專利名稱：熔斷器、熔體以及金屬結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及電器保護設備領域，更具體地說，涉及采用新型金屬結(jié)構(gòu)，新型金 屬復合材料制作的熔體、以及應用新型金屬復合材料制作金屬部件的熔斷器。
背景技術(shù)：
熔斷器是廣泛應用于電器領域中的保護設備，不同參數(shù)配置的熔斷器可以用于電 力(強電)設備的保護和電子(弱電)設備的保護。無論是哪一種熔斷器，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線，和電路中的其他導線相比較，熔體部分具有較小的 截面積以及較差的散熱環(huán)境，當電路發(fā)生短路或過載時，電流增大，熔體位置的發(fā)熱顯著大 于其他的導線，于是，由于集熱效應而使熔體率先熔化、分斷，從而切斷電路，達到保護電力 系統(tǒng)、電路中其他電工設備的目的。圖1揭示了熔斷器中熔斷體部分的一個設計，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、通過絕緣體上的開口與熔體102實現(xiàn)電氣連接的觸刀104。 觸刀104的作用是將熔體102串聯(lián)到整個電路中。由于熔體的作用是出現(xiàn)過載或者短路電流時率先熔化，因此熔體的材料要具有相 對熔點低、特性穩(wěn)定、易于熔斷的特點。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?zhí)枮镃N200810069388. 5、公開號為C N101281839的中國專利申請中揭示了一 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的銅或者銅合金體，相鄰 的間隔開的兩段銅或者銅合金體之間設有銀或銀合金體，銀或銀合金體與銅或者銅合金體 之間設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帶來如下的問題銀、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；同時銀、銅等大 量金屬材料的使用增加了礦產(chǎn)資源的開采壓力，從而對自然環(huán)境造成影響。于是，出于對成本的考慮，對于熔體的材料選擇做出一些改變。例如在申請?zhí)枮?CN90108954. 0，公開號為CN1061247的中國專利申請中揭示了一種低熔點熔體材料。該低 熔點熔體材料以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、無鉛毒污染、長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題由于熔體以及其他的金屬部件與外部電路 連接時難免會出現(xiàn)反復摩擦、擠壓、碰撞等情況，而錫為主要成分的材料明顯機械強度不 夠，對連接的可靠性造成威脅。試驗證明，即使是由以銅為主的材料所構(gòu)成的熔體，在反復摩擦、擠壓、碰撞的條 件下，其機械強度依舊顯得不足。于是，就需要一種新型的熔體，既能夠節(jié)約貴金屬的使用，又具有足夠的機械強度。
實用新型內(nèi)容本實用新型旨在提出一種既能夠節(jié)約貴金屬的使用，又具有足夠的機械強度的熔 體以及熔斷器。根據(jù)本實用新型的一實施例，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)包括高強度金屬材料制成的中心部分；包圍在中心部分外圍，高導電率金 屬材料制成的表面部分。高強度金屬材料可以是鋼，高導電率金屬材料可以是銅。高導電率金屬材料的厚 度占該金屬結(jié)構(gòu)的總厚度的比例大于等于5%。根據(jù)本實用新型的一實施例，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)包括高強度金屬材料制成的中心部分；包圍在中心部分外 圍，高導電率金屬材料制成的表面部分。高強度金屬材料可以是鋼，高導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)本實用新型的一實施例，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)包括高強度金屬材料制成的中心部分；包圍在中心部分外 圍，高導電率金屬材料制成的表面部分。高強度金屬材料可以是鋼，高導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%。在一個實施例中，熔體放置在絕緣材料制作的絕緣體中，該絕緣體具有開口，觸刀 通過開口與熔體實現(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。本實用新型利用趨膚效應，將金屬結(jié)構(gòu)設計成由高強度金屬材料構(gòu)成的中心部分 和由高導電率金屬材料構(gòu)成的表面部分。節(jié)省了對于昂貴的高導電率金屬材料的使用，節(jié) 約了成本，但導電性能并不受到影響。同時，中心部分的高強度金屬材料增強了金屬結(jié)構(gòu)的 機械強度。

