CN116601734A - 悬浮式熔丝装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了熔丝装置和使用该熔丝装置的电气***，熔丝装置具有内部部件，以当通过触头达到预设电流水平时致使熔丝烧断事件。内部部件可包括悬浮式致动器，当电流水平接近预设水平时，该悬浮式致动器致使触头的一个或多个之间分离。这致使触头悬浮和电弧放电，从而增加被分离的触头的电阻。这继而使得通过触头的电流寻求另一路径，在这里的实施方式中，这条路径是通往烟火特征的路径。电流启动烟火特征，从而致使触头分离并使熔丝装置处于电流不能再流经触头的"熔断"状态。

Description

悬浮式熔丝装置
本申请要求获得2021年7月22日提交的美国临时专利申请No.63/055,172的利益。
技术领域
这里描述的是与触发机构和配置有关的装置，其用于电气开关装置，诸如电气熔丝装置。
背景技术
连接和断开电路与电路本身一样古老，并且经常被用作将所连接的电气装置在"接通"和"断开"状态之间进行电源切换的方法。通常用于连接和断开电路的一个装置的示例是接触器，其与一个或多个装置或电源电气连接。接触器被配置成可以中断或完成电路，以控制进出一装置的电力。传统接触器的一种类型是气密式接触器。
除了接触器(其作用是在装置正常操作期间连接和断开电路)外，还可以采用各种附加的装置，以提供过流保护。这些装置可以防止短路、过载、以及对电气***或所连接的电气装置造成永久性损害。这些装置包括断开装置，其能以永久性的方式快速切断电路，使电路保持切断状态，直到断开装置被修理、更换或重置。熔丝装置就是这样一种类型的断开装置。传统的熔丝装置是一种低电阻导体，用作牺牲装置。典型的熔丝包括金属线或金属带，当有太多的电流流经金属线或金属带时，金属线或金属带会熔化，从而中断它所连接的电路。
随着社会的进步，对电气***和电子装置的各种创新正变得越来越普遍。这种创新的一示例包括最近在电动车方面的进展，有一天电动车可能会成为节能标准并取代传统的石油动力车辆。在这种昂贵和常规使用的电气装置中，过流保护尤其适用于防止装置失灵和防止装置的永久性损坏。此外，过流保护可以防止安全隐患，诸如电气火灾。这些对电气***和装置的现代改进需要现代化的解决方案，以提高用于触发熔丝装置的机构的便利性和效率。
发明内容
本发明涉及熔丝装置和使用该熔丝装置的电气***，该装置具有内部部件，以在通过触头的电流达到预设水平时致使熔丝烧断事件。内部部件可以包括悬浮式致动器，随着电流水平接近预设水平，该悬浮式致动器在触头的一个或多个之间造成分离。这致使触头悬浮和电弧放电，从而增加在被分离的触头处的电阻。这继而致使通过触头的电流寻求另一路径，在这里的实施方式中，这一路径是通往烟火特征的路径。电流启动烟火特征，以导致各触头分离并使熔丝装置处于电流不能再流过各触头的"熔断"状态。
根据本发明的电气开关装置的一个实施方式包括至少两个固定触头。可移动触头被布置成在与固定触头电气接触的第一位置操作。可移动触头还被布置成在不与固定触头电气接触的第二位置操作。在可移动触头或固定触头之一上包括悬浮式致动器。悬浮式致动器在可移动触头在第一位置中且阈值电流经过固定触头与可移动触头时致使可移动触头和固定触头中的至少一个之间分离。
根据本发明的电气开关装置的另一实施方式包括壳体和固定触头，这些固定触头被布置成与在壳体外部的部件电气耦合，并将电气信号从外部部件传导至在壳体内部的部件。包括可移动触头，其能够从允许电流通过可移动触头在各固定触头之间流动的第一位置移动至电流不从固定触头通过可移动触头流动的第二位置。包括悬浮式致动器，其致使可移动触头从第一位置移动至第二位置。
根据本发明，电气***的一个实施方式包括电路和与电路电气连接以打开或闭合电路的电气装置。该开关装置包括至少两个固定触头。可移动触头能够从与固定触头电气接触的第一位置移动至不与固定触头电气接触的第二位置。悬浮式致动器被包括在可移动触头或固定触头之一上。当可移动触头在第一位置中且阈值电流经过固定触头和可移动触头时，悬浮式致动器导致可移动触头和固定触头中的至少一个分离。
从下面结合附图的详细描述中，本发明的这些和其他进一步的特征和优点对于本领域的技术人员来说是显然的，其中，类似的数字在图中指定相应的部分。
附图说明
图1是根据本发明的熔丝装置的一个实施方式的透视图；
图2是根据本发明的熔丝装置的一个实施方式的分解图；
图3是根据本发明的熔丝装置的一个实施方式的剖视图；
图4是根据本发明的熔丝装置的一个实施方式的局部剖视图；
图5是根据本发明的熔丝装置的一个实施方式的局部透视图；
图6是根据本发明的熔丝装置的一个实施方式的另一局部透视图；
图7是根据本发明的熔丝装置的另一实施方式的透视图；
图8是根据本发明的熔丝装置的另一实施方式的透视剖视图；
图9是根据本发明的熔丝装置的另一实施方式的透视剖视图；
图10是根据本发明的熔丝装置的另一实施方式的局部透视图；
图11是根据本发明的熔丝装置的另一实施方式的局部透视图；
图12是根据本发明的电爆管启动电路的一个实施方式的示意图；
图13是根据本发明的熔丝装置中的触头的另一实施方式的局部透视图；
