CN117254440B - 具有灭弧功能的电涌抑制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有灭弧功能的电涌抑制装置，包括：非导电隔离器，所述非导电隔离器能够从第一位置移动至第二位置，所述非导电隔离器包括驱动部和隔离部，所述隔离部嵌入在所述驱动部中并随驱动部联动，所述隔离部包括能够相对所述驱动部旋转的隔弧片以及与所述隔弧片连接的第二弹性件，其中在所述第一位置，所述隔弧片在所述第二弹性件的作用下抵接在所述固定部和/或离去部上，在所述第二位置，所述隔弧片在第二弹性件作用下介于所述固定部和离去部之间并阻隔所述固定部和离去部。本发明的隔弧片可以设置得非常小，不仅降低了对电涌抑制装置内部空间的要求，而且反应灵敏，隔弧时间短，极大地提高了电涌抑制装置整体的可靠性和安全性。
Description
技术领域
本发明涉及用于电路保护的电涌保护器，特别涉及具有灭弧功能的电涌抑制装置。
背景技术
电涌抑制装置是一种为各种电子设备、仪器仪表、通讯线路提供安全防护的电子装置。当电气回路或者通信线路中因为外界的干扰突然产生电涌电流或者电压时，电涌保护器能在极短的时间内导通分流，从而避免电涌对回路中其他设备的损害。
电涌抑制装置通常包括一个或多个金属氧化物压敏电阻器(MOV)，通常连接于相线和地线(或中性线)之间，用来泄放出现在线路上的电压浪涌能量。MOV是一种非线性电子装置，在工作过程中，可能受到各种外加应力，例如温度应力或暂时过压力应力等。当MOV遭受过应力时，即超过MOV的额定值时，MOV劣化，导致泄漏电流增大，往往会发热，也可能发生热击穿短路。MOV的发热导致电涌抑制装置的温度升高，当温度达到它周围的可燃材料(例如环氧树脂涂覆层或塑料外壳)的燃点时，可能会引起火灾。
为降低电涌抑制装置着火的风险，出现了对MOV采取热保护器的设计。虽然这种热保护器能够一定条件下把失效了的MOV从供电回路中脱离开来，在一定程度上，能够预防电涌抑制装置的着火。但是，不足之处在于，当热保护开关脱开前若MOV芯片已被击穿短路，在热保护器断开后形成的间隙之间就会产生电弧，此时的电弧电流等同电源系统的短路电流，普通的热保护器就很可能不能熄灭电弧。另一方面，即使当热保护器接点打开前MOV芯片未被击穿短路，当热保护器的接触MOV的电极与MOV表面上的电极之间的电压过高和/或形成的间隙之间距离过小时，在该间隙间仍可能产生电弧。因此，从电源来的故障电流仍能继续维持，电涌抑制装置仍有着火的危险。
发明内容
本发明的一个方面提供一种具有灭弧功能的电涌抑制装置，包括：
电压敏感元件，所述电压敏感元件具有预定的额定电压，当施加在所述电压敏感元件上的电压超过所述额定电压时，所述电压敏感元件的温度升高；
第一端子，所述第一端子的一端电连接至所述电压敏感元件的第一表面；
第二端子，包括固定部和与固定部通过热敏材料电连接的离去部，所述固定部电连接至所述电压敏感元件的第二表面；以及
非导电隔离器，所述非导电隔离器能够从第一位置移动至第二位置，在所述第一位置，所述非导电隔离器允许所述离去部和所述固定部电连接，在所述第二位置，所述离去部不与所述固定部电连接，
所述非导电隔离器包括驱动部和隔离部，所述驱动部包括驱动臂、位于驱动臂一端的枢轴和位于驱动臂另一端的第一弹性件，其中在所述第一位置，所述驱动臂在第一弹性件的作用下抵接离去部并施加作用力在离去部上以使其具有离开所述固定部的趋势，在所述第二位置，所述驱动臂使所述离去部与所述固定部物理分离；
所述隔离部嵌入在所述驱动部中并随驱动部联动，所述隔离部包括能够相对所述驱动部旋转的隔弧片以及与所述隔弧片连接的第二弹性件，其中在所述第一位置，所述隔弧片在所述第二弹性件的作用下抵接在所述固定部和/或离去部上，在所述第二位置，所述隔弧片在第二弹性件作用下介于所述固定部和离去部之间并阻隔所述固定部和离去部。
在一些实施方式中，所述驱动臂包括由依次连接的第一边缘、第二边缘和第三边缘共同形成的凹部，所述凹部具有朝向所述固定部的开口，所述第二边缘与所述固定部相对，所述隔弧片的一端枢转连接至第一边缘，所述隔弧片的另一端枢转连接至第三边缘。
在一些实施方式中，所述隔弧片具有沿纵向延伸的长度和沿着与纵向垂直的横向延伸的宽度，所述长度大于所述宽度，其中所述纵向是与所述固定部和离去部的接触界面延伸出的方向平行的方向。