本實用新型上述的以及其他的特征，性質(zhì)和優(yōu)勢將在
以下結(jié)合附圖和實施例進一 步描述，在附圖中相同的附圖標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)本實用新型的一實施例中構(gòu)成金屬部件的金屬材料結(jié)構(gòu)；圖3揭示了根據(jù)本實用新型的一實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)本實用新型的一實施例的熔斷器中低壓底座的結(jié)構(gòu)；圖5揭示了根據(jù)本實用新型的一實施例中熔斷器中高壓底座的結(jié)構(gòu)。
具體實施方式
本實用新型將熔體以及熔斷器中的金屬結(jié)構(gòu)設計成使用如下的結(jié)構(gòu)金屬材料是 一種復合材料，在外層(趨近表面部分)采用具有高導電率的材料，比如銅，而在中心采用 具有高強度的材料，比如鋼。該設計能顯著提高金屬結(jié)構(gòu)的機械強度、降低成本，卻不會影 響其導電性。由于趨膚效應的存在，電流會集中在導線的表面，而導線中心幾乎沒有電流。趨膚效應趨膚效應亦稱為“集膚效應”。在交變電流(alternating electric current,AC) 通過導體時，由于感應作用弓丨起導體截面上電流分布不均勻，愈近導體表面電流密度越大。 這種現(xiàn)象稱“趨膚效應”。趨膚效應使導體的有效電阻增加。頻率越高，趨膚效應越顯著。 當頻率很高的電流通過導線時，可以認為電流只在導線表面上很薄的一層中流過，這等效 于導線的截面減小，電阻增大。趨膚效應的產(chǎn)生原理如下在計算導線的電阻和電感時，假設電流是均勻分布于 他的截面上。嚴格說來，這一假設僅在導體內(nèi)的電流變化率(di/dt)為零時才成立。另一種 說法是，導線通過直流(dc)時，能保證電流密度是均勻的。但只要電流變化率很小，電流分 布仍可認為是均勻的。對于工作于低頻的細導線，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)甚為嚴重。高頻電流在導線中產(chǎn)生的磁場在導 線的中心區(qū)域感應最大的電動勢。由于感應的電動勢在閉合電路中產(chǎn)生感應電流，在導線 中心的感應電流最大。因為感應電流總是在減小原來電流的方向，它迫使電流只限于靠近 導線外表面處。這樣，導線內(nèi)部實際上沒有任何電流，電流集中在臨近導線外表的一薄層。 結(jié)果使它的電阻增加。導線電阻的增加，使它的損耗功率也增加。這一現(xiàn)象稱為趨膚效應。熔斷器以及熔體的主要應用范圍是高頻交流電，于是，導線以及其他金屬導電結(jié) 構(gòu)的中心部分幾乎是沒有電流通過的。既然中心部分在導電性方面并不起到作用，中心部 分不必使用高導電率的材料制作，只需要采用高導電率的材料制作一個中空的結(jié)構(gòu)，由于 趨膚效應的存在，其導電性能不會受到影響。同時，在高導電率的材料制作的中空結(jié)構(gòu)的中 心部位加入高強度的材料，就能夠顯著提高金屬結(jié)構(gòu)的整體機械強度。高導電率的材料一 般是貴金屬(比如銅)，而高強度的材料可以采用比較低成本的金屬(比如鋼)。于是，高 強度材料制作的中心部分結(jié)合高導電率材料制作的表面部分就能實現(xiàn)低成本、高強度、同 時具有良好導電性的金屬結(jié)構(gòu)，很好地解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。金屬材料結(jié)構(gòu)在本實用新型中，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)本實用新型的一實施例中構(gòu)成金屬部件的金屬材料結(jié)構(gòu)。圖 2所示的是一個截面圖，在該實施例中，所采用的高導電率的材料是銅，高強度的材料是鋼。 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，此處不再詳細說明。需要說明的是，雖然此處以銅作為高導電率材料的示例，以鋼作為高強度材料的 示例，但是可以理解的是，其他的高導電率材料(例如銀或其合金)以及其他的高強度材料(鋼合金)也可以被用來實現(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)本實用新型的一實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 絕緣體上的開口與熔體302實現(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，可以見其所展示的截面部分呈現(xiàn)“夾心結(jié)構(gòu)”，位 于周圍(表面部分)的是銅材料，而位于中心(中心部分)的是鋼材料。