CN201608140U

CN201608140U - 熔断器、熔体以及金属结构

Info

Publication number: CN201608140U
Application number: CN2009202732460U
Authority: CN
Inventors: 孟毓强; 王灵敏; 唐小云; 贾炜
Original assignee: COOPER XI'AN FUSE Co Ltd
Current assignee: COOPER XI'AN FUSE Co Ltd
Priority date: 2009-12-11
Filing date: 2009-12-11
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2019-12-11

Abstract

本实用新型揭示了熔断器、熔体以及金属结构。提出一种金属结构，用于熔断器的金属部件或者熔体，该金属结构包括：高强度金属材料制成的中心部分；包围在中心部分外围，高导电率金属材料制成的表面部分。本实用新型利用趋肤效应，将金属结构设计成由高强度金属材料构成的中心部分和由高导电率金属材料构成的表面部分。还提出了利用该金属结构的熔体以及熔断器，本实用新型节省了对于昂贵的高导电率金属材料的使用，节约了成本，但导电性能并不受到影响。同时，中心部分的高强度金属材料增强了金属结构的机械强度。

Description

熔断器、熔体以及金属结构

技术领域

本实用新型涉及电器保护设备领域，更具体地说，涉及采用新型金属结构，新型金属复合材料制作的熔体、以及应用新型金属复合材料制作金属部件的熔断器。

背景技术

熔断器是广泛应用于电器领域中的保护设备，不同参数配置的熔断器可以用于电力(强电)设备的保护和电子(弱电)设备的保护。无论是哪一种熔断器，其基本的结构都包括：底座、金属连接件、金属接触件、熔体。其中，熔体是整个熔断器的主要工作部分。熔体是串联在电路中的一段特殊的导线，和电路中的其他导线相比较，熔体部分具有较小的截面积以及较差的散热环境，当电路发生短路或过载时，电流增大，熔体位置的发热显著大于其他的导线，于是，由于集热效应而使熔体率先熔化、分断，从而切断电路，达到保护电力系统、电路中其他电工设备的目的。

图1揭示了熔断器中熔断体部分的一个设计，包括绝缘材料制作的绝缘体100、放置在绝缘体100内的熔体102、通过绝缘体上的开口与熔体102实现电气连接的触刀104。触刀104的作用是将熔体102串联到整个电路中。

由于熔体的作用是出现过载或者短路电流时率先熔化，因此熔体的材料要具有相对熔点低、特性稳定、易于熔断的特点。目前常用的熔体材料包括镀银铜片、铜、银等金属。例如，在申请号为CN200810069388.5、公开号为C N101281839的中国专利申请中揭示了一种用于熔断器熔体的带材。该带材的横截面包括至少两段间隔开的铜或者铜合金体，相邻的间隔开的两段铜或者铜合金体之间设有银或银合金体，银或银合金体与铜或者铜合金体之间设有用于焊接的银铜合金焊料，所述银或银合金体与铜或者铜合金体通过用于焊接的银铜合金焊料焊接固定。以银、铜为主要材料的熔体会带来如下的问题：银、铜等大量贵金属材料的使用使得产品成本普遍偏高，从而大大影响了产品的推广和普及；同时银、铜等大量金属材料的使用增加了矿产资源的开采压力，从而对自然环境造成影响。

于是，出于对成本的考虑，对于熔体的材料选择做出一些改变。例如在申请号为CN90108954.0，公开号为CN1061247的中国专利申请中揭示了一种低熔点熔体材料。该低熔点熔体材料以99％以上的锡为主要成分，添加少量的铜和铋。同银铜合金、铅基合金等熔体材料相比，具有节约贵金属银、安秒特性稳定、无铅毒污染、长期工作温升低等特性。但是，以锡为主要成分的材料也存在如下的问题：由于熔体以及其他的金属部件与外部电路连接时难免会出现反复摩擦、挤压、碰撞等情况，而锡为主要成分的材料明显机械强度不够，对连接的可靠性造成威胁。