在一些实施方式中，所述隔弧片包括枢轴和隔弧面，所述枢轴位于隔弧片的一侧并构成隔弧片的一个边缘，所述隔弧面从枢轴朝离去部延伸。
在一些实施方式中，所述驱动臂通过第一边缘与所述离去部抵接。
在一些实施方式中，所述隔弧片的长度为1至5厘米。在一些实施方式中，所述隔弧片的宽度为0.2至1厘米。
在一些实施方式中，所述第二弹性元件的一端连接至第二边缘，另一端连接至所述隔弧片的隔弧面。
在一些实施方式中，所述第二弹性元件的一端连接至第三边缘，另一端连接至所述隔弧片的隔弧面。
在一些实施方式中，在第一位置时，所述隔弧片的隔弧面与所述驱动臂两者的远离电压敏感元件的表面在同一平面内。
本发明将隔离部巧妙地设计在驱动臂之内，使得一方面其与驱动臂联动，在固定部与离去部脱离瞬间即可到达脱离位置，另一方面隔弧片相对于驱动臂旋转运动以隔离固定部和离去部，在最短时间内实现电弧隔离。借助于这种设计，本发明的隔弧片可以设置得非常小，例如长度可仅为3cm，宽度仅为0.5cm，甚至更短，这不仅降低了对电涌抑制装置内部空间的要求，而且反应灵敏，隔弧时间短，极大地提高了电涌抑制装置整体的可靠性和安全性。
附图说明
以下结合附图进一步描述本发明的各种实施方式，附图中显示的各零件仅为解释本发明而提供，因此是示意性的，不能被解释为对本发明的范围的限制。
图1展示了根据本发明的一个实施方式的电涌抑制装置的内部结构图，其中各元件处于第一位置。
图2展示了根据图1所示实施方式的电涌抑制装置的内部结构图，其中各元件处于第二位置。
图3展示了根据本发明的另一个实施方式的电涌抑制装置的内部结构图，其中各元件处于第一位置。
图4展示了根据图2所示实施方式的电涌抑制装置的内部结构图，其中各元件处于第二位置。
图5展示了根据本发明的一个实施方式的电涌抑制装置的整体示意图。
具体实施方式
以下将结合具体实施方式及附图来描述本发明，要理解的是，这些具体实施方式仅是实施本发明的示例性方式，并且，在一个实施方式中阐述的一个或多个特征可以与另一个实施方式中阐述的一个或多个特征组合，形成包括来自不同实施方式的特征的组合的又一个实施方式，这些所有实施方式都是能够从本发明的公开内容中预期到的，属于本发明的保护范围。类似地，在一个图中显示的本发明的一个特征可与另一个图中的本发明的另一个特征组合，从而构成一个新的实施方式，这也属于本发明的保护范围。
实施例1
图1和图2显示了本发明的一个示例性实施方式，其分别显示电涌抑制装置100的有效状态与失效状态。该电涌抑制装置通常为矩形，图中为清晰显示内部元件而省略了外壳30和底座40(如图5所示)。该电涌抑制装置100包括金属氧化物压敏电阻器(MOV)，其具有预定的额定电压，当施加在MOV上的电压超过所述额定电压时，MOV的温度升高。在图1和图2中，MOV设于所示元件的背面，因此未被示出。
该电涌抑制装置100包括第一端子110和第二端子120。第一端子110和第二端子120的一端分别电连接至MOV的两个表面(在图中第一端子的一端连接至MOV的背面，第二端子的一端连接至MOV的正面)，另一端分别连接至地线或中性线和相线。MOV能够感测所述相线和地线或中性线之间的压降。
如图2所示，第二端子120包括固定部122和离去部124。固定部122向内延伸，从而电连接至MOV的正面。在工作状态下(如图1所示)，离去部124通过热敏材料(例如焊锡材料)与固定部122电连接。离去部124还与弹性的导电线材126相连。
电涌抑制装置100包括非导电隔离器20，该非导电隔离器20能够从图1所示的第一位置移动至图2的第二位置。在第一位置，非导电隔离器20允许离去部124和固定部122电连接，在第二位置，离去部124不与固定部122电连接。
根据本发明，非导电隔离器20包括驱动部210和隔离部220。驱动部210包括驱动臂212、位于驱动臂212一端的枢轴214和位于驱动臂212的另一端的第一弹性件216(例如弹簧216或其他弹性件)，其中在图1所示的第一位置，驱动臂212在第一弹性件216的作用下抵接离去部124并施加作用力在离去部124上以使其具有离开所述固定部122的趋势，在图2所示的第二位置，所述驱动臂212使所述离去部124与所述固定部122物理分离。
根据本发明，隔离部220嵌入在驱动部210中并随驱动部210联动。隔离部220包括能够相对驱动部210旋转的隔弧片222以及与隔弧片222连接的第二弹性件224。在图1所示的第一位置，隔弧片222在第二弹性件224的作用下抵接在固定部122和/或离去部124上，在图2所示的第二位置，隔弧片222在第二弹性件224作用下介于固定部122和离去部124之间并阻隔固定部122和离去部124。
