CN116978747B - 一种记忆合金丝驱动的新能源汽车用电源熔断装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种记忆合金丝驱动的新能源汽车用电源熔断装置，包括盖板、顶盖、保持架和下底，保持架上腔体内设驱动块执行块，执行块底端穿设于下腔体内；顶盖内穿设相互连接的记忆合金驱动丝、导线Ⅰ和导线Ⅱ；驱动块外内壁分别与上腔体和执行块贴合；执行块和驱动块上设配合的凹槽和卡槽，凹槽和卡槽间设滚珠，执行块内设弹簧槽，弹簧槽内设压簧与滚珠接触，执行块底设陶瓷切片；顶盖与执行块间设蓄能弹簧，顶盖与驱动块间设保持弹簧；保持架和下底间穿设母线，下底顶面开放；陶瓷切片刃部与母线垂直。本发明利用记忆合金驱动丝通电加热收缩的特性用于断电机构执行，记忆合金驱动丝动作响应快，实现机构快速执行，整个系统更加安全可靠。

Description

一种记忆合金丝驱动的新能源汽车用电源熔断装置

技术领域

本发明属于电源熔断技术领域，具体涉及一种记忆合金丝驱动的新能源汽车用电源熔断装置。

背景技术

形状记忆合金是指具有一定初始形状的合金,在低温下经塑性形变并固定成另一种形状后，通过加热到一定临界温度以上又可恢复成初始形状的一类合金。形状记忆合金具有能够记住其原始形状的功能称为形状记忆效应。

记忆合金丝是记忆合金加工成的一种丝材，其具有记忆效应，在通电或加热情况下长度会收缩3%至4%，利用这种特殊性质可以用于做驱动执行器。

汽车用电源熔断器又叫爆炸熔丝、高温保险丝、烟火控制开关、瞬时断路器等，主要应用于新能源电动车行业，主要作用就是开关作用，当发生碰撞、短路、过流或其他安全故障时，汽车用电源熔断器可以在很短的时间内切断电源，降低危险发生的概率。

现有的汽车用电源熔断器在爆炸熔丝应用在电池上之前，都是用传统的保险丝进行保护，由于电动车在急加速等工况下，瞬间的冲击电流比较大，因此在选保险时一般都会预留一些裕量，而且裕量还不小，这就导致正常工作的工况与保护的工况之间会有些矛盾。然而爆炸熔丝应用到电池之后也存在一些不足，爆炸熔丝都采用爆炸燃料进行机构动作，爆炸燃料一般采用黑火药等烈性炸药，控制不当容易产生安全事故。

发明内容

本发明的目的是提供一种记忆合金丝驱动的新能源汽车用电源熔断装置，以解决上述问题。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种记忆合金丝驱动的新能源汽车用电源熔断装置，由上至下依序包括盖板、顶盖、保持架和下底，保持架内设置上下贯通的腔体，腔体包括上腔体和下腔体，上腔体内设置驱动块和穿设于驱动块内的执行块，执行块的底端穿设于下腔体内；

顶盖内设置通道，通道内穿设记忆合金丝，顶盖内还设有导线Ⅰ和导线Ⅱ，记忆合金丝的一端依序与导线Ⅰ和驱动块连接，另一端与导线Ⅱ连接；

驱动块为环形结构，驱动块的外壁与上腔体的内壁贴合，驱动块的内壁与执行块的外壁贴合；

执行块为柱状结构，执行块的外壁上均匀设置四个凹槽，驱动块的内壁上设置与凹槽配合的卡槽，卡槽的底端开放，凹槽和卡槽之间卡设滚珠，执行块内还穿设有弹簧槽，弹簧槽的开放端与凹槽贯通，弹簧槽内设置压簧，压簧的伸出端与滚珠接触，执行块的底面设置陶瓷切片；

