CN101138062B - 高电压/高电流熔断器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于高电压/高电流应用如混合电动车(HEV)应用的熔断器。熔断器采用多个电弧猝熄特征以处理在这样的熔断器因熔丝断开事件断开时产生的大量电弧能量。在一实施例中，绝缘衬底如三聚氰胺衬底用熔丝元件金属化。熔丝元件延伸到衬底的多个表面。定位熔丝元件的熔丝断开部分使得电弧能量被迫沿多个绝缘表面行进，增加了跨熔丝元件断开的阻抗，从而降低了持续电弧的可能性。同样，衬底和熔丝元件被布置在密封的外壳中，在一实施例中其用电弧猝熄材料如沙子塞满。

Description

高电压/高电流熔断器
相关申请交叉引用
本专利要求2004年9月15日基于35 U.S.C.§119(e)申请的、题为“高电压/高电流熔断器”的美国临时申请60/610,401的优先权利益，该临时申请的内容特此通过引用而将其外部组合于此。
背景
本发明总体上涉及电路保护，特别是熔断器保护。
混合电动车(HEV)开发在汽车开发领域越来越普遍，对熔断器用户也越来越重要。HEV系统使用比传统汽车系统高得多的电压和电流。HEV系统的系统总线电压可在600伏特DC或AC及300安培的范围内。
高电压应用要求熔丝元件可处理与熔丝元件或电路的断开相关联的能量和电弧。在存在用于高电压和高电流应用的熔断器的同时，可以认为，需要存在特别用于HEV系统的改进的高电压/电流熔断器。这样的改进的熔断器需要具有改进的能量处理和电弧猝熄特征并提供在相当小的管壳中以适于汽车环境。
熔断器还需要足够坚固以安全固紧在高低不平类型的应用内，如汽车或HEV应用。同样，相对低成本和容易安装也是初始设备制造厂家(OEM)所需要的，特别是在汽车工业中。因此，需要存在根据上述突出的参数的改进的熔断器。
发明内容
本发明提供改进的熔断器，其可用在汽车应用中特别是混合电动车(HEV)应用中。在预期HEV应用的同时，本发明熔断器可用在约或低于600伏特DC或AC及300安培电流下运行的任何应用中。熔断器采用多个帮助猝熄由于熔断器断开引起的电弧的特征，从而保护这样的电路。一个特征包括将熔丝元件分隔在绝缘衬底的不同平面上。分开的熔丝元件部分通过衬底中提供的一个或多个通路或孔进行电连通。
在一实施例中，熔丝元件从衬底的第一终端向内朝向衬底的中间部分延伸。在衬底的中间部分，熔丝元件穿过一个或多个通路或孔延伸到衬底的另一侧。在衬底的该另一侧上，熔丝元件延伸到衬底的反向第二终端。
熔丝元件(i)变薄；(ii)降低截面积；和/或(iii)用第二导电材料金属化，所述导电材料可能在用于熔丝元件断开的所需点或位置扩散在熔丝材料内。在一实施例中，该熔丝断开点或位置出现在穿过衬底从而分隔熔丝元件部分的孔附近。在这样的结构中，电弧能量不得不(i)沿一个平面行进；(ii)通过衬底中的孔或通路垂直地移到位于衬底另一侧上的第二平面；及(iii)沿第二平面行进。将电弧路径分到多个平面中被认为可提供电弧猝熄特征。在另一实施例中，孔或通路用电弧猝熄室温硫化(RTV)材料如硅酮填充以进一步帮助猝熄电弧。
在另一电弧猝熄特征中，熔丝元件布置在密封的壳体内。密封的壳体用电弧猝熄材料如粉末状硅石或沙子装填或充满。具体地，沙子是符合需要的电弧猝熄材料，因为其吸热并基于电弧而由于熔丝元件断开产生的热量转化为玻璃。在另一电弧猝熄特征中，在一实施例中，衬底由三聚氰胺制成，其释放由熔丝电弧引起的强烈热量导致的甲醛。甲醛也有助于猝熄电弧能量。在多个备选实施例中，多个三聚氰胺或绝缘衬底可被提供，及多层导电材料可用于构造多层式熔断器，其具有多个绝缘层和至少一导电层。
本发明熔断器体的密封特性借助于弹簧锁片，其作为端子提供并关于衬底的末端放置且与熔丝元件电连通。衬底材料或三聚氰胺可以是软的且在压缩下不坚硬。弹簧锁片状的端子的偏压特性和金属的结构完整性帮助对熔丝提供支撑和耐压力。这样的耐压对于熔断器是需要的，其被栓接或固紧在电学应用内，如汽车或HEV应用。