图14是根据本发明的熔丝装置中的触头的另一实施方式的局部侧视图；
图15是根据本发明的熔丝装置的一个实施方式的透视图；
图16是图17所示的熔丝装置的前视图；
图17是图15所示的熔丝装置的侧视图；
图18是图15所示的熔丝装置的剖视图；
图19是沿剖面线19-19截取图15所示熔丝装置的剖视图；
图20是沿剖面线20-20截取图15所示熔丝装置的剖视图；
图21是根据本发明的悬浮式致动器的一个实施方式的透视图；
图22是图21所示的悬浮式致动器的侧视图；
图23是根据本发明的悬浮式致动器的另一实施方式的透视图；
图24是图23所示的悬浮式致动器的侧视图；
图25是根据本发明的悬浮式致动器的另一实施方式的透视图；
图26是沿剖面线26-26截取图25所示悬浮式致动器的局部剖视图；
图27是沿剖面线27-27截取图25所示悬浮式致动器的局部剖视图；
图28是根据本发明的另一悬浮式致动器的剖视图；
图29是图28所示的悬浮式致动器的侧视图；
图30是图28所示的悬浮式致动器的剖视图，以显示操作期间产生的磁场；
图31显示了根据本发明的熔丝装置的另一实施方式；以及
图32显示了根据本发明的熔丝装置的另一实施方式。
具体实施方式
现在，本公开将列出各种实施方式的详细说明。这些实施方式列出了具有开关特征的装置和与开关装置一起使用的断开配置，诸如集成有烟火电路切断特征的熔丝装置。这些开关装置可以电气连接至电气装置或***，以将被连接的装置或***的电源"接通"或"断开"。本文所公开的示例装置可以利用不同的无源和/或有源触发配置，以补充或代替所公开的开关特征。无源触发特征具有响应于阈值电流水平自动触发烟火电路切断的优点。
在一些实施方式中，根据本发明的开关装置包括与烟火启动或触发机构相耦合的内部烟火药。烟火触发机构可以使用已知的电气耦合机构与开关装置的高压(固定)触头直接耦合。烟火药被配置为例如通过移动可移动触头与固定触头脱离接触来启动或烧断熔丝装置，以永久性地切断电路。这在本文中被称为"熔丝烧断事件"。这通常是在经过熔丝装置的电流超过阈值水平时进行。
根据本发明的熔丝装置可以包括一些特征，以便在升高的电流水平超过阈值水平的情况下，在可移动触头和固定触头之间致使小或轻微的分离。在一些实施方式中，这些特征包括悬浮式致动器，其利用升高的电流通过触头来致使分离。这种分离可以导致通过触头的电阻增加，例如致使在触头处产生电弧放电。这致使流经触头的电气信号寻求较低电阻的路径。本发明的实施方式可以具有通过较低电阻的路径耦合至触头的烟火装置。触头上的电气信号不经过触头，而是经过烟火装置，以致使启动，从而产生用于分离各触头的力。这就致使熔丝烧断事件，以切断通过触头的导电路径。
根据本发明的悬浮式致动器可以有以许多不同的方式布置的许多不同的特征。在一些实施方式中，悬浮式致动器可以包括布置在可移动和/或固定触头上或周围的一个或多个铁磁部件，使得触头中的电流流入铁磁部件。在这些实施方式的一些中，一个或多个部件可以是固定的，且一个或多个部件可以被安装至可移动触头。当通过触头的电流达到阈值水平时，来自触头的电流经过铁磁特征产生磁场，以致使两者之间产生吸引力。这种吸引力可以克服将移动触头保持至固定触头的闭合力，并且可以导致移动触头与至少一个固定触头分离。如上文所述，这致使电阻增加，并启动烟火装置。
这种铁磁吸引力使得根据本发明的熔丝装置能够被设计成在期望阈值电流水平下自动跳闸或烧断。这一电流水平可以基于一些因素、诸如铁磁特征的大小以及可移动触头对固定触头的保持力而变化和定制。
熔丝装置及其内部触头也可能经历在其内部触头上的旋转力，这些旋转力可以影响操作。尽管发明人不想局限于任何一种操作理论，但可以理解的是，这些旋转力至少有一部分是由洛伦兹力造成的，这些洛伦兹力可以影响电流穿过熔丝的永久磁场。这些旋转力会导致熔丝装置内的触头轻微旋转，使得部分触头与支撑结构结合或摩擦。在由某些材料(Ag上的AgSnO)制成的某些熔丝中，触头也会经历摩擦粘连。上述两种情况都会致使熔丝具有不可预知的悬浮电流。如下文更详细描述的本发明的实施方式还可以包括最小化或防止这种触头旋转的特征，从而提供具有更可预测的悬浮特性的装置。
在整个说明书中，所说明的优选实施方式和示例应被视为举例，而不是对本发明的限制。如本文所用的术语"发明"、"装置"、"本发明"或"本装置"是指本文所述的本发明的任何一个实施方式以及任何等价物。此外，本文中引用的"发明"、"装置"、"本发明"或"本装置"的各种特征并不意味着所有要求保护的实施方式或方法都必须包括所提到的特征(一个或多个)。
还可以理解的是，当一元件或特征被称为在另一元件或特征"上"或"附近"时，它可以直接在另一元件或特征上或邻近，或者也可以存在中间元件或特征。还可以理解的是，当一元件被称为"附接"、"连接"或"耦合"至另一元件时，它可以直接附着、连接或耦合至另一元件，或者也可以存在中间元件。相反，当一元件被称为"直接附接"、"直接连接"或"直接耦合"至另一元件时，没有中间元件存在。
相对术语，诸如"外部"、"上方"、"下方"、"水平"、"竖直"和类似术语可在本文中用于描述一个特征与另一特征的关系。可以理解的是，除了图中描述的方位外，这些术语旨在包含不同的方位。
