TW201832344A - 熔絲、製造熔絲的方法以及可熔元件 - Google Patents

Abstract

一種熔絲包括定義內部空腔的管狀熔絲主體以及形成為從第一端至第二端漸縮的圓錐形螺旋狀的可熔元件，第一端的直徑大於第二端的直徑，其中可熔元件的第一端使熔絲主體的端面與延伸至內部空腔中的可熔元件的部分鄰接。

Description

具有圓錐形開放線圈可熔元件的熔絲

本揭露是有關於一種電路保護裝置的領域，特別是有關於一種具有圓錐形、開放線圈熔絲元件的熔絲，所述熔絲元件可抵抗破裂及壓縮並適於以熄弧（arc quenching）材料填充。

熔絲通常作為電路保護裝置並且一般裝設在電源與在電路中需要受到保護的組件之間。一種通常稱為「管狀熔絲」（cartridge fuse）或「管熔絲」（tube fuse）的熔絲包括管狀、電性絕緣的熔絲主體，熔絲主體包含可熔元件，可熔元件在覆蓋熔絲主體的相對的縱向端部的導電金屬端蓋之間延伸。一旦出現特定的故障情況（例如：過電流情況（overcurrent condition）），可熔元件即熔融或以其他方式斷開，從而中斷電源與受保護組件之間的電流流動。

一種在管熔絲中普遍使用的可熔元件包括捲繞式可熔導體（例如：銀線線圈），捲繞式可熔導體捲繞非傳導核心（例如：玻璃纖維的長度）的周圍。相對於相同軸長的平直、未捲繞的熔線的段，捲繞式可熔導體可提供較大的電阻及較大的熱負荷（thermal loading）。藉由增加或減少捲繞式可熔導體的密度（亦即，線圈中每單位長度的圈數），捲繞式可熔導體的電阻及熱負荷可選擇性地變化。

捲繞式可熔導體如同其它大多數可熔元件，在過電流情況期間易受直接在導體斷開（燒斷（blowing））之後出現的電弧影響。為了最小化電弧的不利效果，熔絲通常以環繞可熔元件的「熄弧材料」填充。熄弧材料為快速熄滅電弧的材料，以減輕電弧擴散（arc propagation）。一般作為熄弧材料使用的材料為砂。由於當砂暴露於電弧所產生的熱時，相位從固態變化到液態，因此砂作為熱吸收材料。因此，藉由快速地將熱從電弧帶走，砂冷卻並且最終熄滅電弧。

與捲繞式可熔導體一起使用熄弧材料的缺點在於導體繞其纏繞的非傳導核心防止熄弧材料填充並接合捲繞式導體的內部。此外，導體及核心在熔絲內佔了相當大的空間，而剩餘非常小的空間給有效數量的熄弧材料。這兩個因素都降低了熄弧材料在減輕電弧方面的效能。

為了克服上述的缺點，熔絲元件已經發展為包括捲繞在可溶的非傳導核心（例如：可溶的紗（yarn））周圍的捲繞式可熔導體，所述非傳導核心在可熔元件裝設後溶解，藉此使熄弧材料填充捲繞式導體的內部。然而，已經發現熄弧材料的重量可能造成未受支撐的導體在熔絲主體內彎曲或偏斜離開軸向配向（axial alignment），並亦可能造成導體的線圈被壓縮。這兩種現象可能對捲繞式導體的導電性及遮斷容量（breaking capacity）產生無法預測及不理想的效果。

就這些及其他考量而言，目前的改進可能是有用的。

發明內容以簡明的方式介紹以下將在實施方式中說明的概念。發明內容不意於確認所要求保護的主題的關鍵特徵或基本特徵，亦非意於協助確認所要求保護的主體的範圍。

根據本揭露例示性實施例的熔絲可包括定義內部空腔的管狀熔絲主體以及形成為具有從第一端至第二端漸縮的圓錐形螺旋狀的可熔元件，第一端的直徑大於第二端的直徑，其中可熔元件的較大端使熔絲主體的端面與延伸至內部空腔中的可熔元件的部分鄰接。

根據本揭露例示性實施例的可熔元件可包括導電材料的長度，所述導電材料形成為具有從第一端至第二端漸縮的圓錐形螺旋狀。第一端的直徑大於第二端的直徑。

根據本揭露例示性實施例製造熔絲的方法可包括提供定義內部空腔的管狀熔絲主體；以及將可熔元件插入所述內部空腔，所述可熔元件形成為具有從第一端至第二端漸縮的圓錐形螺旋狀，第一端的直徑大於第二端的直徑，其中可熔元件的第一端使熔絲主體的端面與延伸至內部空腔中的可熔元件的部分鄰接。

