一種新型的電湧保護裝置的製作方法

2023-07-22 21:06:21 1

本發明涉及一種電路保護裝置，尤其涉及一種新型的電湧保護裝置。

背景技術：

電湧保護器或電湧抑制器(surge suppressor)，也叫電湧保護裝置，是一種為各種敏感或昂貴的電子設備，如電腦及通訊相關設備上的電子元件提供過電壓安全防護的保護裝置。現有的電湧保護裝置常用的壓敏電阻是包括由氧化鋅顆粒和複雜的晶內顆粒材料構成的電子器件，它是一個電壓非線性器件，獨特的電壓電流特性是敏感電子電路的理想保護器件，但它的材料組成決定了自身在過電壓短路過載時極易劣化而起火燃燒，甚至引起電氣設備火災。所以，我們需要一種更安全更靈敏的電湧保護裝置，可應用在如通訊、電腦、電視、空調等高精密控制電路上的電湧過電壓短路過載的保護中，在短路過載時能快速切斷分離電湧保護裝置，避免造成電氣設備的火災事故。

目前現有的帶滅弧功能的電湧保護器或電湧抑制器，其普遍採用遮蔽並切斷電弧的方法滅弧，如中國專利號碼201310123391.1公開了一種電湧保護器和中國專利號碼201410737817.7公開了高可靠熱保護型壓敏電阻器的設計，該種熱響應開關組件的開關電極在熱脫離時，其分離動作採用的是遮蔽並切斷電弧的方式，此方法中的防弧機構需有一個行程才能到達位置遮蔽、切斷電弧，無法在開關分離瞬間使防弧機構進入開關電極的空隙以切斷電弧，所以，在這條件下的壓敏電阻將瞬間大量過載、過熱和最終引起火災、爆炸，這種災難性的破壞會燒毀附近敏感的電子設備及元件，從而造成整個電子系統崩潰損壞。

技術實現要素：

本發明的目的在於克服現有的電湧保護裝置在故障分離時的缺陷和不足，提供了一種新型的電湧保護裝置，它能有效地避免因電弧產生而引起火災，可以從根本上杜絕火災從而保證電氣設備的安全。

為實現上述目的，本發明是通過以下技術方案實現的。

本發明提供一種新型的電湧保護裝置，包括避弧隔離組件、電壓敏感組件、熱響應開關組件、電極腳組件以及由殼體和側蓋組成的外殼。避弧隔離組件包括隔離器以及由避弧器和彈性元件組成的避弧組件；電壓敏感組件由至少一個電壓敏感元件組成；熱響應開關組件包括熱敏元件體、正面電極引出端以及依次由電極前端、熱熔斷部和電極末端所構成的活動電極；電極腳組件包括第一電極腳、第二電極腳、第一導體和第二導體。其中電壓敏感元件是壓敏電阻、或者放電管、或者放電間隙等電壓敏感元器件。

熱熔斷部是熱熔斷體結構或由熔斷後瞬間汽化的金屬合金材料構成，當通過熱熔斷部的瞬時電湧過電壓、過電流或短路過載電流超過預置的閥值時，熱熔斷部會熔斷汽化，從而促使活動電極的電極前端與電極末端分離，即實現電湧保護裝置具備在短路過載電流下快速分斷的功能。

熱敏元件體是易熔的金屬合金焊料或導電聚合物，其熔化的溫度閥值可預置，在達到所預置的溫度閥值時，熱敏元件體會迅速熔化。

殼體與側蓋接合時在其內部形成一個絕緣的空腔。隔離器置於殼體內，將空腔絕緣並分隔成兩個絕緣腔體，在隔離器正面的為第一絕緣腔體，在隔離器背面的為第二絕緣腔體。避弧組件和熱響應開關組件設置在第一絕緣腔體內，電壓敏感元件設置在第二絕緣腔體內。

