一种液态金属可恢复保险丝及其工作方法与流程

本发明涉及保险丝技术领域，特别是涉及一种液态金属可恢复保险丝及其工作方法。

背景技术：

保险丝也被称为电流保险丝，其主要是起过载保护作用。市面在售的保险丝种类繁多，各自都有不同的设计理念，但大多数的保险丝都是一次性的结构，使用过后都需要重新更换，给人们生活造成不便的同时对资源也是一种极大的浪费。

市场上的现有的可恢复保险丝主要是高分子自恢复保险丝，它主要由聚合物树脂基体及掺入其中的导电粒子组成，通过电流带来的温升效应改变基体的晶状结构实现保护作用，通过线路断开后基体冷却重结晶恢复原有的晶状结构实现保险丝的自恢复，是一种正温度系数过流保护元件，同时也可视为一种直热式、阶跃型的热敏电阻。目前，高分子自恢复保险丝主要应用于电子电路板材原件的设计以及小功率电子设备的短路和过载保护，而对于普通家用电路及中/大功率用电器，目前使用的都是熔断型的一次性保险丝，因而发展相匹配的自恢复保险丝具有广泛的市场应用前景。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种液态金属可恢复保险丝及其工作方法，解决现有技术中普通家用电路及中/大功率用电器都使用熔断型的一次性保险丝，熔断后需要重新更换，给人们生活造成不便的同时对资源也是一种极大的浪费的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种液态金属可恢复保险丝，其特征在于，包括：H型壳体和电极，所述H型壳体内设有用于填充液态金属的流道且所述H型壳体内设有压缩电流通路结构，处于所述压缩电流通路结构的所述液态金属的横截面积小于处于所述H型壳体其他部分的所述液态金属的横截面积，所述电极与所述液态金属的两端连接。

其中，所述压缩电流通路结构设于所述H型壳体的中部。

其中，所述压缩电流通路结构为圆孔、方孔或细缝。

其中，所述H型壳体内还充有惰性保护气体。

其中，所述H型壳体的形状为圆柱形或方形。

其中，所述电极的形状为圆柱形或方形。

其中，所述液态金属为低熔点金属或其合金。

其中，所述液态金属为镓、镓铟合金、镓铟锡合金或铋铟锡合金。

其中，所述电极为帽结构电极，所述帽结构电极套设于所述H型壳体的两端。

本发明还公开一种液态金属可恢复保险丝的工作方法，其特征在于，包括：

通电时，流经压缩电流通路结构的电流密度远大于流经H型壳体其他部分的电流密度，液态金属形成不均匀分布的磁场；

当正常情况下，流经液态金属的电流较小，磁场不均匀分布程度较低，液态金属不发生收缩或收缩强度很小；

当短路状态向，流经液态金属的电流较大，磁场不均匀分布程度巨大，驱动处于压缩电流通路结构中的液态金属收缩，直至切断，导致保险丝被切断；

当短路故障排除时，晃动保险丝，使流动的液态金属重新连通。

(三)有益效果

本发明提供的一种液态金属可恢复保险丝及其工作方法，利用液态金属的自收缩效应、优良导电性和流动性，具备可多次重复使用、结构简单、节能环保的突出优势。

附图说明

图1为本发明一种液态金属可恢复保险丝的结构示意图；

图2为本发明一种液态金属可恢复保险丝的原理示意图。

图中，1、电极；2、惰性保护气体；3、H型壳体；4、压缩电流通路结构；5、液态金属；J1为压缩电流通路结构外部液态金属中的电流密度，为流过该部分液态金属的电流产生的磁通密度，J2为压缩电流通路结构内部液态金属中的电流密度，为流过该部分液态金属的电流产生的磁通密度。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1和图2所示，本发明公开一种液态金属可恢复保险丝，其特征在于，包括：H型壳体3和电极1，H型壳体3内设有用于填充液态金属5的流道且H型壳体3内设有压缩电流通路结构4，处于压缩电流通路结构4的液态金属5的横截面积小于处于H型壳体3其他部分的液态金属5的横截面积，电极1与液态金属5的两端连接。

