电路保护装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种抑制一电路内电压突波的电压抑制装置，其具有一电压敏感组件，该组件包含一管状套管内的多个管状分部。
【专利说明】电路保护装置
【技术领域】
[0001]本发明总的涉及电路保护装置，更具体地说，涉及一种元件，其抑制瞬时电流/电压突波。
【背景技术】
[0002]许多现今的高敏感电子元件，如被使用在商用与住宅应用的计算机与计算机相关的设备，其含有电压突波抑制元件(TVSS)。这些元件保护敏感及/或昂贵的电子电路与元件，使其免于过量电压故障状况所造成的损害。这种瞬时电压突波抑制系统通常是针对在正常使用中可预期的温和故障而设计。在这方面，这些系统旨在抑制相对较小的故障情况，而非防止重大的过量电压情况。重大的过量电压情况的例子包括那些失去该系统的中性或接地端子，或由雷击造成的重复电流脉冲所造成的情况。这些重大的过量电压情况对敏感的电子电路和元件将有灾难性的影响。为了防止这样的故障情况下到达并损坏电子电路、元件及设备，已知可以利用较大的电压突波抑制装置。这些设备通常被部署在建筑物的引入电力服务电源线或在建筑物内的电力配电网中，以控制发生在进入建筑物，或到建筑物的特定楼层的电力线上的突波。这样的电压突波抑制元件通常包括多个金属氧化物压敏电阻(MOV)，其并联在一服务电源线和一接地线或一中性线之间，或在一中性线和一接地线之间。
[0003]MOV是非线性的电子元件，其由含有氧化锌颗粒和复合非晶系的内粒状物质的类陶瓷材料所制成。在宽的电流范围，电压维持在一个窄带通常称为压敏电阻电压。在以伏特为单位的瞬时电压与以安培为单位的瞬时电流的对数-对数(1g-1og)图中，产生一个接近水平的线。正是这种独特的电流-电压特性，使得MOV是用于保护电压敏感电路，防止电力突波、过量电压、故障或短路的理想元件。
[0004]当暴露于电压超过其电压值，MOV成为高导电性的元件，其可吸收并耗散相关于过量电压的能量，并同时限制电流倾到至中性线或接地平面。如果没有中断过量压情况，MOV将继续过热并且最终将导致灾难性的故障，即破裂或爆炸。这种灾难性的失败可能会破坏在MOV附近的敏感的电子设备与元件。在配电系统中的电气设备或元件的破坏可能会长时间地中断建筑物或楼层的，直至该元件被更换或修理。此外，在突波抑制系统中MOV的故障可使其故障情况到达敏感电子设备系统所设计保护的条件。
[0005]在Martenson等人所申请，专利号为6，040，971的美国专利，题目为电路保护装置(CIRCUIT PROTECT1N DEVICE)中，公开了一种电压抑制装置，其用于保护在一突波抑制系统中的金属氧化物压敏电阻阵列。该元件可被操作卸下以脱机一整个MOV阵列，当遇到一电压突波达到某一位准时，阵列中一个或多个MOV可能会有灾难性故障的事件时。在公开的元件和系统中，设计一个触发M0V，其比任何阵列中的任一 MOV有较低的标称电压。因此，整个阵将列卸下而脱机，当遇到一突波情怳超出时该触发MOV的电压额定值的事件时。但是在某些情况下，希望可以保持MOV阵列的有效性，且仅卸下以脱机那些感测到一电压突波且超过其电压额定值的特定MOV。
[0006]在Mosesian等人所申请，专利号为6，256，183的美国专利中，公开一电路保护装置，当该元件内的一MOV感应一电压突波超过该MOV的标称电压时,该元件做卸下脱机的动作。上述的两个电路保护装置被设计连接在一个电力服务线与一接地线或中性线之间，或在一中性线与一接地线之间。
[0007]本发明提供了一种电路保护装置与一结合在一管状套管内的瞬时电压突波抑制系统，其用以保护一电力系统，使其免于由于过度的过量电压情况，或沿着电力线路的重复性故障情况所造成的灾难性故障。
【发明内容】
[0008]根据本发明的一个优选实施例中，提供了一种一次性的电压抑制装置，用以抑制一电路上的电压突波。该元件包含一管状套管，其是由一电性绝缘物质所形成。一第一导电元件，其附装于该套管的一第一终端。一第二导电元件，其附装于该套管的一第二终端。一管状电压敏感组件，其置于该套管内。该电压敏感组件包含二或更多的管状区段。该电压敏感组件具有一第一表面与一第二表面以及横跨该第一与第二表面的一预定电压额定值。当施于该第一与第二表面的电压超过该电压额定值时，该电压敏感组件的温度升高。一第一端子，其电性连接于该电压敏感组件的该第一表面与该第一导电元件。一热敏元件，其电性连接于该电压敏感组件的该第二表面，该热敏元件在室温下是一导电的固体，且有一预定软化温度。一第二端子，其电性连接于该第二导电元件。该第二端子具有一接触部与该电压敏感组件的该第二表面电性连接。该电压敏感组件感测该第一导电元件与该第二导电元件之间的电压降。该第二端子借助该热敏元件维持与该电压敏感组件电性接触，且被偏移离开该电性接触，其中该第二端子移开与该电压敏感组件电性接触的状态且切断电流路径，若该电压敏感组件感测到一过量电压超过该电压敏感组件的该电压额定值且促使该电压敏感组件对该热敏元件加热，使其超过该热敏元件的软化点。一电弧屏蔽，其可从一第一位置移动至一第二位置，其中在该第一位置，该电弧屏蔽允许该第二端子的该接触部与该电压敏感组件电接触，其中在该第二位置，该电弧屏蔽被设置在该第二端子的该接触部与该电压敏感组件之间，当该第二端子离开与该电压敏感组件的电接触状态时。