依据上述特征，在一实施例中，熔断器被提供，且包括(i)绝缘体；(ii)由绝缘体保持的熔丝元件组件，其中熔丝元件包括
(a)绝缘衬底，
(b)布置在衬底两侧之间并延伸穿过衬底中的孔的熔丝元件，熔丝元件包括被构造和安排成基于熔丝断开事件断开的区域，熔丝元件延伸到衬底的第一和第二端；及
(c)在衬底的第一和第二端电连接到熔丝元件的第一和第二端子；及
(iii)放在绝缘体内并接触至少一部分熔丝元件的电弧猝熄材料。
在一实施例中，绝缘衬底由选自下组的材料制成：FR-4、环氧树脂、陶瓷、涂覆树脂的箔、聚四氟乙烯、聚酰亚胺、玻璃、三聚氰胺及其任意组合。
在一实施例中，熔断器包括连接到绝缘体的顶部，顶部和绝缘体由适于经选自下组的方法连接的材料制成：声波焊接、溶剂粘合、黏接及其任意组合。
在一实施例中，电弧猝熄材料包括沙子。
在一实施例中，熔丝元件经选自下组的方法固定到衬底：蚀刻和黏接。
在一实施例中，熔丝元件包括至少一散热件部分，散热件部分包括扩大的导电材料区域。
在一实施例中，熔丝元件由选自下组的至少一导电材料制成：铜、银、镍、锡、金、锌和铝。
在一实施例中，被构造和安排成基于熔丝断开事件断开的熔丝元件区域包括减小的厚度、减小的截面积尺寸或同时包括二者。
在一实施例中，被构造和安排成基于熔丝断开事件断开的熔丝元件区域包括第一和第二导电材料，第二导电材料具有扩散到第一导电材料中的亲和势并与第一导电材料形成电阻性金属互化物。在一实施例中，第二导电材料包括锡。
在一实施例中，绝缘体和衬底包括至少一对配对的紧固孔。在一实施例中，第一和第二端子中至少其一包括至少一紧固孔，其被构造和安排成与绝缘体和衬底中的配对紧固孔对准。
在一实施例中，第一和第二端子被构造和安排成支持组件经受压力的能力。
在一实施例中，第一和第二端子中至少其一包括与衬底中的安装孔紧密配合的安装孔。在一实施例中，熔丝元件延伸穿过衬底中的安装孔。在一实施例中，熔丝元件关于衬底两侧上的安装孔布置。
在一实施例中，第一和第二端子中至少其一被偏压以从衬底断开。
在一实施例中，至少一端子被折叠在衬底端部之一的两侧上。
在一实施例中，至少一端子包括紧靠绝缘体的内表面的凸缘。
在一实施例中，熔断器包括连接到绝缘体的顶部，顶部被构造和安排成压缩绝缘体内的组件。
在一实施例中，绝缘体包括至少一被构造和安排成定位绝缘体内的组件的凸起。在一实施例中，凸起关于绝缘体中的紧固孔定位。
在一实施例中，熔丝元件位于衬底的两侧上。
在一实施例中，熔丝元件关于衬底的两侧对称。
在一实施例中，衬底是第一衬底，且其包括第二衬底，第一和第二衬底将至少一部分熔丝元件夹在其之间。
在一实施例中，熔丝元件从衬底的第一和第二端向内延伸到衬底中的孔，熔丝元件形成穿过孔的延伸。在一实施例中，熔丝元件位于衬底的各侧上，在衬底的第一侧上的熔丝元件经穿过孔的延伸电连接到衬底的第二侧上的熔丝元件。在一实施例中，熔断器包括至少部分填充孔的电弧猝熄物质。在一实施例中，电弧猝熄物质包括室温硫化(RTV)材料，入硅酮RTV。
本发明还提供产生具有高电压能力的熔断器的方法。该方法包括(i)将熔丝元件延伸在绝缘衬底的第一和第二侧上；及(ii)构造熔丝元件以基于熔丝断开事件在熔丝元件上定位的位置断开，使得电弧能量通过不得不从衬底的第一侧穿过衬底行进到衬底的第二侧而得以猝熄。
因此，本发明的优点是提供改进的熔断器。
本发明的另一优点是提供适于用在HEV系统中的熔断器。
本发明的另一优点是提供可被机械紧固到电学系统的熔断器。
本发明的另一优点是提供具有多个电弧猝熄特征的熔断器。
此外，本发明的优点是提供尝试引导电弧能量在多个平面中行进以增加跨熔丝元件断开的阻抗因而降低持续电弧的可能性的熔断器。
本发明的另外的特征和优点将在下面的本发明具体实施方式及附图中详细描述并可从其明显看出。
附图说明
图1为装配好的高电压/高电流熔断器的一实施例的透视图。
图2为图1中所示的熔断器实施例移去盖以示出熔断器的内部组件的透视图。
图3是本发明高电压/高电流熔断器的另一实施例的透视图。
图4为图1中所示的高电压/高电流熔断器实施例的分解透视图。
图5为图1中所示的高电压/高电流熔断器实施例的另一分解透视图。
