TW201812823A - 無電弧熔絲及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種電弧減輕熔絲，包含：管狀熔絲主體；覆蓋所述熔絲主體的第一末端的第一端蓋以及覆蓋所述熔絲主體的第二末端的第二端蓋；可熔性元件，安置於所述熔絲主體內且在所述第一端蓋與所述第二端蓋之間延伸以提供所述第一端蓋與所述第二端蓋之間的導電路徑；以及電弧減輕元件，安置於所述熔絲主體內且經固持為在所述第一端蓋與所述第二端蓋之間處於壓縮狀態中，所述電弧減輕元件用以在所述可熔性元件分離後即延伸至未壓縮狀態。

Description

無電弧熔絲

本揭露內容大體上是關於電路保護裝置（circuit protection device）的領域，且更特定言之是關於一種無電弧熔絲。

熔絲通常用作電路保護裝置且通常安裝於電源與電路中待受保護的組件之間。通常被稱作「管形熔絲（cartridge fuse）」或「管熔絲（tube fuse）」的一種類型的熔絲包含安置於中空的電絕緣熔絲主體內的可熔性元件（fusible element）。在出現諸如過電流條件（overcurrent condition）的指定疵點條件後，可熔性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。

當熔絲的可熔性元件在過電流條件期間熔融時，有時電弧有可能在可熔性元件的分離部分之間傳播。若未被滅火，則此電弧可允許相當大的後繼電流流動至受保護組件，從而導致組件損害，不論可熔性元件的實體開口如何。因此，需要提供有效地防止或減輕在過電流條件期間形成電弧的熔絲。

相對於這些以及其他考慮因素，本發明改良可為有用的。

提供此[發明內容]以按簡化形式引入下文在[實施方式]中進一步描述的一些概念。此[發明內容]既不欲識別所主張主題的關鍵特徵或基本特徵，亦不欲在判定所主張主題的範疇時作為輔助。

一種根據本揭露內容的電弧減輕熔絲的例示性實施例可包含：管狀熔絲主體（tubular fuse body）；覆蓋所述熔絲主體的第一末端的第一端蓋以及覆蓋所述熔絲主體的第二末端的第二端蓋；可熔性元件，安置於所述熔絲主體內且在所述第一端蓋與所述第二端蓋之間延伸以提供所述第一端蓋與所述第二端蓋之間的導電路徑；以及電弧減輕元件（arc-mitigating element），安置於所述熔絲主體內且經固持為在所述第一端蓋與所述第二端蓋之間處於壓縮狀態中，所述電弧減輕元件用以在所述可熔性元件分離後即延伸至未壓縮狀態。

一種根據本揭露內容的用於製造電弧減輕熔絲的方法的例示性實施例可包含：將可熔性元件附接至第一端蓋；將電弧減輕元件緊固至所述第一端蓋；將管狀熔絲主體置放於所述可熔性元件以及所述電弧減輕元件上方，其中所述第一端蓋覆蓋所述熔絲主體的第一末端；將第二端蓋置放於所述熔絲主體的第二末端上方且與所述電弧減輕元件嚙合，所述可熔性元件延伸通過所述第二端蓋中的孔；強制所述第一端蓋以及所述第二端蓋朝向彼此以壓縮所述電弧減輕元件；以及將所述可熔性元件緊固至所述第二末端罩蓋以將所述電弧減輕元件固持處於壓縮狀態中。

現在將參考附圖更全面描述根據本揭露內容的無電弧熔絲以及其製造方法的實施例，在圖式中呈現本揭露內容的較佳實施例。然而，本揭露內容的無電弧熔絲以及隨附方法可以許多不同形式體現，且不應被認為限於本文中所闡述的實施例。實情為，提供這些實施例使得本揭露內容將透徹且完整，且將向熟習此項技術者充分傳達無電弧熔絲以及隨附方法的範疇。在圖式中，除非另外指出，否則全篇類似數字是指類似元件。

參看圖1至圖2b，展示根據本揭露內容的例示性實施例的無電弧熔絲10（下文中為「熔絲10」）的各別等角視圖以及橫截面圖。熔絲10可包含管狀熔絲主體12，管狀熔絲主體具有對置開口端14、16。熔絲主體12可為如圖1中所展示的圓形圓柱，但此並不重要。熔絲10的替代實施例可具有為正方形圓柱、卵形圓柱、三角形圓柱等的熔絲主體。

參看圖2a，一對導電端蓋18、20可分別套在熔絲主體12的末端14、16上。可熔性元件24（例如，熔絲導線）可延伸通過熔絲主體12的中空內部25以及通過分別形成於端蓋18、20中的通孔26、28。可熔性元件24的末端可諸如由一定量的焊料30、32緊固至端蓋18、20以與其進行電連通，所述焊料被施加至可熔性元件24的末端以及施加至端蓋18、20的外部面34、36。替代地或另外，可熔性元件24的末端中的一者或兩者可焊接至端蓋18、20的內部表面。

