(57)【要約】  劇的に低減されたサイズを有する高圧電力ヒューズが提供される。サイズの低減は、珪酸塩添加充填材料、ヒューズ要素の形状、アーク障壁材料、及び、単一部品型端子製造物によって促進される。製造方法も開示される。
2017517095.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
ハウジングに結合された第１及び第２の端子要素と、
短絡ヒューズ要素及び過負荷ヒューズ要素を含むヒューズアセンブリと、を含み、
短絡ヒューズ要素及び過負荷ヒューズ要素は、複数の斜行部分によって分けられた複数の実質的に共面的な部分を含む実質的に同一に構成された可融要素であり、短絡ヒューズ要素及び過負荷ヒューズ要素は、ハウジング内に互いに鏡像となるように配置され、短絡ヒューズ要素及び過負荷ヒューズ要素のそれぞれは、第１の端子要素と第２の端子要素の間に延び、かつ第１の端子要素と第２の端子要素のそれぞれに接続し、
ハウジング内の消弧用充填物をさらに含み、消弧用充填物は、ハウジング内の短絡ヒューズ要素、過負荷ヒューズ要素、並びに、第１及び第２の端子要素の少なくとも一部に機械的に結合される、ことを特徴とする電力ヒューズ。
【請求項２】
第１の端子要素は、第１の端子ブレードを含み、第２の端子要素は、第２の端子ブレードを含むことを特徴とする請求項１に記載の電力ヒューズ。
【請求項３】
ハウジングは、第１の端部と第２の端部を含み、電力ヒューズは、前記第１の端部に結合される第１のエンドプレートと、前記第２の端部に結合される第２のエンドプレートをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の電力ヒューズ。
【請求項４】
少なくとも第１のエンドプレートから延びる接点ブロックをさらに含み、短絡ヒューズ要素及び過負荷ヒューズ要素のそれぞれは、接点ブロックに接続されることを特徴とする請求項３に記載の電力ヒューズ。
【請求項５】
少なくとも第１のエンドプレートと第１の端子ブレードは、別個の部品として作製されることを特徴とする請求項３に記載の電力ヒューズ。
【請求項６】
第１のエンドプレートは、開口部を含み、第１の端子ブレードは該開口部を通じて延びることを特徴とする請求項５に記載の電力ヒューズ。
【請求項７】
第１のエンドプレートは、スロット部を含み、第１の端子ブレードの一部は該スロット部内に受け入れられることを特徴とする請求項５に記載の電力ヒューズ。
【請求項８】
少なくとも第１の端子ブレードは、直角屈曲部を含むことを特徴とする請求項２に記載の電力ヒューズ。
【請求項９】
少なくとも第１の端子ブレードは、開口部を含むことを特徴とする請求項２に記載の電力ヒューズ。
【請求項１０】
消弧用充填物は、珪酸ナトリウム添加砂を含むことを特徴とする請求項１に記載の電力ヒューズ。
【請求項１１】
複数の実質的に共面的な部分のそれぞれは、複数の脆弱点を構成する複数の開口部を含むことを特徴とする請求項１に記載の電力ヒューズ。
【請求項１２】
過負荷ヒューズ要素の少なくとも一部は、Ｍ効果処理部を備えることを特徴とする請求項１１に記載の電力ヒューズ。
【請求項１３】
短絡ヒューズ要素の少なくとも一部及び過負荷ヒューズ要素の少なくとも一部は、アーク障壁材料を備えることを特徴とする請求項１１に記載の電力ヒューズ。
【請求項１４】
少なくとも５００ＶＤＣの定格電圧を有し、ハウジングは、約３８．１ｍｍ（１．５インチ）の軸方向長さを有することを特徴とする請求項１に記載の電力ヒューズ。
【請求項１５】
約１５０Ａから約４００Ａの範囲の定格電流を有し、少なくとも９．０Ａ／ｃｍ３から約１１．２５Ａ／ｃｍ３の電力密度を示すことを特徴とする請求項１に記載の電力ヒューズ。
【請求項１６】
高圧電力ヒューズを製造するための方法であって、
複数の斜行部分によって分けられた複数の実質的に共面的な部分をそれぞれ含む短絡ヒューズ要素及び過負荷ヒューズ要素を形成するステップと、
短絡ヒューズ要素と過負荷ヒューズ要素を互いに鏡像となるように配置するステップと、
第１の端子要素と第２の端子要素の間にそれぞれ延びる短絡ヒューズ要素及び過負荷ヒューズ要素のそれぞれを、第１及び第２の端子要素にそれぞれ接続するステップと、
第１及び第２の端子要素をハウジングに結合するステップと、
消弧用の珪酸塩添加充填材料をハウジング内に適用し、電力ヒューズの短絡ヒューズ要素、過負荷ヒューズ要素、並びに、第１及び第２の端子要素の少なくとも一部と珪酸塩添加充填材料との間の機械的な結合を確立するステップと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】
第１及び第２の組立用脚部を有する組立用フレームを使用し、組立用フレームの第１の組立用脚部にハウジングを挿入するステップと、
組立用フレームの第１の組立用脚部に第１の端子要素を組み付けるステップと、
組立用フレームの第２の組立用脚部に第２の端子要素を組み付けるステップと、
第１の端子要素と第２の端子要素の間の間隙内で短絡ヒューズ要素及び過負荷ヒューズ要素を接続するステップと、
接続された短絡ヒューズ要素及び過負荷ヒューズ要素上にハウジングを滑り移動させるステップと、
接続された短絡ヒューズ要素及び過負荷ヒューズ要素を囲む定位置にハウジングを固定するステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
第１のエンドプレートを準備し、第１のエンドプレートをハウジングに結合するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
第１及び第２の端子の少なくとも１つを、端子ブレードの形で準備するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
第１及び第２の端子の少なくとも１つに直角屈曲部を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
珪酸塩添加充填材料を適用するステップは、消弧用の充填材料に珪酸塩の結合剤を添加するステップを含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
充填材料に珪酸塩の結合剤を添加するステップは、珪砂に珪酸塩の結合剤を添加するステップを含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
珪砂に珪酸塩の結合剤を添加するステップは、珪砂に珪酸ナトリウムを添加するステップを含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
充填材料に珪酸塩の結合剤を添加するステップは、珪酸塩の結合剤の水溶液を添加して、充填材料と珪酸塩の結合剤の混合物を形成するステップを含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
混合部を乾燥させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
接点ブロックを含む少なくとも１つのエンドプレートを準備するステップと、
短絡ヒューズ要素及び過負荷ヒューズ要素のそれぞれを接点ブロックに接続するステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２７】
過負荷ヒューズ要素の少なくとも一部にＭ効果材料を設けるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２８】
短絡ヒューズ要素及び過負荷ヒューズ要素の少なくとも１つの一部にアーク障壁材料を設けるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２９】
短絡ヒューズ要素及び過負荷ヒューズ要素のそれぞれの共面部分に複数の開口部を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項３０】
エンドプレート及び端子ブレードを別個の部品として準備するステップと、
エンドプレートと端子ブレードを結合し、第１及び第２の端子要素の少なくとも１つを準備するステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項３１】
