CN110416038A - 一种可阶段性消弧的高分断快速响应的熔断器装置 - Google Patents
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Abstract
一种可阶段性消弧的高分断快速响应的熔断器装置，包括外壳体，在外壳体中设置有两端穿过所述外壳体、可与主电路连接的导电件；在所述外壳体中设置有可切断所述导电件的动力源,在所述导电件与所述外壳体之间设置有容置腔室，所述导电件在被所述动力源切断后可沿预定轨迹向所述容置腔室中运动；其特征在于在所述预定轨迹的轨迹面上，间隔设置有至少一个引弧装置，每个所述引弧装置通过与其对应的灭弧熔断器与所述导电件连接形成灭弧电路；所述导电件被切断后沿预定轨迹向所述容置腔中运动时，可依次与所述引弧装置接触导通所述灭弧电路。本发明可实现分阶段性灭弧，可降低过电压，保护回路的设备不被过电压损坏。
Description
技术领域
本发明涉及熔断器，尤其是指在新能源汽车等设备仪器的主电路遭受冲击或其他意外事故时，主电路的熔断保护装置中可以快速响应，快速切断主电路的熔断器结构。
背景技术
传统熔断器做为常用的保护电气元件，当回路出现过电流时并经过一定持续时间致使熔体发热熔断熔体,从而断开电路实现电路保护。随着新能源汽车的发展及大量普及，新能源汽车使用了大量的电池包，电池包作为一种高密度能量装置在发生碰撞、挤压、进水以及短路等异常状态时将其快速从电路中隔离出来是确保电动汽车驾驶安全的基本条件。而传统依靠热熔原理来熔断的熔断器，在解决电池包遭受碰撞、挤压以及进水等工况时由于回路电流还不是很大，切断时间就会过长而导致电池包起火的情况发生。由于传统熔断器依靠发热来工作，在正常使用时的功耗相对本发明熔断器装置的功耗也要高出很多。
而目前市面上出现的依靠外力可实现高速切断的熔断装置，由于灭弧方式不同，一般采用灭弧栅进行灭弧，灭弧能力上存在着一定限制，只能应用在特定环境中，如：小电感故障回路，或由于自身体积过大而限制了其应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可阶段性消弧的高分断快速响应的熔断器装置，其可以实现分阶段灭弧，消耗系统开断能量的作用；同时产生于主断口之间的电弧由于活动断口逐步与灭弧熔断器接触而导致系统电弧能量不断下降，同时因断口距离逐步拉长而熄灭。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是一种可阶段性消弧的高分断快速响应的熔断器装置，包括外壳体，在外壳体中设置有两端穿过所述外壳体、可与主电路连接的导电件；在所述外壳体中设置有可切断所述导电件的动力源,在所述导电件与所述外壳体之间设置有容置腔室，所述导电件在被所述动力源切断后可沿预定轨迹向所述容置腔室中运动；其特征在于在所述预定轨迹的轨迹面上，间隔设置有至少一个引弧装置，每个所述引弧装置通过与其对应的灭弧熔断器与所述导电件连接形成灭弧电路；所述导电件被切断后沿预定轨迹向所述容置腔中运动时，可依次与所述引弧装置接触导通所述灭弧电路。
各所述引弧装置对应的灭弧熔断器分别通过串接电感与所述导电件连接。
在所述导电件上开设有断口旋转处及断口薄弱处，所述导电件在受到所述动力源冲击后，在所述断口薄弱处断开，并沿着所述断口旋转处沿着所述预定轨迹运动并与每个所述引弧装置依次连通。
所述断口旋转处及断口薄弱处为贯穿所述导电件宽度的V型槽、U型槽。
述导电件的断裂处的两端导电件上并联有至少一只灭弧熔断器。
在所述外壳体壳壁上开设有气体排放口。
