CN109427507A - 保护元件 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种保护元件，保护元件包括：绝缘外壳体；多个端电极，包含第一端电极与第二端电极，该些端电极贯穿绝缘外壳体且由绝缘外壳体支撑；导体，导体的两端分别经由连接材料电气连接第一端电极与第二端电极，以在第一端电极与第二端电极之间形成第一双向的电流路径；以及阻断元件，配置在导体与绝缘外壳体之间。
Description
技术领域
本发明涉及一种保护元件，尤其涉及一种具备过电流、过电压或过温度保护功能。
背景技术
先前的保护元件，其端电极大都配置于基板上，且将可熔导体配置在端电极上，未来保护元件的应用需求或应用于马达相关的额定工作电流值都相当的高，甚至高于40A或60A，设置于基板上的端电极与基板都无法承受如此大异常电流的流通，甚至，端电极与基板都会因可熔导体于熔断的瞬间，所产生的高热以及高压而被熔融或断裂。另，可熔导体若要能承受100A以上的工作电流或额定电流，其截面积(厚度与宽度)都必须加大，该可熔导体熔断后分开成两部分的距离，也必须有足够的空间，确保断开后可熔导体的绝缘电阻在安全范围内，先前的保护元件无法满足未来高额定电流值的客户或市场需求。
发明内容
发明欲解决的问题
现有技术的保护元件，大都通过可熔导体的熔断，来断开保护元件第一电极与第二电极之间的电流路径，但因保护元件的工作电流或额定电流不断地提升，进而促使可熔导体的体积也不断地增大，最后终会造成可熔导体的熔断时间无法满足市场的需求或各国的安规的要求。
为了解决上述的问题，本发明不使用熔断可熔导体的方式，来断开保护元件第一电极与第二电极之间的电流路径，而是通过阻断元件来加速断开保护元件第一电极与第二电极之间的电流路径，并确保第一电极与第二电极之间的电流路径断开后，保护元件的绝缘电阻在安全范围内。
本发明提出一种保护元件。保护元件包括：绝缘外壳体；多个端电极，包含第一端电极与第二端电极，该些端电极贯穿绝缘外壳体且由绝缘外壳体支撑；导体，导体的两端分别经由连接材料电气连接第一端电极与第二端电极，以在第一端电极与第二端电极之间形成第一双向的电流路径；以及阻断元件，配置在导体与绝缘外壳体之间。阻断元件包含热膨胀元件(材料)、弹性元件(材料)、热变形元件(材料)、热缩元件(材料)、记忆元件(材料)、磁性元件(材料)六者中的任一者或其中部分的组合。导体在保护元件动作保护的过程或过电流时，不会熔断。本发明的保护元件适用于额定电流值大于40A的电路保护，较佳的是适用于额定电流值大于60A的电路保护，最佳的是适用于额定电流值大于100A的电路保护。
附图说明
图1为本发明的一种保护元件888的剖面示意图；
图2为本发明的一种保护元件888的剖面示意图；
图3为本发明的一种保护元件888的剖面示意图；
图4为本发明的一种保护元件888的剖面示意图；
图5为本发明的一种保护元件888的剖面示意图；
图6为本发明的一种保护元件888的等效电路图；
图7为热膨胀元件相关参数的关系图；
图8为保护元件888动作后的剖面示意图；
图9为保护元件888动作后的剖面示意图；
图10为保护元件888动作后的剖面示意图；
图11为本发明的一种保护元件888a的剖面示意图；
图12为保护元件888a动作后的剖面示意图；
图13为保护元件888b动作后的剖面示意图；
图14为本发明的一种保护元件888c的剖面示意图；
图15为本发明的一种保护元件888c的剖面示意图；
图16为保护元件888c动作后的剖面示意图；
图17为本发明的一种保护元件888c的等效电路图；
图18为本发明的一种保护元件888d的剖面示意图；
图19为保护元件888d动作后的剖面示意图；
图20为本发明的一种保护元件888e的剖面示意图；
图21为本发明的一种保护元件888e的剖面示意图；
图22为本发明的一种保护元件888e的剖面示意图；
图23为本发明的一种保护元件888ed/888e的等效电路图；
图24为本发明的导体8的剖面示意图。
附图标号说明：
888、888a、888b、888c、888d、888e：保护元件
7：热产生组件
7a、7b：发热体电极
7c：发热体
8：导体
8x：导体凸点
9(1)、9(2)、9(3)：连接材料
10：绝缘基板
10b：绝缘基板的上表面
10a：绝缘基板的下表面
11：第一端电极