避弧器設有彈簧槽、絕緣屏蔽室和翼臂，其中彈簧槽與絕緣屏蔽室在避弧器內連通。隔離器正面設有導軌槽，避弧器通過翼臂在導軌槽內滑動，增強了避弧器滑動時的穩定性。

電壓敏感元件的正反兩面設有金屬電極片，正面電極引出端設在其中一個金屬電極片上，另一個金屬電極片上設有背面電極引出端。正面電極引出端和背面電極引出端均由第二絕緣腔體伸出到第一絕緣腔體內。在正面電極引出端上還設有供電極前端伸出的槽孔，槽孔處在第一絕緣腔體內。在避弧器前端設有供電極前端伸出的通孔，當避弧器與正面電極引出端在隔離器正面上相觸時，通孔與槽孔相對，以確保電極前端能同時穿過通孔和槽孔。

避弧器上還設有排氣孔，排氣孔與絕緣屏蔽室相通；當活動電極放置在絕緣屏蔽室內，且電極前端伸出通孔時，熱熔斷部與排氣孔的位置相對應，以確保熱熔斷部在短路過載電流下熔斷汽化時，其產生的爆炸氣浪能通過排氣孔洩放，同時能達到利用氣浪瞬間拉長並吹斷電弧的效果。

本發明進一步說明，在避弧器上還設有指示該電湧保護裝置工作狀態的指示裝置。在殼體的相應位置上設有用來顯示指示裝置動作狀態的指示窗口。在電湧保護裝置工作時，活動電極設置在避弧器的絕緣屏蔽室內，電極前端伸出通孔和槽孔，正面電極引出端與電極前端通過熱敏元件體熔焊構成電連接，並具有緊密的熱耦合。彈性元件由第一彈性件和第二彈性件組成。第一彈性件設置在第一絕緣腔體內，避弧器受第一彈性件偏置；第二彈性件設置在彈簧槽內，電極末端受第二彈性件偏置。第一導體的兩端通過金屬合金焊料錫焊或點焊的方式分別與第一電極腳和背面電極引出端構成電連接；第二導體的兩端通過金屬合金焊料錫焊或點焊的方式分別與第二電極腳和電極末端構成電連接。在殼體的兩側設有電極安裝位，第一電極腳和第二電極腳分別通過電極安裝位固定安裝在殼體上成為外接電極腳，並把這兩根外接引腳分別連接到相線和中性線或地線上。從而熱響應開關組件與電壓敏感組件串聯形成常閉工作狀態，即為電湧保護裝置正常工作狀態。

在隔離器正面上還設有防弧絕緣柵和儲納絕緣槽。防弧絕緣柵將第一絕緣腔體上背面電極引出端所在區域隔離成絕緣腔體。即在相異電極之間形成電氣隔離，避免相異電極因第一絕緣腔體內空氣電離擊穿而導致短路。儲納絕緣槽由多個獨立的槽溝組成，並且儲納絕緣槽設置在正面電極引出端伸出位置周圍。儲納絕緣槽增強了第一絕緣腔體上正面電極引出端伸出位置周圍的絕緣強度，且當熱敏元件體在達到所預置的溫度閥值熔化，熱響應開關組件分離時，儲納絕緣槽將飛濺的焊料存儲在槽溝中，並形成間隔絕緣，杜絕因電弧拉伸形成電導通。

再進一步，本發明的避免電弧產生及在故障分離時快速絕緣隔離的技術說明如下：

若電壓敏感元件因線路上的短路過載電流及自身壽命老化產生的漏電流造成電壓敏感元件溫升，這個溫度傳遞到正面電極引出端上，促使其上的熱敏元件體達到預置溫度閥值而熔化，電極末端在第二彈性件的彈性應力作用下，在電弧產生前將電極前端迅速彈射並絕緣隔離在避弧器的絕緣屏蔽室內，同時避弧器受第一彈性件的彈性應力作用向遠離正面電極引出端的方向彈射。電極前端上的熔化了的熱敏元件體被通孔刮除，此時正面電極引出端與電極前端之間形成充足的絕緣強度，徹底隔絕了活動電極與正面電極引出端間的電連接。