[0009]另一方面，本发明提供了一种电压抑制元件，用以抑制一电路上的电压突波。该元件包含:一管状套管，其是由一电性绝缘物质所形成。一第一导电元件，其附于该套管的一第一终端。一第二导电元件，其附于该套管的一第二终端。提供二或更多的管状区段。每一该管状区段包含具有一预定电压额定值的一电压敏感元件。当施于该电压敏感元件的电压超过该电压额定值时，该电压敏感元件的温度升高。多个端子电性连接位于该第一导电元件与该第二导电元件之间的所述管状区段。一通常为闭合状态的热敏开关，该热敏开关包含所述端子的一端子的一终端，所述管状区段的一表面及一热敏元件。所述端子的该一端子的该终端借助该热敏元件维持与所述管状区段的该表面电性接触。该热敏开关在所述导电元件的一与所述管状区段之间，与所述管状区段电性串接。该热敏开关被热耦合至所述管状区段，其中当所述管状区段的温度到达使该热敏元件软化的一位准时，所述端子的该一端子从一通常闭合的位置移动到一断开位置，其中在该通常闭合的位置，所述端子的该一端子维持与所述管状区段的该表面电性接触，其中在该断开位置，所述端子的该一端子与所述管状区段的该表面电性断开，形成位于等端子的该端子与所述管状区段间的一间隙。所述端子的该一端子包含一接触部与一第二部，该第二部往远离该接触部方向延伸。一非导电阻障物，其可操作地移动到该间隙，当所述端子的该一端子移动到一断开位置时。该阻障物防止线电压突波，以免在所述端子的该一端子与所述管状区段间产生电弧效应。所述端子的该端子的该第二部延伸跨越该非导电阻障物的至少一部分，且朝向该热敏元件弯曲，如此该接触部被该热敏元件握持，直到该热敏元件开始软化。该非导电阻障物被加压偏移朝向该热敏元件，但借助与所述端子的该一端子的该第二部在一位置接触，该非导电阻障物被限制避免朝向该热敏元件移动，直到该热敏元件开始软化，其中该位置与该接触部间隔开。
[0010]另一方面，本发明提供了一种电压抑制元件，用以抑制一电路上的电压突波。该元件包含一管状套管，其是由一电性绝缘物质所形成。一第一导电元件，其附装于该套管的一第一终端。一第二导电元件，其附装于该套管的一第二终端。一管状电压敏感组件，其配置于该套管内。该电压敏感组件包含二或更多的管状区段。该电压敏感组件具有一第一表面与一第二表面以及横跨该第一与第二表面的一预定电压额定值。当施于该第一与第二表面的电压超过该电压额定值时，该电压敏感组件的温度升高。一第一端子，其电性连接于该电压敏感组件的该第一表面与该第一导电元件。一热敏元件，其电性连接于该电压敏感组件的该第二表面。该热敏元件在室温下是一导电的固体，且有一预定软化温度。一第二端子，其以一弹性金属形成，该第二端子具有一终端与该电压敏感组件的该第二表面电性连接，以及具有一另一终端电性连接于该第二导电元件。该电压敏感组件感测该第一导电元件与该第二导电元件之间的一电压降。该第二端子由一正常且松弛的结构被弯曲且借助该热敏元件维持与该电压敏感组件电性接触。该第二端子本质上上被加压偏移远离该电压敏感组件，以形成该正常且松弛的结构，其中该第二端子自与该电压敏感组电性接触的状态弹开且切断电流路径，若该电压敏感组件感测到一过量电压超过该电压敏感组件的该电压额定值且促使该电压敏感组件对该热敏元件加热，使其超过该热敏元件的软化点。一电弧屏蔽，其可从一第一位置移动至一第二位置，其中在该第一位置，该电弧屏蔽允许该第二端子与该电压敏感组件电接触，其中在第二位置，该电弧屏蔽被设置在该第二端子与该电压敏感组件之间，当该第二端子离开与该电压敏感组件的电接触状态时。该第二端子且有一接触部用以形成与该热敏元件及一第二部电性连接，该第二部延伸穿过该电弧屏蔽的路径且阻挡该电弧屏蔽的移动，直到该热敏元件到达其软化点。
[0011]本发明的优点是提供一种电路保护装置，以保护电压敏感电路元件和系统，使之免于电流和电压的突波。
[0012]本发明的另一个优点是提供如上所述的电路保护装置，以防止一电路中瞬时电压突波抑制(TVSS)系统的灾难性故障，该故障发生于重复性电路故障或过量比例过大的单一故障。
[0013]本发明的另一个优点是提供如上所述的电路保护装置，其包含一电流抑制元件与一电压抑制兀件。
[0014]本发明的另一个优点是提供如上所述的电路保护装置，以保护具有金属氧化物压敏电阻(MOV)的一瞬时电压突波抑制系统。
[0015]本发明的另一个优点是提供如上所述的电路保护装置，其包括一金属氧化物变阻器作为一电路开断装置。
[0016]本发明的另一个优点是提供如上所述的电路保护装置，其是模块化设计且易于在一电路线中更换。
[0017]这些和其它的优点将由于以下优选实施例与其附图的描述而显而易见。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]本发明将在某些部件及部件的布置采取实物形式，其中一个优选实施例会在本说明书及数个附图中详细描述与说明，所述附图构成本文的一部分，且其中:
[0019]图1是一呈管状、有电路保护装置部分插入其中的熔丝座的局部剖开侧视图；
[0020]图2是依据本发明一优选实施例中一电路保护装置的透视图，其显示出安装在一个DIN导轨熔丝座的电路保护装置；
[0021]图3是图2中该电路保护装置的剖视图，其显示该装置在一正常操作情况下；
[0022]图4是图2所示的电路保护装置的剖视图，其显示该装置被一故障情况所致动；
[0023]图5是图2所示的电路保护装置的分解透视图；
[0024]图6是图3所示沿着线5-5所取的剖视图；
[0025]图7是根据本发明的另一实施例，两件式金属氧化物压敏电阻元件的立体视图；
[0026]图8是具有一“跳闸回路”指针的电路保护装置的横截面图，其说明本发明另一实施例；
[0027]图9是图8所示的电路保护装置的剖视图，显示该装置处于一“跳闸回路”状态；
[0028]图10是一包含多个管状区段的一电压敏感组件的分解透视图，其用在依据本发明的一电路保护装置；
[0029]图11是图10所示的电压敏感组件的另一实施例的分解透视图；
[0030]图12是图10所示的电压敏感组件的另一实施例的分解透视图；