在该实施例中，如图2所示，驱动臂212包括由依次连接的第一边缘241、第二边缘242和第三边缘243共同形成的凹部240，所述凹部240具有朝向固定部122的开口，第二边缘242与固定部122相对，隔弧片222的一端227枢转连接至第一边缘241，隔弧片222的另一端225枢转连接至第三边缘243。在该实施例中，在图1所示的第一位置，驱动臂212通过第一边缘241与所述离去部124抵接。本领域技术人员可以理解，在其他实施例中，驱动臂212通过其他部位(例如第三边缘243)与离去部124抵接。
在该实施例中，隔弧片222包括枢轴226和隔弧面228，枢轴226位于隔弧片222的一侧并构成隔弧片222的一个边缘，隔弧面228从枢轴226朝离去部124延伸。
在该实施例中，隔弧片22具有沿纵向延伸(即沿着枢轴226)的长度和沿着与纵向垂直的横向(即沿着隔弧面228)延伸的宽度，所述长度大于所述宽度，其中所述纵向也是与所述固定部122和离去部124的接触界面延伸出的方向平行的方向。隔弧片222的长度一般为1至5厘米，例如1、2、3、4或5厘米，优选3至5厘米，或者更长，但一般短于10厘米。隔弧片222的宽度一般为0.2至1厘米，例如0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或1厘米，优选0.2至0.5厘米，或者更大，但一般短于2厘米。
在该实施例中，第二弹性元件224的一端连接至第三边缘243，另一端连接至隔弧片222的隔弧面228。在第一位置时，隔弧片222的隔弧面228与驱动臂212两者的远离电压敏感元件的表面(即图1或2所见的表面)基本上在同一平面内。因此，此时隔弧面228位于固定部122以及离去部124的接触界面的上方或之上。在第二位置时，隔弧片222的隔弧面228所在平面与驱动臂212的表面垂直，此时隔弧面228阻隔固定部122和离去部124。本领域技术人员可以理解，在其他实施例中，第二弹性元件224的一端可以连接至驱动臂212的其他部位(例如第一边缘241)，另一端连接至所述隔弧片222的隔弧面228。
在该实施例中，在图1所示的第一位置，第一弹性元件216处于拉伸状态，使得驱动臂212通过第一边缘241抵接在离去部124上，此时离去部124因与固定部122经由热敏材料(例如低温焊锡材料)机械地以及电学地连接在一起，第一弹性元件216施加在驱动臂212上的作用力不足以使离去部124与固定部122分离。在第一位置，第二弹性元件224处于朝着MOV方向偏压隔弧片222的状态，使得隔弧片222抵接在固定部122和/或离去部124和/或两者的接触界面处。第二弹性元件216施加在隔弧片222上的作用力也不足以使离去部124与固定部122分离。
在电路经历浪涌时，MOV温度升高，固定部122导热而升温，导致热敏材料的硬度降低，开始融化或熔化。在临界点，热敏材料的硬度降低至无法抵抗驱动臂212施加在离去部124上的作用力，因而离去部124与固定部122之间的机械连接无法保持，进一步升温即导致驱动臂212在第一弹性元件216的收缩作用下推动离去部绕其枢轴125朝着图2所示的第二位置转动。
当驱动臂212推动离去部124与固定部122脱离时，嵌入在驱动臂212并覆盖在固定部122与离去部124的接触界面之上的隔弧片222也随着驱动臂212在第一弹性元件216的作用下移动，从而越过固定部122与离去部124的接触界面。与此同时，在失去固定部122、离去部124以及两者接触界面的抵接后，第二弹性元件224偏压隔弧面228使其绕枢轴226向下旋转，从而使隔弧面228瞬间转动至分离的固定部122和离去部124之间。隔弧面228的宽度设置使得固定部122和离去部124之间可能产生的电弧被完全隔断。
实施例2
图3至图4显示了根据本发明的另一个示例性实施方式的电涌抑制装置200的有效状态与失效状态。该实施例与实施例1具有基本相同的结构，区别仅在于第二弹性元件与驱动臂的连接方式不同。在该实施例中，第二弹性元件270的一端272连接至驱动臂212的第二边缘242，另一端271连接至隔弧片222的隔弧面228。本领域技术人员可以理解，第二弹性元件270与第二边缘242接触的位置可以如图所示靠近第一边缘241，在其他实施例中，也可以是靠近第三边缘243并具有相同功能。