以下將參考呈現本揭露中較佳實施例的所附圖式，充分說明根據本揭露的具有圓錐形的熔絲的實施例、開放線圈可熔元件以及其製造方法。然而，本揭露的熔絲及附隨的方法可以許多不同的形式體現，且不應視為受限於本文前述實施例。更確切地說，提供這些實施例是為了使得本揭露詳盡完整，並且將向本領域技術人員充分傳達熔絲的範圍及其附隨的方法。在圖式中，除非另外說明，通篇相似的元件符號意指相似的元件。

參照圖1a及圖1b，分別示出根據本揭露例示性實施例的熔絲100的剖視圖及爆炸圖。熔絲100可包括定義具有相對的開端114及開端116的中空的內部空腔113的熔絲主體112。熔絲主體112可為方柱（如圖1b中所示），但並非關鍵必要的。熔絲100的替代性實施例可具有形狀為圓柱、橢圓柱、三角柱等的熔絲主體。熔絲主體112可由包括（但不限於）陶瓷或玻璃的電性絕緣材料形成。

一對傳導端蓋118及傳導端蓋120可安裝於熔絲主體112的端部上，並可如下所述藉由焊料圓角（solder fillet）130及焊料圓角132固定至熔絲主體112。在其他實施例中，可額外地或替代地實施各種黏合劑或機械裝置或配置，以將端蓋118及端蓋120固定至熔絲主體112。端蓋118及端蓋120可由包括（但不限於）銅或其合金的導電材料形成，並可以鎳或其它傳導性抗蝕塗料進行電鍍。

可熔元件140可延伸經過熔絲主體112的內部空腔113並可藉由焊料圓角130及焊料圓角132固定至與其電連通的端蓋118及端蓋120。可熔元件140可為具有錐形螺絲錐形狀的大致圓錐形、開放的線圈。可熔元件140的形狀亦可被形成為「圓錐形螺旋狀」或具有從第一、較大端142至第二、較小端144漸縮的直徑的螺旋狀。在各種例示性實施例中，較大端142的直徑可1.2倍至2倍大於較小端144的直徑。在一些實施例中，可熔元件140可從較大端142至較小端144以線性的方式漸縮（例如圖1a及圖1b中所示）。在其他實施例中，可熔元件140可從較大端142至較小端144以非線性的方式漸縮。可熔元件140可由包括（但不限於）錫或銅的導電材料形成，並可用以在一旦出現預定故障情況時熔融及斷開，例如其中電流量超過流經過可熔元件140的預定義最大電流的過電流情況。

可熔元件140的較大端142的外直徑可大於熔絲主體112的內部空腔113的直徑（最佳如圖1a中所示）。因此，可熔元件140的較大端142可配置在內部空腔113外，與熔絲主體112的端面146相鄰，且剩餘的可熔元件140延伸入且穿過內部空腔113。較大端142可夾於端蓋118與端面146之間。直接鄰接較大端142的可熔元件140的部分148可具有漸縮的直徑，所述直徑的最大值略小於內部空腔113的直徑（例如：小於0.1毫米至1毫米），並可因而相對於熔絲主體112的內部表面150以徑向緊密間隙關係（close-clearance relationship）配置，而剩餘非常小的空間給可熔元件112徑向位移。當可熔元件140插入熔絲主體112中且較大端142被引入接觸端面146（如以下進一步所述），經由部分148與內部表面150之間的徑向接合，可熔元件140可以實質上共軸關係在熔絲主體112的內部空腔113內自動居中。可熔元件140可從而被固定以防止相對於熔絲主體112的顯著軸向及徑向位移。

參照圖1a，熔絲主體112的內部空腔113可部分或全部以熄弧材料152填充。熄弧材料152可為或可包括任何習知的或待開發的熄弧材料或組成物，熄弧材料或組成物包括但不限於砂、矽石等，其暴露於一旦可熔元件140斷開時（例如：當熔絲100受到電路中的過電流情況時）電弧所產生的熱時，相位從固態變化到液態，適於作為熱吸收材料。因此，藉由快速地將熱從跨過可熔元件140的斷開部分的電弧取走，熄弧材料152快速地冷卻並且熄滅電弧。

