电路保护装置制造方法
【专利摘要】用以抑制在一用电电路中的电压突波的一电压抑制装置，该装置包括在一管状套筒内的一压敏元件，此压敏元件具有一第一表面和一第二表面以及横跨此第一和第二表面的一默认电压额定值，且随着横跨此第一和第二表面所施以的电压超过此电压额定值，此压敏元件亦增温。
【专利说明】电路保护装置
【技术领域】
[0001]本发明广泛涉及电路保护装置，尤其是涉及抑制瞬时电流/电压突波的一装置。【背景技术】
[0002]许多现今高敏感电子元件，诸如用于商业或是居家应用的计算机和计算机相关设备，均包含瞬时电压突波抑制(TVSS, transient voltage surge suppression)装置。此些装置保护敏感且/或昂贵的电子电路和元件免于来自过电压故障状况的损害。此类瞬时电压突波抑制系统一般是为了在正常使用下所预期的温和故障状况而设计。在这个方面，此类系统是设计来抑制相对轻微的故障状况，而非设计来防止严重的过电压状况。严重的过电压状况的例子包括可能发生自系统中性或是接地端的丧失，或是发生自如同来自电击的反复电流脉冲的那些例子。此类严重的过电压状况可对敏感的电子电路和元件造成灾难性的影响。为了避免此类故障状况影响和损害电子电路、元件以及设备，利用较大的电压突波抑制装置已为人所习知。一般将这些装置部署在一建筑物的新进用电的伺服电力线路，或是部署在一建筑物的配电网之内，以控制在通往此建筑物的用电线路中，或是在通往此建筑物的特定楼层的用电线路中的电力突波。此类电压突波抑制装置一般包括并联于一伺服电力线路和一接地或是中性线路之间，或是并联于一中性线路和一接地线路之间的多个金属氧化物变阻器(Metal-Oxide Varistors, MOVs)。
[0003]金属氧化物变阻器是由包含氧化锌颗粒和一复合非晶质粒间材料之类陶瓷材料所制成的非线性电子装置。在宽广的电流范围内，其电压维持在通常称作变阻器电压的一窄带之内。以伏特为单位的瞬间电压对上以安培为单位的瞬间电流的一双对数坐标图产生近乎水平的一条线。正是此种独特的电流-电压特性使得金属氧化物变阻器成为用于敏感电子电路的保护以防御用电突波、过电压、故障或是短路的理想装置。
[0004]当暴露于超过其电压值的电压时，金属氧化物变阻器变成吸收和散逸与过电压相关的能量的高度导电装置，并同步将倾泻电流限于一中性线路或是接地面。若一过电压状况未中断，则此些金属氧化物变阻器将持续过热，最终则灾难性地失效，亦即破裂或是爆炸。此类灾难性失效可能摧毁此敏感的电子设备和邻近此些金属氧化物变阻器的元件。在配电系统中的用电设备和元件的损毁可长期打断通往建筑物和楼层的电力直到更换或是修理此类元件为止。更有甚者，在一突波抑制系统中的金属氧化物变阻器的失效可使此故障状况影响此系统所欲保护的此敏感电子设备。
[0005]在命名为电路保护装置并授予Martenson等人的美国专利编号6，040，971中，揭露了用于保护在一突波抑制系统中的一金属氧化物变阻器阵列的一电压抑制装置。此装置可确实脱机断绝整个金属氧化物变阻器阵列倘若一电压突波到达在此阵列中的一个或是多个金属氧化物变阻器可能灾难性地失效的程度。在此经揭露的装置和系统中，将一触发用金属氧化物变阻器设计成具有比任何在此阵列中的金属氧化物变阻器都还要低的电压额定值。因此，此整个阵列将会脱机断绝倘若一突波状况超过此触发用金属氧化物变阻器的电压额定值。然而，在一些情况下可能希望维持金属氧化物变阻器阵列的作用且仅在那些金属氧化物变阻器感测到超过那个特定金属氧化物变阻器的电压额定值的一电压突波时才脱机断绝。
[0006]授予Mosesian等人的美国专利编号6，256，183揭露一电路保护装置，当在此装置中的一金属氧化物变阻器感测到超过此金属氧化物变阻器的电压额定值的一电压突波时，此电路保护装置即脱机断绝。前述两个装置都是设计用来连接于一伺服线路和一接地线路或是中性线路之间，或是连接于一中性线路和一接地线路之间。
[0007]本发明提供合并在一管状套筒之内的一电路保护装置和一瞬时电压突波抑制系统，用以在保护一用电系统免于归因于沿着此类线路的过多过电压状况或是反复故障状况的灾难性故障中使用。
【发明内容】
[0008]按照本发明的一优选的具体实施例，提供一可自由更换的电压抑制装置用以抑制在一用电电路中的电压突波。此装置包括由一电性绝缘材料所组成的一管状套筒。一第一导电元件依附于此管状套筒的一第一末端。一第二导电元件依附于此管状套筒的一第二末端。一压敏元件配置在此管状套筒之中。此压敏元件具有一第一表面和一第二表面以及横跨此第一和第二表面的一默认电压额定值。随着横跨此第一和第二表面所施以的电压超过此电压额定值，此压敏元件亦增温。一第一终端电性连接至此压敏元件的此第一表面并连接至此第一导电元件。一热元件电性连接至此压敏元件的此第二表面。此热元件在室温下为一电性导电固体并具有一默认软化温度。一第二终端电性连接至此第二导电元件。此第二终端具有与此压敏元件的此第二表面电性相连的一接触部。此压敏元件感测介在此第一导电元件和此第二导电元件之间的一压降。此第二终端通过此热元件与此压敏元件维持在电性接触之中并从此处偏离,其中若通过此压敏元件所感测到的一过电压状况超过此压敏元件的此电压额定值并使此压敏元件加热此热元件至超出它的软化点，则此第二终端从与此压敏元件的电性接触之处移开而中断此用电电流路径。当此第二终端从与此压敏元件的电性接触之处搬移时，一电弧遮屏可从一第一状态移动至一第二状态，且在此第一状态中此电弧遮屏允许介在此第二终端的此接触部和此压敏元件之间的接触，而在此第二状态中将此电弧遮屏配置在此第二终端的此接触部和此压敏元件之间。
