筒48、绝缘垫圈52和绝缘环240使接触器固定螺钉34与DC接触器26和汇流条支撑件228电隔离。

在第二实施例中，电紧固件组件224通过从底部到顶部层铺汇流条支撑件228、贝氏垫圈50、DC接触器26的端子32、第二贝氏垫圈50和绝缘垫圈52而组装，使得层铺对准各个垫圈和元件228、32、50、52的开口36。在组装时，接触器固定螺钉34(具有绝缘套筒48)沿轴向接纳穿过开口36，且与螺钉座254可除去地联接，使得联接提供足够的机械限制，以将元件228、32、50、52沿轴向压制在一起，且压缩贝氏垫圈50。在此意义上，贝氏垫圈50的偏压力使端子32和汇流条支撑件228远离彼此偏压，且与已装固至螺钉座254的接触器固定螺钉34的固持力相反且由其克服，螺钉座254由焊料环242固持或锚定。

在飞行器操作期间，DC接触器26的端子32和汇流条支撑件228电联接，从而允许功率在构件32、228之间传递。如第一实施例中所述，失效状态可生成过量的热，其在沿导电通路充分传导至汇流条支撑件228时可熔化焊料环242，从而释放附连的螺钉座254。不再经由螺钉座254由汇流条支撑件228沿轴向固持的螺钉座254和DC接触器26的端子32由于贝氏垫圈50的偏压力而被向上推，从而使端子32与汇流条支撑件228物理且电性地分离。电连接的断开将中断电故障、失效或短路的电流，且因此使得系统在过热状态期间安全。

图7示出了上述实施例的备选构造，其中电紧固件组件324的焊料环342的熔化断开DC接触器26与汇流条支撑件228之间的电连接。如图所示，焊料环342由于失效状态的热传导熔化，从而释放螺钉座254。因此，各个贝氏垫圈50具有沿轴向扩张的状态，其使DC接触器26的端子32与汇流条支撑件228物理且电性地分离。

除上面的图中所示的之外，许多其它可能的实施例和构造由本公开内容构想出。例如，本发明的一个实施例构想出了没有接口套环38的焊料垫圈组件30，其中允许熔化的焊料环142以其它方式流动离开电紧固件组件124，而没有约束。此外，如图所示的或没有接口套环38的焊料垫圈组件30可允许电紧固件组件24的侧部安装，因为任何熔化的焊料环142都将简单地流动离开触点接合处。在另一个实施例中，相比于上文所示和所述的扩张，在扩张状态时，可使用更多或更少的偏压元件(诸如贝氏垫圈50)以允许增大或减小的扩张。此外，各种构件的设计和放置可重新布置，使得可实现若干不同直列式构造。

本文公开的实施例提供了电紧固件组件。以上实施例中可实现的一个优点在于，上述实施例提供了配电系统的各种高电流构件之间的可熔化的互连点，这将在故障、失效、短路或其它过高温度状态中中断电流。这种有目的的中断可通过防止或限制可导致一个或多个灾难性失效的烟或火灾而防止电气系统或较大结构(诸如飞行器)的进一步破坏。上述实施例的另一个优点在于，实施例可安装在电气系统中的其中两个端子联接在一起的任何或所有中继点处。这可容许非常稳健的系统，其中过多热的状态可由于一个或多个电紧固件组件与任何给定失效点的邻近而快速定位(且安全地中断)。因此，上述实施例对于飞行器配电系统提供增加的安全性，且因此改善飞行器和空中旅行的总体安全性。

在并未描述的方面，各种实施例的不同特征和结构可按期望与彼此组合。可能未在所有实施例中示出的一个特征并不意在理解为其不可存在，而是仅为了描述简单而这样做。因此，不同实施例的各种特征可按期望混合和匹配来形成新的实施例，而不论是否清楚描述新实施例。本文所述的所有组合或变更由本公开内容覆盖。

该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何包含的方法。本发明可申请专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这些其它示例具有不与权利要求的字面语言不同的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差异的等同结构要素，则意在使这些其它示例处于权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种用于联接第一端子和第二端子的电紧固件组件，包括：

将所述第一端子和所述第二端子彼此联接的紧固件；

导电的可熔化元件，其在熔化之前电联接所述第一端子和所述第二端子；以及

分离件，其具有位于所述第一端子与所述第二端子之间的部分且保持它们物理地分离；

其中传导通路至少由所述第一端子、所述第二端子和所述可熔化元件限定，其中所述可熔化元件响应于沿所述传导通路的热而熔化，以响应于过热状态而中断所述传导通路，同时所述分离件保持所述第一端子和所述第二端子物理地分离。

2.根据权利要求1所述的电紧固件组件，其特征在于，所述第一端子和所述第二端子分别具有开口，且所述紧固件包括接纳在所述开口内的螺柱，以及拧到所述柱上以将所述第一端子和所述第二端子固定至所述螺柱的螺母。

3.根据权利要求2所述的电紧固件组件，其特征在于，所述可熔化元件或分离件中的至少一者限定具有开口的垫圈，其中所述螺柱接纳在所述开口内。

4.根据前述权利要求中任一项所述的电紧固件组件，其特征在于，所述电紧固件组件还包括储器，且所述导电的可熔化元件位于所述储器内。

5.根据权利要求4所述的电紧固件组件，其特征在于，所述储器具有大于所述可熔化元件的体积的容积。

6.根据权利要求4或5中任一项所述的电紧固件组件，其特征在于，所述电紧固件组件包括位于所述第一端子与所述第二端子之间的垫圈且限定所述储器。

7.根据前述权利要求中任一项所述的电紧固件组件，其特征在于，所述传导通路的高度大于所述分离件的高度。

8.根据权利要求7所述的电紧固件组件，其特征在于，所述分离件的高度大于在所述可熔化元件熔化之后的所述传导通路的长度。

9.根据前述权利要求中任一项所述的电紧固件组件，其特征在于，所述可熔化元件包括焊料。

10.一种用于连接第一端子和第二端子的电紧固件组件，包括：

将所述第一端子和所述第二端子彼此联接的紧固件；

可熔化固持件，其在熔化之前提供固持力以将所述紧固件固定在联接状态中；以及

偏压元件，其具有位于所述第一端子与所述第二端子之间的部分，且施加与所述固持力相反的偏压力；

其中传导通路至少由所述第一端子和所述第二端子限定，其中所述可熔化固持件响应于热而熔化，从而释放所述偏压元件的偏压力以将所述第一端子和所述第二端子物理地分离，且响应于过热状态中断所述传导通路。

11.根据权利要求10所述的电紧固件组件，其特征在于，所述偏压元件包括相对于所述第一端子和所述第二端子的偏压力，以使所述第一端子和所述第二端子远离彼此偏压。

12.根据权利要求11所述的电紧固件组件，其特征在于，所述偏压元件为弹簧或贝氏垫圈中的至少一者。

13.一种电过载保护设备，包括：

包括螺柱的第一端子；

第二端子，其具有接纳所述螺柱的开口；

螺母，其螺纹地接纳在所述螺柱上且将所述第二端子固定到所述第一端子上；以及

垫圈，其具有接纳所述螺柱的开口且定位在所述第一端子与所述第二端子之间，且具有导电的可熔化元件；

其中传导通路至少由所述第一端子、所述第二端子和所述可熔化元件限定，其中所述可熔化元件响应于沿所述传导通路的热而熔化，以响应于过热状态中断所述传导通路。

14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述垫圈限定储器，所述导电的可熔化元件在熔化时被接纳在所述储器中。

15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述储器的容积大于所述导电的可熔化元件的体积。