有利的是，由於可熔元件140的開放線圈型態的緣故，熄弧材料可配置在可熔元件140內（亦即，藉由可熔元件140所形成的線圈的內直徑徑向內），在熔絲100的內部空腔113內實質上接觸可熔元件140的整個表面，如圖1a中所示。此意於對照捲繞在支撐性的非傳導核心（例如：玻璃紗的長度）的周圍的捲繞式可熔元件，其中非傳導核心防止熄弧材料填充捲繞式可熔元件的內部。因此，相對於在非傳導核心的周圍捲繞的捲繞式可熔元件，可熔元件140的無核心、開放的型態促進與可熔元件140的既定長度直接接觸的大量的熄弧材料的配置，相對於捲繞非傳導核心的周圍的捲繞式可熔元件其促進大量散熱及更快速的熄弧。

此外，由於可熔元件140如上所述被固定以防止明顯軸向及徑向移動，因此減輕了在熄弧材料152的重量下可熔元件140的軸向壓縮、徑向移位以及角偏轉（angular deflection），所述情況已經在具有習知的開放線圈可熔元件的熔絲中觀察到。即使在熄弧材料配置在熔絲主體112的內部空腔113內以後，可熔元件140的傳導特性及遮斷容量可從而保留，且熔絲100可以所需且可預測的方式完成。

參照圖2，繪示根據本揭露製造上述的熔絲100的示範方法的流程圖。以下將結合如圖1a及圖1b中所示的熔絲100的圖示說明所述方法。

在例示性方法的步驟200中，可提供具有中空的內部空腔113以及開端114及開端116的管狀熔絲主體112。熔絲主體112可為方柱（如圖1b中所示），但並非關鍵必要的。熔絲主體112可由包括（但不限於）陶瓷或玻璃的電性絕緣材料形成。

在例示性方法的步驟210中，焊料圓角132可應用於端蓋120，且端蓋120可藉由焊料圓角132在內部空腔113的開端116上固定至熔絲主體112。此外或替代性地，端蓋120可藉由黏合劑及/或機械性固定裝置/架構而固定至熔絲主體112。

在例示性方法的步驟220中，當焊料圓角132仍為流體或半流體狀態時，可插入可熔元件140（首先，較小端144）至熔絲主體112的內部空腔113的開端114中，直到較大端142被帶入接觸端面146且較小端144延伸至焊料圓角132中。可熔元件140可從而配置為與端蓋120電連通。如上所述，經由部分148與內部表面150之間的徑向接合，可熔元件140可以實質上共軸關係自動在熔絲主體112的內部空腔113內自動居中。

在例示性方法的步驟230中，熔絲主體112的內部空腔113可以熄弧材料152部分或全部填充。由於可熔元件140的開放線圈型態的緣故，熄弧材料152可配置在可熔元件140內（亦即，藉由可熔元件140所形成的線圈內），實質上接觸配置於熔絲100的內部空腔113內的可熔元件140的整個表面。由於可熔元件140被固定以防止相對於熔絲主體112的顯著徑向移動，且由於可熔元件140的較大端142與熔絲主體112的端面146之間的接合防止可熔元件至熔絲主體112中的軸向移動，因此抗衡於熄弧材料152的重量，可熔元件140可維持其相對於熔絲主體112的徑向、軸向及角度配置。

在例示性方法的步驟240中，焊料圓角130可應用於端蓋118，且當焊料圓角132仍為流體或半流體狀態時，端蓋118可藉由焊料圓角130在內部空腔113的開端114上固定至熔絲主體112。此外或替代性地，端蓋118可藉由黏合劑及/或機械性固定裝置/架構而固定至熔絲主體112。焊料圓角130可部分或全部包封可熔元件140的較大端142及部分148。可熔元件140可從而配置為與端蓋118電連通。如上所述，較大端142可夾層於端蓋118與熔絲主體112的端面146之間，從而防止相對於熔絲主體112的顯著的可熔元件140軸向位移。

如本文中所使用，除非明確引述，否則單數形式的元件或步驟不應理解為排除多數形式的元件或步驟。此外，本揭露的「一實施例」的內涵並不應解釋為排除亦包含所述特徵的其它實施例之存在。

儘管本揭露提出了特定的實施例，但是在不脫離如所附申請專利範圍所定義的本揭露的範圍的情況下，可以對所說明的實施方式進行許多修改、變化以及改變。因此，本公開不限於所述的實施例，而是具有由以下申請專利範圍的內容及其等同者所定義的全部範圍。