试验证明，即使是由以铜为主的材料所构成的熔体，在反复摩擦、挤压、碰撞的条件下，其机械强度依旧显得不足。

于是，就需要一种新型的熔体，既能够节约贵金属的使用，又具有足够的机械强度。

实用新型内容

本实用新型旨在提出一种既能够节约贵金属的使用，又具有足够的机械强度的熔体以及熔断器。

根据本实用新型的一实施例，提出一种金属结构，用于熔断器的金属部件或者熔体，该金属结构包括：高强度金属材料制成的中心部分；包围在中心部分外围，高导电率金属材料制成的表面部分。

高强度金属材料可以是钢，高导电率金属材料可以是铜。高导电率金属材料的厚度占该金属结构的总厚度的比例大于等于5％。

根据本实用新型的一实施例，提出一种熔断器的熔体，由金属材料制成，金属材料具有一金属结构，该金属结构包括：高强度金属材料制成的中心部分；包围在中心部分外围，高导电率金属材料制成的表面部分。

高强度金属材料可以是钢，高导电率金属材料可以是铜；铜的厚度占该金属结构的总厚度的比例大于等于5％。

根据本实用新型的一实施例，提出一种熔断器，包括底座、金属连接件、金属接触件、熔体，其中底座的金属部分、金属连接件、金属接触件、熔体由金属材料制成，金属材料具有一金属结构，该金属结构包括：高强度金属材料制成的中心部分；包围在中心部分外围，高导电率金属材料制成的表面部分。

在一个实施例中，熔体放置在绝缘材料制作的绝缘体中，该绝缘体具有开口，触刀通过开口与熔体实现电气连接，触刀作为金属接触件。

如果底座是低压底座，该低压底座包括绝缘材料制作的支持件和插座，插座与触刀电气连接，插座作为金属连接件。如果底座是高压底座，该高压底座包括连接板、与连接板电气连接的插座、以及固定插座的弹卡，其中连接板和插座形成金属连接件，与触刀电气连接。

本实用新型利用趋肤效应，将金属结构设计成由高强度金属材料构成的中心部分和由高导电率金属材料构成的表面部分。节省了对于昂贵的高导电率金属材料的使用，节约了成本，但导电性能并不受到影响。同时，中心部分的高强度金属材料增强了金属结构的机械强度。

附图说明

本实用新型上述的以及其他的特征，性质和优势将在下面结合附图和实施例进一步描述，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1揭示了熔断器中熔断体部分的一种结构；

图2揭示了根据本实用新型的一实施例中构成金属部件的金属材料结构；

图3揭示了根据本实用新型的一实施例的熔断器中熔断体部分的结构；

图4揭示了根据本实用新型的一实施例的熔断器中低压底座的结构；

图5揭示了根据本实用新型的一实施例中熔断器中高压底座的结构。

具体实施方式

本实用新型将熔体以及熔断器中的金属结构设计成使用如下的结构：金属材料是一种复合材料，在外层(趋近表面部分)采用具有高导电率的材料，比如铜，而在中心采用具有高强度的材料，比如钢。该设计能显著提高金属结构的机械强度、降低成本，却不会影响其导电性。由于趋肤效应的存在，电流会集中在导线的表面，而导线中心几乎没有电流。

趋肤效应

趋肤效应亦称为“集肤效应”。在交变电流(alternating electric current，AC)通过导体时，由于感应作用引起导体截面上电流分布不均匀，愈近导体表面电流密度越大。这种现象称“趋肤效应”。趋肤效应使导体的有效电阻增加。频率越高，趋肤效应越显著。当频率很高的电流通过导线时，可以认为电流只在导线表面上很薄的一层中流过，这等效于导线的截面减小，电阻增大。