所述引弧装置为引弧接触面或引弧开关；所述导电件在被切断后沿着预定轨迹运动时可依次接触所述引弧接触面或引弧开关，连通所述灭弧电路。
在位于所述外壳体中的所述导电件上间隔开设有两个断口薄弱处，在所述两断口薄弱处间距中心位置处设置有断口旋转处，一绝缘的旋转轴一端抵靠在所述断口旋转处，一端固定在所述外壳体上；在所述断口旋转处的一侧上方的外壳体上部设置有容置腔，在其另一侧下方的外壳体下部上设置有对应的容置腔；所述动力源位于所述外壳体上部的所述容置腔的一侧，其下方正对所述导电件的端口薄弱处及所述外壳体下部的容置腔部；在所述外壳体上部及下部上的所述容置腔一侧设置有与所述导电件断裂后断口运动的预定轨迹一致的轨迹面，在所述轨迹面上间隔设置有至少一个所述引弧装置，每个所述引弧装置通过与其对应的灭弧熔断器与所述导电件连接形成灭弧电路；所述导电件被切断后沿预定轨迹向所述容置腔中运动时，可依次与所述引弧装置接触导通所述灭弧电路。
所述动力源包括设置在所述外壳体上的气体发生装置和位于所述气体发生装置下方的冲头，所述冲头正对所述导电件的断口薄弱处。
本发明的熔断器装置，在导电件刚断裂时，灭弧熔断器10熔断进行部分灭弧；随着导电件向下掉落的过程中，导电件依次与数个灭弧熔断器8通过引弧触点接触，使灭弧熔断器8间断熔断，实现逐渐灭弧，直至最后一个灭弧熔断器熔断完全灭弧。因此，在导电件断开后产生的主要电弧因断裂的导电件逐步与灭弧熔断器的引弧触点接触，通过灭弧熔断器8熔断而逐渐使主要电弧能量不断下降，同时因断口距离逐步拉长而熄灭。在本发明中，灭弧熔断器8分别与电感9串接。该电感9的存在可以起到延迟电流增大时间、也就是让灭弧熔断器熔断的慢一些,以便降低di/dt，从而降低过电压，即降低电感的自感电动势,由于自感电动势是和电流变化方向相反的,降低过电压，就能保护回路的设备不被过电压损坏。
附图说明
图1，本发明外形结构示意图。
图2，本发明原理结构示意图。
图3，本发明去掉上盖和下壳体的正视剖视结构示意图。
图4，本发明去掉上盖和下壳体的后视剖视结构示意图。
图5，本发明导电件断裂自上而下掉落过程结构示意图。
图6，本发明导电件断裂自上而下掉落过程结构示意图。
图7，本发明导电件断裂自上而下掉落过程结构示意图。
具体实施方式
针对上述技术方案，现举一较佳实施例并结合图示进行具体说明。参看图1至图4，本发明的熔断器装置包括外壳体，导电件3，动力源，在本实施例中，外壳体包括上盖1、下壳体2；其中。
上盖1，盖设在下壳体2之上，在上盖和下壳体之间设置有导电件3，上盖1、导电件3通过螺丝固定在下壳体上，上盖和下壳体与导电件之间密封设置。在导电件3上面的上盖上设置有动力源4。
上盖上开设有空腔，在空腔中设置有动力源4。动力源包括气体发生装置41及设置于气体发生装置下面的冲头5。气体发生装置设置有与外部传感器连接的点火电极411。外部传感器可以包括电路传感器、冲击传感器等，可以将电流过大、收到巨大冲击力等的信号分别传递至点火电极，进行点火以便气体发生装置产生大量高压气体。产生的大量高压气体推进冲头快速向下移动，冲击导电件，使导电件断裂，从而断开电路连接。
导电件3，为平板结构，位于上盖和下壳体之间。导电件为导电材料，可以是铝、铜等金属。在位于上盖空腔两侧的电极板上面，分别开设有开设有断口旋转凹槽31及断口断裂凹槽32。断口旋转凹槽31及断口断裂凹槽32可以同时位于导电件上面、下面或一个位于上面、一个位于下面。该两处凹槽形状首选V型结构，其还可以是U型等其他易断的结构形态。当导电件受到冲头冲击时，导电件首先会从薄弱的断裂凹槽处断开，以断口旋转凹槽为旋转轴，向下以弧形轨迹掉落。