100‧‧‧熔絲

112‧‧‧熔絲主體

113‧‧‧內部空腔

114‧‧‧開端

116‧‧‧開端

118‧‧‧端蓋

120‧‧‧傳導端蓋

130‧‧‧焊料圓角

132‧‧‧焊料圓角

140‧‧‧可熔元件

142‧‧‧較大端

144‧‧‧較小端

146‧‧‧端面

148‧‧‧部分

150‧‧‧內表面

152‧‧‧熄弧材料

圖1a為根據本揭露繪示的具有開放線圈可熔元件的示範熔絲的剖視圖。 圖1b為繪示圖1a中所示的熔絲的爆炸圖。 圖2為繪示根據本揭露製造的圖1a至圖1b中所示的熔絲的示範方法的流程圖。

Claims (20)

1. 一種熔絲，包括： 管狀的熔絲主體，定義內部空腔；以及 可熔元件，形成為具有從第一端至第二端漸縮的圓錐形螺旋狀，所述第一端的直徑大於所述第二端的直徑； 其中所述可熔元件的所述第一端使所述熔絲主體的端面與延伸至所述內部空腔中的所述可熔元件的部分鄰接。
2. 如申請專利範圍第1項所述的熔絲，其中所述可熔元件從所述第一端至所述第二端線性漸縮。
3. 如申請專利範圍第1項所述的熔絲，其中所述可熔元件從所述第一端至所述第二端非線性漸縮。
4. 如申請專利範圍第1項所述的熔絲，進一步包括固定至所述熔絲主體的端部且與所述第一端電連通的端蓋。
5. 如申請專利範圍第1項所述的熔絲，進一步包括固定至所述熔絲主體的端部且與所述第二端電連通的端蓋。
6. 如申請專利範圍第1項所述的熔絲，其中所述內部空腔以熄弧材料至少部分填充，所述熄弧材料配置在所述可熔元件內且朝所述可熔元件的內直徑徑向向內。
7. 如申請專利範圍第6項所述的熔絲，其中所述熄弧材料包括砂與矽石中的至少一者。
8. 如申請專利範圍第1項所述的熔絲，其中所述可熔元件的一部分具有小於所述內部空腔的直徑0.1毫米至1毫米的外直徑。
9. 如申請專利範圍第1項所述的熔絲，其中所述第一端配置於所述內部空腔外。
10. 如申請專利範圍第1項所述的熔絲，其中所述熔絲元件與所述熔絲主體共軸。
11. 一種可熔元件，包括形成為從第一端至第二端漸縮的圓錐形螺旋狀的導電材料的長度，所述較大端的直徑大於所述第二端的直徑。
12. 如申請專利範圍第11項所述的可熔元件，其中所述可熔元件從所述第一端至所述第二端線性漸縮。
13. 如申請專利範圍第11項所述的可熔元件，其中所述可熔元件從所述第一端至所述第二端非線性漸縮。
14. 一種製造熔絲的方法，包括： 提供定義內部空腔的管狀的熔絲主體；以及 將可熔元件插入所述內部空腔，所述可熔元件形成為具有從第一端至第二端漸縮的圓錐形螺旋狀，所述第一端的直徑大於所述第二端的直徑，其中所述可熔元件的所述第一端使所述熔絲主體的端面與延伸至所述內部空腔中的所述可熔元件的部分鄰接。
15. 如申請專利範圍第14項所述的製造熔絲的方法，其中所述可熔元件從所述第一端至所述第二端線性漸縮。
16. 如申請專利範圍第14項所述的製造熔絲的方法，其中所述可熔元件從所述第一端至所述第二端非線性漸縮。
17. 如申請專利範圍第14項所述的製造熔絲的方法，進一步包括將端蓋固定至與所述第一端電連通的所述熔絲主體的端部。
18. 如申請專利範圍第14項所述的製造熔絲的方法，進一步包括將端蓋固定至與所述第二端電連通的所述熔絲主體的端部。
19. 如申請專利範圍第14項所述的製造熔絲的方法，進一步包括以熄弧材料至少部分填充所述內部空腔，所述熄弧材料朝所述可熔元件的內直徑徑向向內填充所述可熔元件。
20. 如申請專利範圍第14項所述的製造熔絲的方法，其中所述可熔元件的一部分具有小於所述內部空腔的直徑0.1毫米至1毫米的外直徑。