エンドプレートを準備するステップは、開口部を含むエンドプレートを準備するステップを含み、エンドプレートと端子ブレードを結合するステップは、端部ブレードの端部を該開口部に通すステップを含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項３２】
エンドプレートを準備するステップは、スロット部を含むエンドプレートを準備するステップを含み、エンドプレートと端子ブレードを結合するステップは、端子ブレードの端部をスロット部内に挿入するステップを含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１４年５月２８日に出願された米国特許出願第１４／２８９０３２号の一部継続出願であり、その全面的な開示は、全体として、参照により本明細書に援用される。
【０００２】
本発明の技術分野は、一般には、電気回路保護用ヒューズ及び製造方法に関し、より詳細には、高圧全範囲型電力ヒューズの製造に関する。
【背景技術】
【０００３】
電気回路の大きな損害を防止するための過電流保護装置として、ヒューズが広く使用されている。ヒューズ端子は、典型的には、電源と電気部品または電気回路中に配置された部品の組み合わせとの間の電気接続を形成する。ヒューズ端子の間には、１つまたは複数の可融リンクまたは要素、またはヒューズ要素アセンブリが接続される。これによって、ヒューズを通る電流が既定の限界を超えたとき、可融要素が融解して１つまたは複数の回路がヒューズを介して開き、電気部品の損傷が防止される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
いわゆる全範囲型（full-range）電力ヒューズは、高圧配電システム中で作動可能であり、比較的高い故障電流及び比較的低い故障電流の両方を、同等の有効性でもって安全に遮断する。電力システムの多様性が常に拡大している観点から、この種の既知のヒューズには、幾つか不利な点がある。全範囲型ヒューズを、市場の要求を満足するように改善することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
非限定的かつ非網羅的な実施形態が、以下の図面を参照して説明される。特に指定しない限り、様々な図面を通じて、同様の参照番号は同様の部分を参照する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、既知の高圧電力ヒューズの側面図である。
【図２】図２は、本発明に係る高圧全範囲型電力ヒューズの一例の側面図である。
【図３】図３は、図２に示す電力ヒューズの一例の斜視図である。
【図４】図４は、図２及び図３に示す電力ヒューズの内部構成を可視化して示す、図３と同様の図である。
【図５】図５は、図２〜図４に示す電力ヒューズの内部構成を可視化して示す側面図である。
【図６】図６は、図２〜図５に示す電力ヒューズの内部構成を可視化して示す上面図である。
【図７】図７は、図２〜図６に示す電力ヒューズの一例のためのヒューズ要素アセンブリの斜視図である。
【図８】図８は、図７に示すヒューズ要素アセンブリをさらに詳細に示す図である。
【図９】図９は、図２〜図６に示す電力ヒューズの限流作用の例を示す図である。
【図１０】図１０は、図２〜図６に示す電力ヒューズを含む電動車両の電力システムの運転曲線の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、図２〜図８に従って形成された第１バージョンの電力ヒューズの電力密度を示す図である。
【図１２】図１２は、図２〜図８に従って形成された第２バージョンの電力ヒューズの電力密度を示す図である。
【図１３】図１３は、図２〜図８に従って形成された第３バージョンの電力ヒューズの電力密度を示す図である。
【図１４】図１４は、図２〜図８に示す例示的な電力ヒューズの製造方法の第１の例を示すフローチャートである。
【図１５】図１５は、図２〜図８に示す例示的な電力ヒューズの製造方法の第２の例を示すフローチャートである。
【図１６】図１６は、図２〜図８に示す電力ヒューズのための炭酸塩添加充填材料の結合を部分的に示す図である。
【図１７】図１７は、図２に示す電力ヒューズのための端子製造物アセンブリの一例を示す斜視図である。
【図１８Ａ】図１８Ａは、図２に示す電力ヒューズの製造段階の例を示す図である。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、図２に示す電力ヒューズの製造段階の例を示す図である。
【図１８Ｃ】図１８Ｃは、図２に示す電力ヒューズの製造段階の例を示す図である。
【図１８Ｄ】図１８Ｄは、図２に示す電力ヒューズの製造段階の例を示す図である。
【図１９】図１９は、図２に示す電力ヒューズのための別の端子製造物アセンブリを示す斜視図である。
【図２０】図２０は、図１７に示すアセンブリとは別の端子製造物アセンブリを示す斜視図である。
【図２１】図２１は、図２０に示す端子製造物アセンブリを電力ヒューズに組み付けた状態で示す斜視図である。
【図２２】図２２は、図２０に示す端子製造物とは別の端子製造物を示す斜視図である。
【図２３Ａ】図２３Ａは、図２２に示す端子構造を含む電力ヒューズの製造段階の例を示す図である。
【図２３Ｂ】図２３Ｂは、図２２に示す端子構造を含む電力ヒューズの製造段階の例を示す図である。
【図２３Ｃ】図２３Ｃは、図２２に示す端子構造を含む電力ヒューズの製造段階の例を示す図である。
【図２３Ｄ】図２３Ｄは、図２２に示す端子構造を含む電力ヒューズの製造段階の例を示す図である。
【図２３Ｅ】図２３Ｅは、図２２に示す端子構造を含む電力ヒューズの製造段階の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
電動車両技術の最近の進歩によって、特に、ヒューズ製造業者に対して固有の課題が提示されている。電動車両の製造業者は、従来の車両用配電システムよりも大幅に高い電圧で作動する配電システムのための可融回路保護を求めると同時に、一方では、電動車両の仕様及び要求を満足するような、より小型のヒューズを求めている。
【０００８】
従来の内燃機関動力付き車両の電力システムは、比較的低い電圧（典型的には、約４８ＶＤＣ、またはこれよりも低い電圧）で動作する。しかしながら、電気動力付き車両(本明細書では、電動車両（electric vehicle: ＥＶ）という)は、大幅に高い電圧で作動する。ＥＶの比較的高電圧（例えば、２００ＶＤＣ、またはこれよりも高い電圧）のシステムによれば、一般に、内燃機関で使用される１２ボルトまたは２４ボルトでエネルギーを蓄える従来の電池、及び最近の４８ボルトの電力システムよりも、電池が電源から蓄えるエネルギーが増大し、また、車両の電動機に対して供給するエネルギーが増大し、その際の損失（例えば、熱損失）が低減する。
【０００９】
ＥＶの製造業者は、完全電動車両（ＢＥＶ）、ハイブリット電動車両（ＨＥＶ）、及びプラグインハイブリッド電動車両（ＰＨＥＶ）中の電気負荷を保護するために、回路保護ヒューズを採用している。ＥＶの製造業者は、各種のＥＶについて、総保有コストを低減しながら、ＥＶの充電走行距離範囲を最大化しようとしている。これらの目的を達成するために、ＥＶシステムのエネルギー貯蔵及び配電に加えて、電力システムによって保持される車両部品の大きさ、体積、及び質量に関心が寄せられている。車両が小型化及び／または軽量化すれば、大きくかつ重い車両よりも有効にこれらの要求を満足する。したがって、現在、全てのＥＶの部品は、可能な大きさ、重さ、及びコスト削減について、詳細に調べられている。
【００１０】
一般的に、部品が大きくなれば、関連する材料コストは高騰し、また、ＥＶの全体的な大きさが増大するか、または縮小する車両容積中で過度に大きな空間を占め、そして、車両の１回の充電当たりの走行距離を直接低下させる質量の増大がもたらされる傾向にある。しかしながら、既知の高圧回路保護ヒューズは、比較的大きくかつ比較的重い部品である。歴史的かつ正当な理由で、回路保護ヒューズは、低圧システムとは対照的に、高圧電力システムの要求を満足するため、大きさが増大する傾向にあった。したがって、ＥＶの高圧電力システムを保護するために必要とされる既存のヒューズは、従来の内燃機関動力付き車両の低圧電力システムを保護するために必要とされる既存のヒューズよりも、はるかに大きい。回路保護性能を犠牲にすることなくＥＶの製造業者の要求を満足する、小型かつ軽量の高圧電力ヒューズが望まれている。