图6为本发明高电压/高电流熔断器的另一实施例的分解透视图。
图7为装配好的高电压/高电流熔断器的另一实施例的透视图。
图8为图7中所示的装配好的高电压/高电流熔断器实施例的分解透视图。
图9为图7中所示的装配好的高电压/高电流熔断器实施例沿剖面线IX-IX的截面图。
图10为图7中所示的装配好的高电压/高电流熔断器实施例沿剖面线X-X的截面图。
具体实施方式
现在参考图1-6，本发明的高电压/高电流电熔断器的一实施例图示为熔断器10。熔断器10特别适于混合电动车(HEV)系统。HEV系统通常使用比一般在其它类型汽车应用中所看见的要高得多的电压和电流。HEV系统的系统总线电压可在从约200到约600伏特DC或AC的范围内。HEV系统也是高电流系统，其可在约300安培运行。因为熔断器10如在此所述的能量处理和电弧猝熄能力，其很好地适于这样的电压和电流额定值。在熔断器10适于HEV系统的同时，熔断器10显然不限于这样的应用，而是可应用于许多高电压和/或高电流应用，如电动车、工业应用、用户引入线及定域功率产生。
图1-3示出了一般装配状态的熔断器10。图4-6示出了分解的熔断器10，使得某些组件可被更详细地示出。如图1-6中所见，熔断器10包括绝缘体12和熔丝元件组件20，其插入绝缘体12中并由绝缘体保持。绝缘体12和熔丝元件组件20中的每一个可以是任何适当的大小和形状。在一例子中，熔丝元件组件20实质上为矩形，并具有约1英寸(2.54cm)的高度和约3.5-4英寸(8.9cm-10.2cm)的长度。
熔丝元件组件20包括绝缘衬底22。在一例子中，绝缘衬底22的厚度为约0.03英寸到约0.062英寸(0.7mm-1.6mm)。绝缘体12做成相应大小(长度、宽度、高度和厚度)以使熔丝元件组件20的一部分适当地绝缘，同时留下一部分熔丝元件组件20曝露以用于电学系统如HEV系统内的电连接。
绝缘体12包括前壁14、后壁16、底壁18和侧壁48a和48b。在一实施例中，前壁14、后壁16、底壁18和侧壁48a和48b作为整体件形成如浇铸或挤压在一起。在一实施例中，盖40被形成为单独件。在所示实施例中，前壁14和后壁16逐渐尖细以形成绝缘体12的侧部。绝缘体12的侧壁48a和48b从前壁和后壁14、16的锥形延伸。在备选实施例中，绝缘体12实质上为矩形形状，侧壁48a和48b为更明显的矩形。然而，提供锥形或圆形绝缘体12可提供更能处理在熔断器10断开期间释放的能量的形状。
绝缘体12和盖40可由任何适当的绝缘或介质材料形成。在一实施例中，绝缘体12和盖40为塑料，如聚丙烯、聚甲醛树脂、聚三氟氯化乙烯聚合体、高温塑料、尼龙、酚醛树脂、聚酯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚偏二氟乙烯、多酚硫化物(RytonTM)及其任意组合。同样，在一优选实施例中，绝缘体12和盖40由适于经超声波焊接、经黏接、溶剂粘合或其它类似方法熔在一起的一种或多种材料制成。绝缘体12和盖40按需可由相同材料形成，也可由不同材料形成。在一优选实施例中，绝缘体12和盖40由多酚硫化物(RytonTM)制成。
前壁14包括或确定多个铆钉孔30a-30d(在此统称为铆钉孔30或一般称为铆钉孔30)。如图所示，铆钉孔30通过图16中的后壁16中的铆钉孔30b和30d延伸穿过后壁16。
在所示实施例中，绝缘体12被形成具有支座绝缘子32a-32d，其包围前壁14上的铆钉孔30a-30d并延伸到绝缘体12内部。同样，绝缘体12包括或具有支座绝缘子34a-34d，其包围后壁16中的铆钉孔30a-30d并延伸到绝缘体12内部。支座绝缘子32a-32d(在此统称为支座绝缘子32或一般称为支座绝缘子32)与支座绝缘子34a-34d(在此统称为支座绝缘子34或一般称为支座绝缘子34)形成间隙。支座绝缘子32和支座绝缘子34之间的间隙做成适当大小以接收熔丝元件组件20并将其牢固地保持在适当位置。为此，绝缘体12的侧壁48a和48b中的每一个分别具有插入槽口36a和36b(见图4-6)。插入槽口36a和36b同样做成接收熔丝元件组件20并将其牢固地保持在适当位置的大小。