[0031]图13是图10所示的电压敏感组件的另一实施例的分解透视图；及
[0032]图14是在一电路保护装置使用的电压敏感组件的另一实施例的分解透视图。
【具体实施方式】
[0033]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
[0034]现在参看各附图，其展示的目的是只为了说明本发明的一个实施例，而非限定本发明。根据本发明的一优选实施例，图1示出在一传统熔丝座12内的一个电路保护装置10。熔丝座12，其本身即形成本发明的一部分，但仍将简要描述以说明一个电路保护装置10的优选使用方式。
[0035]熔丝座12包含一塑模聚合物壳体14，其具有脚部14A、14B沿其下表面上形成。腿部14a、14b被设计成允许壳体14以弹簧锁的方式被连接至一安装导轨(未示出)，其中隔开的引脚(未示出)，其形成一电路的一部分且与隔开成对的接触片24电性接触。接收器16借助一梢钉17以枢转式安装到壳体14上。依据本发明，接收器16包括一细长槽1621，其尺寸设计为可容纳一圆柱形熔丝(未示出)或一电路保护装置10。
[0036]接收器16可枢转地移动到壳体14，并且可在一打开位置和一个关闭位置之间移动，如图1所示，其中一熔丝或电路保护装置10的端部与接触片24电性接触，进一步阅读本说明书可以更加了解。
[0037]如图2所示，电路保护装置10被安装到一传统的DIN导轨熔丝座20，其具有一基座22与隔开成对的接触片24。
[0038]电路保护装置10通常包括一管状、绝缘套管32，其界定内孔或空腔34。内孔或空腔34轴向延伸穿过套管32。在所示的实施例中，套管32具有圆筒形状，且界定一个圆筒形的内空腔34。套管32具有一预定的壁厚。在所示的实施例中，圆筒形管状套管32界定一圆柱形的外表面36。套管32的末端界定两个具有较小厚度的壁区38。环形凹槽或沟槽42被切割形成在壳体32的外表面36，如图5所示。这些环凹槽或沟槽42与较小厚度的壁区38间隔开。
[0039]在该套管内设置一个电压敏感元件(MOV) 52，其具有一个面向外的第一面52a，与一个面向内的第二面52b。在所示的实施例中，电压敏感元件(M0V)52的形状为管状，其中电压敏感元件(MOV) 52的圆柱形外表面界定为第一表面52a以及电压敏感元件(MOV) 52的圆柱形的内表面界定为第二面52b。电压敏感元件(MOV) 52的尺寸被设计为可安装在套管32内。电压敏感元件(MOV) 52的轴向长度比套管32的轴向长度略少，将于在下面更详细地说明。
[0040]按照本发明的电压敏感元件(MOV) 52，如其名称所暗示的，是对电压敏感的，并且可操作升温，当施加跨于装置上的电压超过预定电压时。按照本发明，电压敏感元件(MOV) 52优选地包含一金属氧化物压敏电阻(MOV)。
[0041]金属氧化物压敏电阻(MOV)主要包含被烧结在一起的氧化锌颗粒。在所示的实施例中，氧化锌的颗粒被烧结在一起，以形成一圆柱形管。固体的氧化锌是一种高导电材料。然而，在一个MOV里，微小的空隙或晶界存在于烧结的氧化锌颗粒之间，而且在低电压时这些空隙和晶界阻碍电流的流动。在较高电压时，那些在氧化锌颗粒之间的空隙和晶界不够宽到足以阻止电流流动，从而MOV成为高导电元件。然而这样的传导，在MOV内产生成的显著热能。MOV系列通常被分类并确定了一个“标称电压”。一个MOV的标称电压，通常被标识为VN(DC)，在此电压上，元件从一 “关闭状态”(即一般上MOV是不导电的状态)，进入其运作的导电模式。重要的是，这个电压是电流为I毫安(mA)时所界定的点，且已指定最小和最大电压准位，以下分别简称为VMIN和VMAX。经由举例的方式，但非限制于所举之例，一具有200伏(V)标称电压(VN(DC))的金属氧化物压敏电阻(MOV)，实际上从一般非导通到导通状态的电压可能会在184伏的最小电压(VMIN)，和228伏的最大电压(VMAX)之间变化。一个具有额定标称电压(VN(DC))的MOV有这样的操作电压范围是元件自然特性的结果。在这方面，一个MOV的实际电压值基本上取决于MOV的厚度，以及配置在两电极表面之间的氧化锌颗粒的数量和大小。到目前为止，由于金属氧化物压敏电阻(MOV)的结构和组成，制造相同的元件使其具有相同的操作特性是根本不可能的。
[0042]因此，尽管电路保护装置10的一电压敏感元件(MOV) 52在ImA具有额定的“标称电压” VN(DC)，实际上对上述的标称额定电压值，该MOV或每个其他的MOV从非导通状态变化为导通状态的电压会是在VMIN和VMAX之间变化。在本发明的内容中，所选择MOV的最小电压VMIN是很重要的，这将在下面更详细地讨论。
[0043]第二导电衬套筒72被设置成与电压敏感元件(MOV) 52的第二表面52b的电接触。在所示的实施例中，第二导电衬套筒里72的形状为管状，且其尺寸被定位成邻近并接触电压敏感元件(MOV) 52的所述面向内的第二表面52b。第二导电衬套筒里72的尺寸被设成使得至少一部分的第二导电衬套筒72沿电压敏感元件(MOV) 52的中心部延伸。在所示的实施例中，第二导电衬套筒72的形状为圆柱形，且其长度至少等于电压敏感元件(M0V)52的长度。