【００１１】
最先端のＥＶの電力システムは、４５０ＶＤＣにまで達する電圧で作動する場合がある。望ましいことに、電力システムの電圧を上昇させることによって、ＥＶに供給される単位充電当たりの電力が増大する。しかしながら、このような高圧電力システムにおける電気ヒューズの作動条件は、低圧システムの場合よりもはるかに厳しい。特に、ヒューズが開くときのアーク放電条件に関連する仕様は、特に電気ヒューズの大きさの縮小という産業上の選好と合わせた場合、高圧電力システムに対して満足させることが特に困難である。最先端のＥＶの高圧回路中でＥＶの製造業者が使用するための既知の電力ヒューズは、現在入手可能ではあるものの、ＥＶの高圧電力システムの要求を満足させることができる従来の電力ヒューズの大きさ、重量、及び、言うまでもなくコストは、新規のＥＶへの装備用として現実的ではないほど大きすぎるものである。
【００１２】
ヒューズ要素が高電圧で作動する際に許容可能な遮断性能を提供しながら、最先端のＥＶの電力システムの高い電流及び電池電圧に対処可能な比較的小型の電力ヒューズを提供することは、控えめに言っても、困難な課題である。ヒューズの小型化、軽量化、及び低コスト化は、ヒューズの製造業者及びＥＶの製造業者のそれぞれにとって有利なものであろう。ＥＶの技術革新が、ヒューズの小型化、高圧化が要求される市場を先導する一方、より小型であって、しかしより強力な電気システムへの趨勢は、ＥＶの市場に勝っている。様々な他の電力システムへの応用においても、小型でありながら、従来製造されている大型のヒューズに匹敵する性能を有するヒューズは、疑う余地なく有利なものである。当該技術分野において、長期にわたり満たされていない要求に対して、改善が必要とされている。
【００１３】
以下に記載された電気回路保護ヒューズの例示的な実施形態は、これらの課題及び他の課題に取り組むものである。例示的な実施形態におけるヒューズは、既知の高圧電力ヒューズと比べて、有利なことに、比較的小型の物理的パッケージサイズを提供し、それによって、ＥＶ中に占める物理的容積または空間の削減を提供する。また、例示的な実施形態におけるヒューズは、既知のヒューズと比べて、有利なことに、高い耐電力特性、高い電圧での動作、全範囲型の時間−電流動作、低い短絡通過エネルギー特性、長い動作寿命、及び信頼性を提供する。以下に説明するように、例示的な実施形態におけるヒューズは、非常に高い限流性能だけでなく、長い耐用寿命及び不要動作または未熟動作に対する高い信頼性も提供するように設計及び企図されている。方法の態様については、一部は明示的に説明されるが、一部は以下の説明から明らかである。
【００１４】
ＥＶへの応用及び以下に説明する特定の定格を有する特定の種類のヒューズに関連させて説明されていても、本発明の利点は、ＥＶへの応用、または、説明される特定の種類のヒューズもしくは定格に、必ずしも限定されない。むしろ、本発明の利点は、様々な電力システムへの応用に対してより広範に生じると考えられる。また、本発明の利点は、本明細書で説明されるものと同様のまたは異なる定格を有する様々な種類のヒューズを構築するために、部分的にまたは全体的に、実施することも可能である。
【００１５】
図１には、既知の電力ヒューズ１００が示されており、図２には、本発明の例示的な一実施形態に従って構成された電力ヒューズ２００が示されている。図示の例における電力ヒューズ１００は、既知のＵＬクラスＪヒューズであり、従来の方式で構築されている。
【００１６】
図１に示すように、電力ヒューズ１００は、ハウジング１０２、ライン側回路及び負荷側回路に接続するように構成された端子ブレード１０４、１０６、並びに、ヒューズ要素アセンブリ（図１への図示は省略する）を含む。ヒューズ要素アセンブリは、端子ブレード１０４、１０６の間の電気的接続を確立する１つまたは複数のヒューズ要素を含む。既定の電流条件にさらされたとき、１つまたは複数のヒューズ要素が、融解、分解、または、そうでなければ構造的に破綻し、端子ブレード１０４、１０６の間で、１つまたは複数のヒューズ要素を通じた回路経路が開くことになる。これによって、負荷側回路は、１つまたは複数のヒューズ要素の動作によってライン側回路から電気的に分離され、電気的故障条件が発生したときに、負荷側の回路部品及び回路が損傷から保護される。
【００１７】
図２に示すように、本発明に係る電力ヒューズ２００は、ハウジング２０２、ライン側回路及び負荷側回路に接続するように構成された端子ブレード２０４、２０６、及び（図４〜図８に示されている）ヒューズ要素アセンブリ２０８を含む。ヒューズ要素アセンブリ２０８は、端子ブレード２０４、２０６の間の電気的接続を確立する。既定の電流条件にさらされたとき、ヒューズ要素２０８の少なくとも一部が、融解、分解、または、そうでなければ構造的に破綻し、端子ブレード２０４、２０６の間で回路経路が開くことになる。これによって、負荷側回路は、１つまたは複数のヒューズ要素の動作によってライン側回路から電気的に分離され、電気的故障条件が発生したときに、負荷側の回路部品及び回路が損傷から保護される。
【００１８】
ヒューズ１００とヒューズ２００の両方は、５００ＶＤＣの電圧定格及び１５０Ａの電流定格を備えるように設計されている。しかしながら、ヒューズ１００とヒューズ２００の寸法は、次の表１に示すように、全く異なるものである。表１において、ＬＨは、ヒューズのハウジングの対向する両端の間の軸方向長さ、ＲＨは、ヒューズのハウジングの外半径、ＬＴは、ハウジングの対向する両端における互いに反対側の２つの端子ブレードの先端の間で測定される、ヒューズの全長である。
【００１９】
【表１】
2017517095.tif 000003
【００２０】
表１から、電力ヒューズ２００では、ヒューズ１００に対して、表にまとめられた各寸法において全体的に約５０％のサイズの縮小が見られることが分かる。表１には示されていないが、ヒューズ２００の体積は、ヒューズ１００の体積から約８７％低減している。このように、ヒューズ２００は、ヒューズ１００に匹敵する保護性能を提供しながら、サイズ及び体積の低減を提供するものである。さらに、ヒューズ２００のサイズ及び体積の低減は、ヒューズ１００と比べて、その構築に使用される材料が低減することによって、重量及びコスト節減にも寄与する。したがって、その寸法が縮小されていることから、ヒューズ２００は、ＥＶの電力システムへの応用のために非常に好ましいものである。サイズ及び体積の低減を可能にするヒューズ２００の設計及び製作については、以下に詳細に説明される。
【００２１】
図３と図４は、例示的な電力ヒューズ２００の同様の図である。但し、図４では、内部構成を可視化するために、ハウジング２０２の一部が透明に示されている。
【００２２】
１つの例示的な実施形態において、ハウジング２０２は、メラミンガラスなどの当該技術分野において既知の非導電材料から作製される。代わりに、所望の場合、他の実施形態において、ハウジング２０２用として好適な他の既知の材料を使用することもできる。さらに、図示された例示的な実施形態において、図示されたハウジング２０２は、全体的に円筒形状または管状であり、軸方向長さ寸法ＬＨ及びＬＴ（図２）に直交する軸に沿って略円形の断面を有する。但し、所望の場合、ハウジング２０２は、別の形状に形成されるものであってもよい。別の形状には、互いに直交するように配置された４つの側壁を有し、したがって長方形または四角形の断面を有する四角形状が含まれるが、これに限定されるものではない。図示されたハウジング２０２は、第１の端部２１０、第２の端部２１２、及び、対向する両方の端部２１０、２１２の間の内部穴または通路を含んでいる。この内部穴または通路は、ヒューズ要素アセンブリ２０８（図４）を受け入れて収容する。
【００２３】
幾つかの実施形態において、所望の場合、ハウジング２０２は、導電材料から作製されるものであってもよい。但し、この場合、端子ブレード２０４、２０６をハウジング２０２から絶縁するために、絶縁ガスケット等が必要となる。
【００２４】
