全范围电力熔断器制造技术

本发明专利技术涉及一种高电压电力熔断器，其具有通过硅酸盐化的填充材料、所形成的熔体几何形状、电弧屏障材料和一体式端子配件促进的大幅减小的尺寸。还公开了制造方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请是在2014年5月28日提交的美国申请系列号14/289,032的部分延续申请，所述美国申请的全部内容通过引用结合于此。
本专利技术的领域总体上涉及电路保护熔断器和制造方法，更具体地涉及高电压、全范围电力熔断器的制造。
技术介绍
熔断器被广泛地用作过电流保护装置以防止电路的高代价的损坏。熔断器端子典型地形成电源或供电装置与电气部件或设置在电路中的部件的组合之间形成电连接。一个或多个可熔断链或元件或熔体组件连接在熔断器端子之间，使得当从熔断器通过的电流超过预定极限时，可熔体熔融并且经熔断器断开一个或多个回路以防止电气部件损坏。所谓的全范围电力熔断器可在高电压配电设备中工作以在相等的效力下安全地切断比较高的故障电流和比较低的故障电流。鉴于电力系统的不断扩大的变化，这种公知的熔断器在一些方面处于劣势。期望全范围电力熔断器的改进以满足市场的需求。附图说明参照附图说明非限制性和非详尽的实施例，在全部各图中相同的附图标记表示同样的部分，除非另外指出。图1是公知的高电压电力熔断器的侧视立面图。图2是本专利技术的示例性高电压、全范围电力熔断器的侧视立面图。图3是图2所示的示例性电力熔断器的透视图。图4是与图3相似但揭示了图2和3所示的电力熔断器的内部构造的视图。图5是图2-4所示的电力熔断器的侧视图，揭示了该电力熔断器的内部结构。图6是图2-5所示的电力熔断器的俯视图，揭示了该电力熔断器的内部结构。图7是用于图2-6所示的示例性电力熔断器的熔体组件的透视图。图8是图7所示的熔体组件的装配图，其示出了其更多细节。图9示出图2-6所示的电力熔断器的示例性电流限制效果。图10示出包括图2-6所示的电力熔断器的电动车辆电力系统的示例性驱动轮廓。图11示出根据图2-8形成的电力熔断器的第一版本的功率密度。图12示出根据图2-8形成的电力熔断器的第二版本的功率密度。图13示出根据图2-8形成的电力熔断器的第三版本的功率密度。图14是制造图2-8所示的示例性电力熔断器的第一示例性方法的流程图。图15是制造图2-8所示的示例性电力熔断器的第二示例性方法的流程图。图16部分地示出用于图2-8所示的电力熔断器的硅酸盐填充材料的结合。图17是用于图2所示的电力熔断器的示例性端子配件总成的透视图。图18A、18B、18C和18D示出了图2所示的电力熔断器的制造的示例性阶段。图19是用于图2所示的电力熔断器的替换端子配件的透视图。图20是图17所示的组件的替换端子配件总成的透视图。图21是安装在电力熔断器上的图20所示的端子配件总成的透视图。图22是图20所示的端子配件总成的替换端子配件总成的透视图。图23A、23B、23C、23D和23E示出包括图22所示的端子结构的电力熔断器的示例性制造阶段。具体实施方式电动车辆技术中的最新进展尤其对熔断器制造商提出了独特的挑战。电动车辆制造商正在寻求用于在比常规车用配电系统高得多的电压下工作的配电系统的可熔断的电路保护，同时寻求更小的熔断器以满足电动车辆规格和需求。用于常规的、内燃发动机驱动的车辆的电力系统在较低的电压下(典型地处于48VDC或48VDC以下)工作。然而，用于电力驱动车辆——本文中称为电动车辆(EV)——的电力系统以高得多的电压工作。EV的较高电压系统(例如，200VDC以上)通常使得电池能够储存更多来自电源的能量，并且相比于与内燃发动机联用的储存12伏或24伏能量的常规电池和最近的48伏电力系统，以更低的损失(例如，热损失)向车辆的电动机提供更多能量。