[0009]按照本发明的另一方面，提供用以抑制在一用电电路中的电压突波的一电压抑制装置。此装置包括一电性绝缘材料所组成的一管状套筒。一第一导电元件依附于此管状套筒的一第一末端。一第二导电兀件依附于此管状套筒的一第二末端。提供具有一默认电压额定值的一压敏元件。随着横跨此压敏元件所施以的电压超过此电压额定值，此压敏元件亦增温。终端是为了电性连接介在此第一导电元件和此第二导电元件之间的此压敏元件而配备。一常态地关闭的热开关包括此些终端之一的一个末端、此压敏元件的一表面以及一热元件。此些终端之一的此一个末端通过此热元件与此压敏元件的此表面维持在电性接触之中。此热开关在此些导电元件之一和此压敏元件之间与此压敏元件电性串联。此热开关热耦合至此压敏元件，且其中当此压敏元件的温度达到使此热元件软化的一程度时，此些终端之一从一常态地关闭的状态移至一开启的状态，且在此关闭的状态中此些终端之一与此压敏元件的此表面维持在电性接触中，而在此开启的状态中此些终端之一自与此压敏元件的此表面的电性接触移出以形成介在此些终端之一和此压敏元件之间的一间隙。此些终端之一包括一接触部和从此接触部延伸而出的一第二部。当此些终端之一移至一开启的状态时，一非导电性的障碍物可确实移入至此间隙。此非导电性的障碍物避免线路电压突波在此些终端之一和此压敏元件之间形成电弧。此些终端之一的此第二部扩展到至少此非导电性的障碍物的一部分的上方并弯向此热元件以便通过此热元件将此接触部抓住直到此热元件开始软化为止。此非导电性的障碍物是偏向此热元件的，但是却在与此接触部相间隔开的一特定位置上通过与此些终端之一的此第二部的接触来拘束此非导电性的障碍物移向此热元件，直到此热元件开始软化为止。
[0010]按照本发明的另一方面，提供一电压抑制装置用以抑制在一用电电路中的电压突波。此装置包含由一电性绝缘材料所组成的一管状套筒。一第一导电元件依附于此管状套筒的一第一末端。一第二导电元件依附于此管状套筒的一第二末端。一压敏元件配置在此管状套筒之中。此压敏元件具有一第一表面和一第二表面以及横跨此第一和第二表面的一默认电压额定值。随着横跨此第一和第二表面所施以的电压超过此电压额定值时，此压敏元件亦增温。一第一终端电性连接至此压敏元件的此第一表面以及此第一导电元件。一热元件电性连接至此压敏元件的此第二表面。此热元件在室温下为一电性导电固体并具有一默认软化温度。一第二终端由一弹力金属所组成，此弹力金属具有与此压敏元件的此第二表面电性连接的一个末端以及连接至此第二导电元件的另一个末端。此压敏元件感测介在此第一导电元件和此第二导电元件之间的一压降。通过此热元件将此第二终端从一常态且未受拘束的形态弯曲至与此压敏元件维持在接触之中。此第二终端本身自然是会从此压敏元件偏离而朝向此常态且未受拘束的形态，其中若通过此压敏元件所感测到的一过电压状况超过此压敏元件的此电压额定值并使此压敏元件加热此热元件至超出它的软化点，则此第二终端从与此压敏元件的电性接触之处弹开，且以此软化并中断此用电电流路径。当此第二终端从与此压敏元件的电性接触之处搬移时，一电弧遮屏可从一第一状态移动至一第二状态，且在此第一状态中此电弧遮屏允许介在此第二终端和此压敏元件之间的接触，而在此第二状态中将此电弧遮屏配置在此第二终端和此压敏元件之间。此第二终端具有用以制造与此热元件的电性接触的一接触部和一第二部。此第二部贯穿此电弧遮屏的路径并拦阻此电弧遮屏的移动直到此热元件达到它的软化点为止。
[0011]提供一电路保护装置以保护敏感电路元件和系统免于电流和电压突波为本发明的一优势。
[0012]提供如上所述的一电路保护装置以预防在一电路之内的一瞬时电压突波抑制系统的灾难性失效为本发明的另一优势，而此灾难性失效可能发生自反复的电流故障或是发生自过量部分的一单一故障。
[0013]本发明的再一优势是提供包括一电流抑制装置和一电压抑制装置而如上所述的一电路保护装置。
[0014]本发明的另一优势是提供用以保护具有金属氧化物变阻器的一瞬时电压突波抑制系统而如上所述的一电路保护装置。
[0015]本发明的尚一优势是提供包括作为一中断电路装置的一金属氧化物变阻器而如上所述的一电路保护装置。
[0016]本发明的尚一优势是提供在设计上是模块化且在一电路线路中是易于更换而如上所述的一电路保护装置。[0017]从以下本发明一优选具体实施例的说明连带图示一同视之将使得这些和其他优势变得更加明显。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]此发明可于某些零件或是零件的配置中采用实体型式，将其一优选的具体实施例于此说明书中来详述之并在于此形成说明书的一部分的图标中来图标阐明之，而其中:
[0019]图1为一熔丝座的一局部剖面且侧面的正视图，此熔丝座展示一管状且局部插在其中的电路保护装置。
[0020]图2为根据本发明一优选具体实施例的一电路保护装置的一透视图，展示将此电路保护装置架设在一由德国标准协会所制定的导轨式熔丝座之中；
[0021]图3为展示于图2中的此电路保护装置的一横剖面视图，展示在一常态运作状况中的此装置；
[0022]图4为展示于图2中的此电路保护装置的一横剖面视图，展示通过一故障状况而引发启动后的此装置；
[0023]图5为此电路保护装置的一经分解拆开且为透视画法的视图，此电路保护装置展示于图2中；
[0024]图6为沿着图3的剖面线6-6所截取的一横剖面视图；
[0025]图7为一两件式金属氧化物变阻器元件的一透视图，此元件根据本发明的另一具体实施例；
[0026]图8为具有一“跳脱后已遮断电路”的指示器的一电路保护装置的一横剖面视图，其图示阐明本发明的另一具体实施例；以及
[0027]图9为展示图8的此电路保护装置并展示此装置在一“跳脱后已遮断电路”的状况中的一横剖面视图。
【具体实施方式】
[0028]现在参照此些图示，而其中此些展现图是为了图示阐明此发明的一优选具体实施例的目的而已且非为了限制此发明的目的，图1，根据本发明的一优选具体实施例，展示在一传统熔丝座12之中的一电路保护装置10。熔丝座12，自己本身，虽未形成本发明的一部分，但仍应简短描述以图标阐明一电路保护装置10的使用的一优选方式。