端子ブレード２０４、２０６のそれぞれは、ハウジング２０２の対向する端部２１０、２１２のそれぞれから互いに反対の方向に、略共面関係を有して延びるように配置されている。考慮されている実施形態において、端子ブレード２０４、２０６のそれぞれは、銅または真鍮のような導電材料から作製することができる。代わりに、所望の場合、他の実施形態において、他の既知の導電材料を使用して端子ブレード２０４、２０６を形成するものであってもよい。端子ブレード２０４、２０６のそれぞれは、図３に示すように、開口部２１４、２１６を備えるように形成される。この開口部２１４、２１６は、ヒューズ２００をＥＶ中の定位置に固定し、端子ブレード２０４、２０６を介したライン側回路及び負荷側回路の回路導電体への接続を確立するために、ボルト（図示は省略する）のような締結具を受け入れるものであってもよい。
【００２５】
ヒューズ２００用として、端子ブレード２０４、２０６の例が図示及び説明されるが、さらなる及び／または別の実施形態において、他の端子構造及び端子配置を同様に使用することもできる。例えば、幾つかの実施形態において、開口部２１４、２１６の装備は、任意選択で検討されるものであってもよく、省略可能なものであってもよい。様々な種類の端子の選択肢を提供するために、図示された端子ブレードの代わりにナイフブレード型接点を備えるものであってもよく、また、当業者には理解されるように、フェルール端子またはエンドキャップを備えるものであってもよい。端子ブレード２０４、２０６は、所望の場合、間隙を介して略平行な方向に配置されるものであってもよい。また、端子ブレード２０４、２０６は、図示された位置とは異なる位置において、ハウジング２０２から突出するものであってもよい。
【００２６】
図４〜図６は、ハウジングの透明に示された部分を通じて様々な視点からヒューズ要素アセンブリ２０８が見えるように示した様々な図である。ヒューズ要素アセンブリ２０８は、第１のヒューズ要素２１８及び第２のヒューズ要素２２０を含む。各ヒューズ要素は、それぞれエンドプレート２２６、２２８に備えられた端子接点ブロック２２２、２２４に接続する。ブロック２２２、２２４を含むエンドプレート２２６、２２８は、銅、真鍮、または亜鉛のような導電材料から作製される。但し、他の導電材料が知られており、他の実施形態において、これらの他の導電材料を同様に使用することができる。ヒューズ要素２１８、２２０と端子接点ブロック２２２、２２４との機械的及び電気的な接続は、既知の技術を使用して確立することができる。この既知の技術には、半田付け技術が含まれるが、これに限定されるものではない。
【００２７】
様々な実施形態において、エンドプレート２２６、２２８は、端子ブレード２０４、２０６を含むように形成されるものであってもよく、あるいは、端子ブレード２０４、２０６は、別個に準備されて取付けられるものであってもよい。幾つかの実施形態において、エンドプレート２２６、２２８の装備は、任意選択で検討されるものであってもよく、ヒューズ要素アセンブリ２０８と端子ブレード２０４、２０６との間の接続は、別の手段によって確立されるものであってもよい。
【００２８】
エンドプレート２２６、２２８をハウジング２０２に対して定位置に固定するための幾つかの固定ピン２３０も示されている。一例として、固定ピン２３０は、鉄製であってもよい。但し、他の材料が知られており、所望の場合、この他の材料を使用することができる。幾つかの実施形態において、固定ピン２３０の装備は、任意選択で検討されるものであってもよく、固定ピンを省略して他の機械的連結構造を使用するものであってもよい。
【００２９】
ヒューズ要素アセンブリ２０８は、消弧用充填媒質または材料２３２に取り囲まれている。充填材料２３２は、エンドプレート２２６、２２８のうちの１つの、１つまたは複数の充填用開口部を通じて、ハウジング２０２に導入されるものであってもよい。充填用開口部は、プラグ２３４でシールされる（図４）。様々な実施形態において、プラグ２３４は、鉄、プラスチック、または他の材料から作製されるものであってもよい。他の実施形態において、１つまたは複数の充填用穴部は、他の位置に設けられるものであってもよい。この他の位置には、充填材料２３２の導入を容易にするためのハウジング２０２が含まれるが、これに限定されるものではない。
【００３０】
考慮される一実施形態において、充填媒質２３２は、珪砂と、珪酸ナトリウムの結合剤とからなる。珪砂は、緩く固めた状態でも比較的高い熱の伝導性と吸収能力を有しているが、珪酸塩を添加することによって特性を向上せることができる。例えば、珪酸ナトリウム溶液を添加し、次いで遊離水を蒸発させることによって、次のような利点を備える珪酸塩添加充填材料２３２を得ることができる。
【００３１】
珪酸塩添加材料２３２では、珪酸ナトリウムの、ヒューズ要素２１８、２２０、珪砂、ヒューズハウジング２０２、エンドプレート２２６、２２８、及び端子接点ブロック２２２、２２４への熱伝導性の結合が形成される。この熱結合によって、ヒューズ要素２１８、２２から、その周囲、回路インターフェース、及び導電体への熱伝導性が向上する。珪砂に珪酸ナトリウムを添加することによって、ヒューズ要素２１８、２２０から熱エネルギーを外部へ逃がすように伝導することが促進される。
【００３２】
珪酸ナトリウムは、硅砂をヒューズ要素、端子、及びハウジングチューブに機械的に結合し、これらの材料の間の熱伝導性を増大させる。従来、硅砂のみを含む充填材料は、ヒューズ中のヒューズ要素の導電部分と点接触するものである。一方、充填材料２３２の珪酸塩添加硅砂は、ヒューズ要素に機械的に結合される。したがって、珪酸塩添加充填材料２３２によって、はるかに効果的かつ効率的な熱伝導が可能となる。これは、既知のヒューズに匹敵する性能を提供しながら、ヒューズ２００の既知のヒューズに対する大幅なサイズの低減が促進される理由の一部となる。既知のヒューズは、ヒューズ１００（図１）を含むが、これに限定されるものではない。
【００３３】
図７には、ヒューズ要素アセンブリ２０８がさらに詳細に示されている。電力ヒューズ２００は、アセンブリ２０８におけるヒューズ要素の設計の特徴のため、より高いシステム電圧で動作することができる。これによって、ヒューズ２００のサイズの低減がさらに促進される。
【００３４】
図７に示すように、それぞれのヒューズ要素２１８、２２０は、全体的に、導電材料の帯状片から、斜行部分２４２、２４４によって連結された一連の共面部分（一平面を共有する平面部分）２４０として形成されている。ヒューズ要素２１８とヒューズ要素２２０は、全体的に、実質的に同一の形状に形成され、アセンブリ２０８中で互いに反転している。すなわち、この実施形態において、図示されたヒューズ要素２１８とヒューズ要素２２０は、互いに鏡像となるように構成配置される。言い換えれば、ヒューズ要素２１８、２２０のうちの一方は、表を上にするように向き付けられ、一方、他方は逆さまに向き付けられている。この結果、相当に小型で省スペース型の構成が実現される。ヒューズ要素の特定の形状および配置が図示されているが、他の実施形態において、他の種類のヒューズ要素、ヒューズ要素の形状、及びヒューズ要素の配置が可能である。ヒューズ要素２１８とヒューズ要素２２０は、全ての実施形態において互いに同一の形状である必要があるわけではない。さらに、幾つかの実施形態において、単一のヒューズ要素が使用されるものであってもよい。
【００３５】
図示された例示的なヒューズ要素２１８、２２０において、斜行部分２４２、２４４は、共面部分２４０から形成される、または面外に曲げられる。斜行部分２４２は、斜行部分２４４と同等の対向する傾斜を有する。すなわち、図示された例において、一方の斜行部分２４２は、正の傾斜を有し、他方の斜行部分２４４は、負の傾斜を有する。斜行部分２４２、２４４は、図示されるように、共面部分２４０の間に一対で配置される。ヒューズ要素２１８、２２０の対向する端部のそれぞれには、終端タブ２４６が示されており、これによって、上述したように、エンドプレート２２６、２２８への電気的接続を確立することができる。
【００３６】
例示された例において、共面部分２４０には、断面積が縮小された複数の領域が形成される。この領域は、当技術分野において、脆弱点と呼ばれる。図示の例において、脆弱点は、共面部分２４０中の丸い開口部によって形成される。脆弱点は、共面部分２４０の隣接する開口部の間の最も細い部分に相当する。ヒューズ要素２１８、２２０を通じて電流が流れると、脆弱点における断面積が縮小された領域に熱が集中する。脆弱点における断面積が縮小された領域は、特定の電流条件が発生した場合、ヒューズ要素２１８、２２０が脆弱点の位置において開くように戦略的に選択される。