EV原始设备制造商(OEM)采用电路保护熔断器以保护全电池电动车辆(all-batteryelectricvehicle，BEV)、混合动力车辆(HEV)和插电式混合动力车辆(PHEV)中的电力负荷。跨越各EV类型，EV制造商寻求在降低购置成本的同时使EV的每次电池充电的里程数最大化。达成这些目标依赖于EV系统的能量储存和电力传输，以及电力系统所携带的车辆构件的尺寸、体积和质量。更小和/或更轻的车辆将比更大和更重的车辆更有效地满足这些需求，并且因此所有EV构件现在针对潜在尺寸、重量和成本节省进行详细检查。一般而言，更大的构件倾向于具有更高的相关材料成本，倾向于扩大EV的总尺寸或占用局促的车辆容积中的过度空间量，并且倾向于带来直接减少每次电池充电的车辆里程数的更大质量。然而，公知的高电压电路保护熔断器是比较大且比较重的构件。历史上，并且有充分理由，电路保护熔断器已倾向于扩大尺寸以满足与较低电压系统相反的高电压电力系统的需求。因此，保护高电压EV电力系统所需的已有熔断器比保护常规的、内燃发动机驱动的车辆的较低电压电力系统所需的已有熔断器大得多。期望越来越小或越来越轻的高电压电力熔断器以满足EV制造商的需要，而不牺牲电路保护性能。用于现有技术EV的电力系统可在高达450VDC的电压下工作。提高的电力系统电压理想而言在每次电池充电中向EV传送更多电力。然而，这种高电压电力系统中的电力熔断器的工作条件比低电压系统严峻得多。具体地，对于较高电压电力系统而言，将尤其难以满足与熔断器断开时的电弧放电状态有关的性能规范，尤其当与行业对电力熔断器的尺寸缩减的偏好相结合时。虽然公知的电力熔断器目前可由EVOEM用于现有技术EV应用的高电压电路中，但能够满足用于EV的高电压电力系统的要求的常规电力熔断器的尺寸和重量对于在新型EV的实施中不切实际地高，更不必说成本。退一步说，提供能够处理现有技术EV电力系统的高电流和高电池电压同时在熔体在高电压下工作时提供可接受的切断性能的相对更小的电力熔断器是有挑战性的。熔断器制造商和EV制造商各自都将受益于更小、更轻和成本更低的熔断器。虽然EV创新正在引领市场期望得到更小的、更高电压的熔断器，但朝向更小却更强劲的电气系统的潮流超越了EV市场。各种其它电力系统应用无疑将受益于在其它方面提供性能与更大的、常规地制作的熔断器相当的更小熔断器。需要对本领域中长期未满足的需求进行改进。以下描述克服了这些和其它困难的电路保护熔断器的示例性实施例。相对于公知的高电压电力熔断器而言，示例性熔断器实施例有利地提供了相对地更小和更紧凑的物理包装尺寸，其又占据EV中的减小的物理容积或空间。此外，相对于公知的熔断器而言，示例性熔断器实施例有利地提供了相对更高的电力处理能力、更高电压工作、全范围电流-时间工作、更低的短路通泄能量性能以及更长的工作寿命和可靠性。如以下说明的，示例性熔断器实施例被设计和构造成提供极高的电流限制性能以及较长的使用寿命和防止故障的或过早的熔断操作的高可靠性。方法方面将从以下说明中部分地明确阐述并且部分地变得明显。虽然在EV应用和特定类型具有下述特定等级的熔断器的上下文中说明，但本专利技术的益处不必局限于EV应用或所述的特定熔断器类型或等级。确切而言，相信本专利技术的益处更广泛地归于许多不同的电力系统应用并且也可部分或完全实践以构建具有与本文中所述相似或不同的等级的不同类型熔断器。图1示出公知的电力熔断器100，而图2示出根据本专利技术的一个示例性实施例形成的电力熔断器200。所示的示例中的电力熔断器100是公知的ULJ类熔断并且常规地构成。