對于熔體302，圖3所示的是一由數(shù)個片狀部件連接而成的鏈式結(jié)構(gòu)，雖然該片狀 部件連接而成的鏈式結(jié)構(gòu)在現(xiàn)有技術(shù)的熔體中也有應用，此處還是進行一簡單說明。熔體 302的每一個片狀部件都是由圖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，達到調(diào) 節(jié)熔斷時間-電流特性的目的。需要說明的是，上述的熔斷體部分的結(jié)構(gòu)以及熔體的結(jié)構(gòu)是為了說明的目的，并 不是為了將本實用新型的范圍限制在上述的結(jié)構(gòu)中。本實用新型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)合本實用新型的金屬 材料的結(jié)構(gòu)來使用。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。本實用新型的實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進行了說明。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)本實用新型的一實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)本實用新型的一實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，可以全部使用高強度的材料，例如鋼來制作。需要說明的是，上述的低壓底座和高壓底座的結(jié)構(gòu)是為了說明的目的，并不是為 了將本實用新型的范圍限制在上述的結(jié)構(gòu)中。本實用新型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)合本實用新型的金屬材料的 結(jié)構(gòu)來使用。
6[0042]本實用新型利用趨膚效應，將金屬結(jié)構(gòu)設計成由高強度金屬材料構(gòu)成的中心部分 和由高導電率金屬材料構(gòu)成的表面部分。節(jié)省了對于昂貴的高導電率金屬材料的使用，節(jié) 約了成本，但導電性能并不受到影響。同時，中心部分的高強度金屬材料增強了金屬結(jié)構(gòu)的 機械強度。上述實施例是提供給熟悉本領域內(nèi)的人員來實現(xiàn)或使用本實用新型的。熟悉本領 域的人員可在不脫離本實用新型的實用新型思想的情況下，對上述實施例作出種種修改或 變化，因而本實用新型的保護范圍并不被上述實施例所限，而應該是符合權(quán)利要求書提到 的技術(shù)特征的最大范圍。
權(quán)利要求一種金屬結(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，所述高強度金屬材料是鋼，所述高導電率金屬材料是銅。
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， 所述高強度金屬材料是鋼，所述高導電率金屬材料是銅； 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，所述高強度金屬材料是鋼，所述高導電率金屬材料是銅； 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，該絕緣體具有開口，觸刀通過所述開口與 熔體實現(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。
專利摘要本實用新型揭示了熔斷器、熔體以及金屬結(jié)構(gòu)。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)包括高強度金屬材料制成的中心部分；包圍在中心部分外圍，高導電率金屬材料制成的表面部分。本實用新型利用趨膚效應，將金屬結(jié)構(gòu)設計成由高強度金屬材料構(gòu)成的中心部分和由高導電率金屬材料構(gòu)成的表面部分。還提出了利用該金屬結(jié)構(gòu)的熔體以及熔斷器，本實用新型節(jié)省了對于昂貴的高導電率金屬材料的使用，節(jié)約了成本，但導電性能并不受到影響。同時，中心部分的高強度金屬材料增強了金屬結(jié)構(gòu)的機械強度。
文檔編號H01H85/08GK201608140SQ20092027324
公開日2010年10月13日 申請日期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, 王靈敏, 賈煒 申請人:庫柏西安熔斷器有限公司