[0044]第一导电衬套筒62被配置在电压敏感元件(MOV) 52的第一面52a。在所示的实施例中，第一导电衬套筒62包含一管状元件，其由一导电材料所形成，例如金属。在一优选实施例中，导电衬套筒62是由铜制成。在所不的实施例中，第一导电衬套筒62具有的长度基本上等于电压敏感元件(M0V)52的长度。第一导电衬套筒的内径尺寸被设计为紧密匹配电压敏感元件(MOV) 52的外径，使得第一导电衬套筒62的内表面与电压敏感元件(MOV) 52的第一表面52a电性接触，当第一导电衬套筒62被置于电压敏感元件(MOV) 52的外部时。第一端子64被电性连接到第一导电衬套筒62。在所不的实施例中，第一端子64 —般是U形的。第一端子64的尺寸被设计成环绕套管32的一终端上，如图3和4所示，以U形第一端子64的一接脚部64a电性连接至第一导电衬套筒62，以及另一接脚部64b覆盖且平行延伸于套管32的外表面。如示于图3和4所示，接脚部64b被配置成邻近于套管32末端的区域38，其为套管32壁厚减小的区域。U形端子64的接脚部64a被略微朝接脚部64b向内弯曲以界定一个稍微张开或加宽的基部64C，其比壁区38的厚度稍宽。
[0045]现在参照图5，一第二端子74包括一底座部76和一臂部78。在所示的实施例中，底座部76具有一个平的、圆形的板状结构，并且臂部78具有一个细长、扁平的矩形带状结构。在一个正常的配置，臂部78通常从底座部76垂直延伸。底座部76和臂部78优选地由一刚性的、导电的、平坦、板状或片状材料整体制成。在一优选例中，第二终端74，即底座部76和臂部78，由一铜板形成。形成底座部76和臂部78的板状材料最好有一厚度，使得臂部78是刚性的，但是臂部78的自由端可以移动，也就是可相对于底座部76向下弯曲，其方式将在下面更详细地描述。
[0046]底座部76的直径约等于套管32的直径，且臂部78具有一个长度，其中所述自由端位于靠近套管32的轴心，当电路保护装置10组装时。
[0047]如该图所示，一弯曲82形成在臂部78靠近其自由端的地方。弯曲82界定了一个接触点82a，以与第二导电衬套筒72的内表面形成电性连接，如将在下面更详细地说明。
[0048]电压敏感元件(MOV) 52与第一和第二导电衬套筒62、72的尺寸设计为可配置于套管32内，第一导电衬套筒62的外表面紧贴地配置在壳体32的内表面上,参见图3和4。如附图所示，在所示实施例中，电压敏感元件(MOV) 52及第一和第二导电衬套筒62，72的长度比套管32的长度稍短。U形的第一端子64被设计为卷绕在套管32的一终端，接脚部64b沿着套管32的外表面配置。第二端子74的尺寸设计成可插入套管32的另一终端。
[0049]端盖92、94设置在套管32的前后两端，以将第一和第二端子锁定在套管32内。每个端盖92、94的尺寸设计为可封闭套管32的一端。在这方面，每个端盖92，94为杯形，并具有一圆形底壁部96和一圆柱形侧壁部98。将侧壁部98的开口端压入套管32使端盖9、94连接到套管上。如图3和4所示，端盖92、94的侧壁部98开口端94是被压入，使得每个端盖92，94侧壁部98的开口边被压合至形成在套管32外表面36的环形凹槽42。
[0050]参见图3，U形第一端子64的接脚部64b是被卡在套管32的壁区38与端盖92的侧壁部98的之间，使得第一端子64的接脚部64b与金属端盖92电性接触。据此，端盖92经由第一导电衬套筒62的第一端子64与电压敏感元件(MOV) 52的第一表面52a的电性接触。绝缘盘112设置在端盖92内。如该图所示，绝缘盘112的尺寸设计为可配置在底壁部96的内表面上。绝缘盘112是由一电绝缘材料制成，其配置基本上保证端盖92与第二导电衬套筒72电绝缘。
[0051]参见图4, U形第一端64子的基部64c被扩大，以牢固电压敏感兀件(MOV) 52的端部，以及第一导电衬套筒62，衬套筒62沿电压敏感元件的外表面(MOV)配置，与套管32的端部隔开。换句话说，电压敏感兀件(MOV) 52和第一导电衬套筒62的末端与第一绝缘盘112隔开,如实施例所示。
[0052]第二端子74圆形底座部76的尺寸设计为可安装在端盖94里，且底座部76对着端盖94的底壁部96设置，并与其性电接触。
[0053]一由绝缘材料形成的第二绝缘盘114被设置于端盖94内。第二绝缘盘114是一平坦的圆盘，其具有可装配于端盖94内的圆形外缘。一开口或孔洞116形成在绝缘盘114的中心。孔洞116的尺寸被设计为允许第二端子74的臂部78延伸穿过。就此而言，绝缘盘114设计位于相邻的套管32、电压敏感元件(MOV) 52、及第一和第二导电衬套筒62、72的端部。基本上，第二绝缘盘114将第一和第二导电衬套筒62，72的末端与端盖94的底壁部96隔离。第二端子74的底座部76被限定在第二绝缘盘114与端盖94的底壁部96之间，参见图3和4。
[0054]当第二端子74最初与套管32组装时，第二端子74的臂部78轴向延伸进入壳体32内的开口 34。如图3和4所示，第二端子74臂部78自由的一端略微弯曲，以界定一个偏移部分。第二端子74的臂部78设计为由正常的第一位置(如图4)被迫使位移至一第二位置，其中形成在臂部78的弯曲82被带入与第二导电衬套筒72的内表面电性接触。
[0055]根据本发明的一个方式，第二端子74的延伸臂部78被保持在第二位置(图3中示出)，其由一热敏元件122与第二导电衬套筒72的内表面电性接触。在一优选的实施例中，热敏元件122是一焊接材料，其具有相对低的软化温度或熔化温度。也可以使用具有低熔化温度的金属合金或具有低软化温度的聚合物。热敏元件122最好是在室温(25°C)时为一固体，且可维持其固态到约为35°C的温度。优选的是热敏元件122的熔融温度或软化温度约在70°C和140°C之间，且更好是其熔化温度或软化温度大约在90°C和100°C之间。
[0056]在本发明的一实施例中，热敏元件122由一包含大约52%的铟(In)和大约48%的锡(Sn)的合金制成，其熔融温度约118°C。