熔絲10的熔絲主體12可由電絕緣且較佳耐熱的材料形成，包含但不限於陶瓷或玻璃。端蓋18、20可由導電材料形成，包含但不限於銅或其合金中的一者，且可用鎳或其他導電抗蝕塗層電鍍。可熔性元件24可由導電材料形成，包含但不限於錫或銅，且可經組態以在出現預定疵點條件後即熔融且分離，預定疵點條件諸如過電流條件，其中超過預定義最大電流的電流量流動通過可熔性元件24。

熔絲10可更包含電弧減輕元件38，其安置於熔絲主體12內且在端蓋18、20之間延伸。電弧減輕元件38可由量子穿隧化合物（quantum tunneling compound; QTC）形成。如在本領域具有通常知識者將熟悉，量子穿隧化合物通常為負載有具導電材料的粒子的彈性橡膠化合物，導電材料可包含但不限於銀以及鎳。當量子穿隧化合物處於天然的未壓縮狀態中時，量子穿隧化合物內的導電粒子彼此相隔相對較遠且量子穿隧化合物的電阻相對較高。然而,當量子穿隧化合物被壓縮時，量子穿隧化合物內的導電粒子移動成彼此相對較接近，且因此量子穿隧化合物的電阻與在未壓縮狀態中相比相對較低。電弧減輕元件38可為徑向環繞可熔性元件24的一般管狀主體，如圖2a以及圖2b中所展示，但此並不重要。應預期，電弧減輕元件38可具有用以在端蓋18、20之間延伸且可在端蓋18、20之間軸向地壓縮及擴展的各種其他外觀尺寸，如下文進一步描述。

電弧減輕元件38可諸如由導電環氧樹脂、焊料、機械緊固件等緊固至端蓋18、20以與其進行電連通。然而，端蓋18、20中的至少一者並未緊固至熔絲主體12。因此，端蓋18、20中的至少一者相對於熔絲主體12自由軸向地移動，如下文更詳細地描述。

在組裝熔絲10中，電弧減輕元件38可由可熔性元件24固持為在端蓋18、20之間軸向壓縮，如圖2a中所展示。亦即，在未壓縮狀態中軸向地長於熔絲主體12的電弧減輕元件38可被軸向壓縮，且可由可熔性元件24以及所附接端蓋18、20固持處於壓縮狀態中。在壓縮狀態中，電弧減輕元件38可展現第一電阻R₁ 且可提供與由可熔性元件24提供的導電路徑並行的在端蓋18、20之間的導電路徑。在一個非限制性實例中，第一電阻R₁ 可在約1歐姆與約20歐姆之間的範圍內。因此，在熔絲10的正常操作期間，電流可在端蓋18、20之間流動通過可熔性元件24及及電弧減輕元件38兩者。流動通過電弧減輕元件38的電流的量將取決於眾多因素，包含電弧減輕元件38在其壓縮狀態中相對於可熔性元件24的阻力的阻力R₁ 。

在熔絲10中出現過電流條件後，可熔性元件24即可熔融且分離，如圖2b中所展示。由於端蓋18、20不再由可熔性元件24連接，故電弧減輕元件38不再經固持為在端蓋18、20之間軸向壓縮且被允許擴展至其未壓縮長度，藉此推動端蓋18、20彼此遠離，如由箭頭39所指示。由於端蓋18、20經緊固至電弧減輕元件38且由於端蓋18、20中的至少一者並未緊固至熔絲主體12（如以上所描述），故端蓋18、20中的至少一者相對於熔絲主體12自由地移動，而剩餘的端蓋與電弧減輕元件38電接觸。隨著電弧減輕元件38自圖2a中所展示的壓縮狀態消耗至圖2b中所展示的未壓縮狀態，電弧減輕元件38的電阻可自第一電阻R₁ 迅速增大至第二電阻R₂ 。第二電阻R₂ 可足以完全地遏止端蓋18、20之間的電流流動，或可允許某標稱量的電流在端蓋18、20之間流動。在一個非限制性實例中，第二電阻R₂ 可在約1百萬歐姆與約100百萬歐姆之間的範圍內。

由於隨著電弧減輕元件38自其壓縮狀態擴展至其未壓縮狀態且隨著其電阻自R₁ 增大至R₂ 而允許標稱量的電流流動通過所述電弧減輕元件，故可熔性元件24的分離的末端40、42之間的電壓積聚得以最小化或被消除，且藉此減輕了在分離的末端40、42之間形成電弧的可能性。在可熔性元件24分離之後流動通過電弧減輕元件38的標稱電流實質上作為熱耗散。因此，電弧減輕元件38的擴展的總效應為：減輕了熔絲10內的電弧且防止了可以其他方式損害連接至熔絲10的受保護裝置的相當大的後繼電流。