趋肤效应的产生原理如下：在计算导线的电阻和电感时，假设电流是均匀分布于他的截面上。严格说来，这一假设仅在导体内的电流变化率(di/dt)为零时才成立。另一种说法是，导线通过直流(dc)时，能保证电流密度是均匀的。但只要电流变化率很小，电流分布仍可认为是均匀的。对于工作于低频的细导线，这一论述仍然是可确信的。但在高频电路中，电流变化率非常大，不均匀分布的状态甚为严重。高频电流在导线中产生的磁场在导线的中心区域感应最大的电动势。由于感应的电动势在闭合电路中产生感应电流，在导线中心的感应电流最大。因为感应电流总是在减小原来电流的方向，它迫使电流只限于靠近导线外表面处。这样，导线内部实际上没有任何电流，电流集中在临近导线外表的一薄层。结果使它的电阻增加。导线电阻的增加，使它的损耗功率也增加。这一现象称为趋肤效应。

熔断器以及熔体的主要应用范围是高频交流电，于是，导线以及其他金属导电结构的中心部分几乎是没有电流通过的。既然中心部分在导电性方面并不起到作用，中心部分不必使用高导电率的材料制作，只需要采用高导电率的材料制作一个中空的结构，由于趋肤效应的存在，其导电性能不会受到影响。同时，在高导电率的材料制作的中空结构的中心部位加入高强度的材料，就能够显著提高金属结构的整体机械强度。高导电率的材料一般是贵金属(比如铜)，而高强度的材料可以采用比较低成本的金属(比如钢)。于是，高强度材料制作的中心部分结合高导电率材料制作的表面部分就能实现低成本、高强度、同时具有良好导电性的金属结构，很好地解决了现有技术中存在的问题。

金属材料结构

在本实用新型中，熔体以及熔断器中的金属部件都可以采用上述的这种结构。参考图2所示，图2揭示了根据本实用新型的一实施例中构成金属部件的金属材料结构。图2所示的是一个截面图，在该实施例中，所采用的高导电率的材料是铜，高强度的材料是钢。钢材料形成中心部分202，而铜材料形成表面部分204。其中，铜材料的比例(厚度比例，即铜层的厚度占整个金属结构截面厚度)为5％-100％(如果铜材料比例是100％，可以理解为就是现有的纯铜结构)。铜可以选用黄铜或者紫铜，钢可以采用钢或者钢的各种合金。在整个金属结构的外表面也可以再涂覆各种表面镀层，这些镀层是现有技术中也广泛使用的，此处不再详细说明。

需要说明的是，虽然此处以铜作为高导电率材料的示例，以钢作为高强度材料的示例，但是可以理解的是，其他的高导电率材料(例如银或其合金)以及其他的高强度材料(钢合金)也可以被用来实现此处所示的金属结构。

熔体

参考图3所示，图3揭示了根据本实用新型的一实施例的熔断器中熔体部分的结构。该熔断体部分包括绝缘材料制作的绝缘体300、放置在绝缘体300内的熔体302、通过绝缘体上的开口与熔体302实现电气连接的触刀304。触刀304的作用是将熔体302串联到整个电路中。

其中，熔体302和触刀304都是采用具有上述(图2所示)的金属结构的金属材料制作。例如，参考图3所示的触刀304，可以见其所展示的截面部分呈现“夹心结构”，位于周围(表面部分)的是铜材料，而位于中心(中心部分)的是钢材料。

对于熔体302，图3所示的是一由数个片状部件连接而成的链式结构，虽然该片状部件连接而成的链式结构在现有技术的熔体中也有应用，此处还是进行一简单说明。熔体302的每一个片状部件都是由图2所示的金属结构的金属材料制作。在片状部件之间通过连接部相连，连接部件可以采用图2所示的金属结构的金属材料，也可以采用纯铜制作。但连接部件比片状部件具有更薄的厚度，于是连接部件和片状部件相比较具有不同的截面积，相应的具有不同的电阻率。连接部件利用这种电阻率上的不同实现了在熔体上的电流分配，利用电流分配可以改变不同的发热情况和散热条件，以控制熔体表面的温升，达到调节熔断时间-电流特性的目的。