【００３７】
複数の共面部分２４０と、それぞれの共面部分２４０に設けられた複数の脆弱点によって、ヒューズ要素が動作する際のアーク放電の分割が促進される。図示された例では、ヒューズ要素２１８、２２０は、１箇所ではなく、３つの共面部分２４０に対応する３箇所で同時に開く。図示された例に従えば、４５０ＶＤＣシステムにおいて、ヒューズ要素が動作してヒューズ２００を介して回路が開くとき、共面部分２４０の３箇所にわたってアーク放電が分割され、それぞれの位置におけるアーク放電は、４５０ＶＤＣではなく、１５０ＶＤＣのアーク電圧を有することになる。さらに、各共面部分２４０に設けられた複数の脆弱点は、アーク放電を複数の脆弱点に効果的に分割する。アーク放電の分割によって、充填材料２３２の量を低減するとともにハウジング２０２の半径を低減することが可能となり、これによって、ヒューズ２００のサイズを低減することができる。
【００３８】
共面部分２４０の間の曲げられた斜行部分２４２、２４４は、アークバーンが発生する平坦な長さを依然として備えるものであるが、斜行部分２４２と斜行部分２４４が交差する角部においてアーク放電が結合する可能性を回避するために、曲げ角度を注意深く選択する必要がある。また、曲げられた斜行部分２４２、２４４によって、終端タブ２４６の先端部の間で測定される、共面部分２４０と平行な方向のヒューズ要素アセンブリ２０８の長さが、実際上短縮される。この有効長の短縮によって、仮にヒューズ要素が曲げられた斜行部分２４２、２４４を含まない場合には必要とされる、ヒューズ２００のハウジングの軸方向長さが短縮される。また、曲げられた斜行部分２４２、２４４によって、製造疲労及び使用中の電流循環動作による熱膨張疲労からの応力緩和も達成される。
【００３９】
このような高耐電力と高圧動作の観点を備えた小型のヒューズパッケージを維持するために、充填材料２３２における珪酸塩添加珪砂の使用及び上述したように形成されたヒューズ要素の形状のほかに、特別な要素の処理を適用しなければならない。特に、ＲＴＶシリコーンまたはＵＶ硬化型シリコーンのようなアーク阻止材料またはアーク障壁材料２５０が、ヒューズ要素２１８、２２０の終端タブ２４６の近くに付着される。二酸化珪素（シリカ）を最高のパーセンテージで生じさせるシリコーンは、アークバーンが終端タブ２４６の近くに戻ることを阻止または軽減することにおいて、最高の性能を有することが分かった。終端タブ２４６におけるどんなアーク放電も望ましくない。したがって、アーク阻止材料またはアーク障壁材料２５０が、アーク放電が終端タブ２４６に到達することが防止されるような位置に、ヒューズ要素の２１８、２２０の全断面を完全に取り囲んで配置される。
【００４０】
図８に示すように、２つのヒューズ要素の融解機構を採用することによって、全範囲型の時間−電流動作が達成される。１つの機構は、高電流動作（または、短絡故障）用であり、１つの機構は、低電流動作（または、過負荷故障）用である。このため、ヒューズ要素２１８は短絡ヒューズ要素とも呼ばれ、ヒューズ要素２２０は過負荷ヒューズ要素とも呼ばれる。
【００４１】
過負荷ヒューズ要素２２０は、この例では銅（Ｃｕ）から製造されたヒューズ要素に対して純錫（Ｓｎ）を付着させた、Ｍ効果（Metcalf 効果）コーティング２５２を含む。Ｍ効果コー０ティングは、共面部分２４０のうちの１つの脆弱点の近くに延びる。過負荷による加熱の間、Ｓｎ及びＣｕは共に拡散して共晶材料の形成に向かう。この結果、融解温度が、Ｃｕの融解温度とＳｎの融解温度の間の温度、または、考慮されている実施形態では約４００℃に低下する。これによって、過負荷ヒューズ要素２２０及びＭ効果コーティング２５２を含む共面部分２４０は、短絡ヒューズ要素２１８には影響を及ぼさない電流条件に応答する。Ｍ効果コーティング２５２は、過負荷ヒューズ要素２２０の３つの共面部分２４０のうちの唯一つの共面部分の約半分に付着されているが、所望の場合、Ｍ効果コーティングを追加の共面部分２４０に付着させるものであってもよい。さらに、別の実施形態において、Ｍ効果コーティングは、図８に示すような広い範囲のコーティングとは反対に、脆弱点の位置のみにスポット状に付着させるものであってもよい。
【００４２】
短絡通過エネルギーの低減は、短絡ヒューズ要素２１８におけるヒューズ要素の融解断面積を低減することによって達成される。これは、通常、追加される抵抗及び熱のため定格電流容量が低下することによって、ヒューズの定格に悪影響を及ぼす。珪酸塩添加硅砂の充填材料２３２は、ヒューズ要素２１８から熱をより効果的に除去するものであるため、それがなければ生じたような電流容量の損失が補償される。ヒューズ要素２００の限流作用の例は、図９に示されている。
【００４３】
図１０には、ＥＶの電力システムへの応用において、ヒューズ２００が負荷電流循環疲労を受け易くなる運転曲線の例が示されている。より詳しくは、主としてヒューズ２００が運転曲線に耐えるときのクリープ応力のため、ヒューズ要素の脆弱点中に熱機械的応力が発生する。ヒューズ要素の脆弱点中に発生する熱が、機械的歪の発生をもたらす主要な機構である。しかしながら、硅砂への珪酸ナトリウムの添加は、ヒューズ要素の脆弱点から逃げる熱エネルギーの伝導に役立ち、機械的な応力及び歪を低減して、それがなければ生じたような負荷電流循環疲労を軽減する。珪酸ナトリウムは、硅砂をヒューズ要素、端子、及びハウジングに機械的に結合し、これらの要素間の熱伝導を増大させる。脆弱点で発生する熱が低減すると、それに応じて機械的歪の発生が遅れる。
【００４４】
図１１は、５００ＶＤＣの定格電圧と１５０Ａの定格電流を備えるように製造された第１バージョンのヒューズ２００を示す図である。図１１に示すように、このヒューズは、１３．３３ｃｍ３の体積と、本明細書では単位体積当たりのヒューズ電流（１５０Ａ／１３．３３ｃｍ３）または１１．２５Ａ／ｃｍ３として定義された電力密度を有する。
【００４５】
図１２は、５００ＶＤＣの定格電圧と２５０Ａの定格電流を備えるように製造された第２バージョンのヒューズ２００を示す図である。図１２に示すように、定格許容電流の増大によって、図１１に示すヒューズよりも大きなヒューズとする必要がある。このヒューズは、２６．８６ｃｍ３の体積と、２５０Ａ／２６．８６ｃｍ３または９．３０８Ａ／ｃｍ３の電力密度を有する。
【００４６】
図１３は、５００ＶＤＣの定格電圧と４００Ａの定格電流を備えるように製造された第３バージョンのヒューズ２００を示す図である。図１３に示すように、定格許容電流の増大によって、図１２に示すヒューズよりも大きなヒューズとする必要がある。このヒューズは、３９．８５ｃｍ３の体積と、４００Ａ／３９．８５ｃｍ３または１０．０４Ａ／ｃｍ３の電力密度を有する。
【００４７】
定格電流に関わらず、ヒューズ２００は、次の表２に示すように、同様の定格を有する標準的な市販の電力クラスのヒューズに対して顕著に高い電流密度を示す。
【００４８】
【表２】
2017517095.tif 000004
【００４９】
明敏な読者は、同様の定格のＵＬクラスＴ、ＵＬクラスＪ、及びＵＬクラスＲのヒューズに対してヒューズ２００の電力密度が高いことは、同様の定格のＵＬクラスＴ、ＵＬクラスＪ、及びＵＬクラスＲのヒューズに対してヒューズ２００のサイズが低減していることの反映であることに気付かれるであろう。それぞれの定格におけるヒューズ２００のサイズは、同等の電力回路を遮断するように動作可能な従来のヒューズのサイズの一部分に相当するに過ぎない。
【００５０】
上述した特徴は、上に示すように所定の定格を有するヒューズのサイズの低減を達成するために使用することができ、あるいは、特定のサイズを有するヒューズの定格を増大させるために使用することができる。言い換えれば、上述した特徴を実施することによって、個別に実施するかまたは組み合わせて実施するかに関わらず、所定のサイズを有するヒューズの電力密度を増大させ、高い定格を得ることができる。例えば、図１に示す従来のヒューズの電力密度を増大させ、同様のサイズで定格を向上させたヒューズを提供することができる。
【００５１】