21：第二端电极
31：第三端电极
41：集热电极
11a、21a：端电极上表面
11b、21b：端电极下表面
16：阻断元件或热膨胀元件或弹性元件或热变形元件或热缩元件或磁性元件
17：磁性元件
19:绝缘外壳体
19x:绝缘外壳体凸出体
19a:绝缘外壳体盖体
19b:绝缘外壳体基体
19c:绝缘外壳体侧体
19i:绝缘外壳体内表面
19o:绝缘外壳体外表面
Ic、Id:输出输入电流或第一双向的电流路径
具体实施方式
为使能更进一步了解本发明的特征和技术内容，请参阅以下相关的实施方式的保护元件，并配合附图作详细说明如下。另外，凡可能之处，在附图及实施方式中使用相同标号的元件/构件代表相同或类似部分。此外，附图是以示意方式示出，会有各尺寸的比率与实际不同的情形，应参酌以下的说明自行判断。实施方式说明如下：
第一实施例的保护元件888
图1、图2、图3、图4、图5以及图6示出为本发明的第一实施例的保护元件888的剖面示意图。图6示出为保护元件888的等效电路图。请同时参考图1、图2、图3、图4、图5以及图6。本实施例的保护元件888包括：绝缘外壳体19；多个端电极，包含第一端电极11与第二端电极21，贯穿绝缘外壳体19且由绝缘外壳体19支撑；导体8，导体8的两端分别经由连接材料〔9(1)、9(2)〕电气连接第一端电极11与第二端电极21，以在第一端电极11与第二端电极21之间形成第一双向(Ic、Id)的电流路径；以及阻断元件16，配置在导体8与绝缘外壳体19之间。阻断元件16包含热膨胀元件、弹性元件、热变形元件、热缩元件、记忆元件、磁性元件六者中的任一者或其中部分的组合。阻断元件16的功用为：当连接材料9(1)、9(2)被熔融或液化时，阻断元件16开始将导体8推离开或吸离开或拉离开第一端电极11或第二端电极21或第一端电极11、第二端电极21，因此，断开第一端电极11与第二端电极21之间的第一双向(Ic、Id)电流路径。
绝缘外壳体19
绝缘外壳体19具有保护绝缘外壳体19内的元件或物体的功用，如：导体8、每个端电极的第二端以及热膨胀元件16。图1、图2中示出的绝缘外壳体19包含绝缘外壳体盖体19a与绝缘外壳体基体19b。图3中示出的绝缘外壳体19包含绝缘外壳体盖体19a、绝缘外壳体基体19b以及绝缘外壳体侧体19c。图5中示出的绝缘外壳体19包含绝缘外壳体盖体19a、绝缘外壳体基体19b以及绝缘外壳体凸出体19x，绝缘外壳体凸出体19x的功用是支撑端电极(即第一端电极11、第二端电极21)，或者是，维持或限制热膨胀元件16的方向。绝缘外壳体19的成分包含聚合物(polymer)与陶瓷材料等其中的一者或两者的组合。其中，该陶瓷材料包含碳化硅(SiC)、氧化铝、氮化铝、氮化硅(SiN)、石墨等其中任一者或其中的两者以上的组合。其中，聚合物包含耐热性良好的工程塑胶中的任一种或二种以上的组合。本实施例的保护元件888的绝缘外壳体19的主成分为聚合物(polymer)，包含聚苯硫醚(Polyhenylenesulfide)。绝缘外壳体19在成形为图1的形状(或其他形状)时，可以分成绝缘外壳体盖体19a与绝缘外壳体基体19b两部分，分别成型。其中，绝缘外壳体盖体19a也可以同时使用嵌入成型的制程，将第一端电极11、第二端电极21以及绝缘外壳体盖体19a一体化成型。绝缘外壳体19可以是任何形状，本实施例的绝缘外壳体19是一长方体或正方体。
多个端电极
上述二个端电极(即第一端电极11、第二端电极21)贯穿绝缘外壳体19且由绝缘外壳体19支撑。每一个端电极(即第一端电极11、第二端电极21)的其中一端(第一端)配置(外露)于绝缘外壳体19外，另一端(第二端)浮设(如：图3)于绝缘外壳体19内或延伸至绝缘外壳体19的内表面19i(如：图1、图2)。更进一步来说，图3示出第一端电极11的第二端与第二端电极21的第二端浮设于绝缘外壳体19内(即每一个电极的第二端的上下表面(即11a、21a、11b、21b)都未接触绝缘外壳体19的内表面19i)。除此之外，由于该些端电极(即第一端电极11、第二端电极21)并非以印刷制程所制成，而是以业界熟知的其他制程(如：压合制程)成型，设计者可根据实际应用或设计需求而调整该些端电极的厚度与密度，以降低该些端电极的内阻。本发明所有的端电极的材料包含以金、银、铜、锡、铁、铅、铝、镍、钯、白金等中任一种作为主成份或其部分的组合作为主成分的材料所制成的片状或长条状的金属。另，该些端电极的表面可以镀上一层或多层较不易氧化或较稳定的金属材料如：镍、锡、铅、铝、镍、金等。如此一来，可避免大电流流经第一端电极11与第二端电极21时产生高温而使第一端电极11与第二端电极21表面氧化。本发明中的多个端电极(第一端电极11与第二端电极21)非以印刷制程所制成，适用于额定电流值大于40A的电路保护，较佳的是适用于额定电流值大于60A的电路保护，最佳的是适用于额定电流值大于100A的电路保护。本发明的所有端电极都可采用类似于上述说明的方式来实现。