[0057]如图所示3，当第二端子74的臂部78连接到第二导电衬套筒72时，臂部78在其保持于第二导电衬套筒72内表面上的处发生弹性变形(与塑性变形对比)到臂部分78被，但会回弹到约原来的正常位置时，如图4，如果不通过热敏元件122加以约束的话。换句话说，因为臂部78是细长且大致为刚性的金属材料，它具有类似弹簧的特性。当在其第二位置固定时，如图3所示，狭槽或凹槽126被形成于臂部78的接触区域与第二导电衬套筒72的内表面之间。
[0058]提供一个可在套管32内移动的屏障元件132。如下将更详细描述，屏障元件132实质上是一个电弧屏蔽。更具体地说，屏障元件132可在第二导电衬套筒72内移动。所示的实施例中，屏障元件132通常是一杯形装置，其具有一个平坦的圆形底座132a与一圆柱形侧壁132b。屏障元件132界定出一圆柱形内腔132c。屏障132的圆柱形侧壁132b的尺寸被设计为可使屏障132在第二导电衬套筒72所界定的孔道内自由滑动。屏障元件132最好是由一电绝缘、不导电的材料，如，聚合物材料一体形成，上述聚合物材料仅为例示而非限制。偏置元件134的偏压移动屏障元件132朝向第二端子的74的臂部78。当臂部78借助热敏元件122被保持在第二导电衬套筒72的内表面上时，屏障元件132侧壁132b的边缘被狭槽或凹槽126抓住，狭槽或凹槽126是由臂部78的弯曲端以及第二导电衬套筒72的表面所形成。在所示的实施例中，偏置元件134是一压缩弹簧。臂部78、屏障元件132及压缩弹簧134的尺寸经过设计，使得当延伸臂部78的自由端抵靠所述第二导电衬套筒72的内表面时，屏障元件132借助臂部78的弯曲部82，被阻止在第二导电衬套筒72内相对于臂部78移动。如图3所示，压缩弹簧132被压缩，并且对杯形屏障132的底座132a施加偏置压力，而臂部78的弯曲部82阻止杯形屏障132移动。
[0059]现在参考电路保护装置10的操作，可设想一个或多个电路保护装置10可被一起使用，以防止一电路免于一故障状态。而电路保护装置10可被使用在一常规的DIN轨道熔丝安装台20，如图2所示，电路保护装置10最好使用在一熔丝座12上，如图1所示。熔丝座12允许一工作人员的轻易地将一电路保护装置10连接至欲受保护的电力系统或电路，无须使该工作人员接触到通电的电力线上。换句话说，一熔丝座12可安全且轻易安装一电路保护装置10至一“有电”的电路，以及由上述电路卸下。
[0060]当电路保护装置10配置在熔丝座12内，且熔丝座12处于闭合位置时，电路保护装置10的端盖92、94与熔丝座12中的接触片24相接触。当熔丝座12被安装跨一电源线和一接地及及电气电路的一中性线时，经由电路保护器件10建立了一条电路通路。更具体地说，一条电路通路的产生是从端盖92经由第一导电衬套筒62和电压敏感元件(MOV) 52到第二导电衬套筒72。上述电路通路继续从第二导电衬套筒72经由第二端子74的臂部78 (其借助热敏元件122与第二导电衬套筒72保持接触)到端盖94。换句话说，当熔丝座12安装在一个安装导轨(未示出)，且电路保护装置10与接触片24的电性接触时，通过电路保护装置10，一导电路径被界定在一电力线与接地或中性线之间。如将理解的，一条导电通路将通过电路保护装置10而建立，即使端盖92、94的位是相反的。
[0061]如上面所指出的，可用一个以上的电路保护装置10来保护一个电路。一种电路保护系统可以包括“N”数量的电路保护装置10并联到一电源线与地线或中性线之间。在这样的“多重装置系统”，每个电路保护装置10具有相同的额定“标称电压” VN(DC)和峰值电流突波额定值。因此，在这样的多重装置系统能提供的总电流突波保护大约是使用单一电路保护装置10系统的峰值电流突波额定值的“N”倍。例如，如果每个电路保护装置10具有10，000安培的峰值电流突波额定值，上述组件则具有(10000XN)安培的总峰值电流突波额定值。如上面所指出的，虽然每个电路保护装置10可具有相同的“额定标称电压”，实际上每一个电路保护装置10内MOV的“额定标称电压”可在VMIN和VMAX之间变化。其结果是，每个电路保护装置10所经历的电流突波可能不在同一时刻发生，如在下文中的描述。
[0062]在过量压情况或重复脉冲的情况下，一电路保护装置10的电压敏感元件(MOV) 52将经历一个过量压情况。这个过量电压情况产生一电压差(偏电压)，该电压差在第一导电衬套筒62和第二导电衬套筒72之间，并跨越电压敏感元件(MOV) 52的第一表面52a和第二面52b。当这种情况发生时，热能因突波电流而产生，而每个管状电压敏感元件(M0V)52开始吸收能量且以热的方式散失其能量。当跨越电压敏感元件(MOV)两端的电压差52变大，该电压敏感元件(MOV) 52的导电性增加，从而增加其产生的热量。如上面所指出的，因为每个电压敏感元件(M0V)52的实际特性是不相同的，所以在一连串的配置中将会有一电压敏感元件(MOV) 52将比其它者具有较低的额定能量与更快的热响应时间。因此，在一多重装置系统内，各种电压敏感元件(MOV) 52将比其它电压敏感元件(MOV) 52更迅速地升温。如果故障状况非常严重，一个或多个电路保护装置10的电压敏感元件(M0V)52将加热到热敏元件122的低温焊接材料的熔化温度。当这种情况发生时，第二端子74的臂部78不再处于其第一位置上(如图3所示)。当热敏元件122熔化，臂部78可自由移动远离电压敏感元件(M0V)52的内表面52a，以金属材料作成的第二端子74试图返回到其正常的平坦结构。
[0063]根据本发明的一观点，电压敏感元件(M0V)52的第二表面(内表面)5b比第一表面(外表面)52a更快速加热。这是由于第二表面52b比第一表面52a具有较小的表面面积，基于各自的表面的有不同的直径之故。因为其较小的表面积，第二表面52b每单位面积的电流密度，亦即每单位面积的焦耳热，比第一表面52a更高。当故障情况存在时，第二表面52b的快速加热使热敏元件122熔化。