[0029]熔丝座12包括具有沿着其下表面所形成的脚部14a、14b的一模塑聚合物外壳14。脚部14a、14b是设计来允许外壳14，以弹力扣锁型式，依附至一架设用导轨(未展示)，其中形成一用电电路的一部分的相间隔开的导线(未展示)与相间隔开的成对接触片24涉及电性接触。将一接纳器16通过一轴销17枢轴转动式地架设至外壳14。接纳器16包括为了接纳一圆柱形熔丝(未展示)或是根据本发明接纳一电路保护装置10而形成其尺寸的一狭长插槽16a。
[0030]接纳器16可枢轴转动式地移至外壳14并可在一开启的状态，如于图1中所展示，和一关闭的状态间移动，当进一步阅读本说明书而将更加理解的是，在关闭的状态时一熔丝或是电路保护装置10的此些末端与接触片24是处在电性接触之中。
[0031]在图2中，所展示的是将电路保护装置10架设至具有一基底22和相间隔开的成对接触片24的一沿袭由德国标准协会所制定的导轨式熔丝支架20。
[0032]电路保护装置10普遍包括定义出一内部膛孔或是腔室34的一管状且绝缘的套筒32。膛孔或是腔室34轴向贯穿套筒32。在所展示的此具体实施例中，套筒32具有一圆柱外形并定义出一圆柱形且在内部的腔室34。套筒32具有一预设壁厚。在所展示的此具体实施例中，圆柱形管状套筒32定义出一圆柱形外部表面36。为了具有厚度遭受缩减的两个明确壁面区域38而形成套筒32的此些远侧末端。在套筒32的外部表面36中切削出环状沟壑或是深凹处42，正如在图5中所能清楚观察到的。将这些环状沟壑或是深凹处42从横截面遭受缩减的壁面区域38隔开。
[0033]配置在此套筒之内的是一压敏元件(金属氧化物变阻器)52，其具有一面朝外的第一表面52a以及一面朝内的第二表面52b。在所展示的此具体实施例中，此压敏元件(金属氧化物变阻器)52在外形上为管状，其中此压敏元件(金属氧化物变阻器)52的此圆柱形外部表面定义出第一表面52a而压敏元件(金属氧化物变阻器)52的此圆柱形内部表面定义出第二表面52b。压敏元件(金属氧化物变阻器)52为了配合安装在套筒32之内而形成其尺寸。如同以下将更详加描述的是，压敏元件(金属氧化物变阻器)52具有略短于套筒32的此轴长的一轴长。
[0034]按照本发明，压敏元件(金属氧化物变阻器)52，正如其名所意指，是易于感受电压的且当横跨此装置所施以的一电压超过一默认电压时，确实会变热。按照本发明，压敏元件(金属氧化物变阻器)52优选地包括一金属氧化物变阻器(Metal-OxideVaristor, MOV)。
[0035]作为【背景技术】而言，金属氧化物变阻器(Metal-Oxide Varistors, MOVs)主要包括烧结在一起的氧化锌颗粒。在所展示的此具体实施例中，此些氧化锌颗粒烧结在一起以形成一圆柱形管状物。氧化锌，作为一固体，是一高度导电的材料。然而，微小的空气间隙或是晶界存在于一金属氧化物变阻器之中的此些经烧结的氧化锌颗粒之间，而且这些空气间隙和晶界在低电压时阻止电流流动。在较高电压时，介在此些氧化锌颗粒之间的此些间隙和交界并未广阔到足以拦阻电流流动，且因此此金属氧化物变阻器变成一高度导电性的元件。这个电传导，终究，在此金属氧化物变阻器之中产生显著热能。一般通过一“标称电压”来归类并识别金属氧化物变阻器。一金属氧化物变阻器的此标称电压，一般以VN(DC)来标识，为此装置从一“关闭的状态”(亦即，此金属氧化物变阻器普遍为非导电性)改变而进入其运作的导电模式的电压。重要的是，在此I毫安的点上描述这个电压的特性并经指定最低和最高电压等级，从此以后分别将其以Vmin和Vmax来指称。作为例子而非限定来说，具有200伏特的一标称变阻器电压，VN(D。)，的一金属氧化物变阻器(MOV)可能实际上于介在184伏特的一最低电压，Vmin，和228伏特的一最高电压，Vmax，之间的一电压之下呈现从其普遍非导电到其导电的状态的一改变。对于一额定后标称电压VN(D。)的一金属氧化物变阻器而言这个操作电压的变动范围为此装置的本质特性的自然结果。在这个方面，一金属氧化物变阻器的实际电压值基本上取决于此金属氧化物变阻器的厚度并取决于配置在此两个电极表面之间的此些氧化锌颗粒的数量和尺寸。目前，由于金属氧化物变阻器(MOVs)的结构和成分的关系，要制造具有相同的运作特性的一致装置简单来说是不可能的。
[0036]因此，尽管电路保护装置10的压敏元件(金属氧化物变阻器)52优选地具有在I毫安之下的一经额定的“标称电压” VN(D。)，此金属氧化物变阻器和所有其他金属氧化物变阻器从一非导电中的状态改变至一导电中状态的实际电压可能在属于此额定后标称电压值的一 Vmin和一 Vmax之间变动。在本发明的情况下，如同以下将更详加讨论的是，此所选的金属氧化物变阻器的此最低电压Vmin是重要的。
[0037]为了与压敏元件(金属氧化物变阻器)52的第二表面52b处在电性接触之中而提供一第二导电衬套72。在所展示的此具体实施例中，第二导电衬套72在外形上是管状且是为了受安置后可与压敏元件(金属氧化物变阻器)52的此面朝内的第二表面52b邻接并处在接触之中而形成其尺寸。如此形成第二导电衬套72的尺寸以致于至少第二导电衬套72的一部分沿着压敏元件(金属氧化物变阻器)52的中央部分伸展。在所展示的此具体实施例中，第二导电衬套72在外形上是圆柱形且具有至少等同于压敏元件(金属氧化物变阻器)52的长度的一长度。