顶盖与执行块之间设置蓄能弹簧，顶盖与驱动块之间设置保持弹簧，保持弹簧和蓄能弹簧的轴线重叠，保持弹簧的直径大于蓄能弹簧；

保持架和下底之间穿设母线，下底为顶面开放的槽体；

陶瓷切片的刃部与母线垂直。

为了进一步实现本发明，所述陶瓷切片包括连接块和设置于连接块底面上的刃部，连接块的顶面与执行块的底面固定连接。

为了进一步实现本发明，所述下底的槽体内设置引流片组，引流片组包括若干“U”型铜片，“U”型铜片与刃部平行设置，刃部的投影位于相邻的“U”型铜片之间。“U”型铜片用于陶瓷切片切断母线后引弧，防止大电流拉弧引起安全问题。

为了进一步实现本发明，所述顶盖为顶面开放的矩形槽体，矩形槽体的四角分别设置轴承Ⅰ、轴承Ⅱ、轴承Ⅲ和轴承Ⅳ，轴承Ⅰ、轴承Ⅱ、轴承Ⅲ和轴承Ⅳ的轴线垂直于顶盖的底面，轴承Ⅰ和轴承Ⅳ之间设置轴承Ⅴ，轴承Ⅴ的轴线与顶盖的底面平行，记忆合金丝依轴承Ⅴ、轴承Ⅰ、轴承Ⅱ、轴承Ⅲ和轴承Ⅳ的顺序绕设于各轴承上。记忆合金丝绕设于轴承Ⅴ上，将记忆合金丝对驱动块的向上拉力转化为水平方向，再绕设于水平设置的轴承Ⅰ、轴承Ⅱ、轴承Ⅲ和轴承Ⅳ上，增大记忆合金丝的行程。

为了进一步实现本发明，所述下底的侧壁和底面上分别穿设排气通道，侧壁上的排气通道对称设置且位于引流片组的两侧，底面上的排气通道位于引流片组的下方且与引流片组平行。排气通道用于机构动作时及时排气与吹弧。

为了进一步实现本发明，所述凹槽的高度和宽度与滚珠的直径相等，卡槽的宽度与滚珠的直径相等，卡槽的高度大于滚珠的半径小于滚珠的直径，凹槽的深度和卡槽的深度均与滚珠的半径相等。

为了进一步实现本发明，所述驱动块的顶面靠近执行块的一侧设置环形台阶，环形台阶的内壁与执行块的外壁贴合，执行块的顶部设置圆形凸台，顶盖的底面设置凸环，环形台阶、圆形凸台和凸环的中轴线重叠，环形台阶的外径不小于凸环的外径，凸环的内径大于圆形凸台的外径；

环形台阶和凸环的外周套设保持弹簧，保持弹簧的顶端与凸环的外壁固定连接，保持弹簧的底端与驱动块的顶面固定连接；

圆形凸台的外周和凸环的内壁之间设置蓄能弹簧，蓄能弹簧的顶端与顶盖的底面固定连接。

为了进一步实现本发明，所述上腔体的直径大于下腔体的直径。

为了进一步实现本发明，所述母线的伸出端对称设置安装孔。

为了进一步实现本发明，所述母线的中部平行设置若干切槽，切槽与刃部平行。切槽能够利于陶瓷切片切断母线。

本发明相较于现有技术的有益效果为：

本发明中的记忆合金丝的一端用螺丝或其他连接方式与驱动块连接，保持弹簧向下挤压驱动块使驱动块的卡槽与执行块的凹槽配合，并通过卡槽和凹槽中设置的滚珠对执行块进行限位锁止，确保其在正常情况下不发生下落，即使陶瓷切片悬于母线上方；记忆合金丝的两端分别与导线Ⅰ和导线Ⅱ焊接使其形成回路，当汽车检测到故障时触发信号，导线Ⅰ和导线Ⅱ施加电压，记忆合金丝收缩，带动驱动块克服保持弹簧的力向上位移，卡槽上移使滚珠失去外侧的压紧力被释放，同时压簧失去压力向外挤压滚珠从凹槽内脱离，执行块失去锁紧力，蓄能弹簧失去向上的压力，推挤执行块迅速下移，带动陶瓷切片迅速切断母线。

