專(zhuān)利名稱(chēng)：熔斷器及熔體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電器保護(hù)設(shè)備領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及采用新型金屬?gòu)?fù)合材料制作的 熔體、以及應(yīng)用新型金屬?gòu)?fù)合材料制作金屬部件的熔斷器。
背景技術(shù)：
熔斷器是廣泛應(yīng)用于電器領(lǐng)域中的保護(hù)設(shè)備，不同參數(shù)配置的熔斷器可以用于電 力(強(qiáng)電)設(shè)備的保護(hù)和電子(弱電)設(shè)備的保護(hù)。無(wú)論是哪一種熔斷器，其基本的結(jié)構(gòu)都 包括底座、金屬連接件、金屬接觸件、熔體。其中，熔體是整個(gè)熔斷器的主要工作部分。熔 體是串聯(lián)在電路中的一段特殊的導(dǎo)線(xiàn)，和電路中的其他導(dǎo)線(xiàn)相比較，熔體部分具有較小的 截面積以及較差的散熱環(huán)境，當(dāng)電路發(fā)生短路或過(guò)載時(shí)，電流增大，熔體位置的發(fā)熱顯著大 于其他的導(dǎo)線(xiàn)，于是，由于集熱效應(yīng)而使熔體率先熔化、分?jǐn)?，從而切斷電路，達(dá)到保護(hù)電力 系統(tǒng)、電路中其他電工設(shè)備的目的。圖1揭示了熔斷器中熔斷體部分的一個(gè)設(shè)計(jì)，包括絕緣材料制作的絕緣體100、放 置在絕緣體100內(nèi)的熔體102、通過(guò)絕緣體上的開(kāi)口與熔體102實(shí)現(xiàn)電氣連接的觸刀104。 觸刀104的作用是將熔體102串聯(lián)到整個(gè)電路中。由于熔體的作用是出現(xiàn)過(guò)載或者短路電流時(shí)率先熔化，因此熔體的材料要具有相 對(duì)熔點(diǎn)低、特性穩(wěn)定、易于熔斷的特點(diǎn)。目前常用的熔體材料包括鍍銀銅片、銅、銀等金屬。 例如，在申請(qǐng)?zhí)枮镃N200810069388. 5、公開(kāi)號(hào)為CN101281839的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)中揭示了一 種用于熔斷器熔體的帶材。該帶材的橫截面包括至少兩段間隔開(kāi)的銅或者銅合金體，相鄰 的間隔開(kāi)的兩段銅或者銅合金體之間設(shè)有銀或銀合金體，銀或銀合金體與銅或者銅合金體 之間設(shè)有用于焊接的銀銅合金焊料，所述銀或銀合金體與銅或者銅合金體通過(guò)用于焊接的 銀銅合金焊料焊接固定。以銀、銅為主要材料的熔體會(huì)帶來(lái)如下的問(wèn)題銀、銅等大量貴金 屬材料的使用使得產(chǎn)品成本普遍偏高，從而大大影響了產(chǎn)品的推廣和普及；同時(shí)銀、銅等大 量金屬材料的使用增加了礦產(chǎn)資源的開(kāi)采壓力，從而對(duì)自然環(huán)境造成影響。于是，出于對(duì)成本的考慮，對(duì)于熔體的材料選擇做出一些改變。例如在申請(qǐng)?zhí)枮?CN90108954. 0，公開(kāi)號(hào)為CN1061M7的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)中揭示了一種低熔點(diǎn)熔體材料。該低 熔點(diǎn)熔體材料以99%以上的錫為主要成分，添加少量的銅和鉍。同銀銅合金、鉛基合金等 熔體材料相比，具有節(jié)約貴金屬銀、安秒特性穩(wěn)定、無(wú)鉛毒污染、長(zhǎng)期工作溫升低等特性。但 是，以錫為主要成分的材料也存在如下的問(wèn)題由于熔體以及其他的金屬部件與外部電路 連接時(shí)難免會(huì)出現(xiàn)反復(fù)摩擦、擠壓、碰撞等情況，而錫為主要成分的材料明顯機(jī)械強(qiáng)度不 夠，對(duì)連接的可靠性造成威脅。