另一種情況，若通過活動電極的瞬時電湧過電壓、過電流或短路電流超過預置的閥值時，其上的熱熔斷部瞬間熔斷汽化致使電極前端和電極末端分離，同時電極末端受第二彈性件的彈性應力作用向遠離正面電極引出端的方向彈射，避弧器受第一彈性件的彈性應力作用向遠離正面電極引出端的方向彈射，其中電極末端絕緣隔離在避弧器的絕緣屏蔽室內。如此，電極前端與電極末端之間形成充足的絕緣強度，徹底防止電極前端與電極末端在分斷時產生的電弧形成電擊穿；另其熱熔斷部處的爆炸氣浪通過排氣孔得以洩放，同時瞬間拉長並吹斷因電極前端與電極末端分斷時產生的電弧。

此時熱響應開關組件的工作狀態由常閉轉變為常開，過程中指示裝置隨避弧器發生位移，從指示窗口可觀察到其與正常工作狀態不同的變化(如轉變為紅色顯示)，從而指示電湧保護裝置保護失效。

與現有技術相比，本發明具備的顯著特點：

1、本發明的電湧保護裝置具有高分斷的避弧能力，能快速安全隔離保護裝置，避免火災發生。

2、所述的避弧器在活動電極動作分離時能將活動電極隱藏絕緣，在電弧還未產生時就已經形成有效的絕緣間距，徹底防止電弧產生；或能在熱熔斷部分斷時隔絕電弧。

3、本發明的電湧保護裝置通過防弧絕緣柵和儲納絕緣槽等絕緣措施加強了機構分離時電弧的隔離，能更有效避免因熱脫離而引起的電弧造成電湧保護裝置二次導通的隱患，提高電氣設備運行的安全性，這是一般電湧保護器所不具備的。

附圖說明

圖1是本發明實施例1中電湧保護裝置的結構拆解示意圖；

圖2是本發明實施例1中隔離器與壓敏電阻結合的結構示意圖；

圖3是本發明實施例1中電湧保護裝置正常工作狀態的結構示意圖；

圖4是本發明實施例1中電湧保護裝置故障熱脫扣後的結構示意圖；

圖5是本發明實施例1中電湧保護裝置故障電流開斷後的結構示意圖；

圖6是本發明實施例2中活動電極的結構示意圖；

圖7是本發明實施例2中電湧保護裝置正常工作狀態的結構示意圖。

附圖標記：1-殼體，1a-電極安裝位，1b-指示窗口，2-隔離器，2a-隔離器正面，2b-隔離器背面，21-導軌槽，22-防弧絕緣柵，23-儲納絕緣槽，3a-第一彈性件，3b-第二壓簧，4-避弧器，4a-通孔，4b-排氣孔，41-彈簧槽，42-絕緣屏蔽室，43-翼臂，44-指示裝置，5-壓敏電阻，51-正面電極引出端，51a-槽孔，52-背面電極引出端，6-活動電極，6a-電極前端，6b-熱熔斷部，6c-電極末端，7-熱敏元件體，8-第一電極腳，8a-第一銅導線，9-第二電極腳，9a-第二銅導線，10-側蓋。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明進一步詳細說明，但是本發明的保護範圍不僅僅局限於以下優選的具體實施方式，凡是通過本發明中絕緣屏蔽活動電極來增強斷弧絕緣效果的技術方案，都在本發明的保護範圍內；本發明中電湧保護裝置對電壓敏感元件、第二彈性件、第一導體和第二導體的材料類型不做限制，在以下各具體實施方式中，以電壓敏感元件5為壓敏電阻5，第二彈性件3b為第二壓簧3b，第一導體8a為第一銅導線8a，第二導體9a為第二銅導線9a為例，加以詳細說明本發明電湧保護裝置的結構。