本发明是利用记忆合金丝通电加热收缩的特性，使其驱动力用于断电机构的执行，只需很小的驱动电流就可以完成整套机构动作执行，而且记忆合金丝动作响应快，可以实现机构的快速执行，替换了火药爆炸执行动作，使整个系统更加安全可靠。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的左视图；

图3为本发明的立体结构示意图；

图4为图1的A-A剖视图；

图5为图2的B-B剖视图；

图6为图2的B-B剖视图（未示出盖板，示出完整的母线和陶瓷切片）；

图7为本发明中轴承Ⅰ、轴承Ⅱ、轴承Ⅲ、轴承Ⅳ、轴承Ⅴ、蓄能弹簧、执行块、驱动块、母线、引流块组和下底的结构示意图；

附图标记含义如下：1、盖板；2、顶盖；3、保持架；4、下底；5、上腔体；6、下腔体；7、驱动块；8、执行块；9、通道；10、记忆合金丝；11、导线Ⅰ；12、导线Ⅱ；13、凹槽；14、卡槽；15、滚珠；16、弹簧槽；17、压簧；18、陶瓷切片；18-1、刃部；18-2、连接块；19、蓄能弹簧；20、保持弹簧；21、母线；22、引流片组；23、轴承Ⅰ；24、轴承Ⅱ；25、轴承Ⅲ；26、轴承Ⅳ；27、轴承Ⅴ；28、排气通道；29、环形台阶；30、圆形凸台；31、凸环；32、安装孔；33、切槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

如图1-7所示，一种记忆合金丝驱动的新能源汽车用电源熔断装置，由上至下依序包括盖板1、顶盖2、保持架3和下底4，保持架3内设置上下贯通的腔体，腔体包括上腔体5和下腔体6，上腔体5内设置驱动块7和穿设于驱动块7内的执行块8，执行块8的底端穿设于下腔体6内；

顶盖2内设置通道9，通道9内穿设记忆合金丝10，顶盖2内还设有导线Ⅰ11和导线Ⅱ12，记忆合金丝10的一端依序与导线Ⅰ11和驱动块7连接，另一端与导线Ⅱ12连接；

驱动块7为环形结构，驱动块7的外壁与上腔体5的内壁贴合，驱动块7的内壁与执行块8的外壁贴合；

执行块8为柱状结构，执行块8的外壁上均匀设置四个凹槽13，驱动块7的内壁上设置与凹槽13配合的卡槽14，卡槽14的底端开放，凹槽13和卡槽14之间卡设滚珠15，执行块8内还穿设有弹簧槽16，弹簧槽16的开放端与凹槽13贯通，弹簧槽16内设置压簧17，压簧17的伸出端与滚珠15接触，执行块8的底面设置陶瓷切片18；

顶盖2与执行块8之间设置蓄能弹簧19，顶盖2与驱动块7之间设置保持弹簧20，保持弹簧20和蓄能弹簧19的轴线重叠，保持弹簧20的直径大于蓄能弹簧19；

保持架3和下底4之间穿设母线21，下底4为顶面开放的槽体；

陶瓷切片18的刃部18-1与母线21垂直。

其中，陶瓷切片18包括连接块18-2和设置于连接块18-2底面上的刃部18-1，连接块18-2的顶面与执行块8的底面固定连接。

其中，下底4的槽体内设置引流片组22，引流片组22包括若干“U”型铜片，“U”型铜片与刃部18-1平行设置，刃部18-1的投影位于相邻的“U”型铜片之间。

其中，顶盖2为顶面开放的矩形槽体，矩形槽体的四角分别设置轴承Ⅰ23、轴承Ⅱ24、轴承Ⅲ25和轴承Ⅳ26，轴承Ⅰ23、轴承Ⅱ24、轴承Ⅲ25和轴承Ⅳ26的轴线垂直于顶盖2的底面，轴承Ⅰ23和轴承Ⅳ26之间设置轴承Ⅴ27，轴承Ⅴ27的轴线与顶盖2的底面平行，记忆合金丝10依轴承Ⅴ27、轴承Ⅰ23、轴承Ⅱ24、轴承Ⅲ25和轴承Ⅳ26的顺序绕设于各轴承上。