下壳体2，在导电件下方的下壳体上设置有绝缘板材。在导电件的断口旋转凹槽31及断口断裂凹槽32下方的绝缘板材上开设有灭弧腔室6。灭弧腔室的一侧设置绝缘的弧形面，该弧形面与导电件断裂后向下掉落的弧形轨迹形状一致。该弧形面的上端正对断口断裂凹槽32的下面，保证导电件断裂后与该弧形面接触，并可沿该弧形面向下掉落至灭弧腔室。在该弧形面上自上而下间隔设置有至少一个引弧触点7，在本实施例中间隔设置有三个引弧触点，该三个引弧触点为平行设置。为了保证断裂后导电件与引弧触点有效接触，引弧触点设置为贯穿弧形面的导电接触面。引弧触点的材料为导电材料。在位于弧形面的下面的绝缘板材上上间隔设置有与引弧触点对应的灭弧熔断器8，灭弧熔断器8的一端与与其对应的引弧触点一端通过导线71导电连接，灭弧熔断器7的另一端通过导线与电感9连接，电感通过导线与导电件连接。在导电件上还并联有至少一个灭弧熔断器10。在本实施中，灭弧熔断器10为一个，根据需要，也可以并联多个灭弧熔断器10。
引弧触点7的位置还可以是其他方式设置。参看图6，在原有引弧触点的位置处，分别设置有开关73替代引弧触点，开关73与灭弧熔断器8连接，灭弧熔断器8通过电感与导电件连接。开关71的触动端位于断裂后导电件掉落的轨迹面上，当导电件断裂后向下沿着轨迹运动时，其可触动开关的触动端，使开关闭合，连通灭弧电路进行熔断灭弧。
导电件3可以有两个断口断裂凹槽32，参看图7，断口旋转轴33位于两断口断裂凹槽之间的中心部位。断口旋转轴33位置处设置有绝缘的旋转轴与导电件连接，冲头5位于断口旋转轴与其中一端口断裂凹槽之间的导电件的上方，在冲头下方的下壳体上设置有容置腔室，在容置腔室一侧设置与导电件断裂后向下掉落的预定轨迹形状一致的轨迹面。在该轨迹面上自上而下间隔设置有至少一个引弧触点7，每个引弧装置通过串接的灭弧熔断器8与电感9与导电件3连接的。在断口旋转轴与另一断口断裂凹槽之间的导电件的上方的上壳体上，开设有与下壳体上的容置腔室及其结构一致的预定轨迹形状一致的轨迹面及间隔设置在轨迹面上的至少一个引弧触点、及每个引弧触点通过串接的灭弧熔断器与电感与导电件3连接的。该结构动作原理：当动力源驱动冲头向下冲击导电件，使导电件靠近冲头一端的断口断裂凹槽断裂，然后在继续向下冲击时，由于杠杆原理，导电件另一断口断裂凹槽断裂向上沿着旋转轴向上运动和导电件断开；断开后的导电件的两端以旋转轴为中心，做圆周转动，依次与上壳体和下壳体上间隔设置的引弧触点依次接触，连通灭弧电路，通过熔断器8熔断进行灭弧。引弧触点7可以是如图2结构的导电接触面，也可以是设置在预定轨迹的轨迹面的如图6的开关。
在下壳体的壳壁上开设有气体排放口，供动力源产生的气体从壳体内向外排放。
上盖、下壳体材质均为绝缘材质。由于气体产生的冲击力巨大，上盖通过螺丝将导电件及上盖固定在下壳体上，使上盖、导电件和下壳体可以紧密牢固结合在一起，再经受气体冲击力时，保证上盖和下壳体之间不会脱离。
本发明熔断器装置的工作原理：参看图5，当外部传感器(电流传感器或冲击力传感器等)将信号传递至气体发生装置时，点火电极工作启动气体发生装置，产生大量高压气体，气体驱动冲头向下快速运动冲击导电件，导电件在断口断裂凹槽处断裂，以断口旋转凹槽为旋转轴，向灭弧腔室以弧形轨迹沿着弧形面掉落。在导电件刚断裂时，灭弧熔断器10熔断进行部分灭弧；随着导电件向下掉落的过程中，导电件依次与数个灭弧熔断器8通过引弧触点接触，使灭弧熔断器8间断熔断，实现逐渐灭弧，直至最后一个灭弧熔断器熔断完全灭弧。因此，在导电件断开后产生的主要电弧因断裂的导电件逐步与灭弧熔断器的引弧触点接触，通过灭弧熔断器8熔断而逐渐使主要电弧能量不断下降，同时因断口距离逐步拉长而熄灭。在本发明中，灭弧熔断器8分别与电感9串接。该电感9的存在可以起到延迟电流增大时间、也就是让灭弧熔断器熔断的慢一些,以便降低di/dt，从而降低过电压，即降低电感的自感电动势,由于自感电动势是和电流变化方向相反的,降低过电压，就能保护回路的设备不被过电压损坏。