實施例1：

如圖1和圖2所示，一種新型的電湧保護裝置，包括殼體1、隔離器2、兩個第一彈性件3a、兩個第二壓簧3b、避弧器4、一個壓敏電阻5、熱敏元件體7、第一電極腳8、第二電極腳9、第一銅導線8a、第二銅導線9a、側蓋10以及依次由電極前端6a、熱熔斷部6b和電極末端6c所構成的活動電極6。其中在本實施例中第一彈性件3b為壓簧；熱熔斷部6b是由熔斷後瞬間汽化的金屬合金材料構成。

壓敏電阻5的兩個金屬電極片通過錫焊的方式分別焊接到壓敏電阻5的正反兩個銀電極表面上，其中一個金屬電極片上有正面電極引出端51，在正面電極引出端51上還開有供電極前端6a伸出的槽孔51a；另一個金屬電極片從其平面上延長折彎的部分形成了背面電極引出端52。殼體1為框式結構，當殼體1與側蓋10接合時在其內部會形成一個絕緣空腔。隔離器2置於殼體1內，將這個空腔絕緣分隔成兩個絕緣腔體，在隔離器正面2a的為第一絕緣腔體，在隔離器背面2b的為第二絕緣腔體。當壓敏電阻5放置在第二絕緣腔體內時，正面電極引出端51和背面電極引出端52均穿過隔離器2伸出到第一絕緣腔體內，此時槽孔51a也在第一絕緣腔體內。在隔離器正面2a上正面電極引出端51伸出位置的兩側各設有一條導軌槽21，兩條導軌槽21的長槽開口相對。在隔離器正面2a上還設有防弧絕緣柵22和儲納絕緣槽23。防弧絕緣柵22是兩塊獨立的隔板結構，其與左側的一條導軌槽21相連，將第一絕緣腔體上背面電極引出端52所在區域絕緣隔離。儲納絕緣槽23由三個獨立的槽溝組成，其設置在正面電極引出端51伸出位置的下方。

避弧器4是具有空腔的盒狀結構，其空腔為兩個彈簧槽41和一個絕緣屏蔽室42。其中彈簧槽41與絕緣屏蔽室42相連通，並且彈簧槽41分布在絕緣屏蔽室42的兩側。避弧器4前壁設有供電極前端6a伸出的通孔4a，在避弧器4兩側各設有一個能插入導軌槽21的翼臂43。當正面電極引出端51伸出隔離器正面2a時，避弧器4通過其兩側翼臂43在導軌槽21上滑動直至碰觸正面電極引出端51，此時通孔4a與槽孔51a的位置相對應。避弧器4上還設有排氣孔4b，排氣孔4b與絕緣屏蔽室42相通。當活動電極6隱藏在絕緣屏蔽室42內，電極前端6a伸出通孔4a時，熱熔斷部6b與排氣孔4b的位置也相對應。用於指示該電湧保護裝置工作狀態的指示裝置44也設置在避弧器4上，指示裝置44是一擋板結構。在殼體1的相應位置上設有用來顯示指示裝置44動作狀態的指示窗口1b。

如圖3所示，兩個第一彈性件3a分別放置在兩個導軌槽21內，避弧器4通過兩側翼臂43插入導軌槽21中直至碰觸正面電極引出端51，此時兩側翼臂43壓迫兩個第一彈性件3a使其呈壓縮狀態。兩個第二壓簧3b分別放置在兩個彈簧槽41內，活動電極6插入絕緣屏蔽室42內直至電極前端6a伸出通孔4a和槽孔51a，此時電極末端6c壓迫兩個第二壓簧3b使其呈壓縮狀態。電極前端6a通過熱敏元件體7與正面電極引出端51熔焊形成電連接；第一銅導線8a的兩端通過點焊的方式分別與第一電極腳8和背面電極引出端52構成電連接；第二銅導線9a的兩端通過點焊的方式分別與第二電極腳9和電極末端6c構成電連接，從而這些電導體與壓敏電阻5串聯並形成常閉開關。在殼體1的兩側設有電極安裝位1a，第一電極腳8和第二電極腳9分別通過電極安裝位1a固定安裝在殼體1上成為外接電極腳。在電源系統中使用電湧保護裝置時，把這兩個外接引腳分別連接在相線和中性線或地線上。此時指示裝置44的位置與指示窗口1b相對應，即為電湧保護裝置的正常工作狀態。