[0064]当臂部78从电压敏感元件(M0V)52移开时，通过电路保护装置10的导电通路被断路，其特征是电路保护装置卸下“脱机”。
[0065]当一个电路保护装置10卸下“脱机”时，多重装置系统里的其他电路保护装置10的突波电流额定值被降低。使用上述的例子，如果一个电路保护装置10卸下“脱机”，系统会失去10，000安培的突波能力，但仍然有(10，000*(N-1))安培的电流突波额定值，直到该脱机的电路保护装置10被替换。
[0066]本发明提供了一种电路保护装置10，其可以单独使用或与其它类似的装置一起使用，以形成一个电路保护系统的一部分。电路保护装置10是一个独立的单元，其可操作来抑制电路的尖峰电压以及卸除离现，当电压尖峰显著超过所欲保护器件的额定标称电压，从而防止该器件的灾难性故障。
[0067]现在参看图8和9，其表示出了本发明电路保护装置210的最终实施方案。电路保护装置210在许多方面是和电路保护装置10 —样的。在这方面，电路保护装置210里的组件与电路保护装置10中相类似的组件被标以相同的参考号码。电路保护装置210与上述电路保护装置10之间的主要区别在于圆柱形屏障元件132，其包括从屏障元件132的平坦的圆形底座132a轴向延伸的细长销子232。销子232的尺寸设计为可通过一开口 234，该开口经过第一绝缘盘112和端盖92的底壁部96所形成，当屏障元件132被保持在上述第一位置，且借助第二端子74的臂部78抵靠偏置元件134时，参看图8。如该图8所示，当电路保护装置210是在正常工作组态时，销子232的端部232a延伸出端盖92的底壁部96。在出现故障的情况，会导致电路保护装置210 “跳闸”，销子232的端部232a将被抽入套管32的内孔34中，当偏置元件134迫使屏障元件132到一个“跳闸位置“。因此，当从端盖92延伸出的销子232的端部232a消失时，即表示电路保护装置210已经”跳闸“且应予以更换。因此电路保护装置210提供了一个快速和简单的配置，以提供一指示手段以指示电路保护装置210的状态。
[0068]前面所的描述是本发明的一具体实施例。应当理解的是，本实施例中描述的目的仅用于说明，而且许多的变化与修改可以由本领域技术人员在不脱离本发明的精神与范围的情况下实施。例如，在描述至此的实施例中，电压敏感元件(M0V)52是一单件构件。图7表示一个电压敏感元件152由两分部154、156所形成，其可以用来取代一电路保护装置10中的电压敏感元件(MOV)52。如可被本领域技术人员理解的，第一和第二导电衬套筒62、72可以将分部154、156保持在电路保护装置10内部所需的管状构造。
[0069]至此，电路保护装置10已被描述为具有一电压敏感元件52，其包括单一的细长管状构件，或具有一电压敏感元件152件，其包括两个(2)半圆柱形的分部154、156(参见图7)。根据本发明的另一个形态，图10-14显示几种电压敏感组件，分别指定为252、252A、252B、252C和352，其由一 “N”数目的短管状压敏电阻分部所构成，其可被用来代替一电路保护装置10中单一细长的电压敏感元件。
[0070]图10表示一电压敏感组件252是由数个短管状分部262、264、266、268所组成。在本实施例中所示，管状部分262、264、266、268基本上相同，具具有类似的内径和外径。每个管状部分262、264、266、268是一类似压敏电阻材料所形成。图10说明在电路保护装置10中的电压敏感兀件可包含两个或更多个管状分部262、264、266、268。在这方面而言,相对于单一、细长的电压敏感元件52，形成较短的管状分部262、264、266，268更容易且更经济。此夕卜，在根据所公开实施例的另一形态，制造一包含多个短管状分部262、264、266、268的电压敏感组件252，允许了生产具有相同基本结构配置，而具有不同操作特性的电压抑制装置10。由于电压敏感组件252的特点，电路保护装置10的操作特性可以很容易地被修改，其借助在电路保护装置10的第一和第二导电衬套筒62、72之间界定的空间里，配置少于全部的管状分部262、264、266、268。例如，借助删除某一个管状分部，电路保护装置10内的MOV材料减少了 25%。因此，电路保护装置10的操作特性被降低了相对于删除了管状分部268的MOV材料的量。
[0071]图11表示一电压敏感组件252A是电压敏感组件252的变形。电压敏感组件252A基本上与电压敏感组件252相同，不同之处在于管状分部266被替换为一管状非导电绝缘体276。非导电绝缘体276具有与管状分部266相同的尺寸。
[0072]非导电的绝缘体276被插入到管状部266位置，以保持电路保护装置10整体结构的完整性。既然每个管状分部262、264、266的外表面和内表面分别与第一导电衬套筒62的内表面和第二导电衬套筒72的外表面接触,非导电绝缘体276可配置在第一和第二导电衬套筒62、72之间空间的任何位置。换句话说，非导电绝缘体276可以配置在管状分部262、264和268的一末端，或者在管状分部262和管状分部264之间，或者在管状分部264与管状分部268之间(如图11)，而不影响电路的保护装置10的操作特性。
[0073]现在参照图12，该图示出了另一种改型的电压敏感组件252。图12示出一电压敏感组件252B，它与电压敏感组件252相同，除了电压敏感组件252的管状分部264被替换为由金属氧化物压敏电阻材料制成的一管状分部284，它是与形成管状分部262、266、268压敏电阻材料不同的材料。通过改变一电路保护装置10内一或多个的管状分部的成分，电压敏感器组件10的整体操作特性可以被改变。