[0038]配置一第一导电衬套62在压敏元件(金属氧化物变阻器)52的第一表面52a之上。在所展示的此具体实施例中，第一导电衬套62包括由一导电的材料，诸如金属，所组成的一管状元件。在一优选的具体实施例之中，第一导电衬套62是由铜所组成。在所展示的此具体实施例中，第一导电衬套62具有实质上等同于压敏元件(金属氧化物变阻器)52的长度的一长度。第一导电衬套62具有为了紧配压敏元件(金属氧化物变阻器)52的外径而如此形成其尺寸的一内径以致于当安置第一导电衬套62在压敏元件(金属氧化物变阻器)52上面时,第一导电衬套62的内部表面与压敏兀件(金属氧化物变阻器)52的第一表面52a是处在电性接触之中。电性连接一第一终端64至第一导电衬套62。在所展示的此具体实施例中，第一终端64普遍是马蹄形。第一终端64为了交迭在套筒32的一个末端之上而形成其尺寸，正如在图3和4中所能清楚观察到的，以电性连接至第一导电衬套62的马蹄形第一终端64的一脚部64a的方式和以平行地重迭覆盖并延伸于套筒32的外部表面的另一个脚部64b的方式。正如在图3和4中所图示阐明的，将脚部64b配置在套筒32的末端而与壁面区域38邻接，且其中套筒32于此的壁面厚度是缩减厚度的。朝脚部64b稍微地向内弯曲马蹄形第一终端64的脚部64a以定义出稍微宽于壁面区域38的厚度的一端部稍微地向外展开或是加宽的基部64c。
[0039]现在参照图5，一第二终端74包括一基部76和一臂部78。在所展示的此具体实施例中，基部76具有一扁平且类似圆盘的形态而臂部78具有一狭长、扁平且类似长方条的形态。在一常态的形态中，臂部78普遍陡立于基部76而延伸。基部76和臂部78是优选地由一刚硬的、电性传导的、扁平且类似盘或是类似板的材料所整体构成。在一优选的具体实施例中，第二终端74，亦即，基部76和臂部78，是由一铜盘所构成。构成基部76和臂部78的此类似盘的材料优选地具有如此一厚度以致于臂部78虽是刚硬的，但臂部78的自由末端却可用以下将更详加描述的一方式相对于基部76而移动，亦即，陡然向下弯曲。
[0040]基部76具有大致等同于套筒32的直径的一直径，而臂部78具有当装配电路保护装置10时，其自由末端是设置在濒临套筒32的轴中心的一长度。
[0041]如于此图示中所展示，在臂部78中濒临其自由末端处形成一弯曲82。如同以下将更详加描述的是，为了与第二导电衬套72的内部表面形成一电性接触弯曲82定义出一接触点82a。
[0042]正如在图3和4中所能清楚观察到的，将第一导电衬套62的外部表面伏贴地配置倚靠于套筒32的内部表面,而连带第一和第二导电衬套62、72在内的压敏兀件(金属氧化物变阻器)52随之形成其尺寸以将其自身配置于套筒32之内。如于此些图示中所展示，在所展示的此具体实施例中，压敏元件(金属氧化物变阻器)52以及第一和第二导电衬套62、72具有稍微短于套筒32的长度的一长度。马蹄形的第一终端64形成其尺寸以交迭在套筒32的一个末端之上，用沿着套筒32的外部表面配置脚部64b的方式。第二终端74为了插入套筒32的另一个末端而形成其尺寸。
[0043]为了隐藏在套筒32之内的第一和第二终端而在套筒32的远侧末端之上配备末端保护盖92、94。各末端保护盖92、94为了封装套筒32的一个末端而形成其尺寸。在这个方面，各末端保护盖92、94均是杯形的且具有一圆形底壁部96和一圆柱形侧壁部98。通过掐压侧壁部98的开启的末端到套筒32上来附加末端保护盖92、94至套筒32上。正如在图3和4中所能清楚观察到的，末端保护盖92、94的侧壁部98的开放末端受到如此掐压，以致于迫使各末端保护盖92、94的侧壁部98的自由边缘进入到在套筒32的外部表面36上所形成的一环状深凹处42之内。
[0044]正如在图3中所能清楚观察到的，将马蹄形的第一终端64的脚部64b如此关押在套筒32的壁面区域38和末端保护盖92的侧壁部98之间，以致于第一终端64的脚部64b与金属的末端保护盖92是处在电性接触之中。在这个方面，末端保护盖92是经由第一终端64和第一导电衬套62而与压敏元件(金属氧化物变阻器)52的第一表面52a处在电性接触之中。在末端保护盖92的内配置一第一绝缘圆片112。如于此图示中所展示，形成第一绝缘圆片112的尺寸以将其自身配置在底壁部96的内部表面之上。第一绝缘圆片112是由一电性绝缘材料所组成且基本上是备以确保末端保护盖92与第二导电衬套72是电性隔绝的。
[0045]正如在图4中所能清楚观察到的，扩大马蹄形的第一终端64的基部64c以便不但保障压敏元件(金属氧化物变阻器)52的末端，而且保障沿着与套筒32的末端相间隔的压敏元件(金属氧化物变阻器)52的内部表面所配置的第二导电衬套72。换句话说，压敏元件(金属氧化物变阻器)52和第二导电衬套72的此些末端与在所展示的此具体实施例中的第一绝缘圆片112相间隔。
[0046]第二终端74的圆形基部76为了配合安装在末端保护盖94之内而形成其尺寸，以将基部76配置倚靠于末端保护盖94的底壁部96，且与其处在电性接触之中的方式。
[0047]一第二绝缘圆片114，由一绝缘材料所构成，是备以安置在末端保护盖94之内。第二绝缘圆片114是具有为了配合安装在末端保护盖94之内而形成其尺寸的一圆形外部边缘的一扁平圆片。在第二绝缘圆片114的中心形成一孔或是洞116。孔116为了容许第二终端74的臂部78贯穿此处而形成其尺寸。在这个方面，第二绝缘圆片114是设计用来将之安置于与套筒32、压敏元件(金属氧化物变阻器)52以及第一和第二导电衬套62、72的此些末端相毗连的位置。第二绝缘圆片114，实质上，将第一和第二导电衬套62、72的此些末端与末端保护盖94的底壁部96相隔绝。将第二终端74的基部76限制在第二绝缘圆片114和末端保护盖94的底壁部96之间，正如在图3和4中所能清楚观察到的。
[0048]当第二终端74最初与套筒32装配时，第二终端74的臂部78轴向地延伸进入到定义于套筒32里的膛孔或是腔室34之内。正如在图3和4中所能清楚观察到的，稍微弯曲第二终端74的臂部78的自由末端以定义出一偏移部。设计第二终端74的臂部78以从它的常态的第一状态(如于图4中所展示)移置，亦即，迫使其到一第二状态，在此第二状态中弯曲82，是于臂部78中所形成的，与第二导电衬套72的内部表面进入到电性接触中的状态。