如图1-6中所见，端子24和26从绝缘体12的侧壁48a和48b向外延伸。在所示实施例中，端子24和26为弹簧锁片，或折叠和偏压以从绝缘衬底22断开，除非经压力如经铆钉或其它连接机构从插入槽口36a和36b保持到衬底22。弹簧锁片24和26由任何导电材料制成，如铜、银、金、锌、镍、铅、锡、铝或其任意组合。在一优选实施例中，弹簧锁片或端子24和26由铜制成。作为良好的导体，铜易于形成为所需的弹簧锁片形状并很适于提供所需的弹簧张力。
端子24和26、衬底22和(位于衬底22上的)熔丝元件50的端部58a和58b(见图4-6)共同形成安装孔28a和28b。安装孔28a和28b做成接收螺栓、螺钉或其它类型紧固件的大小，其将熔断器10连接到电学系统如HEV系统。端子或弹簧锁片24和26帮助组件20经受当连接到电学系统时由于这样的紧固件及伴随的螺母引起的压力。具体地，用于绝缘衬底22的材料在压缩时相对不坚硬。弹簧锁片或端子24和26的弯曲特性加强了整个组件并帮助防止压紧力损害绝缘衬底22。然而，应意识到，压紧力有助于确保端子24和26与熔丝元件50的端部58a和58b的良好电接触。
如图1和2中所见，绝缘体12和盖40关于一部分组件20形成封闭封装结构。为此，支座绝缘子32和34做成紧靠衬底22并从绝缘体12的内侧密封孔30的外面的大小。此外，图2示出盖40包括顶部42和凸起44。在一实施例中，凸起44跨顶部42的整个长度延伸。在另一实施例中(见图6)，单独的凸起44被提供在盖40的顶部42的每一端上。凸起44将顶部安装在插入槽口36a和36b中。凸起使组件20压靠侧壁48a和48b、底壁18或二者。凸起44还有助于沿侧壁48a和48b完成密封的封闭。凸起44及盖40的其余部分经声波焊接、溶剂粘合、适当的胶粘剂或其任意组合固定到绝缘体12。
如图3、4、5和6中所见，端子或弹簧锁片24和26被弯曲或成形以具有凸缘38，其向外延伸并做成在组件20插入绝缘体12中时紧靠侧壁48a和48b的内表面的大小和结构。与锁片24和26的向外偏压结合，凸缘38靠侧壁48a和48b的内表面形成密封。同样，为此，绝缘体12、衬底22和端子24及26的大小使得衬底22向端子24和26施加轻微的张力以确保端子或弹簧锁片24和26靠侧壁48a和48b的内表面牢固地保持并至少实质上密封到所述内表面。
希望在熔丝元件50周围具有至少相对密封的包装。如图2、3和4中所见，在一实施例中，绝缘体12用绝缘包装或电弧猝熄材料60填充。在一实施例中，电弧猝熄材料60是粉末或颗粒状材料，如沙子或硅石。具体地，其是沙子，因为其成本、可用性及因为经熔丝元件50的断开和电弧产生的强大热量被沙子吸收并将至少一部分沙子转换为玻璃。然而，应意识到，其它适当的包装或电弧猝熄材料60也可放在绝缘体12内及关于覆盖的组件20部分放置，如绝缘聚合物材料、陶瓷材料或任何类型的室温硫化(RTV)材料，如硅酮RTV。
从上述讨论应意识到，(i)支座绝缘子32和34；(ii)端子24和26的凸缘结构；(iii)端子24和26的向外偏压的特性；(iv)盖40的凸起44；和(v)盖40和绝缘体12之间的密封关系均帮助提供密封环境，沙子60或其它适当的电弧猝熄材料可被装填和保持于其中，而不会从接缝或绝缘体12的孔掉落。这些因素也使得断开的熔断器的影响最小，至少相对于熔断器的外面最小。
在图3中所示的备选实施例中，凸缘38是双跨排架并进一步沿衬底22向内延伸，使得端子24和26可(i)经铆钉孔30与外壳12及(ii)经配对铆钉孔46a-46d(在此统称为铆钉孔46或一般称为铆钉孔46)与衬底22铆牢或紧固在一起。另外的孔或槽(未示出)被提供在端子24和26的延伸部分中以使端子24和26能够被紧固或铆牢到绝缘体12和衬底22。可能需要开缝的孔以使能沿衬底22的纵向尺寸定位端子，从而衬底22可适当地拉端子24和26的凸缘38靠向侧壁48a和48b的内表面。