[0074]前述说明了电路保护装置10如何被修改以具有不同的操作特性，通过仅修改配置在电路保护装置10内管状分部262、264、266、268的数目和/或类型。
[0075]如将由本领域技术人员可理解的，各别管状分部262、264、266、268的尺寸大小(即形成这些分部，其材料上的体积和质量)确定了每个分部的操作特性。图13表示一个管状分部的尺寸如何可进一步被修改，以改变该分部的操作条件。图13显示一电压敏感组件252C具有一管状分部294，该分部294包括由一压敏电阻材料制成的一内层部分294a和由一导电材料制成的一外层部分294b。如附图所示，管状分部294的内层部分294a呈管状且具有一壁厚，该壁厚比之前描述的管状分部262、264、266、268更薄。外层部分294b的形状为管状，且其尺寸设计为可维持与电路保护装置10中第一导电衬套筒62的内表面电性接触。通过提供一管状分部294，其具有一导电的外层部分294b以及由一压敏电阻材料制成的一内层部分294a，管状分部294的电压电流工作特性与仅由MOV材料构成的管状分部262、264、266、268有显著的差异。
[0076]如图13所示，还可考虑配置一管状分部296，其具有由一导电材料制成的一内层部分296a以及由一压敏电阻材料制成的一外层部分296b。
[0077]在这方面，不同的材料会影响一管状分部的电压和电流承载能力。It is可以预期的是，如前面所述的电路保护装置10可利用类似压敏电阻材料制成的管状分部，或者可以包括由不同材料制成的管状分部。
[0078]图14不出本发明的另一实施例。图14表不一电压敏感组件352包括圆柱形的管状分部362、364、366和368。管状分部362、364、366和368都具有类似的内径和外径，但管状分部366、368的轴向长度彼此不同的，且与管状分部362、364不同。图14说明根据本发明，如何运用不同长度的管状分部，以形成一个电压敏感组件。以上所教导关于电压敏感组件252A,—个或多个管状分部可以被删除或被一管状绝缘体取代，以改变一电路保护装置10内电压敏感组件的操作特性。如将由本领域技术人员可理解的，揭露于图10-14中各种电压敏感组件里的不同元件可依照本发明进行组合。
[0079]所有这样的修改和变化均被包括在内，只要它们在本发明的要求保护或其均等的范围内。
[0080]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种一次性电压抑制元件以抑制一电路上的电压突波，该元件包含: 一管状套管，其是由一电性绝缘物质所形成； 一第一导电元件，其附装于该套管的一第一终端； 一第二导电元件，其附装于该套管的一第二终端； 一管状电压敏感组件，其置于该套管内，该电压敏感组件包含二或更多的管状区段，该电压敏感组件具有一第一表面与一第二表面以及横跨该第一与第二表面的一预定电压额定值，当施于该第一与第二表面的电压超过该电压额定值时，该电压敏感组件的温度升闻; 一第一端子，其电性连接于该电压敏感组件的该第一表面与该第一导电元件； 一热敏元件，其电性连接于该电压敏感组件的该第二表面，该热敏元件在室温下是一导电的固体，且有一预定软化温度； 一第二端子，其电性连接于该第二导电元件，该第二端子具有一接触部与该电压敏感组件的该第二表面电性连接，该电压敏感组件感测该第一导电元件与该第二导电元件之间的电压降，该第二端子借助该热敏元件维持与该电压敏感组件电性接触，且被偏移离开该电性接触，其中该第二端子移开与该电压敏感组电性接触的状态且切断电流路径，若该电压敏感组件感测到一过量电压超过该电压敏感组件的该电压额定值且促使该电压敏感组件对该热敏元件加热，使其超过该热敏元件的软化点；以及 一电弧屏蔽，其可从一第一位置移动至一第二位置，其中在该第一位置，该电弧屏蔽允许该第二端子的该接触部与该电压敏感组件电性接触，其中在该第二位置，该电弧屏蔽被设置在该第二端子的该接触部与该电压敏感组件之间，当该第二端子离开与该电压敏感组件的电接触状态时。
2.如权利要求1所述的电压抑制元件，其特征在于，该电压敏感组件包含多个管状金属氧化物压敏电阻(MOV)。
3.如权利要求1所述的电压抑制元件，其特征在于，该电压敏感组件的所述管状区段是以相同方式形成。
4.如权利要求1所述的电压抑制元件，其特征在于，该电压敏感组件的所述管状区段有类似的尺寸。
5.如权利要求1所述的电压抑制元件，其特征在于，该电压敏感组件的所述管状区段有不同的尺寸。
6.如权利要求1所述的电压抑制元件，其特征在于，该电压敏感组件的所述管状区段是以相同材料形成。
7.如权利要求1所述的电压抑制元件，其特征在于，其中至少一个所述管状区段有一内层部分与一外层部分。
8.如权利要求7所述的电压抑制元件，其特征在于，该至少一个管状区段的该内层部分是由一金属氧化物压敏电阻所形成，且该外层部分是由一导电材料所形成。
9.如权利要求7所述的电压抑制元件，其特征在于，该至少一个管状区段的该外层部分是由一金属氧化物压敏电阻材料所形成，且该内层部分是由一导电材料所形成。
10.如权利要求7所述的电压抑制元件，其特征在于，该至少一个管状区段的该内层部分与该外层部分都是管状的。
11.如权利要求7所述的电压抑制元件，其特征在于，所述管状区段是被相邻地且彼此接触地置放在该管状套管内。
12.如权利要求7所述的电压抑制元件，其特征在于，所述管状区段是在该管状套管内彼此隔开。
13.如权利要求12所述的电压抑制元件，其特征在于，一非导电性绝缘体被置放在彼此隔开的所述管状区段之间。