[0049]根据本发明的一个方面，将第二终端74的狭长臂部78约束在通过一热元件122而与第二导电衬套72的内部表面处在电性接触中的此第二状态(展示于图3中)。在一优选的具体实施例中，热元件122为具有一相对低的软化温度或是熔化温度的一焊接材料。可能使用一低熔化温度的金属合金或是具有一低软化温度的一聚合物。热元件122在室温下(25°C )优选地为一固体且直到大约35°C的一温度仍为一固体。优选地，热元件122具有介在大约70°C和140°C之间的一熔化温度或是一软化温度，且更优选地，具有介在90°C和大约100°C之间的一熔化温度或是软化温度。
[0050]当依附于第二导电衬套72时，如于图3中所展示，将第二终端74的臂部78弹性地变形(和塑性地变形相对比)到将臂部78约束在适当位置而倚靠于第二导电衬套72的内部表面的程度，但若未受热元件122束缚，则会大致弹回至它的原始且常态的状态，如于图4中所展示。换句话说，因为臂部78是狭长的且是由一普遍刚硬的金属材料所组成，所以它具有一类似弹簧的特性。当被固定在它的第二状态中时，正如在图3中所图示阐明的，在臂部78的接触区域和第二导电衬套72的内部表面之间形成一插槽或是深凹126。
[0051]配备可在套筒32之内移动的一屏障元件132。如同以下将更详加描述的是，屏障元件132实质上为一电弧遮屏。更明确地来说，屏障元件132可在第二导电衬套72之内移动。在所展示的此具体实施例中，屏障元件132普遍为具有一扁平圆形基底132a并连带一圆柱形侧壁132b的一杯形装置。屏障元件132定义出一圆柱形内部腔室132c。如此形成屏障元件132的圆柱形侧壁132b的尺寸以致于屏障元件132在通过第二导电衬套72所定义出的孔穴之内是可自由地滑动的。屏障元件132是优选地由一电性绝缘而非导电的材料，诸如，作为例子而非限定来说，一聚合物材料，所整体组成。偏置元件134将屏障元件132偏向第二终端74的臂部78。当通过热元件122将臂部78约束倚靠于第二导电衬套72的内部表面时，通过臂部78的弯曲末端和第二导电衬套72的表面所形成的插槽或是深凹126关押屏障元件132的圆柱形侧壁132b的边缘。在所展示的此具体实施例中，偏置元件134为一压缩弹簧。如此形成臂部78、屏障元件132以及偏置元件134的尺寸，以致于当将狭长臂部78的自由末端约束倚靠于第二导电衬套72的内部表面时，通过臂部78的弯曲82避免屏障元件132在第二导电衬套72之内相对于臂部78而移动。如于图3中所展示，偏置元件134受到压缩而施加一偏置力量来对抗通过臂部78的弯曲82避免其移动的杯形屏障元件132的基底132a。
[0052]现在涉及电路保护装置10的运作，可设想到的是可以一起使用一个或是多个电路保护装置10以保护一用电电路抗拒一电路故障状况。虽然可以在一沿袭由德国标准协会所制定的导轨式熔丝支架20的中使用电路保护装置10，如于图2中所展示，然而优选地却是在一熔丝座12之中使用电路保护装置10，如于图1中所展示。熔丝座12容许一个体轻易地将一电路保护装置10连接至所欲保护的用电系统或是电路而无需此个体面临经电性赋予电压的电力线路。换句话说，一熔丝座12不但容许一电路保护装置10安全且轻易地依附于一“通电的”电路，而且从此移除时亦同。
[0053]当电路保护装置10配置在熔丝座12之内，且熔丝座12是在一关闭的状态中时，电路保护装置10的末端保护盖92、94是与熔丝座12的接触片24处在接触之中。当横跨一用电电路的一电力线路和一接地且中性的线路依附熔丝座12时，经由电路保护装置10产生一电路路径。更明确地来说，从末端保护盖92开始经由第一导电衬套62和压敏元件(金属氧化物变阻器)52 一直到第二导电衬套72为止产生一电路路径。此电路路径继续从第二导电衬套72经由第二终端74 (通过热元件122将其自身与第二导电衬套72约束在接触之中)的臂部78到末端保护盖94。换句话说，当将熔丝座12依附于一架设用导轨(未展示)而电路保护装置10是与接触片24处在电性接触之中时，经由电路保护装置10在一电力线路和一接地或是中性的线路之间定义出一导电路径。如同该会领会到的是，即使互换末端保护盖92、94的此些位置，仍然将会经由电路保护装置10建立一导电路径。
[0054]如上所表明，可能使用不止一个电路保护装置10来保护一用电电路。一电路保护系统可能包含并联至一电力线路和一接地或是中性的线路的“N”个电路保护装置10。在这样的一“多重装置系统”中，各电路保护装置10具有同样的额定后“标称电压”VN(D。)和一最高电流突波额定值。这样的一多重装置系统所贡献的总电流突波保护因此大致是“N”倍于在此系统之中所使用的一电路保护装置10的最高电流突波额定值。举例来说，若各电路保护装置10具有10，000安培的一最高电流突波额定值，则此联合装置具有(10，000.N)安培的一总最高电流突波额定值。如上所表明，尽管各电路保护装置10可能具有同样的“额定后标称电压”，但是实际上，每个在一电路保护装置10内的金属氧化物变阻器的“额定后标称电压”可能在一 Vmin和一 Vmax之间变动。结果是，各电路保护装置10所经历到的电流突波可能不会出现在同样的时刻，如同在下文中所描述的那样。
[0055]如果发生一过电压状况或是反复脉冲状况，一电路保护装置10的压敏元件(金属氧化物变阻器)52将会经历一过电压状况。这个过电压状况导致介在第一导电衬套62和第二导电衬套72之间且横跨压敏兀件(金属氧化物变阻器)52的第一表面52a和第二表面52b的一电压差(偏压)。当这个情形出现时，此突波电流产生会彰显于温度的能量，而各管状压敏元件(金属氧化物变阻器)52则开始吸收能量且以作为热量的形式散逸此类能量。随着横跨一压敏元件(金属氧化物变阻器)52的电压差变得更大，此压敏元件(金属氧化物变阻器)52的电导率也增加且从而引起热量的增量。如上所表明，因为各压敏元件(金属氧化物变阻器)52的实际特性并非一致，所以在一串联配置中的一个压敏元件(金属氧化物变阻器)52和其余的相对比该会具有一较低的能量额定值和一较快的热响应时间。因此，在一多重装置系统的内不同的压敏元件(金属氧化物变阻器)52该会比其他压敏元件(金属氧化物变阻器)52更迅速地加热。若此故障状况够严重，则一个或是多个电路保护装置10的压敏元件(金属氧化物变阻器)52将会加热至热元件122的低温焊接材料的熔化温度。当这个情形出现时，不再将第二终端74的臂部78约束在它的第一状态(如于图3中所展示)。当热元件122熔化时，随着此金属材料形成的第二终端74企图返回它的常态平坦形态，臂部78也可从压敏元件(金属氧化物变阻器)52的内部第一表面52a自由移开。