其中，下底4的侧壁和底面上分别穿设排气通道28，侧壁上的排气通道28对称设置且位于引流片组22的两侧，底面上的排气通道28位于引流片组22的下方且与引流片组22平行。

其中，凹槽13的高度和宽度与滚珠15的直径相等，卡槽14的宽度与滚珠15的直径相等，卡槽14的高度大于滚珠15的半径小于滚珠15的直径，凹槽13的深度和卡槽14的深度均与滚珠15的半径相等。

其中，驱动块7的顶面靠近执行块8的一侧设置环形台阶29，环形台阶29的内壁与执行块8的外壁贴合，执行块8的顶部设置圆形凸台30，顶盖2的底面设置凸环31，环形台阶29、圆形凸台30和凸环31的中轴线重叠，环形台阶29的外径不小于凸环31的外径，凸环31的内径大于圆形凸台30的外径；

环形台阶29和凸环31的外周套设保持弹簧20，保持弹簧20的顶端与凸环31的外壁固定连接，保持弹簧20的底端与驱动块7的顶面固定连接；

圆形凸台30的外周和凸环31的内壁之间设置蓄能弹簧19，蓄能弹簧19的顶端与顶盖2的底面固定连接。

其中，上腔体5的直径大于下腔体6的直径。

其中，母线21的伸出端对称设置安装孔32。

其中，母线21的中部平行设置若干切槽33，切槽33与刃部18-1平行。

通过安装孔32将装置安装于汽车电源上，母线21接入汽车电源，本装置在正常状态时，驱动块7在保持弹簧20的作用下向内顶住滚珠15，滚珠15一半镶入执行块8中，另一半卡在保持架3内侧，使执行块8固定，与之连接的陶瓷切片18抬起，与母线21分离。

在汽车检测到故障（包括碰撞、过压、过流、短路、继电器粘连等）触发信号，向导线Ⅰ11和导线Ⅱ12之间施加电压，记忆合金丝10收缩，带动驱动块7克服保持弹簧20的力上移，滚珠15外侧留出空间，在压簧17的作用下，滚珠15从执行块8的凹槽13中滑到外侧，执行块8失去锁紧力，在蓄能弹簧19的作用下迅速下移，带动陶瓷切片18迅速切断母线21，母线21切断瞬间产生的电弧被引流片组22吸收，产生的气体从排气通道28排出。

Claims (5)

1.一种记忆合金丝驱动的新能源汽车用电源熔断装置，其特征在于：由上至下依序包括盖板（1）、顶盖（2）、保持架（3）和下底（4），保持架（3）内设置上下贯通的腔体，腔体包括上腔体（5）和下腔体（6），上腔体（5）内设置驱动块（7）和穿设于驱动块（7）内的执行块（8），执行块（8）的底端穿设于下腔体（6）内；

顶盖（2）内设置通道（9），通道（9）内穿设记忆合金丝（10），顶盖（2）内还设有导线Ⅰ（11）和导线Ⅱ（12），记忆合金丝（10）的一端依序与导线Ⅰ（11）和驱动块（7）连接，另一端与导线Ⅱ（12）连接；

驱动块（7）为环形结构，驱动块（7）的外壁与上腔体（5）的内壁贴合，驱动块（7）的内壁与执行块（8）的外壁贴合；

执行块（8）为柱状结构，执行块（8）的外壁上均匀设置四个凹槽（13），驱动块（7）的内壁上设置与凹槽（13）配合的卡槽（14），卡槽（14）的底端开放，凹槽（13）和卡槽（14）之间卡设滚珠（15），执行块（8）内还穿设有弹簧槽（16），弹簧槽（16）的开放端与凹槽（13）贯通，弹簧槽（16）内设置压簧（17），压簧（17）的伸出端与滚珠（15）接触，执行块（8）的底面设置陶瓷切片（18）；