如圖4所示，若壓敏電阻5因線路上的短路過載電流及自身壽命老化產生的漏電流造成壓敏電阻5溫升，這個溫度傳遞到正面電極引出端51上，促使其上的熱敏元件體7達到預置溫度閾值而熔化，電極末端6c受第二壓簧3b的彈性應力作用將電極前端6a迅速彈射並絕緣隔離在絕緣屏蔽室42內，同時翼臂43受第一彈性件3a的彈性應力作用促使避弧器4向遠離正面電極引出端51的方向彈射，最終避弧器4受阻靜止。過程中指示裝置44與指示窗口1b的位置發生位移，致使在指示窗口1b上能觀察到顏色發生變化，即完成了一個機械式的失效指示。此時，電極前端6a與正面電極引出端51之間形成足夠大的絕緣間距，徹底隔絕了活動電極6與正面電極引出端51間的電連接。

另一種情況如圖5所示，若通過活動電極6的瞬時電湧過電壓、過電流或短路電流超過預置的閥值時，其上的熱熔斷部6b瞬間熔斷汽化致使電極末端6c和電極前端6a分離，同時電極末端6c和避弧器4分別受第二壓簧3b和第一彈性件3a的彈性應力作用同時向遠離正面電極引出端51的方向彈射，最終避弧器4受阻靜止。過程中指示裝置44與指示窗口1b的位置發生位移，致使在指示窗口1b上能觀察到顏色發生變化，即完成了一個機械式的失效指示。此時，電極前端6a與電極末端6c之間形成足夠大的絕緣強度，徹底隔絕了電極末端6c與正面電極引出端51間的電連接。

實施例2：

本發明的一種新型的電湧保護裝置的另一種實施方式。該實施例具有與實施例1中大部分組件相似的結構和用法，主要區別在於第一彈性件3a和活動電極6的結構不同。

如圖6所示，是本實施例中活動電極6的一種結構。電極前端6a、熱熔斷部6b和電極末端6c是同一塊電極片的不同部位。其中熱熔斷部6b是一種熱熔斷體結構，是特殊的耐雷保險絲。

如圖7所示，在本實施例中第一彈性件3a為拉簧。第一彈性件3a的兩端分別連接在排氣孔4b和殼體1上，避弧器4通過兩側翼臂43插入導軌槽21中直至碰觸正面電極引出端51，此時第一彈性件3a呈拉伸狀態。兩個第二壓簧3b分別放置在兩個彈簧槽41內，活動電極6插入絕緣屏蔽室42內直至電極前端6a伸出通孔4a和槽孔51a，此時電極末端6c壓迫兩個第二壓簧3b使其呈壓縮狀態。電極前端6a通過熱敏元件體7與正面電極引出端51熔焊形成電連接；第一銅導線8a的兩端通過金屬合金焊料錫焊的方式分別與第一電極腳8和背面電極引出端52構成電連接；第二銅導線9a的兩端通過金屬合金焊料錫焊的方式分別與第二電極腳9和電極末端6c構成電連接，從而這些電導體與壓敏電阻5串聯並形成常閉開關。在殼體1的兩側設有電極安裝位1a，第一電極腳8和第二電極腳9分別通過電極安裝位1a固定安裝在殼體1上成為外接電極腳。在電源系統中使用電湧保護裝置時，把這兩個外接引腳分別連接在相線和中性線或地線上。此時指示裝置44的位置與指示窗口1b相對應，即為電湧保護裝置的正常工作狀態。

上述各實施例中所描述的特徵或特徵組合可單獨存在，或者可與其他實施例中的特徵或特徵組合相互結合，熟悉本領域的人員可根據本發明採用避弧器以及隔離器結構快速避弧絕緣活動電極的發明創造的情況下，對上述實施例做出種種修改或變化出其它的實施例，都是屬於本發明的保護範圍。