[0056]根据本发明的一个面向，压敏元件(金属氧化物变阻器)52的第二表面(内部表面)52b比第一表面(外部表面)52a更快速地变热。这是归因于第二表面52b比第一表面区域52a具有更少的表面区域，归因于此些各自表面的不同直径。因为它的较小表面区域，所以每单位面积电流密度，和继之而来的每单位面积焦耳热，沿着第二表面52b会比沿着第一表面52a来得更高。当故障状况存在时，第二表面52b的较快速变热供给热元件122的熔化。
[0057]当臂部78从压敏元件(金属氧化物变阻器)52移开时，中断经由电路保护装置10的导电路径，其中电路保护装置10 “脱机”断绝。
[0058]当一个电路保护装置10 “脱机”断绝时，缩减在此多重装置系统中的其余电路保护装置10的电流突波额定值。使用以上所阐述的例子，若一个电路保护装置10 “脱机”断绝，则此系统将失去此10，000安培的突波容许能力，但是却将仍然具有(10，000.(N-D)安培的一电流突波额定值，直到诸如替换此脱机的电路保护装置10的时候为止。
[0059]本发明因此提供可能单独使用或是与其他相似装置协力以形成一电路保护系统的局部的一电路保护装置10。电路保护装置10为具有一专门功能的一独立完备的装置，且当此些电压尖峰讯号明显超过受到保护从而预防同样的灾难性失效的此装置的额定后标称电压时，其可确实抑制在一电路中的电压尖峰讯号并脱机断绝。
[0060]现在参照图8和9，展示了图示阐明本发明之一最终具体实施例的一电路保护装置210。电路保护装置210跟电路保护装置10在许多方面是相同的。在这个方面，将类似在电路保护装置10中的元件的电路保护装置210的元件以同样的参照号码标示。介在电路保护装置210和此前述的电路保护装置10间的主要差异是圆柱形屏障元件132包括从屏障元件132的扁平且圆形的基底132a轴向地延伸的一狭长栓销。正如在图8中所能清楚观察到的，当通过第二终端74的臂部78将屏障元件132维持在倚靠于偏置元件134的第一状态中时，栓销232形成其尺寸以贯穿经由第一绝缘圆片112和末端保护盖92的底壁部96所形成的一孔穴234。如于图8中所展示，当电路保护装置210是在它的常态运作形态之中时，栓销232的末端部232a延伸到末端保护盖92的底壁部96以外。如果发生会使电路保护装置210 “因突发意外瞬间启动释放机制而造成电路遮断”的一故障状况，随着偏置元件134迫使屏障元件132到一“跳脱后已遮断的状态”，栓销232的末端部232a也会退缩进入到套筒32的内部膛孔或是腔室34内。因此，缺乏从末端保护盖92延伸的栓销232的末端部232a意味着电路保护装置210已经“因突发意外瞬间启动释放机制而造成电路遮断”且应该要替换之。电路保护装置210因此提供一快捷又简单的形态以提供标示电路保护装置210的状况的一指示器工具。
[0061]此前的说明为本发明的一特定具体实施例。应领会到的是叙述这个具体实施例仅是为了图示阐明的目的，且在未背离本发明的精神和范围之下本发明所属【技术领域】中具有通常知识者可实行为数众多的变更及修改。举例来说，在迄今为止所描述的具体实施例中，压敏元件(金属氧化物变阻器)52为一单件式元件。图7展示由可能用来取代在电路保护装置10中的压敏元件(金属氧化物变阻器)52的两个零件154、156所组成的一压敏元件152。如同本发明所属【技术领域】中具有通常知识者该会领会到的是，在电路保护装置10内第一和第二导电衬套62、72会将零件154、156维持在此所欲的管状形态中。可预期的是所有此类修改和变更将会被包括只要它们落在如同声明所有权中所主张的此发明的范畴或是其相当者内。
【权利要求】
1.一种用以抑制在一用电电路中的电压突波的一可自由更换的电压抑制装置，所述装置包括: 一管状套筒，其由一电性绝缘材料所组成； 一第一导电元件，其依附于所述套筒的一第一末端； 一第二导电元件，其依附于所述套筒的一第二末端； 一压敏元件，其在所述管状套筒之内，所述压敏元件具有一第一表面和一第二表面以及横跨所述第一和第二表面的一默认电压额定值，随着横跨所述第一和第二表面所施以的电压超过所述电压额定值，所述压敏元件亦增温； 一第一终端，其电性连接至所述压敏元件的所述第一表面并至所述第一导电元件； 一热元件，其电性连接至所述压敏元件的所述第二表面，所述热元件在室温下为一电性导电固体并具有一默认软化温度； 一第二终端，其电性连接至所述第二导电元件，所述第二终端具有与所述压敏元件的所述第二表面处在电性接触之中的一接触部，所述压敏元件感测介在所述第一导电元件和所述第二导电元件之间的该压降，所述第二终端通过所述热元件与所述压敏元件维持在电性接触之中并从该处偏离，其中若通过所述压敏元件所感测到的一过电压状况超过所述压敏元件的该电压额定值并使所述压敏元件加热所述热元件至超出它的软化点，则所述第二终端从与所述压敏元件的电性接触之处移开而中断所述用电电流路径；以及 一电弧遮屏，其当所述第二终端从与所述压敏元件的电性接触之处搬移时，可从一第一状态移动至一第二状态，且在所述第一状态中所述电弧遮屏允许介在所述第二终端的所述接触部和所述压敏元件之间的接触，而在所述第二状态中将所述遮屏配置在所述第二终端的所述接触部和所述压敏元件之间。
2.如权利要求1所述的电压抑制装置，其中所述压敏元件为一金属氧化物变阻器(Metal Oxide Varistor, MOV)?