ヒューズ２００の定格電流の複数の例を説明したが、他の実施形態において、さらに他の定格電流及び許容電流が可能であり、そうした場合、結果としてさらに多様な電力密度が可能となる。様々な許容電流のヒューズは、脆弱点の断面積を増大または減少させる、ヒューズ要素の形状を変化させる、ヒューズ要素の有効長を増大または減少させる、そして、それに応じてハウジング及び端子のサイズを変化させることによって、実現することができる。さらに、上述したヒューズ２００は５００Ｖの定格電圧を有するものであるが、他の定格電圧が可能であり、ヒューズの部品に対する同様の変更を用いて達成することができる。
【００５２】
図１４は、上述した高圧電力ヒューズ２００を製造するための例示的な方法３００を示すフローチャートである。この方法は、ステップ３０２において、ハウジングを準備することを含む。準備されるハウジングは、上述したハウジング２０２に相当するものであってもよい。ステップ３０４では、少なくとも１つのヒューズ要素が準備される。この少なくとも１つのヒューズ要素は、上述したヒューズ要素アセンブリ２０８を含むものであってもよい。ステップ３０６では、ヒューズ端子が準備される。このヒューズ端子は、上述した端子ブレード２０４、２０６に相当するものであってもよい。方法３００の残りの手順に対する準備ステップとして、ステップ３０８において、ステップ３０２、３０４、３０６で準備された部品が部分的にまたは完全に組み立てられるものであってもよい。
【００５３】
更なる準備ステップとして、ステップ３１０において、充填材料が準備される。この充填材料は、上述したような珪砂材料であってもよい。しかしながら、他の充填材料も知られており、同様に使用することができる。
【００５４】
ステップ３１２において、ステップ３１０で準備された充填材料に珪酸塩の結合剤が添加される。一例において、珪酸塩の結合剤は、珪酸ナトリウム溶液として充填材料に添加されるものであってもよい。任意選択で、珪酸塩添加材料は、ステップ３１４で乾燥されて水分が除去されるものであってもよい。次いで、ステップ３１６において、乾燥された珪酸塩添加材料が準備されるものであってもよい。
【００５５】
ステップ３１８において、ステップ３１６で準備された珪酸塩添加充填材料がハウジングに充填され、ハウジング内のヒューズ要素の周りに緩く固められる。任意選択で、ステップ３２０において、充填材料は乾燥される。ステップ３２２において、ヒューズはシールされ、組立が完了する。
【００５６】
図１５は、電力ヒューズ２００を製造するための別の例示的な方法３５０を示す別のフローチャートである。準備ステップ３０２、３０４、３０６、３０８は、方法３００で上述したこれらのステップと同じである。
【００５７】
ステップ３５２において、珪砂のような充填材料が準備される。ステップ３５４において、準備された充填材料がハウジングに充填され、ステップ３０８のアセンブリ内の１つまたは複数のヒューズ要素の周りに緩く固められる。
【００５８】
ステップ３５６において、珪酸塩の結合剤が添加される。珪酸塩の結合剤は、充填材料がハウジング内に配置された後に添加されるものであってもよい。これは、上述したエンドキャップ２２６、２２８中の１つまたは複数の充填穴を通じて珪酸ナトリウム溶液を添加することによって、達成することができる。ステップ３５４とステップ３５６は、ハウジングが充填材料で一杯になり、珪酸塩の結合剤が所望の量及び割合になるまで、交互に繰り返されるものであってもよい。
【００５９】
ステップ３５８において、珪酸塩添加充填材料は乾燥され、機械的かつ熱伝導性の結合が完成される。ステップ３６０において、上述した充填プラグ２３を取り付けることによって、ヒューズがシールされるものであってもよい。
【００６０】
方法３００と方法３５０のいずれかを使用すると、充填材料の粒子、ハウジング中の１つまたは複数のヒューズ要素、そして上述したエンドプレート２２６、２２８及び接点２２２、２２４のような任意の接続用端子構造の間に、熱伝導性の結合が確立される。珪酸塩添加充填材料は、使用時にヒューズ要素を冷却し、上述したような電力密度の増大を促進する効果的な熱伝達系を提供するものである。
【００６１】
図１６に部分的に示されるように、充填材料（この例では、珪砂）の粒子３７０は、珪酸塩（この例では、珪酸ナトリウム）の結合剤３７２と機械的に結合し、さらに、珪酸塩の結合剤３７２は、充填材料の粒子３７０をヒューズ要素２１８、２２０の表面に機械的に結合させる。珪酸塩の結合剤３７２は、さらに、充填材料の粒子３７０を、エンドプレート２２６、２２８及び端子接点２２２、２２４、並びにハウジング２０２の内面に機械的に結合させる。このような要素間の結合は、従来適用されていた珪酸塩非添加充填材料よりも、熱を伝達するために遥かに効果的である。珪酸塩非添加充填材料は、ヒューズのハウジング内に緩く固められたときに点接触を実現するに過ぎない。ヒューズ要素２１８、２２０は、珪酸塩添加充填材料の粒子によって確立される熱伝導性の結合の効果の増大により、これがない場合に可能なものよりも高い電圧及び高い電流条件に耐えることが可能となる。
【００６２】
図１７は、図２に示す電力ヒューズ２００のための例示的な端子製造物アセンブリ４００を示す斜視図である。図示された例において、端子アセンブリ４００は、端子２０４とエンドプレート２２６とを含む。端子２０４とエンドプレート２２６は、別個に準備されかつ上述したような材料から別個に製造された部品として形成されている。図示された端子２０４は、エンドプレート２２６中に形成された開口部４０４に受け入れられる接続部４０２を含む。したがって、端子部品２０４とエンドプレート部品２０６は、それぞれ既知の製造技術を使用して別個に形成された後、接続部４０２がエンドプレート２０６中の開口部４０４に通され、次いで、２つの部品は、既知の技術によって互いに機械的及び電気的に接続される。この既知の技術には、溶接及び半田付け工程が含まれるが、これに限定されるものではない。２部品型アセンブリ４００は、端子とエンドプレートとが単一の部品として製造される実施形態に対して、廉価なアセンブリを提供するものである。
【００６３】
２部品式のアセンブリ４００が組み立てられるとき、接続部４０２はエンドプレート２２６を貫通して、エンドプレート２２の接続部４０２が挿入された側とは反対の側から延びるものである。このような配置構成において、端子部品の端子２０４の接続部４０２は、エンドプレート２２６の一方の側に延び、一方、開口部２１４を含む端子ブレードは、反対側に延びる。したがって、接続部４０２は、エンドプレート２２６に組み付けられたとき、ヒューズ要素２０８の一端に接続する接点ブロック２２２（図５参照）として有効に機能する。但し、別の実施形態において、接点ブロック２２２は、エンドプレート２２６上に設けられるものであってもよい。また、さらに別の実施形態において、接点ブロック２２２は、別個に製造されかつ準備された端子部品及びエンドプレートとともに組立可能な第３の部品として準備されるものであってもよい。
【００６４】
端子２０４及びエンドプレート２２６を含む１つの端子アセンブリ４００が示されているが、ヒューズ２００の、図示された端子アセンブリ４００とは反対側の端部に結合されるエンドプレート２２８及び端子２０６として機能する別の端子アセンブリ４００を設けるものであってもよい。すなわち、電力ヒューズ２００は、ヒューズのハウジング２０２の対向する両端部に、ヒューズ要素アセンブリ２０８が間に接続された実質的に同一の端子アセンブリ４００を備えるように構築されるものであってもよい。製造コストが高騰する可能性はあるものの、所望の場合、別の実施形態において、端子アセンブリは、ヒューズのハウジング２０２の両端部上で互いに異なるものであってもよい。
【００６５】
図１８Ａ、図１８Ｂ、図１８Ｃ、及び図１８Ｄは、図１７に示す端子アセンブリ４００を含む電力ヒューズ２００の例示的な製造段階を示す図である。これらの図には、図１４及び図１５に示すステップ３０２からステップ３０８に示されるステップがより詳細に示されている。
【００６６】
図１８Ａにおいて、組立用フレーム４１０が備えられる。組立用フレームは、縦方向の主要部４１２、主要部４１２のそれぞれの端部から主要部に直交して延びる横方向部４１４、４１６、及び、横方向部４１４、４１６のそれぞれの端部から主要部４１２に平行に互いに向かって延びる組立用脚部４１８、４２０を含む。組立用フレーム４１０は、その見た目の類似性から、Ｃ字形フレームとも呼ばれる。図示された例では、組立用脚部４２０は、組立用脚部４１８よりも長く、組立用脚部４１８、４２０の端部同士の間には、後述するように、ヒューズ２００の組み立てを容易にするために間隙が延びている。