14.一种电压抑制兀件以抑制一电路上的电压突波,该兀件包含: 一管状套管，其是由一电性绝缘物质所形成； 一第一导电元件，其附装于该套管的一第一终端； 一第二导电元件，其附装于该套管的一第二终端； 二或更多的管状区段，每一该管状区段包含具有一预定电压额定值的一电压敏感元件，当施于该电压敏感元件的电压超过该电压额定值时，该电压敏感元件的温度升高； 多个端子，其用以电性连接位于该第一导电元件与该第二导电元件之间的所述管状区段； 一通常为闭合状态的热敏开关，该热敏开关包含所述端子的一端子的一终端，所述管状区段的一表面及一热敏元件，所述端子的该一端子的该终端借助该热敏元件维持与所述管状区段的该表面电性接触，该热敏开关在所述导电元件的一与所述管状区段之间，与所述管状区段电性串接，该热敏开关被热耦合至所述管状区段，其中当所述管状区段的温度到达使该热敏元件软化的一位准时，所述端子的该一端子从一通常闭合的位置移动到一断开位置，其中在该通常闭合的位置，所述端子的该一端子维持与所述管状区段的该表面电性接触，其中在该断开位置，所述端子的该一端子与所述管状区段的该表面电性断开，形成位于等端子的该一端子与所述管状区段间的一间隙； 所述端子的该一端子包含一接触部与一第二部，该第二部往远离该接触部方向延伸；一非导电阻障物，其可操作地移动到该间隙，当所述端子的该一端子移动到一断开位置时，该阻障物防止线电压突波，以免在所述端子的该一端子与所述管状区段间产生电弧效应； 所述端子的该一端子的该第二部延伸跨越该非导电阻障物的至少一部分，且朝向该热敏元件弯曲，如此该接触部被该热敏元件握持，直到该热敏元件开始软化；以及 该非导电阻障物被加压偏移朝向该热敏元件，但借助与所述端子的该一端子的该第二部在一位置接触，该非导电阻障物被限制避免朝向该热敏元件移动，直到该热敏元件开始软化，其中该位置与该接触部间隔开。
15.如权利要求14所述的电压抑制元件，其特征在于，该热敏开关包含一端子，该端子借助该热敏元件保持与所述管状区段电性接触，该端子被加压偏移远离所述管状区段。
16.如权利要求15所述的电压抑制元件，其特征在于，该热敏元件是一低熔化温度的焊接材料。
17.如权利要求14所述的电压抑制元件，其特征在于，所述管状区段包括一金属氧化物压敏电阻(MOV)材料。
18.如权利要求14所述的电压抑制元件，其特征在于，所述管状区段是以相同方式形成。
19.如权利要求14所述的电压抑制元件，其特征在于，所述管状区段有类似的尺寸。
20.如权利要求14所述的电压抑制元件，其特征在于，所述电压敏感组件的所述管状区段有不同的尺寸。
21.如权利要求14所述的电压抑制元件，其特征在于，所述管状区段是以相同材料形成。
22.如权利要求14所述的电压抑制元件，其特征在于，至少一个所述管状区段有一内层部分与一外层部分。
23.如权利要求22所述的电压抑制元件，其特征在于，中该至少一个管状区段的该内层部分是由一金属氧化物压敏电阻材料所形成，且该外层部分是由一导电材料所形成。
24.如权利要求22所述的电压抑制元件，其特征在于，该至少一个管状区段的该外层部分是由一金属氧化物压敏电阻材料所形成，且该内层部分是由一导电材料所形成。
25.如权利要求22所述的电压抑制元件，其中该至少一个管状区段的该内层部分与该外层部分都是管状的。
26.如权利要求14所述的电压抑制元件，其特征在于，所述管状区段被相邻地且彼此接触地置放在该管状套管内。
27.如权利要求14所述的电压抑制元件，其特征在于，所述管状区段在该管状套管内彼此隔开。
28.如权利要求27所述的电压抑制元件，其特征在于，一非导电性绝缘体被置放在彼此隔开的所述管状区段之间。
29.—种电压抑制元件以抑制一电路上的电压突波，该元件包含: 一管状套管，其是由一电性绝缘物质所形成； 一第一导电元件，其附装于该套管的一第一终端； 一第二导电元件，其附装于该套管的一第二终端； 一管状电压敏感组件，其配置于该套管内，该电压敏感组件包含二或更多的管状区段，该电压敏感组件具有一第一表面与一第二表面以及横跨该第一与第二表面的一预定电压额定值，当施于该第一与第二表面的电压超过该电压额定值时，该电压敏感组件的温度升闻; 一第一端子，其电性连接于该电压敏感组件的该第一表面与该第一导电元件； 一热敏元件，其电性连接于该电压敏感组件的该第二表面，该热敏元件在室温下是一导电的固体，且有一预定软化温度； 一第二端子，其以一弹性金属形成，该第二端子具有一终端与该电压敏感组件的该第二表面电性连接，以及具有一另一终端电性连接于该第二导电元件，该电压敏感组件感测该第一导电兀件与该第二导电兀件之间的一电压降，该第二端子由一正常且松弛的结构被弯曲且借助该热敏元件维持与该电压敏感组件电性接触，该第二端子本质上被加压偏移远离该电压敏感组件，以形成该正常且松弛的结构，其中该第二端子自与该电压敏感组电性接触的状态弹开且切断电流路径，若该电压敏感组件感测到一过量电压超过该电压敏感组件的该电压额定值且促使该电压敏感组件对该热敏元件加热，使其超过该热敏元件的软化点；以及 一电弧屏蔽，其可从一第一位置移动至一第二位置，其中在该第一位置，该电弧屏蔽允许该第二端子与该电压敏感组件电接触，其中在第二位置，该电弧屏蔽被设置在该第二端子与该电压敏感组件之间，当该第二端子离开与该电压敏感组件的电接触状态时； 该第二端子且有一接触部用以形成与该热敏元件及一第二部电性连接，该第二部延伸穿过该电弧屏蔽的路径且阻挡该电弧屏蔽的移动，直到该热敏元件到达其软化点。
【文档编号】H02H9/04GK104242283SQ201410245848
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年6月5日 优先权日:2013年6月5日
【发明者】杰瑞·L·摩赛西恩, 珍-法蓝科伊斯·狄帕玛, 马克·A·瑞德兹姆 申请人:默森美国纽柏瑞港-麻萨诸塞州责任有限公司