3.如权利要求2所述的电压抑制装置，其中所述金属氧化物变阻器在外形上为管状。
4.如权利要求1所述的电压抑制装置，其中所述热元件包括一可熔合金的一金属焊接剂。
5.如权利要求4所述的电压抑制装置，其中所述金属焊接剂具有大约95°C的一熔点。
6.如权利要求1所述的电压抑制装置，其中所述热元件为一电性传导的聚合物。
7.如权利要求1所述的电压抑制装置，其中所述电弧遮屏通过所述第二终端而将其自身支撑在所述第一状态中。
8.如权利要求1所述的电压抑制装置，其中所述电弧遮屏偏向所述第二状态且可沿着所述套筒的该轴移动。
9.如权利要求8所述的电压抑制装置，其中所述电弧遮屏通过一弹簧元件而偏置。
10.如权利要求9所述的电压抑制装置，其中所述电弧遮屏在当所述第二终端与所述热元件处在接触中时，通过所述第二终端而维持在所述第一状态中。
11.如权利要求8所述的电压抑制装置，其中所述电弧遮屏在所述压敏元件之内是可移动的。
12.如权利要求1所述的一可自由更换的电压抑制装置，其中 所述第二终端具有一接触部和从该接触部延伸而出的一第二部，至少所述第二终端的该第二部是可弹性曲挠的且位于至少该电弧遮屏的一部分的上方并弯向该热元件，在该热元件软化以前通过该热元件将所述第二终端的所述接触部约束在与该压敏元件的电性接触中， 所述第二终端，其当该热元件软化时，远离该热元件而向外弹性曲挠，而且该电弧遮屏，其在该热元件软化以前，是偏向该热元件的，但是却在沿着与该接触部相间隔开的该第二部的一特定位置上通过所述第二终端的该第二部来拘束该电弧遮屏移向该热元件，直到该热元件软化且所述第二终端远离该热元件而向外弹性曲挠为止。
13.如权利要求12所述的一可自由更换的电压抑制装置，其中，当该热元件软化时，所述第二终端从所述受到弯曲的状况获得释放接着它向外弹性曲挠至一较为平直的状况。
14.如权利要求12所述的一可自由更换的电压抑制装置，其中 该第二终端，当该热元件软化时，其向外弹性曲挠至与该热元件相间隔的一状态，而且至少该电弧遮屏的一部分，当横跨该压敏元件的该电压超过该压敏元件的该电压额定值且加热该压敏元件以便软化该热元件时，其介入该热元件和所述第二终端之间。
15.如权利要求1所述的一可自由更换的电压抑制装置，其中 该热元件在该压敏元件的该常态运作中为固体，但是当横跨该压敏元件的该电压增加到超出该压敏元件的该电压额定值时，该压敏元件变热至达到或是超过所述默认软化温度的一温度，该所增加的热量使该热元件软化， 所述第二终端具有一接触部和从该接触部延伸而出的一第二部， 所述第二终端的该接触部，单独通过该热元件将其自身约束在与该压敏元件的电性接触中，而所述第二终端的该第二部则受到安置以在该热元件软化之前拦阻该电弧遮屏的该路径，接着当该热元件软化时，该第二终端的该接触部从该热元件获得释放，而且 该第二终端，当该热元件软化时，其从该热元件移开，接着释放该电弧遮屏以沿着紧靠该热元件的一路径穿过。
16.如权利要求1所述的一可自由更换的电压抑制装置，其中 所述第二终端具有一接触部和一第二部，通过该热元件将所述接触部约束在与该压敏元件的电性接触中，并通过在所述第二终端中的内在机械力将所述接触部从该压敏元件偏离， 所述电弧遮屏，当通过该热元件将所述第二终端的该接触部抓住时，将其设置在该压敏元件和所述第二终端的该第二部之间， 所述第二终端的该第二部贯穿该电弧遮屏的该路径以在该热元件软化之前拘束该电弧遮屏的移动，且一旦该热元件软化并释放所述第二终端的该接触部，所述电弧遮屏就会横贯大体上平行于该压敏元件的一路径。
17.用以抑制在一用电电路中的电压突波的一电压抑制装置，所述装置包括: 一管状套筒，其由一电性绝缘材料所组成； 一第一导电元件，其依附于所述套筒的一第一末端； 一第二导电元件，其依附于所述套筒的一第二末端； 一压敏元件，其具有一默认电压额定值，随着横跨所述压敏元件所施以的电压超过所述电压额定值，所述压敏元件亦增温； 终端，用以将所述 压敏元件电性连接在所述第一导电元件和所述第二导电元件之间；一常态地关闭的热开关，其包括所述终端之一的一个末端、所述压敏元件的一表面以及一热元件，所述终端之一的所述一个末端通过所述热元件与所述压敏元件的所述表面维持在电性接触中，所述热开关在所述导电元件之一和所述压敏元件之间与所述压敏元件电性串联，所述热开关热耦合至所述压敏元件，且其中当所述压敏元件的该温度达到使所述热元件软化的一程度时，所述终端之一从一常态地关闭的状态移至一开启的状态，且在所述关闭的状态中所述终端之一与所述压敏元件的所述表面维持在电性接触中，而在所述开启的状态中所述终端之一自与所述压敏元件的所述表面的电性接触移出以形成介在所述终端之一和所述压敏元件之间的一间隙； 所述终端之一包括一接触部和从该接触部延伸而出的一第二部； 一非导电性的障碍物，当所述终端之一移至一开启的状态时，其可确实移入至所述间隙，所述障碍物避免线路电压突波在所述终端之一和所述压敏元件之间形成电弧， 所述终端之一的该第二部，其扩展到至少该非导电性的障碍物的一部分的上方并弯向该热元件以便通过该热元件将该接触部抓住直到所述热元件开始软化为止，而且 所述非导电性的障碍物是偏向该热元件的，但是却在与该接触部相间隔开的一特定位置上通过与所述终端之一的该第二部的接触来拘束所述非导电性的障碍物移向该热元件，直到所述热元件开始软化为止。