在图3所示的第一位置，第二弹性元件270处于拉伸状态，使得隔弧片222抵接在固定部122和/或离去部124和/或两者的接触界面处。第二弹性元件270施加在隔弧片222上的作用力不足以使离去部124与固定部122分离。但是，在实施例1所述的临界温度之上，当隔弧面228失去固定部122、离去部124以及两者接触界面的抵接后，第二弹性元件270收缩拉动隔弧面228使其绕枢轴226向下旋转，从而使隔弧面228瞬间转动至分离的固定部122和离去部124之间，隔断固定部122和离去部124之间可能产生的电弧。该实施例的其余元件及其作用方式与实施例1相同，不再赘述。
图5示出了根据本发明的一个实施方式的电涌保护装置300的整体示意图，其由壳体30和底座40构成。壳体30中可以包含实施例1或2所示的结构。电涌保护装置300可以为图示的单个装置，也可以是多个电涌保护装置300并联或串联形成电涌保护装置组件，这在本领域是已知的。本发明也提供这样的电涌保护装置的组件。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，本领域技术人员可对本发明作出各种修改而不背离本发明的范围。如前所述，各实施例中述及的特征或特征组合可单独存在，或者可与其他实施例中的特征或特征组合结合在一起，以实现本发明的目的。
Claims (9)
1.一种具有灭弧功能的电涌抑制装置，包括：
电压敏感元件，所述电压敏感元件具有预定的额定电压，当施加在所述电压敏感元件上的电压超过所述额定电压时，所述电压敏感元件的温度升高；
第一端子，所述第一端子的一端电连接至所述电压敏感元件的第一表面；
第二端子，包括固定部和与固定部通过热敏材料电连接的离去部，所述固定部电连接至所述电压敏感元件的第二表面；以及
非导电隔离器，所述非导电隔离器能够从第一位置移动至第二位置，在所述第一位置，所述非导电隔离器允许所述离去部和所述固定部电连接，在所述第二位置，所述离去部不与所述固定部电连接，
其特征在于，
所述非导电隔离器包括驱动部和隔离部，所述驱动部包括驱动臂、位于驱动臂一端的枢轴和位于驱动臂另一端的第一弹性件，其中在所述第一位置，所述驱动臂在第一弹性件的作用下抵接离去部并施加作用力在离去部上以使其具有离开所述固定部的趋势，在所述第二位置，所述驱动臂使所述离去部与所述固定部物理分离；
所述隔离部嵌入在所述驱动部中并随驱动部联动，所述隔离部包括能够相对所述驱动部旋转的隔弧片以及与所述隔弧片连接的第二弹性件，其中在所述第一位置，所述隔弧片在所述第二弹性件的作用下抵接在所述固定部和/或离去部上，在所述第二位置，所述隔弧片在第二弹性件作用下介于所述固定部和所述离去部之间并阻隔所述固定部和所述离去部；并且
所述驱动臂包括由依次连接的第一边缘、第二边缘和第三边缘共同形成的凹部，所述凹部具有朝向所述固定部的开口，所述第二边缘与所述固定部相对，所述隔弧片的一端枢转连接至第一边缘，所述隔弧片的另一端枢转连接至第三边缘。
2.根据权利要求1所述的电涌抑制装置，其特征在于，所述隔弧片具有沿纵向延伸的长度和沿着与纵向垂直的横向延伸的宽度，所述长度大于所述宽度，其中所述纵向是与所述固定部和离去部的接触界面延伸出的方向平行的方向。
3.根据权利要求1或2所述的电涌抑制装置，其特征在于，所述隔弧片包括枢轴和隔弧面，所述枢轴位于隔弧片的一侧并构成隔弧片的一个边缘，所述隔弧面从枢轴朝离去部延伸。
4.根据权利要求1所述的电涌抑制装置，其特征在于，所述驱动臂通过第一边缘与所述离去部抵接。
5.根据权利要求2所述的电涌抑制装置，其特征在于，所述隔弧片的长度为1至5厘米。
6.根据权利要求2或5所述的电涌抑制装置，其特征在于，所述隔弧片的宽度为0.2至1厘米。
7.根据权利要求3所述的电涌抑制装置，其特征在于，所述第二弹性元件的一端连接至第二边缘，另一端连接至所述隔弧片的隔弧面。
8.根据权利要求3所述的电涌抑制装置，其特征在于，所述第二弹性元件的一端连接至第三边缘，另一端连接至所述隔弧片的隔弧面。
9.根据权利要求3所述的电涌抑制装置，其特征在于，在第一位置时，所述隔弧片的隔弧面与所述驱动臂两者的远离电压敏感元件的表面在同一平面内。
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