【００６７】
図１８Ａにおいて、ヒューズのハウジング２０２は、フレーム４１０の長い方の組立用脚部４２０上に延びるように示されている。端子アセンブリ４００は、上述したように組み立てられ、それぞれの組立用脚部４１８、４２０に取り付けられる。図示された実施形態において、組立用フレーム４１０の組立用脚部４１８、４２０は、端子ブレード２０４、２０６中の開口部２１４、２１６を貫通する締結具４２４を受け入れる開口部を含む。例えば、締結具４２６は、組立用脚部４１８，４２０の反対側のそれぞれのナットと対になるねじであってもよい。ナットが締められると、端子ブレード２０４、２０６は、それぞれの組立用脚部４１８、４２０に固定される。図１８Ａに示すように、各端子アセンブリ４００の接続部４０２は、互いに対向し、かつ互いに揃えられる。接続部４０２同士の間には、ヒューズ要素アセンブリ２０８を作製可能な間隙が延びている。この間隙は、ヒューズ要素アセンブリ２０８の有効長に適合し、それ以上ではないように予め設定される。
【００６８】
図１８Ｂには、端子アセンブリ４００同士の間に構築されたヒューズ要素アセンブリ２０８が示されている。上述したヒューズ要素の終端タブ２４６（図７）は、端子アセンブリ４００の接続部４０２（図１８Ａ）に機械的及び電気的に結合される。
【００６９】
図１８Ｃでは、ハウジング２０２を、その初期位置（図１８Ａ）からヒューズ要素アセンブリ２０８を取り囲む最終位置まで、組立用脚部４２０上を滑り移動させている。考慮されている実施形態において、ハウジング２０２は、（図４にも示されている）ピン２３０によって定位置に固定されるものであってもよい。但し、代わりに、ハウジング２０２は、上述したように、所望に応じて、当該技術分野において既知の別の技術によって定位置に固定されるものであってもよい。次いで、珪酸塩添加充填材料の適用及びヒューズのシールに関する、図１４または図１５に示した方法の残りのステップは、ヒューズのハウジング２０２を配置した後、完了させるものであってもよい。
【００７０】
図１８Ｄは、組立用フレーム４１０から取り外された完成品の電力ヒューズ２００が示されている。組立用フレーム４１０からヒューズ２００を分離するために、締結具４２２、４２４（図１８Ａ）は容易に取り外される。組立用フレーム４１０からの分離は、珪酸塩添加充填材料の適用の完了後、ヒューズのシールの完了後、またはそれ以前の任意の時点で、実行されるものであってもよい。すなわち、珪酸塩添加充填材料の適用及びヒューズのシールの全部または一部の工程は、アセンブリが組立用フレーム４１０から分離されている間に実行されるものであってもよい。
【００７１】
図１９は、電力ヒューズ２００の別の端子製造物アセンブリ４３０を示す斜視図である。図１９に示すように、製造物４３０は、端子２０４、エンドプレート２２６、及び接点ブロック２２２（図１９中の図示は省略する）を含むように機械加工された単一の部材を含むものである。単一部品型製造物は、図１７に示す２部品型アセンブリよりも、部品段階での製造コストは高騰するものの、溶接または半田付けを用いて２部品型端子アセンブリを組み立て及び固定する必要性がなくなることによって、ヒューズ２００の組み立てが簡易化される。単一部品型端子製造物４３０は、図１８Ａ、図１８Ｂ、図１８Ｃ、及び図１８Ｄにおける２部品型端子製造物４００と代替が可能であり、これによって、ヒューズ２００を構築するためのステップ数が低減する。
【００７２】
単一部品型端子製造物４３０の部品コストが高いことは、単一部品型端子製造物によって可能になる組み立てコストの低減によって相殺され得る。さらに、単一部品型製造物４３０は、上述した２部品型製造物４００に対して、特性上の利点を備えている。この特性上の利点は、具体的には、組み立てられたヒューズ２００における電気抵抗の低減及び熱流の改善である。上述した他の特徴との組み合わせの下に、単一部品型端子製造物４３０の熱流の改善及び電気抵抗の低減によって、上述したような応用例における上昇した電流及び電圧で有効に動作しながら、ヒューズの物理的なサイズを低減することが可能となる。
【００７３】
図２０は、図１７に示す端子製造物アセンブリ４００とは別の端子製造物アセンブリ４４０を示す斜視図である。アセンブリ４００と同様に、アセンブリ４４０は、上述したような材料から別個に製造された２つの部品を含む。
【００７４】
端子製造物アセンブリ４４０中の第１の部品は、接点ブロック２２２を含むように形成されたエンドプレート２２６と見なすことができる。すなわち、エンドプレート２２６と接点ブロック２２６は、図示された形状に機械加工される単一の部材から製造される。エンドプレート２２６は、図示された例においてエンドプレート２２６の丸い表面上を直径方向に延びるスロット部４４１を備えるように形成される。スロット部４４１は、後述する第２の端子部品の一部を受け入れる。
【００７５】
図２０には、第２の端子部品４４２端子ブレードとして、図示されている。この端子ブレードは、第１の平面内に延びる第１の部分４４４と、第１の平面に直交する第２の平面内に延びる第２の部分４４６とを有する。したがって、端子ブレード４４２は、Ｌ字形をなすように、直角屈曲部を含んでいる。第１の部分４４４は、第２部分４４６よりも軸方向長さが短い。図示された例では、第１の部分４４４の先端部４４８はタブ部を含んでおり、これによって、考慮されている実施形態において、先端部４４８がスロット部４４１内に挿入され、溶接技術または半田付け技術を使用して２つの部品が結合されるとき、容易にエンドプレート２２６と機械的及び電気的に接続される。図２０には、スロット部４４１が、部品が結合されるときにスロット部４４１が受け入れる第１の部分４４４よりも広幅であることも示されている。
【００７６】
図２０には、端子４４２及びエンドプレート２２６を含む１つの端子アセンブリ４４０が示されているが、図２１に示すように、ヒューズ２００の反対側の端部に組み付け及び結合され得るエンドプレート２２８及び同様の端子４４２を含むように、別の端子アセンブリ４００を設けるものであってもよい。すなわち、電力ヒューズ２００は、ヒューズのハウジング２０２の対向する両端部に、ヒューズ要素アセンブリ２０８が間に接続された実質的に同一の端子アセンブリ４４０を備えるように構築されるものであってもよい。製造コストが高騰する可能性はあるものの、所望の場合、別の実施形態において、端子アセンブリは、ヒューズのハウジング２０２の両端部上で互いに異なるものであってもよい。
【００７７】
図２１に示すように、ブレード部４４６同士は、ヒューズのハウジング２０２の対向する両端部で、間隙を介して互いに略平行に延びている。この端子配置は、ＥＶの製造業者にとって、図２〜図６、図１７、図１８に示す端子ブレード２０４、２０６よりも好ましい場合がある。
【００７８】
図２２は、図２０及び図２１に示すアセンブリ４４０とは別の端子製造物４６０を示す斜視図である。図１９に示す製造物４３０と同様に、製造物４６０は、端子４４２、エンドプレート２２６、及び接点ブロック２２２を含むように機械加工された単一の部材を含む。単一部品型製造物は、図２０に示す２部品型製造物よりも、部品段階での製造コストは高騰するものの、溶接または半田付けを用いて２部品型端子アセンブリを組み立て及び固定する必要性がなくなることによって、ヒューズ２００の組み立てが簡易化される。単一部品型端子製造物４６０は、２部品型製造物４３０と代替が可能であり、これによって、ヒューズ２００を構築するためのステップ数が低減する。
【００７９】
単一部品型端子製造物４６０の部品コストが高いことは、単一部品型端子製造物によって可能になる組み立てコストの低減によって相殺され得る。さらに、単一部品型製造物４６０は、上述した２部品型製造物４３０に対して、特性上の利点を備えている。この特性上の利点は、具体的には、組み立てられたヒューズにおける電気抵抗の低減及び熱流の改善である。上述した他の特徴との組み合わせの下に、単一部品型端子製造物の熱流の改善及び電気抵抗の低減によって、上述したような応用例における上昇した電流及び電圧で有効に動作しながら、ヒューズ２００の物理的なサイズを低減することが可能となる。