现在主要参考图4-6，衬底22和熔丝元件50将被更详细地讨论。绝缘衬底22由任何适当的绝缘材料制成，如FR-4、环氧树脂、陶瓷、涂覆树脂的箔、聚四氟乙烯、聚酰亚胺、玻璃、三聚氰胺及其适当的组合。一种优选材料是三聚氰胺，因为其卓越的电弧猝熄特征。已经发现，由于电弧产生的极度热量导致三聚氰胺释放甲醛或热分解和产生甲醛。甲醛符合需要地减少电弧的影响。三聚氰胺材料可以是B或C阶三聚氰胺。这样的材料作为白色的、织地粗燥的半硫化三聚氰胺，其形成为填满的玻纤网织片，例如伊利诺伊州DeKalb的SpauldingComposites的零件号S-15750。
熔丝元件50由上面为端子24和26列出的任何导电材料制成。在一优选实施例中，熔丝元件50由铜制成，如位于三聚氰胺或绝缘衬底22上的铜迹线。用于在衬底上沉积薄膜的任何适当的蚀刻、光刻工艺或其它金属化工艺均可用于在衬底22上成形所需的金属图案。用于将熔丝元件50蚀刻在衬底22上的一种适当方法在美国专利5,943,764中描述，其转让给本发明的受让人，且其全部内容通过引用组合于此。金属化熔断器10的衬底22的另一可能方法是将熔丝元件50黏接到衬底22。用于将熔丝元件50黏接到衬底22的一种适当的方法在美国专利5,977,860中描述，其转让给本发明的受让人，且其全部内容通过引用组合于此。
如图4-6中所见，熔丝元件50在衬底22上形成所需的形状或图案。在一实施例中，在衬底22上看见的图案被镜像在衬底22的另一侧上。熔丝元件50包括孔部52，在一实施例中其大小和形状适于基于熔丝断开事件断开。例如，孔部52可具有减少的厚度(在z方向或垂直于衬底22平面的方向)、减少的截面积(在xy方向或相对于衬底22的平面方向)，或二者。孔部52的大小使得熔断器10在所需的电流额定值或功率过载时断开。
被指定在出现熔丝断开事件时断开的熔丝元件50的部分，如部分52或56，可使用具有比基础金属如铜更低的熔化温度的异种金属如锡进一步金属化。当锡点由于过流条件而加热时，锡或其它金属或合金扩散到熔丝元件中如铜中，并形成铜锡金属互化物。金属互化物相较铜或锡具有高得多的电阻率，这导致局部区域温度上升。该铜点或导电迹线50继而在沿熔丝元件50的另一点之前熔化。这样，锡或低熔化温度点帮助控制熔丝元件50的断开点并使该点可重复，特别是对于低过载条件，如约135-150％的熔断器额定值。
孔部52与散热件54电连通。散热件54是增大的导电材料区域，其吸收因熔丝元件50断开产生的热量。散热件54与导电扩展部分或迹线56连通。在一备选实施例中，扩展部分56可被构造如减小厚度或截面积以基于熔丝断开事件断开，而不是孔部52断开。扩展部分56继而与第一端部58a电连通。
在所示实施例中，衬底22中的孔28a和28b被电镀或金属化，使得第一端部58a经这样的电镀或金属化通过孔28b连通到位于衬底22的另一侧上的第二端部58b。同样，第二端部58b在图4、5和6中示在衬底22的左手侧。在衬底22的该左手侧上，第二端部58b经孔28a的金属化或电镀与位于衬底22另一侧上的第一端部58a电连通。在一实施例中，位于另一侧上的第一端部58a的形状、大小和构造与图4、5和6中所见的第一端部58a相同。同样，在衬底22的另一侧上的第一端部58a经类似的扩展部分56连通到类似的散热件部分54，其与位于衬底22另一侧上的类似孔部52连通。应意识到，熔丝元件50的几何结构不必须是衬底22的相对侧上的镜像。例如，可能希望对衬底22的相对侧上的熔丝元件部分提供不同的形状、大小和/或厚度以产生具有所需时间-电流特征的熔断器10。
在所示实施例中，孔或通路62大约在衬底22的中心提供。孔或通路62，与安装孔28a和28b类似，被电镀以连接位于衬底22相对侧上的孔部52。在一实施例中，熔丝元件50的结构使得熔丝元件在孔62或其附近断开。这被认为可向熔断器10提供所需的电弧猝熄特征，因为电弧能量不得不从衬底的一侧通过衬底22行进到另一侧。通过衬底22中的通路62的电弧通道增加了熔丝元件50中跨开口的路径的阻抗。阻抗的增加降低了持续电弧的可能性。