18.如权利要求17所述的一电压抑制装置，其中所述热开关包括通过所述热元件将其自身约束在与所述压敏元件的电性接触中的一终端，所述终端是会从所述压敏元件偏离的。
19.如权利要求1 8所述的一电压抑制装置，其中所述热元件为一低熔化温度的焊接材料。
20.如权利要求17所述的一电压抑制装置，其中 至少所述终端之一的该第二部是可弹性曲挠的且位于至少该非导电性的障碍物的一部分的上方并弯向该热元件，在该热元件软化以前通过该热元件将所述终端之一的所述接触部约束在与该压敏元件的电性接触中， 所述终端之一的所述第二部，其当该热元件软化时，远离该热元件而向外弹性曲挠，而且 该非导电性的障碍物，其在该热元件软化以前，是偏向该热元件的，但是却在沿着与该接触部相间隔开的该第二部的一特定位置上通过所述终端之一的该第二部来拘束该非导电性的障碍物移向该热元件，直到所述终端之一远离该热元件而向外弹性曲挠为止。
21.如权利要求17所述的一电压抑制装置，其中 所述终端之一是可弹性曲挠的且，当从所述热元件获得释放时，它远离所述热元件而向外弹性曲挠至一较为平直的状况。
22.如权利要求17所述的一电压抑制装置，其中 所述非导电性的障碍物以它的前方边缘紧靠所述终端之一的该第二部的方式受到安置， 所述终端之一的所述第二部是为了在该热元件软化之前拦阻该非导电性的障碍物的该路径而受到安置。
23.如权利要求17所述的一电压抑制装置，其中所述热元件由一电性传导的焊接剂所组成，所述终端之一的所述第二部通过它的内在机械力将其自身从该热元件偏离，但是却通过该热元件将它的接触部约束在与该压敏元件的电性接触中， 所述终端之一的所述第二部扩展到至少该非导电性的障碍物的一部分的上方且当通过该热元件将该接触部抓住时，该第二部弯向该热元件， 该非导电性的障碍物是偏向该热元件的，但是当通过该热元件将所述终端之一的该接触部抓住时，却是通过沿着所述终端之一的所述第二部(与该接触部相间隔开)的该长度的一部位来拘束该非导电性的障碍物移向该热元件。
24.如权利要求17所述的一电压抑制装置，包括用以标示所述障碍物的移动的一指示器。
25.用以抑制在一用电电路中的电压突波的一电压抑制装置，所述装置包括: 一管状套筒，其由一电性绝缘材料所组成； 一第一导电元件，其依附于所述套筒的一第一末端； 一第二导电元件，其依附于所述套筒的一第二末端； 一压敏元件，其布置在所述套筒之内，所述压敏元件具有一第一表面和一第二表面以及横跨所述第一和第二表面的一默认电压额定值，随着横跨所述第一和第二表面所施以的电压超过所述电压额定值，所述压敏元件亦增温； 一第一终端，其电性连接至所述压敏元件的所述第一表面以及所述第一导电元件； 一热元件，其电性连接至所述压敏元件的所述第二表面，所述热元件在室温下为一电性传导的固体并且具有一默认软化温度； 一第二终端，其由一弹力金属所组成，该弹力金属具有与所述压敏元件的所述第二表面处在电性接触中的一个末端以及连接至所述第二导电元件的另一个末端，所述压敏元件感测介在所述第一导电元件和所述第二导电元件之间的一压降，通过所述热元件将所述第二终端从一常态且未受拘束的形态弯曲至与所述压敏元件维持在接触之中，所述第二终端本身自然会从所述压敏元件偏离而朝向所述常态且未受拘束的形态，其中若通过所述压敏元件所感测到的一过电压状况超过所述压敏元件的该电压额定值并使所述压敏元件加热所述热元件至超出它的软化点，则所述第二终端从与所述压敏元件的电性接触之处弹开，且以此软化并中断所述用电电流路径；以及 一电弧遮屏，其当所述第二终端从与所述压敏元件的电性接触之处搬移时，可从一第一状态移动至一第二状态，且在所述第一状态中所述电弧遮屏允许介在所述第二终端和所述压敏元件之间的接触，而在所述第二状态中将所述电弧遮屏配置在所述第二终端和所述压敏元件之间； 该第二终端具有用以制造与该热元件的电性接触的一接触部和一第二部，该第二部贯穿该电弧遮屏的该路径并拦阻该电弧遮屏的该移动直到该热元件达到它的软化点为止。
【文档编号】H01C7/12GK103907257SQ201280054071
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2012年9月28日 优先权日:2011年11月4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