試驗(yàn)證明，即使是由以銅為主的材料所構(gòu)成的熔體，在反復(fù)摩擦、擠壓、碰撞的條 件下，其機(jī)械強(qiáng)度依舊顯得不足。于是，就需要一種新型的熔體，既能夠節(jié)約貴金屬的使用，又具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提出一種既能夠節(jié)約貴金屬的使用，又具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度的熔體以 及熔斷器。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，提出一種金屬結(jié)構(gòu)，用于熔斷器的金屬部件或者熔體，該 金屬結(jié)構(gòu)包括高強(qiáng)度金屬材料制成的中心部分；包圍在中心部分外圍，高導(dǎo)電率金屬材 料制成的表面部分。高強(qiáng)度金屬材料可以是鋼，高導(dǎo)電率金屬材料可以是銅。高導(dǎo)電率金屬材料的厚 度占該金屬結(jié)構(gòu)的總厚度的比例大于等于5%。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，提出一種熔斷器的熔體，由金屬材料制成，金屬材料具有 一金屬結(jié)構(gòu)，該金屬結(jié)構(gòu)包括高強(qiáng)度金屬材料制成的中心部分；包圍在中心部分外圍，高 導(dǎo)電率金屬材料制成的表面部分。高強(qiáng)度金屬材料可以是鋼，高導(dǎo)電率金屬材料可以是銅；銅的厚度占該金屬結(jié)構(gòu) 的總厚度的比例大于等于5%。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，提出一種熔斷器，包括底座、金屬連接件、金屬接觸件、熔 體，其中底座的金屬部分、金屬連接件、金屬接觸件、熔體由金屬材料制成，金屬材料具有一 金屬結(jié)構(gòu)，該金屬結(jié)構(gòu)包括高強(qiáng)度金屬材料制成的中心部分；包圍在中心部分外圍，高導(dǎo) 電率金屬材料制成的表面部分。高強(qiáng)度金屬材料可以是鋼，高導(dǎo)電率金屬材料可以是銅；銅的厚度占該金屬結(jié)構(gòu) 的總厚度的比例大于等于5%。在一個(gè)實(shí)施例中，熔體放置在絕緣材料制作的絕緣體中，該絕緣體具有開(kāi)口，觸刀 通過(guò)開(kāi)口與熔體實(shí)現(xiàn)電氣連接，觸刀作為金屬接觸件。如果底座是低壓底座，該低壓底座包括絕緣材料制作的支持件和插座，插座與觸 刀電氣連接，插座作為金屬連接件。如果底座是高壓底座，該高壓底座包括連接板、與連接 板電氣連接的插座、以及固定插座的彈卡，其中連接板和插座形成金屬連接件，與觸刀電氣 連接。本發(fā)明利用趨膚效應(yīng)，將金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成由高強(qiáng)度金屬材料構(gòu)成的中心部分和由 高導(dǎo)電率金屬材料構(gòu)成的表面部分。節(jié)省了對(duì)于昂貴的高導(dǎo)電率金屬材料的使用，節(jié)約了 成本，但導(dǎo)電性能并不受到影響。同時(shí)，中心部分的高強(qiáng)度金屬材料增強(qiáng)了金屬結(jié)構(gòu)的機(jī)械 強(qiáng)度。


本發(fā)明上述的以及其他的特征，性質(zhì)和優(yōu)勢(shì)將在下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步描 