因而，衬底22的厚度及其绝缘性质均有助于熔丝50的全电弧猝熄能力。此外，另外的电弧猝熄或包装材料60向熔断器10提供另外的电弧猝熄特征。此外，在外壳12和组件20之间的实质上精密密封的关系也有助于压缩猝熄或包装材料60靠向熔丝元件，这有助于耗散电弧能量。在一实施例中，包装材料或沙子60还被布置在孔62内以提供进一步的电弧猝熄帮助。在备选实施例中，单独的RTV或其它绝缘材料可放在孔62中。
图6示出了本发明的备选实施例。在图6中，第二或第三绝缘衬底62被层压、黏接或固定到衬底22的一侧或两侧。另外的一个或多个衬底62将导电熔丝元件50夹在两个厚度的绝缘材料之间，如上面列出的用于衬底22的任何材料。在一实施例中，如上所述，另外的绝缘衬底62的优选材料是三聚氰胺。另外的衬底62可按需覆盖熔丝元件50的一部分或整个熔丝元件。在一实施例中，绝缘片62覆盖熔丝元件50的熔丝断开部分，如孔62、孔部52、散热件54及扩展部分56。在此，另外的绝缘衬底62留下熔丝元件50的第一和第二端部58a和58b曝露，使得熔丝元件50的端部58a和58b能分别且适当地与端子24和26连通。
预期另外的衬底62可消除对绝缘包装或电弧猝熄材料60的需要。然而，明显还可预期同时提供一个或多个另外的绝缘衬底62及绝缘包装材料或沙子60。在一实施例中，另外的一个或多个绝缘层62包括铆钉孔，类似于孔46，其使衬底62能被进一步固定到衬底62和外壳12。熔丝元件50可位于两个或多个绝缘层的一个或两个表面上并延伸穿过任何适当数量的通路，如通路62。此外，一个或多个绝缘衬底的任一或多个表面可包括并行运行的两个或多个熔丝元件50。
图7、8和9示出了熔断器的另一实施例，总体上由附图标记100指示。熔断器100包括上下两件绝缘体102(简称为绝缘体102)，其具有基座104和盖106。基座104和盖106经棘爪108(每一棘爪分别指示为108a、108b、108c或108d)可释放地接合。棘爪108a-108d中的每一个包括形成在盖106内的接收部分110和形成在基座104内的止动部分112。在操作中，基座104和盖106垂直安排(见图8)以使每一接收部分110与相应的止动部分112对准。当接合基座104和盖106时，止动部分112以搭扣配合或锁定方式可释放地与接收部分110接合并相对于接收部分110有弹性地变形。这样，基座104和盖106协同形成绝缘体102。
绝缘体12还包括通过基座104和盖106的协作形成的孔114、116。孔114、116沿绝缘体102的纵轴定位且大小支持端子118、120。与图1中所示的端子24、26类似，端子118、120是实质上扁平的金属或导电元件，其沿绝缘体102的纵轴与绝缘体102相互远离延伸。例如，端子118、120用扁平的铜(Cu)原料压印、成形或制造成任何需要的端子结构，在一实施例中，端子118、120被插入模压为基座104的整体元件以提供紧密密封及增加的机械强度。插入模压使基座104能被模压在端子118、120的周围从而密封并包含因熔丝元件134断开产生的气体。端子118、120分别包括安装孔122、124。安装孔122、124的大小适于接收螺栓、螺钉或其它紧固件，从而使熔断器100能被连接到电学系统如HEV系统。
图8示出了熔断器100的分解图。盖106在基座104上方垂直对准以曝露敞开的内部126。棘爪108的接收和止动部分110、112分别被示作基座104和盖106的模压部分。具体地，绝缘体102可用多种硬的、密集材料模压成多种形状和结构，如威斯康辛州Sheboygan的Phenol公司制造的Phenolic 6401。或者，基座102可使用一块非导电材料制造或机械加工，及棘爪108或其它锁定机构可被包括在随后的制造步骤中。
如先前结合图7所述，端子118、120分别经孔114、116延伸到内部126。端子118、120的突出部分128、130邻近于基座104固定和支撑。突出部分130包括一对向上延伸并延伸到内部126的双头螺柱或柱132a、132b。应理解的是，在突出部分128由于图的方向不可见的同时，延伸到内部126的第二对柱133a、133b(见图9)邻近孔114提供。