參看圖3，展示說明根據本揭露內容的用於製造熔絲10的例示性方法的流程圖。現在將結合圖1至圖2b中所展示的熔絲10的說明來描述方法。

在例示性方法的步驟100處，可諸如藉由一定量的焊料32或其他導電貼附手段（例如焊接、導電黏接劑等）將可熔性元件24緊固至端蓋20以與其進行電連通。在一個非限制性實例中，可將可熔性元件24的末端延伸通過端蓋20中的通孔28且可焊接至端蓋20的外部面36，如圖2a中所展示。替代地或另外，可將可熔性元件24的末端焊接至端蓋20的內部表面。

在例示性方法的步驟110處，可諸如藉由焊料、導電黏接劑等將電弧減輕元件38緊固至端蓋20以與其進行電連通。在圖2a中所展示的熔絲10的實施例中，其中電弧減輕元件38為管狀的，此可涉及將電弧減輕元件38置放於可熔性元件24上方，其中可熔性元件24軸向地延伸通過電弧減輕元件38。

在例示性方法的步驟120處，可將熔絲主體12置放於電弧減輕元件38以及可熔性元件24上方，其中熔絲主體12的開口端16安置成鄰近於端蓋20，且其中電弧減輕元件38以及可熔性元件24軸向地延伸通過熔絲主體12。在步驟130處，可將端蓋18置放於熔絲主體12的開口端14上方，且可諸如藉由焊料、導電黏接劑等將端蓋18緊固至電弧減輕元件38以與其進行電連通，其中可熔性元件24的末端延伸通過端蓋18中的通孔26。

在例示性方法的步驟140處，可諸如藉由將軸向力施加於端蓋18、20上使其朝向彼此來軸向地壓縮電弧減輕元件38，其中剛性熔絲主體12充當限制器或硬擋板。雖然將電弧減輕元件38固持為呈軸向壓縮形式，但在方法的步驟150處，可諸如藉由一定量的焊料30或其他導電貼附手段（例如焊接、導電黏接劑等）將可熔性元件24的末端緊固至端蓋18以與所述端蓋進行電連通。在一個非限制性實例中，可將焊料30施加至端蓋18的外部面34，如圖2a中所展示。在可熔性元件24緊固至端蓋18、20兩者的情況下，可在方法的步驟160中釋放在步驟140中施加至端蓋18、20以壓縮電弧減輕元件38的軸向力。可熔性元件24將把端蓋18、20固持成相對於彼此相隔固定距離，在所述距離下，端蓋18、20繼續將電弧減輕元件38固持成呈軸向壓縮形式。

如本文中所使用，應將以單數形式敍述且用詞「一（a/an）」繼續進行的元件或步驟理解為不排除多個元件或步驟，除非此排除被明確地敍述。此外，並不意欲將對本揭露內容的「一項實施例」的參考解譯為排除亦併有所敍述特徵的額外實施例的存在。

雖然本揭露內容參考某些實施例，但對所描述實施例的眾多修改、更改以及改變在不脫離本揭露內容的如隨附申請專利範圍中所定義的領域及範疇的情況下是可能的。因此，本揭露內容意欲不限於所描述實施例，而是具有由以下申請專利範圍及其等效者的語言定義的完整範疇。

10‧‧‧無電弧熔絲
12‧‧‧管狀熔絲主體
14、16‧‧‧開口端/末端
18、20‧‧‧端蓋
24‧‧‧可熔性元件
25‧‧‧中空內部
26、28‧‧‧通孔
30、32‧‧‧焊料
34、36‧‧‧外部面
38‧‧‧電弧減輕元件
39‧‧‧箭頭
40、42‧‧‧末端
100、110、120、130、140、150、160‧‧‧步驟

圖1為說明根據本揭露內容的例示性電弧減輕熔絲的等角視圖。

圖2a為沿著圖1中的平面A - A 截取的橫截面圖，其說明當熔絲的電弧減輕元件在壓縮狀態中時電弧減輕熔絲的內部部分。

圖2b為沿著圖1中的平面A - A 截取的橫截面圖，其說明當熔絲的電弧減輕元件在未壓縮狀態中時熔絲的內部部分。

圖3為說明根據本揭露內容的製造圖1至圖2b中所展示的電弧減輕熔絲的例示性方法的流程圖。

Claims (20)

1. 一種電弧減輕熔絲，包括： 管狀熔絲主體； 覆蓋所述熔絲主體的第一末端的第一端蓋以及覆蓋所述熔絲主體的第二末端的第二端蓋； 可熔性元件，安置於所述熔絲主體內且在所述第一端蓋與所述第二端蓋之間延伸以提供所述第一端蓋與所述第二端蓋之間的導電路徑；以及 電弧減輕元件，安置於所述熔絲主體內且經固持為在所述第一端蓋與所述第二端蓋之間處於壓縮狀態中，所述電弧減輕元件用以在所述可熔性元件分離後即延伸至未壓縮狀態。
2. 如申請專利範圍第1項所述的電弧減輕熔絲，其中所述電弧減輕元件在所述壓縮狀態中展現第一電阻且在所述未壓縮狀態中展現第二電阻，所述第二電阻大於所述第一電阻。
3. 如申請專利範圍第2項所述的電弧減輕熔絲，其中所述第一電阻在1歐姆與20歐姆之間的範圍內，且所述第二電阻在1百萬歐姆與100百萬歐姆之間的範圍內。
4. 如申請專利範圍第1項所述的電弧減輕熔絲，其中所述電弧減輕元件是由量子穿隧化合物形成。
5. 如申請專利範圍第1項所述的電弧減輕熔絲，其中所述電弧減輕元件為未壓縮長度大於所述可熔性元件的長度的管狀構件。
6. 如申請專利範圍第1項所述的電弧減輕熔絲，其中所述電弧減輕元件使所述第一端蓋與所述第二端蓋偏置成彼此遠離以將所述可熔性元件固持處於拉伸狀態。
7. 如申請專利範圍第1項所述的電弧減輕熔絲，其中所述第一端蓋與所述第二端蓋中的一者固定至所述熔絲主體。
8. 如申請專利範圍第1項所述的電弧減輕熔絲，其中所述第一端蓋與所述第二端蓋中的一者固定至所述電弧減輕元件以與其進行電連通。
9. 如申請專利範圍第1項所述的電弧減輕熔絲，其中所述第一端蓋以及所述第二端蓋固定至所述電弧減輕元件以與其進行電連通。
10. 如申請專利範圍第1項所述的電弧減輕熔絲，其中所述可熔性元件剛性地緊固至所述第一端蓋以及緊固至所述第二端蓋以將所述電弧減輕元件保留處於所述壓縮狀態中。
11. 一種製造電弧減輕熔絲的方法，所述方法包括： 將可熔性元件附接至第一端蓋； 將電弧減輕元件緊固至所述第一端蓋； 將管狀熔絲主體置放於所述可熔性元件以及所述電弧減輕元件上方，其中所述第一端蓋覆蓋所述熔絲主體的第一末端； 將第二端蓋置放於所述熔絲主體的第二末端上方且與所述電弧減輕元件嚙合，所述可熔性元件延伸通過所述第二端蓋中的孔； 強制所述第一端蓋以及所述第二端蓋朝向彼此以壓縮所述電弧減輕元件；以及 將所述可熔性元件緊固至所述第二末端罩蓋以將所述電弧減輕元件固持處於壓縮狀態中。
12. 如申請專利範圍第11項所述的製造電弧減輕熔絲的方法，其中將所述可熔性元件附接至所述第一端蓋包括將所述可熔性元件延伸通過所述第一端蓋中的孔，且將所述可熔性元件緊固至所述第一端蓋的外部表面。
13. 如申請專利範圍第11項所述的製造電弧減輕熔絲的方法，其中將所述可熔性元件附接至所述第一端蓋包括將所述可熔性元件緊固至所述第一端蓋的內部表面。
14. 如申請專利範圍第11項所述的製造電弧減輕熔絲的方法，其中所述電弧減輕元件為管狀的，且其中將所述電弧減輕元件緊固至所述第一端蓋包括將所述電弧減輕元件置放於所述可熔性元件上方，其中所述可熔性元件延伸通過所述電弧減輕元件。
15. 如申請專利範圍第11項所述的製造電弧減輕熔絲的方法，其中所述電弧減輕元件用以在所述可熔性元件分離後即延伸至未壓縮狀態。
16. 如申請專利範圍第15項所述的製造電弧減輕熔絲的方法，其中所述電弧減輕元件在所述壓縮狀態中展現第一電阻且在所述未壓縮狀態中展現第二電阻，所述第二電阻大於所述第一電阻。
17. 如申請專利範圍第16項所述的製造電弧減輕熔絲的方法，其中所述第一電阻在1歐姆與20歐姆之間的範圍內，且所述第二電阻在1百萬歐姆與100百萬歐姆之間的範圍內。
18. 如申請專利範圍第11項所述的製造電弧減輕熔絲的方法，其中所述電弧減輕元件是由量子穿隧化合物形成。
19. 如申請專利範圍第11項所述的製造電弧減輕熔絲的方法，其中所述電弧減輕元件使所述第一端蓋與所述第二端蓋偏置成彼此遠離以將所述可熔性元件固持處於拉伸狀態。
20. 如申請專利範圍第11項所述的製造電弧減輕熔絲的方法，其中所述電弧減輕元件具有大於所述可熔性元件的長度的未壓縮長度。