尽管术语第一、第二等在本文中用于描述各种元件或部件，但这些元件或部件不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件或部件与另一元件或部件区分。因此，下文讨论的第一元件或部件可以被称为第二元件或部件而不偏离于本发明的教导。
本文使用的术语仅用于描述特定的实施方式，并不意味着对本发明的限制。在此使用的单数形式"一"、"一个"和"所述"还包括复数形式，除非上下文明确指出。还可以理解的是，当在本文中使用时，术语"包括"、"包含"指定存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或增加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、部件和/或其组合。
在本文中参照不同的视图和图示来描述本发明的实施方式，这些视图和图示是本发明的理想化实施方式的示意性图示。因此，由于制造技术和/或公差等原因，预计会与图示的形状有所变化。本发明的实施方式不应被理解为局限于在本文中图示的区域的特定形状，而应包括例如因制造而产生的形状偏差。
图1-图5显示了根据本发明的熔丝装置10的一个实施方式，其内部部件在图2-图5中得到了最好的显示。包含熔丝装置的内部部件的封套件一般包括盖12和壳体14。壳体14包含大多数部件，并可提供安装特征，可根据特定的客户安装情况指定这些安装特征。盖12可以提供屏障，以保护盖12下面的熔丝装置特征，并提供机械强度，以帮助熔丝装置10经受烟火熔丝断开事件(即，熔丝烧断事件)。熔丝装置包括固定触头18，各固定触头配置使得熔丝装置10的各种内部部件可以通过固定触头电气连接至外部电气***或装置。这使得熔丝装置10能够完成电路或切断电路，如本文所述。
只要当不与壳体14内部的任何其他部件相互作用时，各固定触头就是彼此电气隔离的，因此电力不能在各固定触头之间自由流动。固定触头18可以包括任何合适的导电材料，以用于电气连接至熔丝装置的内部部件，例如各种金属和金属材料或本领域已知的任何电气接触材料或结构。固定触头18中的每个可以包括单一连续接触结构(如图所示)，或者还可以包括多个电气连接结构。例如，在一些实施方式中，固定触头18可以包括两个部分。第一部分从盖12延伸出来，第一部分电气连接至在熔丝装置10内部的第二部分，第二部分被配置为与本文所述的壳体内部的其他部件相互作用。
在所示的实施方式中，可以通过盖12触及固定触头。盖12还可以包括竖直壁16，以在各触头18之间提供外部屏障，以帮助在操作期间和熔丝烧断事件期间维持各触头18之间的隔离。
熔丝装置10还包括帽组件20，该帽组件可以被安装至杯部22，以形成熔丝装置本体，该熔丝装置本体可以包括适于保持熔丝装置的各种内部部件的任何形状，这些形状包括任何规则(正)或不规则的多边形。在一些实施方式中，帽组件20和杯部22之间可以有气密密封。可以通过在帽组件和杯部之间施加诸如环氧树脂的粘合剂、或将帽组件和杯部焊接在一起来保持气密密封。固定触头18伸出帽组件20，并从由杯部22和帽组件20形成的熔丝装置内部腔室穿过，这样各固定触头就可以被触及使用。帽组件20围绕触头18形成不透空气或气密的密封。帽组件20可以由诸如塑料的许多不同材料制成，而杯部22可以由诸如塑料或金属的材料制成。
在一些实施方式中，帽组件20和杯部22可以至少部分地被电负性气体填充，例如，六氟化硫、或氮和六氟化硫的混合物。在一些实施方式中，帽组件和杯部包括对注入壳体中的气体具有低渗透性或基本无渗透性的材料。在其他实施方式中，帽组件和杯部可以包括被配置为提高装置性能的各种气体、液体或固体。在不同的实施方式中，熔丝装置本体可以是连续结构，或者可以包括被结合的两个以上的构件。一些示例性本体配置包括美国专利号No.7,321,281、No.7,944,333、No.8,446,240和No.9,013,254中提出的配置，所有这些专利都转让给了本申请的受让人Gigavac公司，所有这些专利的全部内容都通过引用并入本文。
在所示的实施方式中，帽组件20密封至杯部22的顶部，以保持熔丝装置的内部部件，并形成电弧腔室，如下文所述。帽组件的底面还包括电介质迷宫24(或迷阵)，如图3中最佳所示。迷宫24提供了一系列不同的表面和通道，以有助于维持各固定触头18之间的隔离和介电强度。操作期间的接触电弧和材料喷逐会在熔丝装置10的内表面产生接触沉积物。这些材料的堆积会导致在帽组件20的内表面上形成电气路径，从而导致固定触头18之间的短路路径。迷宫24的变化表面可以帮助防止这些沉积物以会形成电路路径的方式堆积，从而在熔丝打开事件之后维持各固定触头之间所需的介电耐受电压。帽组件20和杯部22还增加了对抗在电弧放电事件期间出现的电弧压力的机械强度，这有助于防止在电弧放电事件期间装置10的炸裂。
熔丝装置10还包括通过弹簧支撑件30和扁平弹簧32安装至引导件28的可移动触头26。在正常操作期间，可移动触头26与固定触头18保持接触，以通过可移动触头26在各固定触头18之间形成电气路径。在熔丝烧断事件期间，可移动触头26从与固定触头18的接触中移出，以切断通常经由可移动触头26在各固定触头18之间的电气路径。