绝缘体102还可支持安排成电连接端子118、120的薄膜式熔丝元件或熔丝元件134。在一实施例中，熔丝元件134是大小适于安装在绝缘体102的内部126内的金属带或箔。熔丝元件134包括第一和第二对安装孔136、138(其中每一单个安装孔用a或b字母指示识别)，其大小和排列适于与在端子118、120上形成的相应的柱接合。例如，为将熔丝元件134安装在绝缘体102的内部126内，在熔丝元件134的第一端140内形成的安装孔138a、138b固紧在柱132a、132b周围。类似地，在熔丝元件134的第二端142内形成的安装孔136固紧在端子118的突出部分128上形成的柱133a、133b(见图9)周围。这样，熔丝元件134被支撑和/或安排成提供端子118和120之间的电连通。
熔丝元件134可包括多个空隙或孔144。孔144继而确定多个高电阻桥146，其被安排成响应于流经熔丝元件134的电流的突然增加而断开。通过改变高电阻桥146的物理尺寸即长度、宽度、厚度等，熔丝元件134对电流变化、短路等的灵敏度可被调节。在其它实施例中，熔丝元件可以是伸展在柱之间的电阻线圈，或用安排成电连接端子118、120的电迹线或路径制造的绝缘衬底。
一旦熔丝元件134被安装或固定在基座104的内部126内，导电或非导电粘合剂可用于使安装孔附着到柱上。或者，安装孔的大小可被调节以在熔丝元件134和柱之间提供压合装配。在另一备选方式中，熔丝元件134可被直接焊接到端子118、120的突出部分128、130。例如，焊料可被施加在熔丝元件/突出部分界面并使用回流炉、感应加热、激光加热等加热而形成电连接。绝缘体102的内部126继而可用上述的猝熄材料60填充。电弧猝熄材料可以是任何绝缘粉末或颗粒状材料，如沙子、硅石、绝缘聚合物、陶瓷粉末或任何类型的室温硫化(RTV)材料，如硅酮RTV。
图9示出了组装的熔断器100沿剖面线IX-IX的截面图。基座104和盖106合作确定内部126。应理解的是，基座104和盖106使用棘爪108、粘合剂、环氧树脂或其任何组合可更换地或永久地接合。熔丝元件134用过安装孔136、138和133、132的合作而被支撑在内部126内。这种装配在连接到电学系统的端子118、120之间提供电连通。在另一备选实施例中，绝缘体102可用包覆成型材料148(见图7)涂覆或保护。包覆成型材料148可以是热塑性塑料涂层，如乔治亚州Alpharetta的Solvay Advanced Polymers公司提供的SolvayAmodel AS-4133HS。包括包覆成型材料148还增加了熔断器100的机械强度并密封内部126。绝缘体104的另外的强度和密封包含当熔丝元件134断开时产生的压力。此外，由包覆成型材料148提供的密封有助于猝熄材料60猝熄电弧。随着绝缘体104中的压力增加，需要维持电弧的电压也增加，因此紧密密封非常重要。
图10示出了组装的熔断器100另一沿剖面线X-X的截面图。具体地，端子120被示为插入模压在基座104内以在两个组件之间提供安全的机械连接。端子120包括构造成凸入模压基座104内的钩150。钩150改善了端子/基座界面的强度并增加了终端用户在栓接操作时可向熔断器100施加的扭矩量，而不会损坏熔断器。
应当理解，对在此描述的优选实施例所作的各种变化和修改对本领域的普通技术人员是显而易见的。这样的变化和修改不脱离本发明的精神和范围，不减少其已有的优点。因此这样的变化和修改由所附权利要求涵盖。

Claims (29)

1.熔断器，包括：
绝缘体；
由绝缘体保持的熔丝元件组件，熔丝元件组件包括
绝缘衬底；
布置在绝缘衬底两侧上并延伸穿过绝缘衬底中的孔的熔丝元件，熔丝元件包括被构造和安排成基于熔丝断开事件断开的区域，熔丝元件延伸到绝缘衬底的第一和第二端；
在绝缘衬底的第一和第二端电连接到熔丝元件的第一和第二端子，第一和第二端子中至少其一包括与绝缘衬底中的安装孔紧密配合的安装孔；及
放在绝缘体内并接触至少一部分熔丝元件的电弧猝熄材料。