如图1所示，电力熔断器100包括壳体102、构造成用于与线和负本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力熔断器，包括：壳体；与所述壳体联接的第一端子元件和第二端子元件；熔断器组件，所述熔断器组件包括短路熔体和过载熔体，所述短路熔体和所述过载熔体是包括由多个倾斜区段分隔开的多个基本上共面的区段的基本上相同地形成的可熔体，所述短路熔体和所述过载熔体互为镜像地设置在所述壳体中，所述短路熔体和所述过载熔体各自分别在相应的所述第一端子元件和第二端子元件之间延伸并且连接至所述第一端子元件和第二端子元件；和在所述壳体中的灭弧填充物，其中所述灭弧填充物在所述壳体中机械地结合到所述短路熔体、所述过载熔体以及所述第一端子元件和第二端子元件的至少一部分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.28 US 14/289,032;2014.07.01 US 14/321,0381.一种电力熔断器，包括：壳体；与所述壳体联接的第一端子元件和第二端子元件；熔断器组件，所述熔断器组件包括短路熔体和过载熔体，所述短路熔体和所述过载熔体是包括由多个倾斜区段分隔开的多个基本上共面的区段的基本上相同地形成的可熔体，所述短路熔体和所述过载熔体互为镜像地设置在所述壳体中，所述短路熔体和所述过载熔体各自分别在相应的所述第一端子元件和第二端子元件之间延伸并且连接至所述第一端子元件和第二端子元件；和在所述壳体中的灭弧填充物，其中所述灭弧填充物在所述壳体中机械地结合到所述短路熔体、所述过载熔体以及所述第一端子元件和第二端子元件的至少一部分。2.根据权利要求1所述的电力熔断器，其中，所述第一端子元件包括第一端子接片，而所述第二端子元件包括第二端子接片。3.根据权利要求2所述的电力熔断器，所述壳体包括第一端部和第二端部，所述电力熔断器还包括与所述第一端部联接的第一端板和与所述第二端部联接的第二端板。4.根据权利要求3所述的电力熔断器，还包括从至少所述第一端板延伸的接触块，并且所述短路熔体和所述过载熔体中的每一者与所述接触块连接。5.根据权利要求3所述的电力熔断器，其中，至少所述第一端板和所述第一端子接片作为单独的零件制作。6.根据权利要求5所述的电力熔断器，其中，所述第一端板包括开口，并且所述第一端子接片延伸穿过所述开口。7.根据权利要求5所述的电力熔断器，其中，所述第一端板包括槽，并且所述第一端子接片的一部分接纳在所述槽中。8.根据权利要求2所述的电力熔断器，其中，至少所述第一端子接片包括直角弯曲部。9.根据权利要求2所述的电力熔断器，其中，至少所述第一端子接片包括孔洞。10.根据权利要求1所述的电力熔断器，其中，所述灭弧填充物包括钠水玻璃砂。11.根据权利要求1所述的电力熔断器，其中，所述多个基本上共面的区段中的每一个包括限定出多个薄弱部位的多个孔洞。12.根据权利要求11所述的电力熔断器，其中，所述过载熔体的至少一部分被提供以M效应处理。13.根据权利要求11所述的电力熔断器，其中，所述短路熔体的至少一部分和所述过载熔体的至少一部分设置有电弧屏障材料。14.根据权利要求1所述的电力熔断器，其中，所述熔断器具有至少500VDC的电压额定值，并且其中所述壳体具有约1.5英寸的轴向长度。15.根据权利要求1所述的电力熔断器，其中，所述熔断器具有在约150A至约400A的范围内的电流额定值，并且其中所述熔断器呈现至少9.0A/cm3至约11.25A/cm3的功率密度。16.一种制造高电压电力熔断器的方法，所述方法包括：形成分别包括通过多个倾斜区段分隔开的多个基本上共面的区段的短路熔体和过载熔体；互为镜像地设置所述短路熔体和所述过载熔体；将所述短路熔体和所述过载...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·S·道格拉斯，J·M·芬克，
申请(专利权)人：库珀技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US