弹簧支撑件30将扁平弹簧32保持在期望位置，使得扁平弹簧26推抵可移动触头26，从而保持可移动触头26与固定触头18的接触。扁平弹簧可以偏转以抵靠于可移动触头26提供保持力，并且保持力将可移动触头26保持至固定触头18，以便在正常操作期间获得低而稳定的接触电阻。可以提供许多不同的保持力，在一些实施方式中，保持力为大约总共3磅或对于每个固定触头为1.5磅。
扁平弹簧32可以机械地连接至可移动触头26，以防止可移动触头26被如上文所述的洛伦兹诱导的旋转力旋转。这可以消除或减少对可移动触头的摩擦锁定，而这种摩擦锁定可以改变悬浮触发水平(熔丝烧断事件)。需要指出的是，在本发明的一些实施方式中，扁平弹簧32仅需要停止可移动触头26的旋转并维持与固定触头18的接触力。在这些实施方式中，扁平弹簧26与可移动触头26的完全结合可能没有必要。弹簧支撑件30和扁平弹簧32应该由坚固耐用的材料制成，诸如金属或塑料，其中一些材料包括这样的金属，以允许在会导致不太耐用的材料(诸如，塑料)失效的温度范围内的可靠运行。
引导件28保持弹簧支撑件30、扁平弹簧32和可移动触头26组件，并且还可以包括夹具34，该夹具在熔丝烧断事件后将可移动触头26固定在向下的位置。这可以防止可移动触头26在熔丝烧断事件后弹回闭合状态、或在熔丝装置10中漂浮，从而致使潜在的电介质问题。引导件28还覆盖了下文描述的熔丝电弧腔室的底部。
熔丝装置10还包括内部封套件36和磁体38。内部封套件36将磁体38保持在期望位置，并且可移动触头26、弹簧支撑件30、扁平弹簧32以及烟火柱塞40被保持在封套件中。封套件36的内表面还包括主电弧腔室，并且还可以包括迷宫，以防止沉积物形成导电路径，而这些导电路径可能导致在熔丝烧断事件之后的故障。磁体38被布置成在打开(或烧断)事件期间遍及触头产生高密度磁通，以减少或熄灭高功率电弧放电。磁体可以被布置成熄灭不同水平的电弧放电，在一些实施方式中，熄灭大约10MW的电弧放电。
熔丝装置10还包括电爆管和印刷电路板(PCB)组件42，该组件被安装至帽组件20，并被布置成在熔丝烧断事件期间对烟火柱塞40进行操作。电爆管用作烟火装置，并且可以使用许多不同的电爆管，可以以许多不同的方式布置电爆管。在一些实施方式中，可以使用作为不同类型的传统汽车安全气囊启动器的电爆管。电爆管在熔丝烧断事件中提供***性能量，致使柱塞40向下移动，并且对抗扁平弹簧32的保持力使得移动触头26与固定触头18分离。当柱塞40将可移动触头26向下移动时，扁平弹簧32将弯曲，直到扁平弹簧从弹簧支撑件30脱落。然后，可移动触头26将被柱塞进一步向下压，直到可移动触头被保持在引导件28上的夹具34处。这使得熔丝装置10保持在打开(烧断)状态。
熔丝装置10还包括悬浮式致动器44，该悬浮式致动器被布置成致使电爆管/PCB组件42致动，以便在期望阈值电流水平通过触头的情况下烧断熔丝装置10。悬浮式致动器44包括较低的静止杆46和倒U形杆48，倒U形杆在静止杆46上方安装至可移动触头26。静止杆46可以在许多不同的位置以许多不同的方式安装，所示的实施方式在可移动触头26正下方将静止杆46安装至封套件36(在图3中最佳显示)。在静止杆46、可移动触头26的最低表面和U形杆48之间存在空间/间隙50，以允许可移动触头28朝向于静止杆46移动。
静止杆和U形杆46、48可以由铁磁材料制成，该铁磁材料放大和集中电流流经可移动触头26致使的磁场。熔丝装置10可以被布置成在一定电流水平经过触头的情况下跳闸或烧断。当达到这个电流水平时，U形杆48产生朝向于静止杆46的拉力。这致使空间50闭合，同时致使可移动触头26中带有悬浮式致动器44的一侧与相应的固定触头18分离。这致使在可移动触头26和固定触头18之间的分离处的电阻增加(例如，通过电弧放电)。这种增加的电阻致使在固定触头18处的电流寻找电阻较低的路径。在熔丝装置10中，这条电阻较低的路径通过电爆管引线脚52的连接件(在图5中最佳显示)。然后，电流致动电爆管组件42，以致使柱塞40将可移动触头26从与固定触头18的接触中移出，并且可移动触头被夹具34处被保持。这使得可移动触头26和熔丝装置10保持在打开或熔断的位置。
在上述实施方式中，熔丝装置通过内部特征布置来熔断，当通过触头达到预设(跳闸)电流水平时，内部特征布置会自动发出信号启动电爆管。这种自动跳闸的发生无需外部信号，且被称为"无源"启动。然而，可以理解的是，根据本发明的熔丝装置也可以通过许多其他内部无源信号以及外部"有源"信号来启动。
现在请参照图6和图7，显示了允许如上文所述的无源内部启动、同时也允许有源外部启动的布置。图6显示了熔丝装置100，其带有固定触头102和安装至帽组件106的电爆管/PCB组件104。在该实施方式中，显示了第一电爆管引线脚108，其携带来自于熔丝装置100的内部部件启动信号，如上文所述。
电爆管/PCB组件104还包括低压电源控制线110，以用于连接至外部电源从而有源启动电爆管。这种启动可以由任何一个或多个不同的外部特征或***控制，这些特征或***可以根据特定的熔丝装置应用进行定制。电爆管/PCB组件104还包括线圈112和干簧管113。线圈112产生的磁场可以闭合干簧管113，以致使流经触头或端子102之间的电流启动电爆管。