2.根据权利要求1的熔断器，其中绝缘衬底由选自下组的材料制成：FR-4、环氧树脂、陶瓷、涂覆树脂的箔、聚四氟乙烯、聚酰亚胺、玻璃、三聚氰胺及其任意组合。
3.根据权利要求1的熔断器，其包括连接到绝缘体的顶部，顶部和绝缘体由适于经选自下组的方法连接的材料制成：声波焊接、溶剂粘合、黏接及其任意组合。
4.根据权利要求1的熔断器，其中电弧猝熄材料包括沙子。
5.根据权利要求1的熔断器，其中熔丝元件经选自下组的方法固定到绝缘衬底：光刻和黏接。
6.根据权利要求1的熔断器，其中熔丝元件包括至少一散热件部分，散热件部分包括扩大的导电材料区域。
7.根据权利要求1的熔断器，其中熔丝元件由选自下组的至少一导电材料制成：铜、银、镍、锡、铅、锌和铝。
8.根据权利要求1的熔断器，其中被构造和安排成基于熔丝断开事件断开的熔丝元件区域包括减小的厚度、减小的截面积尺寸或同时包括二者。
9.根据权利要求1的熔断器，其中被构造和安排成基于熔丝断开事件断开的熔丝元件区域包括第一和第二导电材料，第二导电材料具有比第一导电材料低的熔化温度。
10.根据权利要求9的熔断器，其中第二导电材料包括锡。
11.根据权利要求1的熔断器，其中绝缘体和绝缘衬底包括至少一对配对的紧固孔。
12.根据权利要求11的熔断器，其中第一和第二端子中至少其一包括至少一紧固孔，其被构造和安排成与绝缘体和绝缘衬底中的配对紧固孔轴向对准。
13.根据权利要求1的熔断器，其中第一和第二端子支撑熔丝元件组件经受的压力。
14.根据权利要求1的熔断器，其中熔丝元件延伸穿过绝缘衬底中的安装孔。
15.根据权利要求1的熔断器，其中熔丝元件相对于绝缘衬底两侧上的绝缘衬底中的安装孔布置。
16.根据权利要求1的熔断器，其中第一和第二端子中至少其一被偏压以从绝缘衬底断开。
17.根据权利要求1的熔断器，其中至少一端子被折叠在绝缘衬底端部之一的两侧上。
18.根据权利要求1的熔断器，其中至少一端子包括紧靠绝缘体的内表面的凸缘。
19.根据权利要求1的熔断器，其包括连接到绝缘体的顶部，顶部被构造和安排成压缩绝缘体内的熔丝元件组件。
20.根据权利要求1的熔断器，其中绝缘体包括至少一被构造和安排成定位绝缘体内的熔丝元件组件的凸起。
21.根据权利要求21的熔断器，其中凸起相对于绝缘体中的紧固孔定位。
22.根据权利要求1的熔断器，其中熔丝元件相对于绝缘衬底的两侧对称。
23.根据权利要求1的熔断器，其中绝缘衬底包括第一衬底和第二衬底，第一和第二衬底将至少一部分熔丝元件夹在二者之间。
24.根据权利要求1的熔断器，其中熔丝元件从绝缘衬底的第一和第二端向内延伸到绝缘衬底中的孔，熔丝元件形成穿过孔的延伸。
25.根据权利要求24的熔断器，其中熔丝元件位于绝缘衬底的各侧上，在绝缘衬底的第一侧上的熔丝元件经穿过孔的延伸电连接到绝缘衬底的第二侧上的熔丝元件。
26.根据权利要求24的熔断器，其包括至少部分填充孔的电弧猝熄材料。
27.根据权利要求24的熔断器，其中电弧猝熄材料包括室温硫化(RTV)材料。
28.熔断器，包括：
绝缘体；
由绝缘体保持的熔丝元件组件，熔丝元件组件包括绝缘衬底；
布置在绝缘衬底两侧上并延伸穿过绝缘衬底中的孔的熔丝元件，熔丝元件包括被构造和安排成基于熔丝断开事件断开的区域，熔丝元件延伸到绝缘衬底的第一和第二端；
在绝缘衬底的第一和第二端电连接到熔丝元件的第一和第二端子，其中至少一端子被折叠在绝缘衬底端部之一的两侧上；及
放在绝缘体内并接触至少一部分熔丝元件的电弧猝熄材料。
29.熔断器，包括：
绝缘体；
由绝缘体保持的熔丝元件组件，熔丝元件组件包括绝缘衬底，所述绝缘衬底包括第一衬底和第二衬底，第一和第二衬底将至少一部分熔丝元件夹在二者之间；
布置在绝缘衬底两侧上并延伸穿过绝缘衬底中的孔的熔丝元件，熔丝元件包括被构造和安排成基于熔丝断开事件断开的区域，熔丝元件延伸到绝缘衬底的第一和第二端；
在绝缘衬底的第一和第二端电连接到熔丝元件的第一和第二端子；及
放在绝缘体内并接触至少一部分熔丝元件的电弧猝熄材料。
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