述，在附圖中相同的附圖標(biāo)記始終表示相同的特征，其中圖1揭示了熔斷器中熔斷體部分的一種結(jié)構(gòu)；圖2揭示了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例中構(gòu)成金屬部件的金屬材料結(jié)構(gòu)；圖3揭示了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的熔斷器中熔斷體部分的結(jié)構(gòu)；圖4揭示了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的熔斷器中低壓底座的結(jié)構(gòu)；圖5揭示了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例中熔斷器中高壓底座的結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明將熔體以及熔斷器中的金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成使用如下的結(jié)構(gòu)金屬材料是一種 復(fù)合材料，在外層(趨近表面部分)采用具有高導(dǎo)電率的材料，比如銅，而在中心采用具有 高強(qiáng)度的材料，比如鋼。該設(shè)計(jì)能顯著提高金屬結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度、降低成本，卻不會(huì)影響其 導(dǎo)電性。由于趨膚效應(yīng)的存在，電流會(huì)集中在導(dǎo)線(xiàn)的表面，而導(dǎo)線(xiàn)中心幾乎沒(méi)有電流。趨膚效應(yīng)趨膚效應(yīng)亦稱(chēng)為“集膚效應(yīng)”。在交變電流(alternating electric current, AC) 通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，由于感應(yīng)作用弓丨起導(dǎo)體截面上電流分布不均勻，愈近導(dǎo)體表面電流密度越大。 這種現(xiàn)象稱(chēng)“趨膚效應(yīng)”。趨膚效應(yīng)使導(dǎo)體的有效電阻增加。頻率越高，趨膚效應(yīng)越顯著。 當(dāng)頻率很高的電流通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)時(shí)，可以認(rèn)為電流只在導(dǎo)線(xiàn)表面上很薄的一層中流過(guò)，這等效 于導(dǎo)線(xiàn)的截面減小，電阻增大。趨膚效應(yīng)的產(chǎn)生原理如下在計(jì)算導(dǎo)線(xiàn)的電阻和電感時(shí)，假設(shè)電流是均勻分布于 他的截面上。嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，這一假設(shè)僅在導(dǎo)體內(nèi)的電流變化率(di/dt)為零時(shí)才成立。另一種 說(shuō)法是，導(dǎo)線(xiàn)通過(guò)直流(dc)時(shí)，能保證電流密度是均勻的。但只要電流變化率很小，電流分 布仍可認(rèn)為是均勻的。對(duì)于工作于低頻的細(xì)導(dǎo)線(xiàn)，這一論述仍然是可確信的。但在高頻電 路中，電流變化率非常大，不均勻分布的狀態(tài)甚為嚴(yán)重。高頻電流在導(dǎo)線(xiàn)中產(chǎn)生的磁場(chǎng)在導(dǎo) 線(xiàn)的中心區(qū)域感應(yīng)最大的電動(dòng)勢(shì)。由于感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)在閉合電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，在導(dǎo)線(xiàn) 中心的感應(yīng)電流最大。因?yàn)楦袘?yīng)電流總是在減小原來(lái)電流的方向，它迫使電流只限于靠近 導(dǎo)線(xiàn)外表面處。這樣，導(dǎo)線(xiàn)內(nèi)部實(shí)際上沒(méi)有任何電流，電流集中在臨近導(dǎo)線(xiàn)外表的一薄層。 結(jié)果使它的電阻增加。導(dǎo)線(xiàn)電阻的增加，使它的損耗功率也增加。這一現(xiàn)象稱(chēng)為趨膚效應(yīng)。熔斷器以及熔體的主要應(yīng)用范圍是高頻交流電，于是，導(dǎo)線(xiàn)以及其他金屬導(dǎo)電結(jié) 構(gòu)的中心部分幾乎是沒(méi)有電流通過(guò)的。既然中心部分在導(dǎo)電性方面并不起到作用，中心部 分不必使用高導(dǎo)電率的材料制作，只需要采用高導(dǎo)電率的材料制作一個(gè)中空的結(jié)構(gòu)，由于 趨膚效應(yīng)的存在，其導(dǎo)電性能不會(huì)受到影響。同時(shí)，在高導(dǎo)電率的材料制作的中空結(jié)構(gòu)的中 心部位加入高強(qiáng)度的材料，就能夠顯著提高金屬結(jié)構(gòu)的整體機(jī)械強(qiáng)度。高導(dǎo)電率的材料一 般是貴金屬(比如銅)，而高強(qiáng)度的材料可以采用比較低成本的金屬(比如鋼)。于是，高 強(qiáng)度材料制作的中心部分結(jié)合高導(dǎo)電率材料制作的表面部分就能實(shí)現(xiàn)低成本、高強(qiáng)度、同 時(shí)具有良好導(dǎo)電性的金屬結(jié)構(gòu)，很好地解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。金屬材料結(jié)構(gòu)在本發(fā)明中，熔體以及熔斷器中的金屬部件都可以采用上述的這種結(jié)構(gòu)。參考圖2 所示，圖2揭示了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例中構(gòu)成金屬部件的金屬材料結(jié)構(gòu)。圖2所示的是 一個(gè)截面圖，在該實(shí)施例中，所采用的高導(dǎo)電率的材料是銅，高強(qiáng)度的材料是鋼。鋼材料形 成中心部分202，而銅材料形成表面部分204。其中，銅材料的比例(厚度比例，即銅層的厚 度占整個(gè)金屬結(jié)構(gòu)截面厚度)為5%-100% (如果銅材料比例是100%，可以理解為就是現(xiàn) 有的純銅結(jié)構(gòu))。銅可以選用黃銅或者紫銅，鋼可以采用鋼或者鋼的各種合金。在整個(gè)金屬 結(jié)構(gòu)的外表面也可以再涂覆各種表面鍍層，這些鍍層是現(xiàn)有技術(shù)中也廣泛使用的，此處不 再詳細(xì)說(shuō)明。需要說(shuō)明的是，雖然此處以銅作為高導(dǎo)電率材料的示例，以鋼作為高強(qiáng)度材料的 示例，但是可以理解的是，其他的高導(dǎo)電率材料(例如銀或其合金)以及其他的高強(qiáng)度材料(鋼合金)也可以被用來(lái)實(shí)現(xiàn)此處所示的金屬結(jié)構(gòu)。熔體參考圖3所示，圖3揭示了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的熔斷器中熔體部分的結(jié)構(gòu)。該 熔斷體部分包括絕緣材料制作的絕緣體300、放置在絕緣體300內(nèi)的熔體302、通過(guò)絕緣體 上的開(kāi)口與熔體302實(shí)現(xiàn)電氣連接的觸刀304。觸刀304的作用是將熔體302串聯(lián)到整個(gè) 電路中。其中，熔體302和觸刀304都是采用具有上述(圖2所示)的金屬結(jié)構(gòu)的金屬材 料制作。例如，參考圖3所示的觸刀304，可以見(jiàn)其所展示的截面部分呈現(xiàn)“夾心結(jié)構(gòu)”，位 于周?chē)?表面部分)的是銅材料，而位于中心(中心部分)的是鋼材料。對(duì)于熔體302，圖3所示的是一由數(shù)個(gè)片狀部件連接而成的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，雖然該片狀 部件連接而成的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)在現(xiàn)有技術(shù)的熔體中也有應(yīng)用，此處還是進(jìn)行一簡(jiǎn)單說(shuō)明。熔體 302的每一個(gè)片狀部件都是由圖2所示的金屬結(jié)構(gòu)的金屬材料制作。在片狀部件之間通 過(guò)連接部相連，連接部件可以采用圖2所示的金屬結(jié)構(gòu)的金屬材料，也可以采用純銅制作。 但連接部件比片狀部件具有更薄的厚度，于是連接部件和片狀部件相比較具有不同的截面 積，相應(yīng)的具有不同的電阻率。連接部件利用這種電阻率上的不同實(shí)現(xiàn)了在熔體上的電流 分配，利用電流分配可以改變不同的發(fā)熱情況和散熱條件，以控制熔體表面的溫升，達(dá)到調(diào) 節(jié)熔斷時(shí)間-電流特性的目的。需要說(shuō)明的是，上述的熔斷體部分的結(jié)構(gòu)以及熔體的結(jié)構(gòu)是為了說(shuō)明的目的，并 不是為了將本發(fā)明的范圍限制在上述的結(jié)構(gòu)中。本發(fā)明主要是提供新型的金屬材料的結(jié) 構(gòu)，現(xiàn)有技術(shù)中的其他的熔斷體以及熔體部分的結(jié)構(gòu)也可以結(jié)合本發(fā)明的金屬材料的結(jié)構(gòu) 來(lái)使用。熔斷器的金屬部件如上面所描述的，熔斷器除了熔斷體之外，還包括其他的金屬部件，例如底座、金 屬連接件、金屬接觸件。本發(fā)明的實(shí)施例中的熔體和金屬接觸件(觸刀304)已經(jīng)在上面結(jié) 合圖3進(jìn)行了說(shuō)明。下面再介紹一下底座和金屬連接件。參考圖4所示，圖4揭示了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的熔斷器中低壓底座的結(jié)構(gòu)。低 壓底座400包括絕緣材料制作的支持件402和金屬材料制作的插座404，插座404是金屬連 接件。插座404用于與觸刀304 —起構(gòu)成電氣通路，將熔體串聯(lián)到電路中。插座404采用 具有圖2所示的金屬結(jié)構(gòu)的金屬材料制作。參考圖5所示，圖5揭示了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例中熔斷器中高壓底座的結(jié)構(gòu)。高 壓底座500包括；金屬材料制作的連接板502、與連接板電氣連接的插座504、以及固定插座 的彈卡506。其中連接板502和插座504形成金屬連接件，用于與觸刀304 —起構(gòu)成電氣通 路，將熔體串聯(lián)到電路中。連接板502和插座504采用具有圖2所示的金屬結(jié)構(gòu)的金屬材 料制作。彈卡506雖然也是由金屬材料制作，但是其主要是起到固定的作用，因此不必采用 圖2所示的金屬結(jié)構(gòu)的金屬材料制作，可以全部使用高強(qiáng)度的材料，例如鋼來(lái)制作。需要說(shuō)明的是，上述的低壓底座和高壓底座的結(jié)構(gòu)是為了說(shuō)明的目的，并不是為 了將本發(fā)明的范圍限制在上述的結(jié)構(gòu)中。本發(fā)明主要是提供新型的金屬材料的結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有 技術(shù)中的其他的低壓底座和高壓底座的結(jié)構(gòu)也可以結(jié)合本發(fā)明的金屬材料的結(jié)構(gòu)來(lái)使用。本發(fā)明利用趨膚效應(yīng)，將金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成由高強(qiáng)度金屬材料構(gòu)成的中心部分和由高導(dǎo)電率金屬材料構(gòu)成的表面部分。節(jié)省了對(duì)于昂貴的高導(dǎo)電率金屬材料的使用，節(jié)約了 成本，但導(dǎo)電性能并不受到影響。同時(shí)，中心部分的高強(qiáng)度金屬材料增強(qiáng)了金屬結(jié)構(gòu)的機(jī)械 強(qiáng)度。 上述實(shí)施例是提供給熟悉本領(lǐng)域內(nèi)的人員來(lái)實(shí)現(xiàn)或使用本發(fā)明的。熟悉本領(lǐng)域的 人員可在不脫離本發(fā)明的發(fā)明思想的情況下，對(duì)上述實(shí)施例作出種種修改或變化，因而本 發(fā)明的保護(hù)范圍并不被上述實(shí)施例所限，而應(yīng)該是符合權(quán)利要求書(shū)提到的技術(shù)特征的最大 范圍。
權(quán)利要求
1.一種金屬結(jié)構(gòu)，用于熔斷器的金屬部件或者熔體，其特征在于，所述金屬結(jié)構(gòu)包括 高強(qiáng)度金屬材料制成的中心部分；包圍在所述中心部分外圍，高導(dǎo)電率金屬材料制成的表面部分。
2.如權(quán)利要求1所述的金屬結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述高強(qiáng)度金屬材料是鋼，所述高導(dǎo)電率金屬材料是銅。
3.如權(quán)利要求1所述的金屬結(jié)構(gòu)，其特征在于，高導(dǎo)電率金屬材料的厚度占該金屬結(jié)構(gòu)的總厚度的比例大于等于5%。
4.一種熔斷器的熔體，由金屬材料制成，其特征在于，所述金屬材料具有一金屬結(jié)構(gòu)， 該金屬結(jié)構(gòu)包括高強(qiáng)度金屬材料制成的中心部分；包圍在所述中心部分外圍，高導(dǎo)電率金屬材料制成的表面部分。
5.如權(quán)利要求4所述的熔斷器的熔體，其特征在于， 所述高強(qiáng)度金屬材料是鋼，所述高導(dǎo)電率金屬材料是銅； 且銅的厚度占該金屬結(jié)構(gòu)的總厚度的比例大于等于5%。
6.一種熔斷器，包括底座、金屬連接件、金屬接觸件、熔體，其中底座的金屬部分、金屬 連接件、金屬接觸件、熔體由金屬材料制成，其特征在于，所述金屬材料具有一金屬結(jié)構(gòu)，該 金屬結(jié)構(gòu)包括高強(qiáng)度金屬材料制成的中心部分；包圍在所述中心部分外圍，高導(dǎo)電率金屬材料制成的表面部分。
7.如權(quán)利要求6所述的熔斷器，其特征在于，所述高強(qiáng)度金屬材料是鋼，所述高導(dǎo)電率金屬材料是銅； 且銅的厚度占該金屬結(jié)構(gòu)的總厚度的比例大于等于5%。
8.如權(quán)利要求7所述的熔斷器，其特征在于，所述熔體放置在絕緣材料制作的絕緣體中，該絕緣體具有開(kāi)口，觸刀通過(guò)所述開(kāi)口與 熔體實(shí)現(xiàn)電氣連接，所述觸刀作為金屬接觸件。
9.如權(quán)利要求8所述的熔斷器，其特征在于，所述底座是低壓底座，該低壓底座包括絕緣材料制作的支持件和插座，插座與觸刀電 氣連接，所述插座作為金屬連接件。
10.如權(quán)利要求8所述的熔斷器，其特征在于，所述底座是高壓底座，該高壓底座包括連接板、與連接板電氣連接的插座、以及固定插 座的彈卡，其中連接板和插座形成金屬連接件，與觸刀電氣連接。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種金屬結(jié)構(gòu)，用于熔斷器的金屬部件或者熔體，該金屬結(jié)構(gòu)包括高強(qiáng)度金屬材料制成的中心部分；包圍在中心部分外圍，高導(dǎo)電率金屬材料制成的表面部分。本發(fā)明利用趨膚效應(yīng)，將金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成由高強(qiáng)度金屬材料構(gòu)成的中心部分和由高導(dǎo)電率金屬材料構(gòu)成的表面部分。節(jié)省了對(duì)于昂貴的高導(dǎo)電率金屬材料的使用，節(jié)約了成本，但導(dǎo)電性能并不受到影響。同時(shí)，中心部分的高強(qiáng)度金屬材料增強(qiáng)了金屬結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度。
文檔編號(hào)H01H85/06GK102097260SQ20091026051
公開(kāi)日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2009年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月11日
發(fā)明者唐小云, 孟毓強(qiáng), 王靈敏, 賈煒 申請(qǐng)人:庫(kù)柏西安熔斷器有限公司