本发明的这一实施方式可以包括以许多不同的方式布置以提供有源启动信号的许多不同的电子元件。图7显示了电路120的一个实施方式，该电路被布置成向根据本发明的熔丝装置提供有源启动信号。启动信号由被施加到线圈126的低压电源124提供。线圈126继而产生磁场，该磁场导致干簧管128的闭合。这为被施加至固定触头130的信号提供了低电阻路径，从而致使电爆管132的启动。可以理解的是，这仅是根据本发明可以使用的许多有源信号启动电路中的一个，并且这些电路可以与本文所述的无源启动布置结合在一起使用。
图8-图12显示了也可以由内部无源信号或外部有源信号启动的、根据本发明的熔丝装置150的另一实施方式。熔丝装置150包括安装至PCB 156的第一和第二电爆管152、154。第一电爆管152被布置成在接收到外部有源信号时启动，且第二电爆管154被布置成由内部无源信号启动，如上文所述。熔丝装置被布置成与如上文所述的熔丝装置10类似。但在本实施方式中，包括有源触发连接针158，以用于与提供有源启动信号的外部装置连接。在不同的实施方式中，外部装置可以提供不同类型的启动信号，所示实施方式被布置成由低电压信号启动。
熔丝装置150还包括电爆管漏斗部160，第一电爆管和第二电爆管152、154被布置在漏斗部160的较大的上部开口处，柱塞162被布置在下部开口处。启动第一电爆管或第二电爆管152、154中的任何一个所产生的力被漏斗部160引导到柱塞162。如上文所述，这致使112柱塞向下移动并迫使可移动触头脱离与固定触头的接触。
如上文所述，根据本发明的熔丝装置可以有扁平弹簧和弹簧支撑件，以防止在洛伦兹力下的触头旋转。其他实施方式可以包括其他特征，以减少或消除这一问题。图13和图14显示了用于减少或消除这种旋转的固定触头200和可移动触头202的另一实施方式。在所示实施方式中，固定触头200和可移动触头202之间的接触区域有相对立的V形缺口204，以形成方形的空间206。可以抵抗固定触头和可移动触头相互之间的侧向运动的销或辊208被保持。辊208可以包括许多不同的材料，其中一些实施方式包括非导电材料。
可以理解的是，根据本发明的熔丝装置实施方式可以包括许多其他特征，以便在不同的操作条件下提供可靠的操作。再次参考图2、图3和图5，固定触头18和可移动触头26可以由许多导电材料或诸如金属的各导电材料的组合制成。在一些实施方式中，它们可以完全或主要由铜(Au)制成。在一些实施方式中，固定触头18的与可移动触头26的表面相遇和接触的表面在电流低于期望跳闸(或熔丝烧断)电流处会出现小的熔化点或微焊点。这可能致使各表面之间的粘连，以导致需要更大的力来分离两者。这可能导致分离各触头的跳闸电流不可预测的(或更高)。
为了减少或消除这一问题，固定触头18和可移动触头26相遇的表面可以包括或被涂覆用于抵抗各触头之间的熔化和微焊的材料。可以使用许多不同的材料，包括但不限于在固定触头18和可移动触头26的相对立的表面上的银合金，诸如银锡氧化物(AgSnO)或碳化银(AgC或Ag2Cs)。添加这种材料可以减少或消除各触头之间的粘连。可以理解的是，相同或不同的材料可以被包括在相对立的表面上。
在各触头上使用这种材料可以提供附加优势，即允许在触头有氧化危险的开放式(或非气密式)布置中使用触头。这种材料可以减少或消除各触头的相遇表面上的氧化现象。
图15-图20显示了根据本发明的熔丝装置300的另一实施方式，其具有与图1-图5所示且如上文所述的熔丝装置10类似的许多特征。与上文一样，包含熔丝装置300的内部部件的封套件一般包括盖302和壳体304。壳体304包含大多数的内部部件并可以为安装提供特定的安装特征。盖302可以提供屏障来保护下文的熔丝装置特征和部件，并提供机械强度。
熔丝装置包括固定触头308，这些固定触头的配置使得熔丝装置300的各种内部部件可以与外部电气***或装置电气连接。这使得熔丝装置300能够完成如本文所述的电路或切断电路的特征。
当不与壳体304内部的任何其他部件相互作用时，固定触头308在其他方面是相互电气隔离的。固定触头308可以包括上述材料，并可以包括上述单一或多部分结构。固定触头308从盖302延伸出来，并可与电气***连接。触头308的下部穿过盖302，以与壳体的内部部件相互作用。盖12还可以包括竖直壁306，该竖直壁用作各触头308之间的外部屏障，以帮助在操作期间和断开事件期间维持各触头308之间的隔离。
熔丝装置300还包括帽组件310，该帽组件可以被安装至杯部312，以形成可以包括任何形状的熔丝装置本体。在一些实施方式中，可以使用上述方法在帽组件310和杯部312之间进行密封。固定触头308伸出帽组件310，并从由杯部312和帽组件310形成的熔丝装置的内部腔室穿过，这样各固定触头就可以被触及使用。帽组件310围绕触头308形成不透空气或气密的密封，且帽组件310可以由上述许多不同材料制成。帽组件310和杯部312也可以至少部分地被电负性气体和其他材料填充，也如上文所述。
在所示的实施方式中，帽组件310密封至杯部312的顶部，以保持熔丝装置的内部部件并形成电弧。帽组件310的底面还包括电介质迷宫314(或迷阵)，如图20中所示。迷宫314提供了一系列不同的表面和通道，以有助于维持各固定触头308之间的隔离和介电强度。帽组件310和杯部312还增加了对抗在电弧放电事件期间出现的电弧压力的机械强度。
熔丝装置300还包括通过被布置成以与上述相同或类似的方式操作的弹簧支撑件320和扁平弹簧322安装至引导件318的可移动触头316。扁平弹簧322可以机械地连接至可移动触头316，以防止可移动触头316被如上文所述的洛伦兹诱导的旋转力旋转。弹簧支撑件320和扁平弹簧322应该由坚固耐用的材料制成，诸如允许在温度范围内可靠运行的金属。引导件318保持弹簧支撑件320、扁平弹簧322和可移动触头316，并且可以包括如下文所述的夹具(即，捕获杆)，该夹具在熔丝烧断后将可移动触头316固定在向下位置。
熔丝装置300还包括内部封套件326和电弧磁体328，内部封套件326将磁体338固定在期望位置。可移动触头316、弹簧支撑件320、扁平弹簧322和烟火柱塞330也被保持在封套件326中。与上文一样，封套件326的内表面还包括主电弧腔室，且还可以包括迷宫，防止沉积物形成导电路径，而这些导电路径可能导致在熔丝烧断事件之后的故障。
熔丝装置300还包括电爆管和印刷电路板(PCB)组件332，该组件被安装至帽组件310，并被布置成在熔丝烧断事件期间对烟火柱塞330进行操作。第一电爆管和第二电爆管334、336被安装至PCB 338。如上文所述，第一电爆管334可以被布置成在收到外部有源信号时启动，而第二电爆管336可以被布置成如上文所述由内部无源信号启动。包括有源触发连接针340，以用于与提供有源启动信号的外部装置连接。在不同的实施方式中，外部装置可以提供不同类型的启动信号，有些实施方式被布置成由低电压信号启动。
需要指出的是，柱塞330可以以许多不同的方式和不同的特征进行布置，以提供一致和可靠的操作。在一些实施方式中，一个或多个密封环331可以被包括在柱塞330上、且在柱塞330和柱塞开口333之间。这在两者之间提供良好密封，环331补偿了制造过程中的差异。因此，柱塞在一致和可预测的力下打开。环331可以由许多材料制成并可以在许多位置中，有至少一个环由硅胶制成并位于柱塞330的顶部。
需要指出的是，熔丝装置300可以被布置成由两个电爆管或单一电爆管操作。在单一电爆管的布置中，可以在未使用的电爆管开口中包括插塞。例如，在需要仅无源启动的布置中，可以仅包括第二电爆管336，并且可以在第一电爆管的开口处安装插塞。在需要仅外部有源信号启动的布置中，可以包括第一电爆管334，并在第二电爆管的开口处安装插塞。这为熔丝装置300的使用提供了灵活性。
有源触发连接针340可以通过盖302与标准的电爆管连接器进行连接。盖还包括测试接入窗口341，且允许在制造期间对第一电爆管和第二电爆管334、336进行直接的电气接入，以便进行最终测试。可以理解的是，在其他实施方式中，也可以为其他目的、诸如故障检修而接入第一电爆管和第二电爆管。
熔丝装置300还包括悬浮式致动器344(在图20中显示)，该悬浮式致动器布置成类似于上文参照图1-图5描述的悬浮式致动器44。悬浮式致动器344操作为致使在电爆管和PCB组件332上的第二电爆管336致动，以便如上文所述在期望电流经过触头的情况下烧断熔丝装置300。悬浮式致动器包括下部静止杆346和倒U形杆348，倒U形杆在静止杆346上方安装至可移动触头316，两者之间存在空间。
静止杆和U形杆346、348可以由铁磁材料制成，该铁磁材料可以放大和集中由流经可移动触头316的电流引起的磁场。当达到这个电流水平时，U形杆348产生朝向于静止杆346的拉力。这导致可移动触头316和固定触头308之一的分离。这导致固定触头和可移动触头之间的阻力增加，继而致使电流通过并启动第二电爆管336，以致使柱塞330将可移动触头336从与固定触头308的接触中移出至打开或烧断的位置。
熔丝装置300还包括也被安装至引导件318的斜坡部350和捕获杆352。斜坡部350与静止杆346(并且在一些实施方式中还有U形杆)一起工作，以在熔丝烧断事件期间把静止杆移到一侧，以使得固定触头308和可移动触头336之间的开口间隙增大。随着可移动触头336在熔丝烧断事件期间朝向于引导件318方向向下移动，静止杆346骑在斜坡部350的弯曲表面354上，以使得静止杆346在弯曲表面354的方向上移动。这致使静止杆346移动至可移动触头336的竖直腿部，并离开可移动触头336的下表面。在这个位置，静止杆346不干扰可移动触头336相对于引导件318移动最大距离，以在固定触头308和可移动触头336之间提供最大的分离。捕获杆352可以在引导件318处捕获静止杆346，以便在熔丝烧断事件后将可移动触头336保持在引导件318处。
熔丝装置300还包括气体分流帽356，该气体分流帽在气压管358上方安装至盖302。在熔丝烧断事件期间，过量气体会在熔丝装置300内部聚集。气压管358提供从熔丝装置300的内部到气体分流帽356下方的路径。这为熔丝装置内部的气体提供扩散到盖356下方的路径，以减少熔丝装置300在熔丝烧断事件期间炸裂的可能性。
可以理解的是，根据本发明的悬浮式致动器可以用许多不同的方式和不同的特征来布置。图21和图22显示了根据本发明的悬浮式致动器400的另一实施方式，其可以包括下部静止杆402和倒U形杆404，倒U形杆在静止杆402上方安装至可移动触头406。在下部静止杆402和U形杆404之间留有空间/间隙407，在可移动触头406的下表面和下静止杆402之间也有空间。
在本实施方式中，包括安装支架(或保持器)408，安装支架的顶部被固定至固定触头410，而安装支架的底部被固定至静止杆402。这导致静止杆402被支架408安装至固定触头410。许多不同的机构可用于将支架固定到位，图中的实施方式使用了可使用已知的安装方法粘合到下面的表面的夹具412。
支架408还包括在U形杆404周围的引导件414，这些引导件并不固定至U形杆404，而是引导U形杆的运动。在升高的电流下，静止杆402和U形杆404中产生的磁力，将U形杆404拉向静止杆402。U形杆404沿着引导件414移动，以闭合间隙407，这致使可移动触头406朝向于静止杆402的运动，以将可移动触头406和固定触头410分离。这继而致使电气信号被发送到电爆管，以产生熔丝烧断事件。在这个熔丝烧断事件期间提供的力可以致使支架408与静止杆402或固定触头分离、或可以致使支架408断裂。当这种情况发生时，可移动触头406可以自由移动，以响应其从与固定触头(一个或多个)410接触中脱离的熔丝烧断的位置。
图23和图24显示了根据本发明的悬浮式致动器450的另一实施方式。在这个实施方式中，U形杆452被安装至可移动触头454和固定触头458，U形杆452的布置类似于上述U形杆，并由同样的材料制成。包括L形杠杆456，其从可移动触头454和固定触头458之间的间隙跨越到可移动触头454的底面下方。在可移动触头454的底面和杠杆452的下方部分之间包括间隙460。杠杆456还包括杠杆梢部462，该杠杆梢部被布置在固定触头458和可移动触头454之间的间隙中。
杠杆456至少包括在U形杆452下方的可移动铁制部分461，该可移动铁部分由在存在电流通过触头454、458的情况下产生磁场的上述材料之一制成。U形杆452也由类似地产生磁场的材料制成。这将可移动铁制部分460朝向于U形杆452吸引，并且在期望升高电流通过各触头454、458的情况下，这通过部分460向U形杆452的运动而致使间隙460的闭合。间隙的闭合继而在杠杆梢部462处致使"杠杆"运动，以致使可移动触头454与固定触头458的分离。这导致可移动触头454与固定触头之间的电阻增加，电气信号被发送到电爆管，以致使熔丝烧断的事件。
图25-图27显示了根据本发明的悬浮式致动器500的另一实施方式，该悬浮式致动器包括两个相对立的可移动轭部502a、502b，该两个相对立的可移动轭部在可移动触头504的竖直腿部之一上安装至可移动触头。可移动轭部中的每个都有相对立的突起506(如图26和图27所示)，每个突起均在可移动触头的顶表面处搁置在可移动触头凹槽508之一中。这导致突起在可移动触头504和固定触头510之一之间的表面处。
磁轭部502a、502b可由上述材料制成，且随着电流通过触头504、510，磁轭部502a、502b会产生磁场。这些磁场将轭部502a、502b拉向彼此，并且围绕凸台512轻微旋转，以闭合间隙514。这种旋转会致使突起506在各自的凹槽508中旋转，以在可移动触头504和固定触头510之间产生分离力。在升高的电流下，这个分离力足以使得可移动触头504与固定触头510分离。这继而会致使电爆管的启动，从而产生熔丝烧断的事件。
图28-图30显示了根据本发明的悬浮式致动器550的另一实施方式，该悬浮式致动器包括主要安装在可移动触头554的竖直腿部(或部分)上的触发器552，触发器的一部分覆盖可移动触头554的水平部分的在靠近竖直腿部的过渡处的表面。触发器552可以由上述材料制成并产生磁场B，该磁场与可移动触头中的电流平行。这继而会产生洛伦兹力L(即，电磁触发场)，从而产生开放的洛伦兹力。在通过可移动触头554和固定触头556的升高的电流下，这个洛伦兹力足以致使可移动触头和固定触头554、556之间的分离，从而致使熔丝烧断事件。
悬浮式致动器550提供了一种没有移动部件的简单方法。它的另一优点是，在本实施方式中的触发器布置在电流以不同方向流经触头时产生相同的洛伦兹场。这为在电流可能在两个方向上流过触头的熔丝装置中使用这种悬浮式致动器提供了灵活性。
需要注意的是，高能量熔丝烧断事件(如10MW)中释放的能量会损坏熔断封装。如果封装弱的话，良好的触头间隙和电弧的磁吹灭弧强度可能无法阻断10MW或进行更大的阻断。随着熔丝封装大小的缩小，这将成为问题。这些熔丝装置中的常见失效点可能沿着杯部边缘在与帽组件的接口处。
本发明的不同实施方式还可以包括不同的特征，以提高熔丝装置的强度，从而防止熔丝装置烧断事件的这种损坏。可以理解的是，这些特征可以适用于上述实施方式中的每一个。
图31显示了根据本发明的熔丝装置600的一个实施方式，其具有帽组件602、电爆管604和杯部606。在这个实施方式中，可以包括横跨杯部606顶部安装的套带部608。套带部608可以被包括在许多不同的位置，所示套带部横跨杯部的中心，并可以具有电爆管开口607，以允许通往电爆管604。套带部608可以由许多不同的坚固耐用的材料(诸如，不同的金属或塑料)制成，并可以使用已知的安装方法和材料安装至杯部。
图32显示了根据本发明的熔丝装置650的另一实施方式，该熔丝装置具有帽组件652、电爆管654和杯部656。帽组件652设有加强唇部658，该加强唇部在杯部656的顶部边缘上方经过并沿着杯部656的外表面的顶部部分向下。这不仅在帽组件652和杯部656之间提供了改进的密封性，而且还减少了在熔丝烧断事件期间上部杯部向外弯曲。
可以理解的是，为了提高熔丝封装强度，还可以包括其他的特征，例如在杯部656的顶部周围增加填充厚度。这只是为增加强度可以包括的一个附加特征，本发明不应局限于这些特定的实施方式。
尽管本发明已经参照其某些优选配置进行了详细描述，但其他版本也是可能的。本发明的实施方式可以包括各图中所示的兼容特征的任何组合，而且这些实施方式不应限于那些明确说明和讨论的实施方式。因此，本发明的精神和范围不应局限于上述版本。
上述内容旨在涵盖属于本发明精神和范围内的所有修改和替代性结构，其中，就算没有在任何权利要求中列出，所公开的任何部分也不旨在明确或隐含地奉献给公共领域。

Claims (21)

1.一种电气开关装置，其包括：
至少两个固定触头；
可移动触头，其被布置成在与所述固定触头电气接触的第一位置中操作、以及在不与所述固定触头电气接触的第二位置中操作；以及
在所述可移动触头或所述固定触头之一上的悬浮式致动器，以用于当所述可移动触头在所述第一位置中且阈值电流经过所述固定触头和所述可移动触头时致使所述可移动触头与所述固定触头中的至少一个之间分离。
2.根据权利要求1所述的开关装置，还包括烟火装置，以用于致使所述可移动触头从所述第一位置移动至所述第二位置。
3.根据权利要求2所述的开关装置，其中，所述分离致使所述烟火装置的启动。
4.根据权利要求3所述的开关装置，其中，经过固定触头和可移动触头的电气信号被用于启动所述烟火装置。
5.根据权利要求1所述的开关装置，还包括夹具，以用于将所述可移动触头保持在所述第二位置中。
6.根据权利要求1所述的开关装置，其中，所述悬浮式致动器至少部分地由铁磁材料制成。
7.根据权利要求1所述的开关装置，其中，所述悬浮式致动器包括位于所述可移动触头下方的第一杆和被安装至所述可移动触头的第二杆。
8.根据权利要求6所述的开关装置，其中，所述第二杆为U形。
9.根据权利要求7所述的开关装置，其中，所述悬浮式致动器包括被安装至所述固定触头并且引导所述第二杆的运动的部件。
10.根据权利要求1所述的开关装置，其中，所述悬浮式致动器包括L形杠杆。
11.根据权利要求1所述的开关装置，其中，所述可移动触头包括竖直部分，并且所述悬浮式致动器包括被安装至所述竖直部分的相对立的轭部。
12.根据权利要求1所述的开关装置，其中，所述可移动触头包括竖直部分，并且所述悬浮式致动器包括被安装至所述竖直部分的触发器。
13.一种电气开关装置，其包括：
壳体；
固定触头，其被布置成与在所述壳体外部的外部部件电气耦合，并将来自于所述外部部件的电气信号传导至在所述壳体内部的部件；
位于所述壳体内的可移动触头，所述可移动触头能够从允许电流通过所述可移动触头在所述固定触头之间流动的第一位置移动至电流不从所述固定触头流过所述可移动触头的第二位置；以及
悬浮式致动器，以用于致使所述可移动触头从所述第一位置移动至所述第二位置。
14.根据权利要求13所述的开关装置，其中，所述悬浮式致动器位于所述可移动触头或所述固定触头之一上。
15.根据权利要求13所述的开关装置，其中，所述可移动触头在所述第一位置中与所述固定触头接触，并且其中，当所述可移动触头在所述第一位置中且阈值电流经过所述固定触头和所述可移动触头时，所述悬浮式致动器致使所述可移动触头与所述固定触头之一之间分离。
16.根据权利要求13所述的开关装置，还包括烟火装置，以用于使得所述可移动触头从所述第一位置移动至所述第二位置。
17.根据权利要求16所述的开关装置，其中，所述分离致使所述烟火装置的启动。
18.根据权利要求16所述的开关装置，其中，经过固定触头和可移动触头的电气信号被用于启动所述烟火装置。
19.根据权利要求13所述的开关装置，其中，所述悬浮式致动器至少部分地由铁磁材料制成。
20.根据权利要求13所述的开关装置，其中，所述悬浮式致动器包括位于所述可移动触头下方的第一杆和被安装至所述可移动触头的第二杆。
21.一种电气***，其包括：
电路；
与所述电路电气连接的电气开关装置，以用于打开或闭合所述电路，其中，所述开关装置包括：
至少两个固定触头；
可移动触头，其被布置成在与所述固定触头电气接触的第一位置中操作、以及在不与所述固定触头电气接触的第二位置中操作；以及
在所述可移动触头或所述固定触头之一上的悬浮式致动器，以用于当所述可移动触头在所述第一位置中且阈值电流经过所述固定触头和所述可移动触头时致使所述可移动触头与所述固定触头中的至少一个之间分离。
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