本发明的熔断器装置，当超过允许范围的外来冲击力或进水等故障时，熔断器也会在第一时间内通过断开，且快速实现完全灭弧，从而对设备起到保护作用。且其响应时间短，极大的提高了安全保护性能。
Claims (9)
1.一种可阶段性消弧的高分断快速响应的熔断器装置，包括外壳体，在外壳体中设置有两端穿过所述外壳体、可与主电路连接的导电件；在所述外壳体中设置有可切断所述导电件的动力源,在所述导电件与所述外壳体之间设置有容置腔室，所述导电件在被所述动力源切断后可沿预定轨迹向所述容置腔室中运动；其特征在于在所述预定轨迹的轨迹面上，间隔设置有至少一个引弧装置，每个所述引弧装置通过与其对应的灭弧熔断器与所述导电件连接形成灭弧电路；所述导电件被切断后沿预定轨迹向所述容置腔中运动时，可依次与所述引弧装置接触导通所述灭弧电路。
2.根据权利要求1所述的可阶段性消弧的高分断快速响应的熔断器装置，其特征在于各所述引弧装置对应的灭弧熔断器分别通过串接电感与所述导电件连接。
3.根据权利要求2任一所述的可阶段性消弧的高分断快速响应的熔断器装置，其特征在于在所述导电件上开设有断口旋转处及断口薄弱处，所述导电件在受到所述动力源冲击后，在所述断口薄弱处断开，并沿着所述断口旋转处沿着所述预定轨迹运动并与每个所述引弧装置依次连通。
4.根据权利要求3所述的可阶段性消弧的高分断快速响应的熔断器装置，其特征在于所述断口旋转处及断口薄弱处为贯穿所述导电件宽度的V型槽、U型槽。
5.根据权利要求1所述的可阶段性消弧的高分断快速响应的熔断器装置，其特征在于所述导电件的断裂处的两端导电件上并联有至少一只灭弧熔断器。
6.根据权利要求1所述的可阶段性消弧的高分断快速响应的熔断器装置，其特征在于在所述外壳体壳壁上开设有气体排放口。
7.根据权利要求1所述的可阶段性消弧的高分断快速响应的熔断器装置，其特征在于所述引弧装置为引弧接触面或引弧开关；所述导电件在被切断后沿着预定轨迹运动时可依次接触所述引弧接触面或引弧开关，连通所述灭弧电路。
8.根据权利要求1所述的可阶段性消弧的高分断快速响应的熔断器装置，其特征在于在位于所述外壳体中的所述导电件上间隔开设有两个断口薄弱处，在所述两断口薄弱处间距中心位置处设置有断口旋转处，一绝缘的旋转轴一端抵靠在所述断口旋转处，一端固定在所述外壳体上；在所述断口旋转处的一侧上方的外壳体上部设置有容置腔，在其另一侧下方的外壳体下部上设置有对应的容置腔；所述动力源位于所述外壳体上部的所述容置腔的一侧，其下方正对所述导电件的端口薄弱处及所述外壳体下部的容置腔部；在所述外壳体上部及下部上的所述容置腔一侧设置有与所述导电件断裂后断口运动的预定轨迹一致的轨迹面，在所述轨迹面上间隔设置有至少一个所述引弧装置，每个所述引弧装置通过与其对应的灭弧熔断器与所述导电件连接形成灭弧电路；所述导电件被切断后沿预定轨迹向所述容置腔中运动时，可依次与所述引弧装置接触导通所述灭弧电路。
9.根据权利要求1所述的可阶段性消弧的高分断快速响应的熔断器装置，其特征在于所述动力源包括设置在所述外壳体上的气体发生装置装置和位于所述气体发生装置下方的冲头，所述冲头正对所述导电件的断口薄弱处。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |