用於具有自行回復性質的電容器的保護元件的製作方法
2023-04-28 06:17:51 1
專利名稱：用於具有自行回復性質的電容器的保護元件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於具有自行回復性質的電容器的保護元件，該保護元件具有薄膜，並用於通過在電容器內發生自行回復操作而產生的氣體施加在該薄膜上的壓力來啟動電流中斷元件，該電流中斷元件與電容器的電極串聯，該電流中斷元件用於當所述壓力施加在所述薄膜上時中斷流向該電極的電流，該電流中斷元件與溫度敏感構件操作地接合，該溫度敏感構件設置成當感應溫度升高至高於預定的值時起作用。
背景技術：
這樣的保護元件在DE-B-1044947中公開。公知的保護元件保護電容器免受過壓，並且還作為熱防護器。在公知的保護元件中，電流中斷元件包括在彈簧和薄膜之間延伸的電線。當壓力升高時，存在於保護元件殼體中的氣體將在薄膜上施加壓力，由此導致薄膜鼓起。因為電線焊接至該薄膜，因此電線將隨薄膜的移動而移動。在過壓的情況下，通過鼓起的薄膜而施加在電線上的力足夠大而將電線斷開，由此中斷流經電線的電流。熱防護器通過使用焊料連接薄膜和電線而獲得，其中如果溫度升高至高於預定的值時，焊料開始熔化。焊料的熔化將使電線與薄膜斷開，因此還將中斷流經電線的電流。
這樣的保護元件還在EPS0931324中公開。在該專利中描述的保護元件保護自行回複式電容器免受在自行回復操作的過程中可能出現的過大電流。當在電容器中出現自行回復操作時，流經電容器中故障點(failed spot)的電流可能變大，可能導致電極材料的蒸發以及氣態等離子體的形成。由此產生的氣體接著形成導致薄膜鼓起的過壓。由此施加在薄膜上的過壓將啟動電流中斷元件，該電流中斷元件將中斷流向電極的電流，因此避免向電容器繼續供應電流及由此避免電極材料的繼續蒸發。
DE-B-1044947所公開的保護元件的問題在於該保護元件不能始終可靠地運轉。當力施加在連接至彈簧的電線上時，在電線能夠斷開之前需要較大的力來克服電線和彈簧的彈性。當電線焊接至薄膜時，必須注意使電線充分焊接至薄膜。實際上，如果電線沒有充分焊接至薄膜，通過薄膜施加在電線上的力將導致焊接過早地斷裂。而且當需要使焊接熔化，以使保護元件作為熱防護器進行操作時，必須注意使電線在焊接熔化時與薄膜確實斷開，並且電線沒有粘附在熔化的焊料上。
發明內容
本發明的目的在於獲得一種用於具有自行回復性質的電容器的保護元件，該保護元件可靠地保護電容器免受過高溫度和過壓。
為此，根據本發明的保護元件的特徵在於，設置所述薄膜將壓力施加在所述電流中斷元件上以啟動所述電流中斷元件，所述溫度敏感構件當用於感應到溫度升高至高於所述預定的值時在所述電流中斷元件上施加壓力，通過這種方式操作所述電流中斷元件。無論根據本發明的電流中斷元件是用作防止過壓的防護器還是熱防護器，其總是通過施加壓力來作用。這樣兩種構造的電流中斷元件受到相同的運動，從而提供可靠的保護元件。
根據本發明的保護元件的第一實施例的特徵在於，所述溫度敏感構件包括由形狀記憶合金製成的彈簧，所述彈簧在預定的溫度值校準。使用由形狀記憶合金製成的彈簧能夠實現精確的溫度校準，並且由此實現對保護元件可靠的操作。應當注意，使用形狀記憶合金用於彈簧作為電子組件的一部分在JP-A-08088142中公開。然而，在該專利申請中，電流必須流經彈簧以操作彈簧。在本實施例中沒有流經彈簧的電流。
根據本發明的保護元件的第二實施例的特徵在於，所述薄膜和所述溫度敏感構件均由形狀記憶合金製成並形成單一的組件。因此，所述薄膜具有雙重功能，從而減少了組件。
根據本發明的保護元件的第三實施例的特徵在於，所述溫度敏感構件包括在所述預定溫度值校準的石蠟致動器。當到達所述預定的溫度時，熔融石蠟佔據的體積大於固體石蠟，由此操作所述電流中斷元件。
根據本發明的保護元件的第四實施例的特徵在於，所述溫度敏感構件包括彈簧，所述彈簧嵌入與所述預定溫度值對應熔點的材料。當所述材料熔化時，所述嵌入彈簧將釋放並啟動所述電流中斷元件。
根據本發明的保護元件的第五實施例的特徵在於，所述電流中斷元件包括電導體，該電導體面對用於切割所述導體的切割構件。使用切割構件能夠可靠且簡單地獲得電流中斷元件。
現將參考附圖詳細描述本發明，所述附圖示出了用於自行回複式電容器的保護元件的優選實施例。在附圖中圖1示出了根據本發明的保護元件的分解視圖；圖2示出了由形狀記憶合金彈簧施加的力(F)和溫度(T)之間關係的實例。
圖3由曲線1示出了由形狀記憶合金彈簧施加的力(F)和彈簧的伸展之間關係的實例以及由曲線2示出了當力施加在銅導體上時銅導體的反應特性的實例。
圖4示出了被彈簧卷繞的切割構件的實例。
圖5和圖6分別示出了在啟動前後的石蠟致動器的實例。
圖7和圖8示出了石蠟致動器的相對溫度的烷烴膨脹率。
在附圖中相同的附圖標記表示相同或類似的元件。
具體實施例方式
根據本發明的保護元件如圖1所示，該保護元件包括殼體，該殼體具有上蓋1，該上蓋1上設有開口7。在上蓋1的周緣的相對側設有翼片2和3，其沿向下方向延伸並且超出周緣。
由柔性材料製成的薄膜4以安裝在上蓋1的容納空間內部的方式確定尺寸。為此薄膜的直徑基本上對應於上蓋的內徑。而且，兩直徑之間的相互對應可以避免氣體進入保護元件的殼體內部從而幹擾其操作。優選地，薄膜具有由邊緣5包圍的內部6，該邊緣5比內部6薄。保護元件在安裝好的狀態下，薄膜面對開口7，從而使壓力可以通過到達所述開口7的氣體施加在所述薄膜上。
保護元件還包括可移動安裝元件8，其為電流中斷元件的一部分。優選地，元件8基本上為柱形並且設有刀片形狀的端部10，例如由具有同一邊緣的兩個傾斜端面形成。引導凹槽11優選地設在元件8的外側面上。根據優選實施例，元件8包括空腔9，從該元件的上表面向內部延伸。該空腔9用於在其中容納諸如可為彈簧、雙金屬致動器或石蠟致動器等的溫度敏感構件19。可選擇地，如圖4所示，當該溫度敏感構件由彈簧形成時，其卷繞著元件8。在這種情況下，元件8無需設置引導凹槽11和空腔9。
保護元件還包括電接觸載體部分12，並且在其外周設有引導突起14和15。引導突起與上蓋的翼片2和3以翼片可以接合入引導突起的方式配合，從而將上蓋固定在接觸載體部分上。優選地，引導突起在電導體13的側面上延伸。該電導體13包括兩側翼13-1和13-2，其在接觸載體部分的相對側上延伸。電導體13還包括在兩側翼之間延伸的中部。中部由在U-型部分13-5的兩側上延伸的兩水平翼13-3和13-4形成。中部和側翼一起形成連續的電導體，該電導體優選地由銅製成，從而使施加在其中一個側翼上的電流經由中部流向另一個側翼。
電導體的U-型部分13-5沿開口16延伸，開口16沿豎直方向與電接觸載體部分12交叉。在開口16中還設有引導突起17，其與元件8的引導凹槽11配合，以便引導元件8移入開口16並且避免元件8轉動進入開口16。由於電導體13的U-型部分13-5的底部與開口16交叉，U-型部分13-5的底部也即形成開口16的底部。而且，在安裝的構造中，元件8容納在開口16中，元件8的刀片形狀的端部10面嚮導體的U-型部分13-5的底部。這樣，當將壓力施加於元件8時，刀片形狀的端部10能夠切割導體13，因此刀片形狀的端部10可以作為電流中斷元件。
當然，除了刀片形狀的端部10的其它的實施例中可以用作切割構件。所以，元件8還可以例如由玻璃製成，並設有鋒利的端部10。除了使用切割構件並切割導體13，還可以使用開關代替U-型部分的並且使開關由元件8操作。
電接觸載體部分12由罩蓋18封閉，罩蓋18具有安裝在該接觸載體部分中的突起20和21。通過這種方式，罩蓋覆蓋在接觸載體部分12中延伸的導體部分13。
溫度敏感構件19可以通過若干個實施例實現。但重要的是電流中斷元件8可操作地接合溫度敏感構件19。通過這種方式，元件8可以通過薄膜4和溫度敏感構件操作。實際上，如果在經自行回復操作後例如在電容器內形成的空氣在薄膜上施加壓力，該壓力將施加在可移動元件8上。由薄膜4施加在元件8上的壓力使該元件嚮導體13移動，由此中斷流經導體的電流。如果電容器內的溫度升高，溫度敏感構件19在壓力施加在元件8時起作用，這將導致和通過薄膜4施加壓力產生同樣的效果。
根據優選實施例，該溫度敏感構件19包括由形狀記憶合金製成的彈簧。可選擇的，薄膜4和溫度敏感構件19可以形成由形狀記憶合金製成的單一的元件。使用形狀記憶合金具有以下性質當加熱至給定或預定的溫度時具有確定的形狀並且施加確定的力。圖2示出了由形狀記憶合金彈簧施加的力(F)和溫度(T)之間關係的實例。如圖2所示，溫度在80℃以下時，彈簧幾乎不施加力。溫度在80℃和110℃之間的範圍(稱為臨界範圍)內，作用力迅速增大，其後當溫度高於110℃時保持穩定。當然作用力的值(牛頓)還由彈簧的諸如繞組厚度、繞數等機械參數決定。圖3示出了由形狀記憶合金彈簧施加的力(F)和彈簧的伸展之間關係的實例(曲線1)。如圖3所示，當作用力的值達到40牛頓時，彈簧的伸展將導致所施加的力減小。因此當達到構件19起作用的溫度時，選擇能夠在該預定的溫度下起作用的合適的構件。
如果溫度敏感構件19由這種置於空腔9中的卷繞元件8的形狀記憶合金彈簧形成，如圖2所示，如果溫度保持在預定的溫度以下(參見圖2)，彈簧將不施加力。所以，如果環境溫度保持在正常的操作條件下並且如果電容器內沒有產生熱和幾乎不產生熱，彈簧將保持鈍態(passive)並且在元件8上不施加力。當電容器中或電容器周圍的溫度升高併到達臨界範圍時，彈簧將離開其鈍態並且開始在元件8上施加力。選擇彈簧或薄膜(如果薄膜結合了兩者的功能)，以使當達到預定的溫度時，薄膜在其操作溫度的範圍內並且能夠施加全部的力。施加在元件8上的壓力接著啟動元件8並由此中斷流經導體13的電流。因此，為了切割導體13，必須選擇能夠在元件8上施加足夠力的元件19。如圖3所示，由於所施加的力因彈簧長度的增加而減小，必須注意為了切割導體，彈簧即使在延伸之後也能夠施加足夠的力。
在圖3中，曲線2示出了當力施加在銅導體上時，該銅導體的反應特性的實例。如圖所示，銅導體需要在斷裂之前位移略大於2mm。隨後，在電流中斷發生之前，彈簧或薄膜必須使導體的位移經過略大於2mm的距離。由於彈簧或薄膜的力減小(曲線1)，必須注意即使在導體已經延伸過了上述距離之後仍然能夠施加足夠的力以使導體物理斷裂。
如果薄膜4由這種鋒利的記憶合金製成，溫度的升高將使薄膜鼓起並由此在元件8上施加必須的壓力。使用鋒利的記憶合金使得能夠選擇當達到預定的溫度時將所須的壓力施加在元件8上以啟動電流中斷元件的薄膜。
根據另一可選方式，溫度敏感構件包括石蠟致動器，該石蠟致動器在預定的溫度校準。圖5示出了在環境溫度下的這種石蠟致動器，而圖6示出了在所述預定的溫度下同一石蠟致動器。該石蠟致動器包括填充諸如烷烴(CH3-(CH2)n-CH3，n＝18，……50)等的石蠟26的外殼25。致動器杆27插入該石蠟。致動器以使得杆27進入空腔9的方式安裝在元件8上。當溫度升高時，石蠟開始熔化，因此其體積增大。其體積的增大將推動杆移出外殼25。接著，在空腔9中的杆將在元件上施加壓力。確定杆的衝程的大小，以使得當達到預定的溫度時，杆在元件8上施加必須的壓力以啟動電流中斷構件。
石蠟適合的熔化溫度為在30℃和140℃之間。熔化曲線或者示出為如圖7所示的陡的斜面，或者示出為如圖8所示的平坦的斜面。圖7和圖8示出了烷烴溫度相對於其體積膨脹率。
可選擇的，元件8可以由填充石蠟並由活塞封閉的圓筒腔室形成。當溫度達到其預定的值時，石蠟將膨脹並且將活塞向刀片推動。
另一實施例可以由嵌入諸如塑料等材料的彈簧形成，該材料的熔點低於製成元件8的材料的熔點。當材料由於溫度升高而熔化時，彈簧將釋放並作用在元件8上。
還可以使溫度敏感構件和薄膜一起形成填充有溫度敏感流體的可膨脹的薄膜。當溫度升高時，流體將膨脹並且使薄膜膨脹，因此在元件8上施加壓力。
作為另一種選擇，溫度敏感構件可以包括雙金屬或兩個通過一材料形成的焊料相互連接的接觸元件，其中該材料在預定的溫度值熔化。還可以設想使用煙火氣體作為溫度敏感構件。
權利要求
1.一種用於具有自行回復性質的電容器的保護元件，所述保護元件具有薄膜(4)，並用於通過在所述電容器內發生的自行回復操作而產生的氣體施加在所述薄膜上的壓力來啟動電流中斷元件(8)，該電流中斷元件(8)與所述電容器的電極串聯，該電流中斷元件用於當所述壓力施加在所述薄膜上時中斷流向所述電極的電流，所述電流中斷元件與溫度敏感構件(19)操作接合，該溫度敏感構件用於當感應到溫度升高至高於預定的值時起作用，其特徵在於，所述薄膜用於在所述電流中斷元件上施加壓力以啟動所述電流中斷元件，所述溫度敏感構件用於當感應到所述溫度升高到高於所述預定值時在所述電流中斷元件上施加壓力，以便操作所述的電流中斷元件。
2.如權利要求1所述的保護元件，其特徵在於所述溫度敏感構件包括由形狀記憶合金製成的彈簧，所述彈簧在所述預定的溫度值校準。
3.如權利要求2所述的保護元件，其特徵在於所述彈簧卷繞所述切割構件。
4.如權利要求1至3中任一所述的保護元件，其特徵在於所述薄膜和所述溫度敏感構件均由形狀記憶合金製成並形成單一的組件。
5.如權利要求1所述的保護元件，其特徵在於所述溫度敏感構件包括在所述預定溫度值校準的石蠟致動器。
6.如權利要求1所述的保護元件，其特徵在於所述溫度敏感構件包括彈簧，該彈簧嵌入具有與所述預定溫度值對應熔點的材料。
7.如權利要求1所述的保護元件，其特徵在於所述溫度敏感構件和所述薄膜一起形成填充有溫度敏感流體的可膨脹薄膜，所述溫度敏感流體用於當高於所述預定溫度值時使所述薄膜膨脹。
8.如權利要求1所述的保護元件，其特徵在於所述溫度敏感構件包括在所述預定的溫度值校準的雙金屬。
9.如權利要求1所述的保護元件，其特徵在於所述溫度敏感構件包括由一種材料形成的焊料相互連接的兩個接觸元件，所述材料在所述預定的溫度值熔化。
10.如權利要求1-9中任一所述的保護元件，其特徵在於所述電流中斷元件包括電導體，該電導體面對用於切割所述導體的切割構件。
全文摘要
一種用於具有自行回復性質的電容器的保護元件，所述保護元件具有薄膜，並用於通過在電容器內發生自行回復操作而產生的氣體施加在該薄膜上的壓力來啟動電流中斷元件，該電流中斷元件與所述電容器的電極串聯，該電流中斷元件用於當所述壓力施加在所述薄膜上時中斷流向該電極的電流，所述電流中斷元件與溫度敏感構件操作地接合，該溫度敏感構件用於當感應到溫度升高至高於預定的值時起作用，以便操作所述電流中斷元件。
文檔編號G01K5/00GK1971782SQ20061015405
公開日2007年5月30日 申請日期2006年9月20日 優先權日2005年9月20日
發明者呂克·施普龍克, 弗朗索瓦·德林斯 申請人:Abb技術股份公司