导体8以及连接材料9(1)、9(2)
请参考图1、图2、图3、图4、图5中导体8的两端分别经由连接材料〔即9(1)、9(2)〕电气连接该第一端电极11与该第二端电极21，以在第一端电极11与第二端电极21之间形成第一双向(Ic、Id)的电流路径。导体8可以是多层结构，具有不同金属的导体层。当然，导体8也可是单层结构，只包含单一金属导体层。导体8的主材料包含以金、银、铜、铝、铁、钴、镍、铜合金等具高熔点与高导电性的金属材料中任一者或其中二者以上组成的合金。导体8适合的熔点温度是高于620℃，较佳的熔点温度选择是介于1000℃～2000℃之间。导体8在保护元件888的使用过程或动作过程中，或者是，流经导体8的电流超过保护元件888的额定电流时，导体8不会因本身发热而发生熔融或熔断的情形。导体8额定电流的高低(或大小)可调整导体8的截面积或选择不同导电率的材料而达成。连接材料9(1)、9(2)为具有导电性的连接材料，且其熔点或液化点低于导体8的熔点或液化点，例如，业界作为焊料使用的无铅焊料(以锡为主成分)或有铅焊料，其中，连接材料9(1)与连接材料9(2)的熔点或液化点可以是一样或不一样。连接材料9(1)、9(2)的熔点可以等于或接近或高于客户(即保护元件888的使用者)制程中回焊炉的最高温度(目前大约在260℃)。连接材料的熔点或液化点是可以调整的，熔点温度可以是介于200℃～580℃，较佳温度选择是介于230℃～500℃之间。导体8可以具有凸点8x(请参考图24)，凸点8x与连接材料9(1)、9(2)可以确保导体8与端电极(即第一端电极11、第二端电极21)之间的电气连接。连接材料9(1)、9(2)在保护元件888的动作过程中，或者是，流经导体8与连接材料9(1)、9(2)的电流超过保护元件888的额定电流时，连接材料9(1)、9(2)两者中的至少一者，会被热熔融或液化(来自导体8本身发热或连接材料9(1)、9(2)本身发热)。本发明的所有导体8以及连接材料都适用上述的说明。
阻断元件16
请参考图1、图2、图3、图4、图5所示出，阻断元件16包含热膨胀元件(材料)、弹性元件(材料)、热变形元件(材料)、热缩元件(材料)、记忆元件(材料)、磁性元件(材料)等六者中的任一者或其中部分的组合，配置在导体8与绝缘外壳体19之间。阻断元件16中的热膨胀元件、弹性元件、热变形元件、热缩元件、记忆元件(如：形状记忆合金)、磁性元件的技术特征都属于会因受热而产生形变或位移的元件，通过膨胀、收缩、位移等动作，将导体8推离或拉离开原来的位置。本发明的阻断元件16具有绝缘特性或具有高绝缘电阻的技术特征，阻断元件16可以是本身材料具有绝缘特性或高绝缘电阻，或者是，藉由外加材料使之具有绝缘特性或高绝缘电阻。凡本领域相关类似的元件适用于本发明的阻断元件16。另一类的阻断元件16是属于磁性元件，其技术特征是具有吸引金属或导体的特性，将导体8吸离开或拉离开原来的位置。当然磁性元件也可以不具有绝缘特性或高绝缘电阻。阻断元件16可以是一个或一个以上。阻断元件16可以包含一个或一个以上的热膨胀元件或弹性元件或热变形元件或热缩元件或记忆元件或磁性元件，或者是，其中部分的组合。例如：图4中示出具有二个阻断元件16，配置在该导体8与该绝缘外壳体19之间。图1、图2、图3、图5的都是只有一个阻断元件16。阻断元件16的功用是：当连接材料9(1)、9(2)被熔融或液化时，阻断元件16开始将导体推离开或拉离开或吸引离开(磁性元件，请参考图13)第一端电极11或第二端电极21或第一端电极11、第二端电极21，因此，断开第一端电极11与第二端电极21之间的第一双向(Ic、Id)电流路径。本实施例的阻断元件16选择的是热膨胀元件16。