CN117976488A - 一种大电流的自动保护元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及短路保护元件技术领域，具体涉及一种大电流的自动保护元件，包括：底座；一对主回路电极，分别设置于底座上，通过电极间导体导通；电极间导体分别通过可熔结合件连接每个主回路电极；弹簧，被电极间导体压缩；当达到目标温度时，可熔结合件于弹簧的推动下断裂，以使得电极间导体和主回路电极分离。有益效果在于：将熔丝替换为焊接在主回路电极和电极间导体之间的可熔结合件，其在电流通路上相较于片状材料具有更大的截面积，从而在不改变合金电阻率的基础上显著减小了其电阻，进而使得器件整体满足了大电流应用场景的需求；在此基础之上，为避免可熔结合件熔化时电极间金属未完全分离的问题，还进一步设置了弹簧来使得二者分离。

Description

一种大电流的自动保护元件

技术领域

本发明涉及短路保护元件技术领域，具体涉及一种大电流的自动保护元件。

背景技术

大电流自动保护元件是一种用于保护电路免受过载和短路等故障的电子元件。它能够在电路中检测到异常的大电流，并迅速切断电路，以防止电路损坏或发生火灾等危险。一般来说，大电流自动保护元件具有快速响应的特点，能够在几毫秒内切断电路。它还具有可靠性高、使用寿命长、安装方便等优点。在电力***、工业设备、家用电器等领域广泛应用。

现有技术中，已存在有较多的适用于对大电流进行保护的方案。比如，中国专利201480044945.1公开了一种保护元件及电池组，包括第一绝缘底座；和可熔导体，搭载在所述第一绝缘底座的表面；在所述第一绝缘底座的表面开有吸引熔融的所述可熔导体的吸引孔，所述吸引孔为在内表面形成导电层，并且沿所述第一绝缘底座的厚度方向设置的贯通孔或非贯通孔，所述可熔导体含有低熔点金属和高熔点金属，且所述可熔导体为内层是所述低熔点金属，外层是所述高熔点金属的被覆结构。能够在确保过电流保护时的电流容量的同时根据发热体的发热而可靠地熔断。

但是，在实际实施过程中，发明人发现，随着市场上大电流应用场景的普及，上述装置中的长方形可熔导体材料，其电阻难以降低，且严重受到合金电阻率的限制，进而使得器件本身的阻值难以满足大电流应用场景的需求，制约了其应用场景。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种大电流的自动保护元件。

具体技术方案如下：

一种大电流的自动保护元件，包括：

底座；

一对主回路电极，分别设置于所述底座上，且分别连接外部电路，一对所述主回路电极之间通过电极间导体导通；

可熔结合件，所述可熔结合件分别设置在所述主回路电极上，所述电极间导体分别通过可熔结合件连接每个所述主回路电极；

弹簧，所述弹簧的第一端固定于所述底座上，所述弹簧的第二端与所述电极间导体连接，所述弹簧被所述电极间导体压缩；

当达到目标温度时，所述可熔结合件于所述弹簧的推动下断裂，以使得所述电极间导体和所述主回路电极分离。

另一方面，所述底座上还设置有：

辅助电极，所述辅助电极连接所述外部电路；

发热体，所述发热体布设于所述底座上且位于所述主回路电极和所述辅助电极的下方；

所述发热体连接所述辅助电极，所述发热体于所述外部电路的供电电流驱动下发热，并在所述供电电流超过电流限值时，将所述可熔结合件加热至所述目标温度。

另一方面，所述发热体包括：

电极线，所述电极线位于所述底座上，所述电极线连接所述辅助电极；

电阻层，所述电阻层跨接于所述电极线上；

绝缘层，所述绝缘层形成于所述电阻层上；

内电极，所述内电极分别连接所述电极线和所述电极间导体。

另一方面，所述发热体还包括：底釉层，所述底釉层形成于所述底座上，所述电极线形成于所述底釉层上，所述电阻层形成于所述底釉层上并覆盖所述电极线；

所述电极线包括：

第三端焊盘，所述第三端焊盘形成于所述底釉层上，所述第三端焊盘与所述辅助电极连接；

内电极线，所述内电极线分别设置于对应于所述主回路电极的第一预定区域和第二预定区域上，并分别与所述第三端焊盘连接；

外电极线，所述外电极线分别设置于所述第一预定区域和所述第二预定区域中，并连接所述内电极；

所述电阻层包括：

左发热体，所述左发热体形成于所述第一预定区域；

右发热体，所述右发热体形成于所述第二预定区域。

另一方面，所述电极间导体于侧视方向上呈几字形片状物，所述电极间导体下方形成有容置腔；

当所述弹簧压缩时，所述弹簧被收纳于所述容置腔中；

于俯视方向上，所述电极间导体的四角分别设置有一对第一焊盘和一对第二焊盘；

所述第一焊盘分别与所述主回路电极连接；

所述第二焊盘与所述底座固定连接。

另一方面，于俯视方向上，所述电极间导体的中心区域开设有固定通孔；

所述自动保护元件还包括上壳体，所述上壳体固定于所述底座上并包裹所述电极间导体；

所述上壳体的内腔对应于所述固定通孔的位置沿竖直方向设置有导柱；

所述导柱穿过所述固定通孔；

当所述可熔结合件断裂后，所述电极间导体沿所述导柱移动。

另一方面，所述固定通孔与所述主回路电极、所述辅助电极连线的垂直方向上设置有预定宽度的狭部，通过调节所述预定宽度来调整所述自动保护元件的阻值。

另一方面，所述上壳体的下缘部的四角分别设置有上盖固定柱；

所述底座上对应于所述上盖固定柱的区域设置有多个上盖固定孔；

所述上盖固定柱与上盖固定孔配合以固定所述上壳体。

另一方面，所述主回路电极和所述辅助电极在贴近所述底座的第一边的两端分别设置有电极固定耳；

所述底座上预定要安装所述主回路电极、所述辅助电极的部位开设有对应的耳状凹槽；

所述电极固定耳和所述耳状凹槽配合以约束所述主回路电极、所述辅助电极和所述辅助电极在水平面上的移动。

另一方面，所述主回路电极、所述辅助电极上分别开设有元件固定孔，所述主回路电极、所述辅助电极通过所述元件固定孔连接所述外部电路。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：

针对现有技术中的长条状合金熔丝阻值过高应用效果不佳的问题，本方案中，针对长条状的可熔导体进行了改进，将其替换为焊接在主回路电极和电极间导体之间的可熔结合件，其在电流通路上相较于片状材料具有更大的截面积，从而在不改变合金电阻率的基础上显著减小了其电阻，进而使得器件整体满足了大电流应用场景的需求；在此基础之上，为避免可熔结合件熔化时电极间金属未完全分离的问题，还进一步设置了弹簧来使得二者分离。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1为本发明实施例的整体示意图；

图2为本发明实施例的俯视图；

图3为本发明实施例中电极示意图；

图4为本发明实施例中发热体剖面示意图；

图5为本发明实施例中电极线示意图；

图6为本发明实施例中电极间导体示意图；

图7为本发明实施例中上盖示意图；

图8为本发明实施例中底座示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明包括：

一种大电流的自动保护元件，如图1和图2所示，包括：

底座1；

一对主回路电极2A、2B，分别设置于所述底座1上，且分别连接外部电路，一对所述主回路电极2A、2B之间通过电极间导体3导通；

可熔结合件4，所述可熔结合件4分别设置在所述主回路电极2A、2B上，所述电极间导体3分别通过可熔结合件4连接每个所述主回路电极2A、2B；

弹簧5，所述弹簧5的第一端固定于所述底座1上，所述弹簧5的第二端与所述电极间导体3连接，所述弹簧5被所述电极间导体3压缩；

当达到目标温度时，所述可熔结合件4于所述弹簧5的推动下断裂，以使得所述电极间导体3和所述主回路电极2A、2B分离。

具体地，针对现有技术中的长条状合金熔丝阻值过高应用效果不佳的问题，本实施例中，将长条状的可熔导体替换成可熔结合件4，该可熔结合件4形成于主回路电极2A、主回路电极2B表面，用于将电极间导体3分别焊接至主回路电极2A、主回路电极2B上。由于主回路电极2A、主回路电极2B和电极间导体3本身不需要承担受热熔化的作用，可选用低电阻率的材料实现；而涂层状、薄片状的可熔结合件4相对于传统的长条状、柱状熔丝具有了更大的截面积，在不改变合金本身的电阻率的情况下，实现了电阻值的大幅降低；通过上述设置，使得自动保护元件本身具有较低的电阻值，可以有效满足大电流场景下，对于器件的低阻值需求。

进一步地，考虑到涂层状的可熔结合件4，在大电流发热熔化时，可能会与电极间金属发生粘连，导致未能完整切断回路的问题，本实施例中，还在电极间导体3下方设置了处于压缩状态下的弹簧5。当达到目标温度时，可熔结合件4受热软化或熔化，其抗拉强度显著降低，此时弹簧5推动电极间导体3向上运动进而使得可熔结合件4完整断裂，有效切断了回路。

在实施过程中，上述的自动保护元件作为一个整体被设置在电路中，其通过主回路电极2A、主回路电极2B接入回路，并感测回路上的电流；当电流超过限值时会自动切断。在其他实施例中，还包括辅助电极2C，其与主回路电极2A、2B共同接入电路进行熔断保护。底座1为用于设置上述各装置的基板，其通常为陶瓷材质或其他绝缘材料；主回路电极2A、主回路电极2B、辅助电极2C和电极间导体3为对某种低电阻率材料，比如金属材料进行加工以获得特定形状的结构，其主要用于使得电流通过。可熔结合件4为某种熔点相对较低的材料，比如合金熔丝等，其在大电流、发热，且达到特定温度时会熔化使得通路断开。通常情况下，可熔结合件4呈薄片状夹持在主回路电极2A和电极间导体3之间、主回路电极2B和和电极间导体3之间，且保持较大的接触面积来维持低的电阻值。根据实施例不同，其也可能呈不同形状的薄片、镀层或其他能够实现相应功能的结构。

在一个实施例中，底座1上还设置有：

辅助电极2C，辅助电极2C连接外部电路；

发热体6，发热体6布设于底座1上且位于主回路电极2A和主回路电极2B的下方；

发热体6连接辅助电极2C，发热体6于外部电路的供电电流驱动下发热，并在供电电流超过电流限值时，将可熔结合件4加热至目标温度。

具体地，为实现较好的分离效果，本实施例中，还在底座1上设置了辅助电极2C和发热体6连接至回路中。其中，辅助电极2C连接外部电路以获取线上的电流，随后，发热体6依照采集到的供电电流发热，并在在供电电流超过电流限值时，将可熔结合件4加热至目标温度，使得可熔结合件4熔化断裂。通过控制发热体6的电流-温升曲线能够较好地调节自动保护元件的电流限值，进而实现了对可熔结合件4的稳定熔化过程；同时，由于发热体6不在主回路，即主回路电极2A-可熔结合件4-电极间导体3-可熔结合件4-主回路电极2B这一线路上，因此降低了其电阻对元件整体的电阻的影响，满足了大电流场景下对低阻值的需求。

在实施过程中，为实现较好的易生产性，如图3所示，主回路电极2A、主回路电极2B和辅助电极2C采用同样的电极结构。具体来说，主回路电极2A、主回路电极2B和辅助电极2C的主体部分200均呈长方体片状物，主体部分200的中间部位开设有元件固定孔201，主回路电极2A、主回路电极2B和辅助电极2C通过元件固定孔201连接外部电路。主体部分200的一侧设置有结合件焊盘200，结合件焊盘200上用于设置可熔结合件4并与电极间导体3焊接固定。

在一个实施例中，如图4和图5所示，发热体6包括：

电极线61，电极线61位于底座上，电极线61连接辅助电极2C；

电阻层62，电阻层62跨接于电极线61上；

绝缘层63，绝缘层63形成于电阻层62上；

内电极64，内电极64分别连接电极线61和电极间导体3。

具体地，为实现较好的熔断效果，本实施例中，通过将发热体6设置成依次叠加的电极线、电阻层和内电极来组成发热回路，实现了在电流超过限值时对可熔结合件4的有效熔断；同时，通过绝缘层覆盖电阻层、再通过内电极引出的方式，避免了片状的电阻层直接接触上方的主回路电极2A、主回路电极2B导致电阻过低不能正常发热的问题。

在一个实施例中，如图4和图5所示，发热体6还包括：底釉层60，底釉层形成于底座1上，电极线形成于底釉层60上，电阻层62形成于底釉层60上并覆盖电极线61；

电极线61包括：

第三端焊盘611，第三端焊盘611形成于底釉层60上，第三端焊盘611与辅助电极2C连接；

内电极线612，内电极线612分别设置于对应于主回路电极2A的第一预定区域和对应于主回路电极2B的第二预定区域上，并分别与第三端焊盘611连接；

外电极线613，外电极线613分别设置于第一预定区域和第二预定区域中，并连接内电极64；

电阻层62包括：

左发热体，左发热体形成于第一预定区域；

右发热体，右发热体形成于第二预定区域。

具体地，为实现较好的加热效果，本实施例中，在底座1上预先印制了底釉层60，并在底釉层60的上方印制了电极线61，包括内电极线612和外电极线613，其中两侧的内电极线612位于第一预定区域和第二预定区域靠近中间的位置，通过第三端焊盘611与辅助电极2C连接固定。同时，第一预定区域和第二预定区域靠近外侧的部分设置了外电极线613，并通过内电极64与电极间导体2相连，电阻层62和绝缘层63在该方向上的长度较短，不会覆盖内电极64；当电阻层62覆盖时，左发热体或右发热体同时跨接在内电极线612和外电极线613上形成回路，并依照输入电流进行发热。

在一个实施例中，如图6所示，电极间导体3于侧视方向上呈几字形片状物，电极间导体3下方形成有容置腔；

当弹簧5压缩时，弹簧5被收纳于容置腔中；

于俯视方向上，电极间导体3的四角分别设置有一对第一焊盘31和一对第二焊盘32；

第一焊盘31分别与主回路电极2A、主回路电极2B连接；

第二焊盘32与底座1固定连接。

具体地，为实现较好的器件整合效果，本实施例中，将电极间导体3设置成了几字形片状物，其通过支脚上的第一焊盘经由可熔结合件4与主回路电极2A、主回路电极2B焊接固定，并通过第二焊盘32连接底座1进行辅助固定，在实现对电极间导体3的稳定固定时，通过第二焊盘32与底座1之间的连接使得第一焊盘31脱焊后电极间导体3仅能够以特定角度被向上抬起，避免了可熔结合件4熔化时，电极间导体3在元件的空腔内晃动导致重新接续回路的风险。

在一个实施例中，如图6和图7所示，于俯视方向上，电极间导体3的中心区域开设有固定通孔33；

自动保护元件还包括上壳体7，上壳体7固定于底座1上并包裹电极间导体3；

上壳体7的内腔对应于固定通孔的位置沿竖直方向设置有导柱71；

导柱71穿过固定通孔33；

当可熔结合件4断裂后，电极间导体3沿导柱移动。

具体地，为实现对电极间导体3较好的约束效果，本实施例中，还在电极间导体3的中心区域开设了固定通孔，该固定通孔与上壳体7中的导柱17相互配合，以使得可熔结合件4断裂后，电极间导体3仅能够沿导柱移动，而不会在水平方向上发生位移，避免了回路接续的风险。

在一个实施例中，固定通孔与主回路电极2A、主回路电极2B连线的垂直方向上设置有预定宽度的狭部，通过调节预定宽度来调整自动保护元件的阻值。

具体地，为进一步增加器件适用范围，本实施例中，通过在固定通孔上制备得到狭部，从而使得该部位的电阻值发生改变；通过调节狭部的预定宽度可以在一定程度上改变自动保护元件的阻值，从而使得自动保护元件适用于需要一定电阻的场合。

进一步地，在该场景中，当电流流过电极间导体3时，在额定电流下的发热量导致的温升在平衡时不足以使可熔结合件4的强度低于规定强度，当发生过电流情况时，狭部的发热量也随之增大，当电流达到规定电流时，器件的发热量导致的温升会使结合件的强度在规定时间内低于规定强度，从而在弹簧5的协助下分离，电路随之分断，以此来实现较好的分离效果。

在一个实施例中，如图7和图8所示，上壳体7的下缘部的四角分别设置有上盖固定柱73；

底座1上对应于上盖固定柱73的区域设置有多个上盖固定孔11；

上盖固定柱73与上盖固定孔11配合以固定上壳体。

具体地，为实现器件较好的固定效果，本实施例中，在主回路电极2A、主回路电极2B和辅助电极2C上分别开设了对应的电极固定孔，该电极固定孔与底座1上沿周向设置的上盖固定孔匹配。上盖固定柱通过依次穿过电极固定孔、上盖固定孔与底座1固定连接，从而实现了上壳体7、主回路电极2A、主回路电极2B和辅助电极2C和底座1之间的稳定连接。

在一个实施例中，如图3、图7和图8所示主回路电极2A、主回路电极2B和辅助电极2C在贴近底座1的第一边的两端分别设置有电极固定耳204；

底座1上预定要安装主回路电极2A、主回路电极2B和辅助电极2C的部位开设有对应的耳状凹槽12；

电极固定耳204和耳状凹槽12配合以约束主回路电极2A、主回路电极2B和辅助电极2C在水平面上的移动。

具体地，为实现较好的固定效果，本实施例中，在主回路电极2A、主回路电极2B和辅助电极2C在贴近底座1的第一边的两端分别设置有电极固定耳，并在底座1上开设了对应的耳状凹槽；当主回路电极2A、主回路电极2B和辅助电极2C安装至底座1时，其沿垂直方向落下，以使得电极固定耳204落入耳状凹槽12中；此时，主回路电极2A、主回路电极2B和辅助电极2C在水平方向上移动时，电极固定耳204部分会被耳状凹槽12抵住不易发生旋转、位移，实现了较好的固定效果。

进一步地，为实现较好的固定效果，本实施例中，还在底座1上开设了长条状的电极安装槽13A、13B和13C，分别用于固定主回路电极2A、主回路电极2B和辅助电极2C；电极安装槽13A、13B和13C内还分别设置了一对主回路电极安装孔14，主回路电极2A、主回路电极2B和辅助电极2C上对应位置设置有主回路电极安装孔203、上盖7的下缘部对应位置设置了辅助电极安装孔72；当需要安装主回路电极2A、主回路电极2B和辅助电极2C时，通过铆钉依次穿入主回路电极安装孔14、主回路电极安装孔203和辅助电极安装孔72实现安装；此外，底座1的中心区域15用于设置发热体6；

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种大电流的自动保护元件，其特征在于，包括：

底座；

一对主回路电极，分别设置于所述底座上，且分别连接外部电路，一对所述主回路电极之间通过电极间导体导通；

可熔结合件，所述可熔结合件分别设置在所述主回路电极上，所述电极间导体分别通过可熔结合件连接每个所述主回路电极；

弹簧，所述弹簧的第一端固定于所述底座上，所述弹簧的第二端与所述电极间导体连接，所述弹簧被所述电极间导体压缩；

当达到目标温度时，所述可熔结合件于所述弹簧的推动下断裂，以使得所述电极间导体和所述主回路电极分离。

2.根据权利要求1所述的自动保护元件，其特征在于，所述底座上还设置有：辅助电极，所述辅助电极连接所述外部电路；

发热体，所述发热体布设于所述底座上且位于所述主回路电极和所述辅助电极的下方；

所述发热体连接所述辅助电极，所述发热体于所述外部电路的供电电流驱动下发热，并在所述供电电流超过电流限值时，将所述可熔结合件加热至所述目标温度。

3.根据权利要求2所述的自动保护元件，其特征在于，所述发热体包括：

电极线，所述电极线位于所述底座上，所述电极线连接所述辅助电极；

电阻层，所述电阻层跨接于所述电极线上；

绝缘层，所述绝缘层形成于所述电阻层上；

内电极，所述内电极分别连接所述电极线和所述电极间导体。

4.根据权利要求3所述的自动保护元件，其特征在于，所述发热体还包括：底釉层，所述底釉层形成于所述底座上，所述电极线形成于所述底釉层上，所述电阻层形成于所述底釉层上并覆盖所述电极线；

所述电极线包括：

第三端焊盘，所述第三端焊盘形成于所述底釉层上，所述第三端焊盘与所述辅助电极连接；

内电极线，所述内电极线分别设置于对应于所述主回路电极的第一预定区域和第二预定区域上，并分别与所述第三端焊盘连接；

外电极线，所述外电极线分别设置于所述第一预定区域和所述第二预定区域中，并连接所述内电极；

所述电阻层包括：

左发热体，所述左发热体形成于所述第一预定区域；

右发热体，所述右发热体形成于所述第二预定区域。

5.根据权利要求1所述的自动保护元件，其特征在于，所述电极间导体于侧视方向上呈几字形片状物，所述电极间导体下方形成有容置腔；

当所述弹簧压缩时，所述弹簧被收纳于所述容置腔中；

于俯视方向上，所述电极间导体的四角分别设置有一对第一焊盘和一对第二焊盘；

所述第一焊盘分别与所述主回路电极连接；

所述第二焊盘与所述底座固定连接。

6.根据权利要求5所述的自动保护元件，其特征在于，于俯视方向上，所述电极间导体的中心区域开设有固定通孔；

所述自动保护元件还包括上壳体，所述上壳体固定于所述底座上并包裹所述电极间导体；

所述上壳体的内腔对应于所述固定通孔的位置沿竖直方向设置有导柱；

所述导柱穿过所述固定通孔；

当所述可熔结合件断裂后，所述电极间导体沿所述导柱移动。

7.根据权利要求6所述的自动保护元件，其特征在于，所述固定通孔与所述主回路电极、所述辅助电极连线的垂直方向上设置有预定宽度的狭部，通过调节所述预定宽度来调整所述自动保护元件的阻值。

8.根据权利要求6所述的自动保护元件，其特征在于，所述上壳体的下缘部的四角分别设置有上盖固定柱；

所述底座上对应于所述上盖固定柱的区域设置有多个上盖固定孔；

所述上盖固定柱与上盖固定孔配合以固定所述上壳体。

9.根据权利要求2所述的自动保护元件，其特征在于，所述主回路电极和所述辅助电极在贴近所述底座的第一边的两端分别设置有电极固定耳；

所述底座上预定要安装所述主回路电极、所述辅助电极的部位开设有对应的耳状凹槽；

所述电极固定耳和所述耳状凹槽配合以约束所述主回路电极、所述辅助电极和所述辅助电极在水平面上的移动。

10.根据权利要求2所述的自动保护元件，其特征在于，所述主回路电极、所述辅助电极上分别开设有元件固定孔，所述主回路电极、所述辅助电极通过所述元件固定孔连接所述外部电路。