凹槽（13）的高度和宽度与滚珠（15）的直径相等，卡槽（14）的宽度与滚珠（15）的直径相等，卡槽（14）的高度大于滚珠（15）的半径小于滚珠（15）的直径，凹槽（13）的深度和卡槽（14）的深度均与滚珠（15）的半径相等；

驱动块（7）的顶面靠近执行块（8）的一侧设置环形台阶（29），环形台阶（29）的内壁与执行块（8）的外壁贴合，执行块（8）的顶部设置圆形凸台（30），顶盖（2）的底面设置凸环（31），环形台阶（29）、圆形凸台（30）和凸环（31）的中轴线重叠，环形台阶（29）的外径不小于凸环（31）的外径，凸环（31）的内径大于圆形凸台（30）的外径；

环形台阶（29）和凸环（31）的外周套设保持弹簧（20），保持弹簧（20）的顶端与凸环（31）的外壁固定连接，保持弹簧（20）的底端与驱动块（7）的顶面固定连接；

圆形凸台（30）的外周和凸环（31）的内壁之间设置蓄能弹簧（19），蓄能弹簧（19）的顶端与顶盖（2）的底面固定连接；

顶盖（2）与执行块（8）之间设置蓄能弹簧（19），顶盖（2）与驱动块（7）之间设置保持弹簧（20），保持弹簧（20）和蓄能弹簧（19）的轴线重叠，保持弹簧（20）的直径大于蓄能弹簧（19），顶盖（2）为顶面开放的矩形槽体，矩形槽体的四角分别设置轴承Ⅰ（23）、轴承Ⅱ（24）、轴承Ⅲ（25）和轴承Ⅳ（26），轴承Ⅰ（23）、轴承Ⅱ（24）、轴承Ⅲ（25）和轴承Ⅳ（26）的轴线垂直于顶盖（2）的底面，轴承Ⅰ（23）和轴承Ⅳ（26）之间设置轴承Ⅴ（27），轴承Ⅴ（27）的轴线与顶盖（2）的底面平行，记忆合金丝（10）依轴承Ⅴ（27）、轴承Ⅰ（23）、轴承Ⅱ（24）、轴承Ⅲ（25）和轴承Ⅳ（26）的顺序绕设于各轴承上；

保持架（3）和下底（4）之间穿设母线（21），下底（4）为顶面开放的槽体；

陶瓷切片（18）的刃部（18-1）与母线（21）垂直，陶瓷切片（18）包括连接块（18-2）和设置于连接块（18-2）底面上的刃部（18-1），连接块（18-2）的顶面与执行块（8）的底面固定连接；

母线（21）的中部平行设置若干切槽（33），切槽（33）与刃部（18-1）平行。

2.如权利要求1所述的记忆合金丝驱动的新能源汽车用电源熔断装置，其特征在于：所述下底（4）的槽体内设置引流片组（22），引流片组（22）包括若干“U”型铜片，“U”型铜片与刃部（18-1）平行设置，刃部（18-1）的投影位于相邻的“U”型铜片之间。

3.如权利要求2所述的记忆合金丝驱动的新能源汽车用电源熔断装置，其特征在于：所述下底（4）的侧壁和底面上分别穿设排气通道（28），侧壁上的排气通道（28）对称设置且位于引流片组（22）的两侧，底面上的排气通道（28）位于引流片组（22）的下方且与引流片组（22）平行。

4.如权利要求3所述的记忆合金丝驱动的新能源汽车用电源熔断装置，其特征在于：所述上腔体（5）的直径大于下腔体（6）的直径。

5.如权利要求4所述的记忆合金丝驱动的新能源汽车用电源熔断装置，其特征在于：所述母线（21）的伸出端对称设置安装孔（32）。