膨胀后的热膨胀元件16在热源消失后，仍能维持膨胀后的形状，如此，导体8就算会到处移动，但因凸出的热膨胀元件16使得导体8的二端无法同时接触到第一端电极11与第二端电极21(请参考图8、图10)。热膨胀元件16的材料包含聚合物或任何与温度相关且会膨胀的材料。本发明中热膨胀元件16的材料选择以橡胶为主的橡胶材料。本发明的热膨胀元件16具有绝缘特性或具有高绝缘电阻。本发明的热膨胀元件16具有阻燃性。上述二者绝缘性、阻燃性可以在导体8与该些端电极分离时，减少可能产生的高温或电弧的可能性(尤其，是在高额定电压、高额定电流的情况)，进而确保绝缘外壳体19的安全性。本发明的热膨胀元件16的膨胀开始温度是可以调整。本发明的热膨胀元件16的膨胀倍率是可以调整的。请参考图7，热膨胀元件16其膨胀开始温度(℃)、时间(min)以及膨胀率(％)的关系，上述膨胀开始温度系设计在275℃，较明显的膨胀开始温度系设计在350℃，当然，热源温度愈高(＞350℃)膨胀率(％)也会愈高。图7示出，当热源温度低于260℃以下时，膨胀率与时间的关系不大，240℃与260℃的曲线显示膨胀率都低于5％。当热源温度为275℃时，5分钟内膨胀率即达到130％。当热源温度为350℃时，3分钟内膨胀率即达到580％。当热源温度为600℃时，3分钟内膨胀率即达到950％。所以较佳的膨胀开始温度介于275℃～600℃之间。当然，上述三个参数(膨胀开始温度、时间、膨胀率)都是可以调整的，可依实际的需要而调整材料的配方，修改上述三个参数三者之间的关系。
本发明的阻断元件16的另一选择是弹性元件16，具有绝缘特性或具有高绝缘电阻。例如：弹性元件16具有多层结构，内层为具弹性的金属材料，外层为具有绝缘或高绝缘电阻的聚合物。当然，本发明的弹性元件16也可以是单层结构，其主材料包含具弹性、高绝缘电阻的聚合物。弹性元件16的功用是：当连接材料9(1)、9(2)被固化(即固体状态)时，弹性元件16被导体压缩在导体8与绝缘外壳体19之间。当连接材料9(1)、9(2)被熔融或液化时，连接材料9(1)、9(2)无法将弹性元件16被导体压缩在导体8与绝缘外壳体19之间，弹性元件16的弹性将导体8推离开第一端电极11或第二端电极21或第一端电极11、第二端电极21，因此，断开第一端电极11与第二端电极21之间的第一双向(Ic、Id)电流路径。本实施例中的热膨胀元件16或弹性元件16适用于本发明中的所有保护元件。以下都以热膨胀元件16替代阻断元件16或弹性元件16。
保护元件888的动作说明
请参阅图1，当低于额定电流值的电流流经导体8以及连接材料9(1)、9(2)时，保护元件888不会动作，维持保护元件888的初始状态。请参阅图8、图9以及图10，当高于额定电流值的电流流经导体8以及连接材料9(1)、9(2)时，连接材料9(1)、9(2)会因导体8以及连接材料9(1)、9(2)本身发热而造成连接材料9(1)、9(2)二者中的至少一者被熔融或液化，在此同时，热膨胀元件16也因导体8以及连接材料9(1)、9(2)本身发热而膨胀，因此而断开第一双向(Ic、Id)的电流路径。图8示出，连接材料9(1)、9(2)被熔融且热膨胀元件16膨胀，膨胀的热膨胀元件16将导体8两端推离第一端电极11与第二端电极21，因此，第一端电极11与第二端电极21之间的第一双向(Ic、Id)的电流路径被断开。需特别说明的是，热膨胀元件16膨胀后介于第一端电极11与第二端电极21之间，因热膨胀元件16具有阻燃性、高绝缘电阻的特性，所以第一端电极11与第二端电极21之间可以承受较高的额定电流以及额定电压。另，导体8在保护元件888动作保护的过程或过电流时(高于额定电流值的电流流经导体8)，不会熔断。图9示出，连接材料9(2)被熔融且热膨胀元件16膨胀，膨胀的热膨胀元件16将导体8的其中一端推离第二端电极21，因此，第一端电极11与第二端电极21之间的第一双向(Ic、Id)的电流路径被断开。图10示出，连接材料9(1)、9(2)被熔融且热膨胀元件16膨胀，膨胀的热膨胀元件16将导体8的其中一端推离第一端电极11，因此，第一端电极11与第二端电极21之间的第一双向(Ic、Id)的电流路径被断开。
第二实施例的保护元件888a
图11示出为本发明第二实施例的一种保护元件888a的剖面示意图。图6示出为保护元件888a的等效电路图。本实施例的保护元件888a包括：绝缘外壳体19；多个端电极，包含第一端电极11、第二端电极21，贯穿绝缘外壳体19且由绝缘外壳体19支撑；导体8，导体8的两端分别经由连接材料〔9(1)、9(2)〕电气连接第一端电极11与第二端电极21，以在第一端电极11与第二端电极21之间形成第一双向(Ic、Id)的电流路径；集热电极41，配置于第一端电极11与第二端电极21之间，并经由连接材料9(3)电气连接导体8；以及热膨胀元件16，配置在导体8与绝缘外壳体19之间。本实施例的保护元件888a与图1的保护元件888相似，二者主要差异之处在于：本实施例的保护元件888a另包括集热电极41，配置于第一端电极11与第二端电极21之间，并经由连接材料9(3)电气连接导体8。连接材料9(1)、9(2)、9(3)的熔点可以是一样或不一样。保护元件888a包含二个热膨胀元件16，配置在导体8与绝缘外壳体19之间，且其中一个配置在第一端电极11与集热电极41之间，另一个配置在第二端电极21与集热电极41之间。图12示出为本实施例的保护元件888a动作后的剖面示意图。图12示出，连接材料9(3)的熔点高于连接材料9(1)、9(2)的熔点。连接材料9(1)、9(2)被熔融且热膨胀元件16膨胀(但连接材料9(3)未熔融或未完全熔融)，膨胀的热膨胀元件16将导体8两端推离第一端电极11与第二端电极21，因此，第一端电极11与第二端电极21之间的第一双向(Ic、Id)的电流路径被断开。当然，连接材料9(1)的熔点可以高于连接材料9(2)的熔点，或者是，连接材料9(2)的熔点可以高于连接材料9(1)的熔点。导体8通过热膨胀元件16或阻断元件16被推离开或吸离开或拉离开第一端电极11或第二端电极21，因此，第一端电极11与第二端电极21之间的第一双向(Ic、Id)的电流路径被断开。本实施例其他相关的说明与第一实施例的保护元件888的说明相似，请自行参阅，在此不再赘述。
第三实施例的保护元件888b
图13示出为本实施例的保护元件888b动作后的剖面示意图。图6示出为保护元件888b的等效电路图。本实施例的保护元件888b包括：绝缘外壳体19；多个端电极，包含第一端电极11与第二端电极21，贯穿绝缘外壳体19且由绝缘外壳体19支撑；导体8，导体8的两端分别经由连接材料〔9(1)、9(2)〕电气连接第一端电极11与第二端电极21，以在第一端电极11与第二端电极21之间形成第一双向(Ic、Id)的电流路径；磁性元件17；以及热膨胀元件16，配置在该导体8与该绝缘外壳体19之间。本实施例的保护元件888b与图3的保护元件888相似，二者主要差异之处在于：本实施例的保护元件888a另包括磁性元件17，配置在绝缘外壳体19的内表面19i上或绝缘外壳体19内或外露于绝缘外壳体19的内表面19i。磁性元件17的技术特征为：当导体8被热膨胀元件16推离第一端电极11与第二端电极21后，磁性元件17可将导体8吸附在磁性元件17上，避免导体8任意移动。本实施例的磁性元件17也适用于本发明其他所有的实施例。当然，本实施例也可以不包括热膨胀元件16，将磁性元件17当作阻断元件16，当高于额定电流值的电流流经导体8以及连接材料9(1)、9(2)时，连接材料9(1)、9(2)会因导体8以及连接材料9(1)、9(2)本身发热而造成连接材料9(1)、9(2)二者中的至少一者被熔融或液化，在此同时，磁性元件17因具有磁性，因此具有吸附导体8或金属的特性，故可将导体8吸引或拉离开第一端电极11或第二端电极21，因此，第一端电极11与第二端电极21之间的第一双向(Ic、Id)的电流路径被断开。本实施例其他相关的说明与第一实施例的保护元件888的说明相似，请自行参阅，在此不再赘述。
第四实施例的保护元件888c
图14、图15示出为本发明第四实施例的一种保护元件888c的剖面示意图。
图17示出为保护元件888c的等效电路图。本实施例的保护元件888c包括：绝缘外壳体19；多个端电极，包含第一端电极11、第二端电极21以及第三端电极31，贯穿绝缘外壳体19且由绝缘外壳体19支撑；导体8，导体8的两端分别经由连接材料〔9(1)、9(2)〕电气连接第一端电极11与第二端电极21，以在第一端电极11与第二端电极21之间形成第一双向(Ic、Id)的电流路径；热产生组件7，电气连结于第一双向(Ic、Id)的电流路径与第三端电极31之间；以及热膨胀元件16，配置在导体8与绝缘外壳体19之间。本实施例的保护元件888c与图3的保护元件888相似，二者主要差异之处在于：本实施例的保护元件888c的多个端电极包括第三端电极31。本实施例的保护元件888c另包括热产生组件7，电气连结于第一双向(Ic、Id)的电流路径与第三端电极31之间。图14示出热产生组件7配置在第二端电极21的上方，图16示出热产生组件7配置在第二端电极21的下方。保护元件888c的热产生组件7包含发热体7c以及二发热体电极(即7a、7b)，发热体电极7a电气连接发热体7c的其中一端，发热体电极7b电气连接发热体7c的另一端，发热体7c的其中一端经由发热体电极7a电气连接第三端电极31，发热体7c的另一端经由发热体电极7b电气连接第二端电极21。
热产生组件7
热产生组件7包括发热体7c以及二发热体电极(即7a、7b)，发热体电极7a电气连接发热体7c的其中一端，发热体电极7b电气连接发热体7c的另一端，热产生组件7可以制成任何形态或形状，本实施例的热产生组件7是以类似三明治结构(如：图14，发热体7c被夹在二发热体电极7a、7b之间)的芯片形态成形。发热体7c是电阻值相对较高的元件(相较于导体8)，且具有电流通过就会发热的特性，其材料包括二氧化钌(RuO2)、氧化钌、氧化锌、钌、铜、钯、白金、碳化钛、碳化钨、铂、钼、钨、碳黑、有机结合剂或无机结合剂等其中之一为主成分或其中部分组合物为主成分的陶瓷元件。发热体电极7a、7b可以是单层金属或多层金属结构，其各层的材料包括铜、锡、铅、铁、镍、铝、钛、铂、钨、锌、铱、钴、钯、银、金、羰基铁、羰基镍、羰基钴等其中之一或其部分组合成的合金。本发明的所有热产生组件7都可采用类似于上述说明的方式来实现。
保护元件888c的动作说明
保护元件888c共有三种情况会发生，情况1：请参阅图14，当低于额定电流值的电流流经导体8以及连接材料9(1)、9(2)时，保护元件888c不会动作，维持保护元件888c的初始状态。情况2：当高于额定电流值的电流流经导体8以及连接材料9(1)、9(2)时，连接材料9(1)、9(2)会因导体8以及连接材料9(1)、9(2)本身发热而造成连接材料9(1)、9(2)二者中的至少一者被熔融或液化，导体8在保护元件888c的使用过程或动作过程中，或者是，流经导体8的电流超过保护元件888c的额定电流时，导体8不会因本身发热而发生熔融或熔断的情形。在此同时，热膨胀元件16也因导体8以及连接材料9(1)、9(2)本身发热而膨胀，因此而断开第一双向(Ic、Id)的电流路径，请参阅图13(本实施例的保护元件888c与图13的保护元件888b的动作相似)。情况3：当热产生组件7通电发热时，图16示出连接材料9(2)被熔融且热膨胀元件16膨胀，膨胀的热膨胀元件16将导体8两端推离第二端电极21，因此，第一端电极11与第二端电极21之间的第一双向(Ic、Id)的电流路径被断开。导体8在热产生组件7通电发热过程中，导体8不会因热产生组件7发热而发生熔融或熔断的情形。本实施例其他相关的说明与第一实施例的保护元件888的说明相似，请自行参阅，在此不再赘述。
第五实施例的保护元件888d
图18示出为本发明第五实施例的一种保护元件888d的剖面示意图。图23示出为保护元件888d的等效电路图。本实施例的保护元件888d包括：绝缘外壳体19；多个端电极，包含第一端电极11、第二端电极21以及第三端电极31，贯穿绝缘外壳体19且由绝缘外壳体19支撑；导体8，导体8的两端分别经由连接材料〔9(1)、9(2)〕电气连接第一端电极11与第二端电极21，以在第一端电极11与第二端电极21之间形成第一双向(Ic、Id)的电流路径；集热电极41，配置于第一端电极11与第二端电极21之间，并经由连接材料9(3)电气连接导体8；热产生组件7，经由集热电极41电气连结于第一双向(Ic、Id)的电流路径与第三端电极31之间；以及热膨胀元件16，配置在导体8与绝缘外壳体19之间。本实施例的保护元件888d与图11的保护元件888a相似，二者主要差异之处在于：本实施例的保护元件888d的多个端电极包括第三端电极31。本实施例的保护元件888c另包括热产生组件7，电气连结于第一双向(Ic、Id)的电流路径与第三端电极31之间。更进一步来说，本实施例的保护元件888d的第一端电极11与第二端电极21浮设于绝缘外壳体19内，第三端电极31部分嵌入绝缘外壳体19，部分外露于绝缘外壳体19的内表面。集热电极41，经由连接材料9(3)电气连接导体8。连接材料9(1)、9(2)、9(3)的熔点可以是一样或不一样。热产生组件7包含发热体7c以及二发热体电极(即7a、7b)，发热体电极7a电气连接发热体7c的其中一端，发热体电极7b电气连接发热体7c的另一端，热产生组件7可以制成任何形态或形状，本实施例的热产生组件7是以类似三明治结构(如：图18，发热体7c被夹在二发热体电极7a、7b之间)的芯片形态成形。热产生组件7的一端经由集热电极41电气连结于第一双向(Ic、Id)的电流路径或导体8，热产生组件7的另一端电气连接第三端电极31。本实施例其他相关的说明与第二实施例的保护元件888a的说明相似，请自行参阅，在此不再赘述。
保护元件888d的动作说明
保护元件888d共有三种情况会发生，情况1：请参阅图18，当低于额定电流值的电流流经导体8以及连接材料9(1)、9(2)时，保护元件888d不会动作，维持保护元件888d的初始状态。情况2：当高于额定电流值的电流流经导体8以及连接材料9(1)、9(2)时(电流未流经连接材料9(3)以及热产生组件7未通电也没发热)，连接材料9(1)、9(2)会因导体8以及连接材料9(1)、9(2)本身发热而造成连接材料9(1)、9(2)二者中的至少一者被熔融或液化，在此同时，热膨胀元件16也因导体8以及连接材料9(1)、9(2)本身发热而膨胀，因此而断开第一双向(Ic、Id)的电流路径，请参阅图12(本实施例的保护元件888d与图12的保护元件888a的动作相似)。情况3：当热产生组件7通电发热时，图19示出热产生组件7的热能经由集热电极41传递给连接材料9(3)、导体8、连接材料9(1)、9(2)以及热膨胀元件16，致使连接材料9(1)、9(2)、9(3)被熔融且使热膨胀元件16膨胀(图19显示连接材料9(1)、9(2)、9(3)的熔点是一样的或相似的)，膨胀的热膨胀元件16将导体8推离第一端电极11、第二端电极21以及集热电极41，因此，第一端电极11与第二端电极21之间的第一双向(Ic、Id)的电流路径被断开，并且热产生组件7的电流路径也被断开，因此热产生组件7停止发热。当然，连接材料9(3)熔点可以高于连接材料9(1)、9(2)，连接材料9(3)未被熔融，膨胀的热膨胀元件16将导体8推离第一端电极11、第二端电极21(类似图12)，因此，第一端电极11与第二端电极21之间的第一双向(Ic、Id)的电流路径被断开。导体8在热产生组件7通电发热过程中，导体8不会因热产生组件7发热而发生熔融或熔断的情形。另外，连接材料9(1)的熔点可以高于连接材料9(2)的熔点，或者是，连接材料9(2)的熔点可以高于连接材料9(1)的熔点。导体8的两端通过热膨胀元件16或阻断元件16先后被推离开或吸离开或拉离开第一端电极11、第二端电极21，或者是，热膨胀元件16或阻断元件16将导体8推离开或吸离开或拉离开第一端电极11、第二端电极21中的至少一端电极。因此，第一端电极11与第二端电极21之间的第一双向(Ic、Id)的电流路径被断开。
第六实施例的保护元件888e
图20示出为本发明第六实施例的一种保护元件888e的剖面示意图。图23示出为保护元件888e的等效电路图。本实施例的保护元件888e包括：绝缘外壳体19；多个端电极，包含第一端电极11、第二端电极21以及第三端电极31，贯穿绝缘外壳体19且由绝缘外壳体19支撑；导体8，导体8的两端分别经由连接材料〔9(1)、9(2)〕电气连接第一端电极11与第二端电极21，以在第一端电极11与第二端电极21之间形成第一双向(Ic、Id)的电流路径；绝缘基板10；集热电极41，配置于第一端电极11与第二端电极21之间，并经由连接材料9(3)电气连接导体8；热产生组件7，配置在绝缘基板10上，经由集热电极41电气连结于第一双向(Ic、Id)的电流路径与第三端电极31之间；以及热膨胀元件16，配置在导体8与绝缘外壳体19之间。本实施例的保护元件888e与图18的保护元件888d相似，二者主要差异之处在于：本实施例的保护元件888e的热产生组件7包含二个热产生组件7，本实施例的保护元件888e另包括绝缘基板10。绝缘基板10的种类包含有机系基板或玻纤环氧基板(如：FR4或FR5)或无机系基板或陶瓷基板(如：LTCC基板或HTCC基板)等，较佳的是陶瓷基板或低温共烧陶瓷(LTCC)基板，绝缘基板10的材料包括无机陶瓷材料、低温共烧陶瓷(LTCC)、玻璃陶瓷、玻璃粉、玻纤、环氧树酯、氧化铝、氮化铝、氧化锆、氮化硅、氮化硼、硼硅酸钙、碱石灰、铝硅酸盐、铅硼硅酸以及有机黏结剂等其中之一或其部分组合的合成物或复合物。二个热产生组件7配置在绝缘基板10的下表面10a上(不是芯片形态成形)，二个热产生组件7彼此电气并联。热膨胀元件16，配置在导体8与绝缘外壳体19之间，也介于热产生组件7与导体8之间。本实施例其他相关的说明与第五实施例的保护元件888d的说明相似，请自行参阅，在此不再赘述。
变形例的保护元件888e
图21示出为变形例的一种保护元件888e的剖面示意图。图23示出为保护元件888e的等效电路图。本变形例的保护元件888e与图20的保护元件888e相似，二者主要差异之处在于：本变形例的保护元件888e的热产生组件7配置在绝缘基板10的上表面10b上。本变形例其他相关的说明与第六实施例的保护元件888e的说明相似，请自行参阅，在此不再赘述。
图22示出为变形例的一种保护元件888e的剖面示意图。图23示出为保护元件888e的等效电路图。本变形例的保护元件888e与图20的保护元件888e相似，二者主要差异之处在于：本变形例的保护元件888e的热产生组件7配置在绝缘基板10内。本变形例其他相关的说明与第六实施例的保护元件888e的说明相似，请自行参阅，在此不再赘述。
虽然本发明已以实施方式揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准，凡合于本发明申请专利范围的精神与其运用本发明说明书及附图内容所为的类似变化，均包含于本发明的专利范围内。
Claims (15)
1.一种保护元件，其特征在于，包括：
绝缘外壳体；
多个端电极，包含第一端电极与第二端电极，所述多个端电极贯穿所述绝缘外壳体且由所述绝缘外壳体支撑；
导体，所述导体的两端分别经由连接材料电气连接所述第一端电极与所述第二端电极，以在所述第一端电极与所述第二端电极之间形成第一双向的电流路径；以及
阻断元件，配置在所述导体与所述绝缘外壳体之间。
2.根据权利要求1所述的保护元件，其特征在于，所述阻断元件包含热膨胀元件、弹性元件、热变形元件、热缩元件、记忆元件、磁性元件六者中的任一者或其中部分的组合。
3.根据权利要求1或2所述的保护元件，其特征在于，所述阻断元件配置于所述第一端电极与所述第二端电极之间。
4.根据权利要求1所述的保护元件，其特征在于，所述阻断元件具有绝缘特性或具有高绝缘电阻。
5.根据权利要求2所述的保护元件，其特征在于，所述热膨胀元件具有阻燃性。
6.根据权利要求2所述的保护元件，其特征在于，所述热膨胀元件的膨胀开始温度是可以调整的。
7.根据权利要求2所述的保护元件，其特征在于，所述热膨胀元件的膨胀倍率是可以调整的。
8.根据权利要求2所述的保护元件，其特征在于，所述热膨胀元件膨胀后，当热源低于膨胀开始温度时，所述热膨胀元件仍维持膨胀后的形状。
9.根据权利要求1所述的保护元件，其特征在于，另包括集热电极，所述集热电极耦接所述导体，或者是，所述集热电极电气连接所述导体。
10.根据权利要求1或9所述的保护元件，其特征在于，所述多个端电极还包括第三端电极，所述保护元件另包括热产生组件，所述热产生组件耦接或电气连接于所述第一双向的电流路径与所述第三端电极之间。
11.根据权利要求10所述的保护元件，其特征在于，另包括绝缘基板，其中，所述热产生组件配置在所述绝缘基板上或所述绝缘基板内。
12.根据权利要求1所述的保护元件，其特征在于，所述连接材料的熔点或液化点是可以调整的，温度范围介于200℃～580℃之间。
13.根据权利要求2所述的保护元件，其特征在于，所述磁性元件具有吸引或吸附导体的特性。
14.根据权利要求1或9所述的保护元件，其特征在于，所述第一双向的电流路径通过所述阻断元件而被断开，或者是，所述导体通过所述阻断元件被推离开或吸离开或拉离开所述第一端电极及所述第二端电极二者至少其中之一。
15.根据权利要求10所述的保护元件，其特征在于，当所述连接材料被熔融时，所述阻断元件将所述导体推离开或吸离开或拉离开所述多个端电极中的至少一端电极，或者是，所述阻断元件将所述导体的两端先后推离开或吸离开或拉离开所述第一端电极、所述第二端电极。
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