本发明的原理为：当流过的电流大于额定值时，液态金属5在磁场作用下发生收缩，切断流过的电流。

具体的，H型壳体3内设有压缩电流通路结构4。通电时，流经压缩电流通路结构4的液态金属5的电流密度远大于流过H型壳体3其他部分的液态金属5的电流密度，因而两部分液态金属5存在着不稳定的磁场分布。正常情况下，流经液态金属5的电流较小，磁场不均匀分布程度较低，不足以引发液态金属5收缩或收缩很小，因此能够正常输电。当短路故障发生时，由于电流的急剧上升，流经两部分液态金属5的电流密度差距激增，相应地磁场分布的不均匀程度加深并驱动液态金属5收缩，流经压缩电流通路结构4的液态金属5所受到的洛伦兹力元高于其他部分所受到的洛伦兹力，由于液态金属5的流动性，在洛伦兹力的作用，被挤压想外部运动，直至液态金属5被断开，导致电流断开。故障排除后，轻轻晃动保险丝，流动的液态金属5重新连接起来，即可重复使用。如图2所示，在液态金属可恢复保险丝内总成立。本发明的保险丝内部的压缩电流通路结构4可以设置一个也可以设置多个，可以独立使用或相互配合使用，并且根据压缩电流通路结构4的尺寸、形状与使用数量可以得到应用在不同电流等级中的保险丝。本发明的保险丝可应用于电流等级在1-1000A的电路中，其表示为本保险丝最高可保证1000A的正常工作电流，优选的电流等级为2-300A。

本发明提供的保险丝利用液态金属的自收缩效应、优良导电性和流动性，相比较传统的保险丝而言，具备可多次重复使用、结构简单、节能环保的突出优势。

其中，压缩电流通路结构4设于H型壳体3的中部。即当液态金属5充入H型壳体3后，处于中间部分的液态金属5横截面积小于处于两端的液态金属5横截面积，短路时，液态金属5从H型壳体3中间部分被切断。

其中，压缩电流通路结构4为圆孔、方孔、细缝或其他小于H型壳体3其他部分横截面积的结构。具体地，本领域技术人员可以采用多边形孔和异形孔等形状的压缩电流通路结构4。

其中，H型壳体3内还充有惰性保护气体2，具体的，液态金属5不灌满整个H型壳体3，惰性保护气体2冲入H型壳体3的其余空间内。惰性保护气体2为氩气、氮气等，也可以填充空气。

其中，H型壳体3的形状为圆柱形或方形。

其中，电极1的形状为圆柱形或方形。

其中，液态金属5为低熔点金属或其合金。

优选地，液态金属5为镓、镓铟合金、镓铟锡合金或铋铟锡合金。

其中，电极1为帽结构电极，帽结构电极套设于H型壳体3的两端，帽结构电极会伸入H型壳体3内与液态金属5接触，用于将电流导入和导出。

本发明还公开一种液态金属可恢复保险丝的工作方法，其特征在于，包括：

通电时，流经压缩电流通路结构的电流密度远大于流经H型壳体其他部分的电流密度，液态金属形成不均匀分布的磁场；

当正常情况下，流经液态金属的电流较小，磁场不均匀分布程度较低，液态金属不发生收缩或收缩强度很小；

当短路状态向，流经液态金属的电流较大，磁场不均匀分布程度巨大，驱动处于压缩电流通路结构中的液态金属收缩，直至切断，导致保险丝被切断；

当短路故障排除时，晃动保险丝，使流动的液态金属重新连通。具体的，在本保险丝灌入液态金属之前，先将H型壳体内部进行去氧化处理，去氧化溶液可以是碱性或酸性溶液，例如：氢氧化钠溶液或稀盐酸等。

根据以上本发明一种液态金属可恢复保险丝及其工作方法，有以下3个实施例，说明压缩电流通路结构对电流等级的影响。

实施例1：

H型壳体3为圆柱形，压缩电流通路结构4为Φ2mm×2mm的孔(直径为2mm，深为2mm的圆孔)，电极1为帽结构，液态金属5为Ga75In25熔点16℃(熔点为16℃的镓铟合金)，液态金属5的灌注量为刚好淹没Φ2mm的孔。根据实验室实测的结果，该参数条件下的保险丝适用的电流等级在25～30A之间。

实施例2：

压缩电流通路结构4为Φ0.5mm×3mm的孔(直径为0.5mm,深为3mm的圆孔)，液态金属5的灌注量为刚好淹没Φ0.5mm的孔。其余参数及过程同实施例1。根据实验室测试的结果，该参数条件下的保险丝适用的电流等级在1～5A之间。

实施例3：

内部压缩电流通路的结构为3mm×3mm×5mm的方孔(底面为长3mm，宽3mm的正方形，深为5mm的方孔)，液态金属5的灌注量为淹没3mm×3mm×5mm孔之上0.5mm。

其余参数及过程同实施例1。

根据实验室实测的结果，该参数条件下的保险丝适用的电流等级在100～110A之间。

本发明提供的一种液态金属可恢复保险丝及其工作方法，利用液态金属的自收缩效应、优良导电性和流动性，具备可多次重复使用、结构简单、节能环保的突出优势。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。