需要说明的是，上述的熔断体部分的结构以及熔体的结构是为了说明的目的，并不是为了将本实用新型的范围限制在上述的结构中。本实用新型主要是提供新型的金属材料的结构，现有技术中的其他的熔断体以及熔体部分的结构也可以结合本实用新型的金属材料的结构来使用。

熔断器的金属部件

如上面所描述的，熔断器除了熔断体之外，还包括其他的金属部件，例如：底座、金属连接件、金属接触件。本实用新型的实施例中的熔体和金属接触件(触刀304)已经在上面结合图3进行了说明。下面再介绍一下底座和金属连接件。

参考图4所示，图4揭示了根据本实用新型的一实施例的熔断器中低压底座的结构。低压底座400包括绝缘材料制作的支持件402和金属材料制作的插座404，插座404是金属连接件。插座404用于与触刀304一起构成电气通路，将熔体串联到电路中。插座404采用具有图2所示的金属结构的金属材料制作。

参考图5所示，图5揭示了根据本实用新型的一实施例中熔断器中高压底座的结构。高压底座500包括；金属材料制作的连接板502、与连接板电气连接的插座504、以及固定插座的弹卡506。其中连接板502和插座504形成金属连接件，用于与触刀304一起构成电气通路，将熔体串联到电路中。连接板502和插座504采用具有图2所示的金属结构的金属材料制作。弹卡506虽然也是由金属材料制作，但是其主要是起到固定的作用，因此不必采用图2所示的金属结构的金属材料制作，可以全部使用高强度的材料，例如钢来制作。

需要说明的是，上述的低压底座和高压底座的结构是为了说明的目的，并不是为了将本实用新型的范围限制在上述的结构中。本实用新型主要是提供新型的金属材料的结构，现有技术中的其他的低压底座和高压底座的结构也可以结合本实用新型的金属材料的结构来使用。

上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本实用新型的。熟悉本领域的人员可在不脱离本实用新型的实用新型思想的情况下，对上述实施例作出种种修改或变化，因而本实用新型的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的技术特征的最大范围。

Claims

1.一种金属结构，用于熔断器的金属部件或者熔体，其特征在于，所述金属结构包括：

高强度金属材料制成的中心部分；

包围在所述中心部分外围，高导电率金属材料制成的表面部分。

2.如权利要求1所述的金属结构，其特征在于，

所述高强度金属材料是钢，所述高导电率金属材料是铜。

3.如权利要求1所述的金属结构，其特征在于，

高导电率金属材料的厚度占该金属结构的总厚度的比例大于等于5％。

4.一种熔断器的熔体，由金属材料制成，其特征在于，所述金属材料具有一金属结构，该金属结构包括：

高强度金属材料制成的中心部分；

5.如权利要求4所述的熔断器的熔体，其特征在于，

所述高强度金属材料是钢，所述高导电率金属材料是铜；

且铜的厚度占该金属结构的总厚度的比例大于等于5％。

6.一种熔断器，包括底座、金属连接件、金属接触件、熔体，其中底座的金属部分、金属连接件、金属接触件、熔体由金属材料制成，其特征在于，所述金属材料具有一金属结构，该金属结构包括：

高强度金属材料制成的中心部分；

7.如权利要求6所述的熔断器，其特征在于，

所述高强度金属材料是钢，所述高导电率金属材料是铜；

且铜的厚度占该金属结构的总厚度的比例大于等于5％。

8.如权利要求7所述的熔断器，其特征在于，

所述熔体放置在绝缘材料制作的绝缘体中，该绝缘体具有开口，触刀通过所述开口与熔体实现电气连接，所述触刀作为金属接触件。

9.如权利要求8所述的熔断器，其特征在于，

所述底座是低压底座，该低压底座包括绝缘材料制作的支持件和插座，插座与触刀电气连接，所述插座作为金属连接件。

10.如权利要求8所述的熔断器，其特征在于，

所述底座是高压底座，该高压底座包括连接板、与连接板电气连接的插座、以及固定插座的弹卡，其中连接板和插座形成金属连接件，与触刀电气连接。