【００８０】
図２３Ａ、図２３Ｂ、図２３Ｃ、図２３Ｄ、及び図２３Ｅは、図２２に示す端子製造物４６０を含む電力ヒューズ２００の例示的な製造段階を示す図である。これらの図には、図１４及び図１５に示すステップ３０２からステップ３０８に示されるステップがより詳細に示されている。
【００８１】
図２３Ａにおいて、図１８Ａに関連して上述したように、組立用フレーム４１０（Ｃ字形フレームとも呼ばれる）が備えられる。図２３Ａにおいて、ヒューズのハウジング２０２は、フレーム４１０の長い方の組立用脚部４２０上に延びるように示されている。端子製造物４６０は、上述したように単一部品から形成され、既知の締結具を用いて、組立用フレーム４１０のそれぞれの組立用脚部４１８、４２０に取り付けられる。図２３Ａに示すように、各端子製造物４６０の接点ブロック２２２、２２４は、互いに対向し、かつ互いに揃えられる。接点ブロック２２２、２２４の間には、ヒューズ要素アセンブリ２０８を作製可能な間隙が延びている。この間隙は、ヒューズ要素アセンブリ２０８の有効長に適合し、それ以上ではないように予め設定される。
【００８２】
図２３Ｂには、端子製造物４６０同士の間に構築されたヒューズ要素アセンブリ２０８が示されている。上述したヒューズ要素の終端タブ２４６（図７）は、端子製造物４６０の接点ブロック２２２、２２４（図２３Ａ）に機械的及び電気的に結合される。
【００８３】
図２３Ｃでは、ハウジング２０２を、その初期位置（図２３Ａ）からヒューズ要素アセンブリ２０８を取り囲む最終位置まで、組立用脚部４２０上を滑り移動させている。考慮されている実施形態において、ハウジング２０２は、（図４にも示されている）ピン２３０によって定位置に固定されるものであってもよい。但し、代わりに、ハウジング２０２は、上述したように、所望に応じて、当該技術分野において既知の別の技術によって定位置に固定されるものであってもよい。次いで、珪酸塩添加充填材料の適用及びヒューズのシールに関する、図１４または図１５に示した方法の残りのステップは、ヒューズのハウジング２０２を配置した後、完了させるものであってもよい。
【００８４】
図２３Ｄは、組立用フレーム４１０から取り外された、または分離された完成品の電力ヒューズ２００が示されている。組立用フレーム４１０からの分離は、珪酸塩添加充填材料の適用の完了後、ヒューズのシールの完了後、またはそれ以前の任意の時点で、実行されるものであってもよい。すなわち、珪酸塩添加充填材料の適用及びヒューズのシールの全部または一部の工程は、アセンブリが組立用フレーム４１０から分離されている間に実行されるものであってもよい。
【００８５】
図２３Ｅは、それぞれの端子製造物４６０中の端子４４２が曲げられて、第１の部分４４４と直交して延びる第２の部分４４６が形成された状態を示す図である。すなわち、端子４４２は、直角屈曲部を含む形状をなす。ここで、ヒューズ２００は完成し、使用可能な状態となる。幾つかの実施形態において、端子４４２は、前もって曲げられており、したがって、このステップは省略可能なものであってもよい。このような、端子４４２が前もって曲げられている実施形態では、経済的にヒューズ２００を製造するために、異なる組立用フレーム４１０が必要になる可能性がある。
【００８６】
以上、本発明の利点は、開示された例示的な実施形態に関連して、十分に示されたものと考える。
【００８７】
電力ヒューズの一実施形態が開示された。この実施形態は、ハウジングと、ハウジングに結合され、エンドプレート及び端子を含み、それぞれ単一部品型製造物及び２部品型製造物のうちの１つである第１及び第２の端子製造物と、ハウジングの内部の、第１の端子製造物と第２の端子製造物との間に延びる少なくとも１つのヒューズ要素と、ハウジング内の少なくとも１つのヒューズ要素を取り囲み、ヒューズ要素アセンブリに機械的に結合される充填物と、を含む。
【００８８】
任意選択で、端子は端子ブレードであってもよい。端子ブレードは、直角屈曲部を含むものであってもよい。端子ブレードは、開口部を含むものであってもよい。端子製造物は、単一の部品を含むものであってもよい。充填物は、珪酸ナトリウム添加砂を含むものであってもよい。
【００８９】
少なくとも１つのヒューズ要素は、任意選択で、短絡ヒューズ要素及び過負荷ヒューズ要素を含むものであってもよい。短絡ヒューズ要素及び過負荷ヒューズ要素は、ハウジング内に互いに鏡像となるように配置された、実質的に同一に構成された可融要素であってもよい。短絡ヒューズ要素及び過負荷ヒューズ要素のそれぞれは、複数の斜行部分によって分けられた複数の実質的に共面的な部分を含むものであってもよい。複数の実質的に共面的な部分のそれぞれは、複数の脆弱点を構成する複数の開口部を含むものであってもよい。過負荷ヒューズ要素の少なくとも一部には、Ｍ効果処理部を備えるものであってもよい。短絡ヒューズ要素の少なくとも一部及び過負荷ヒューズ要素の少なくとも一部は、アーク障壁材料を備えるものであってもよい。
【００９０】
ヒューズは、任意選択で、少なくとも５００ＶＤＣの定格電圧を有するものであってもよい。ハウジングは、円筒形をなすものであってもよく、また、約３８．１ｍｍ（１．５インチ）から約７６．２ｍｍ（３インチ）の軸方向長さを有するものであってもよい。ヒューズは、少なくとも１５０Ａ、少なくとも２５０Ａ、または、少なくとも４００Ａの定格電流を有するものであってもよい。ヒューズは、少なくとも９．０Ａ／ｃｍ３の電力密度を示すものであってもよい。ヒューズは、１１．２５Ａ／ｃｍ３の電力密度を示すものであってもよい。
【００９１】
全範囲型電力ヒューズの一実施形態も開示された。この実施形態は、対向する第１及び第２の端部を含むハウジングと、第１及び第２の端部にそれぞれ結合された第１及び第２のエンドプレートと、ハウジングの内部に延び、第１及び第２のエンドプレートのそれぞれに結合される全範囲型ヒューズ要素と、ハウジング内の少なくとも１つのヒューズ要素を取り囲み、ヒューズ要素アセンブリ、ハウジング、及び第１及び第２の端子に機械的に結合される充填物と、含む。少なくとも第１のエンドプレートと第１の端子は、単一部品型製造物として形成される。
【００９２】
任意選択で、第１の端子は端子ブレードを含むものであってもよい。端子ブレードは、直角屈曲部を含むものであってもよい。第１のエンドプレートは、接点ブロックを含み、ヒューズ要素アセンブリは、接点ブロックに接続されるものであってもよい。充填物は、珪酸ナトリウム添加砂を含むものであってもよい。全範囲型ヒューズアセンブリは、アーク障壁材料を備えるものであってもよい。ヒューズ要素アセンブリは、少なくとも５００ＶＤＣの定格電圧を有するものであってもよい。非導電性のハウジングは、円筒形をなすものであってもよく、円筒形のハウジングは、約３８．１ｍｍ（１．５インチ）から約７６．２ｍｍ（３インチ）の軸方向長さを有するものであってもよい。ヒューズ要素アセンブリは、約１５０Ａから約４００Ａの範囲の定格電流を有するものであってもよい。ヒューズは、少なくとも約９．０Ａ／ｃｍ３から少なくとも約１１０Ａ／ｃｍ３の電流密度を示すものであってもよい。
【００９３】
組立用フレームを使用して高圧電力ヒューズを製造するための方法も開示された。フレームは、第１及び第２の組立用脚部を有し、ヒューズは、ハウジング、全範囲型ヒューズ要素アセンブリ、並びに、第１及び第２の端子製造物を含む。この方法は、組立用フレームの第１の組立用脚部にハウジングを挿入するステップと、組立用フレームの第１の組立用脚部に第１の端子製造物を組み付けるステップと、組立用フレームの第２の組立用脚部に第２の端子製造物を組み付けるステップと、第１の端子と第２の端子との間の間隙内で全範囲型ヒューズ要素アセンブリを接続するステップと、ハウジングを全範囲型アセンブリ上に滑り移動させるステップと、全範囲型ヒューズ要素アセンブリを囲む定位置にハウジングを固定するステップと、組み立てられたハウジング、全範囲型ヒューズ要素、並びに、第１及び第２の端子に珪酸塩添加充填材料を適用し、組み立てられたハウジング、全範囲型ヒューズ要素、並びに、第１及び第２の端子と珪酸塩添加充填材料との間の機械的な結合を確立するステップと、を含む。
【００９４】
任意選択で、組立用フレームの第１の組立用脚部に第１の端子製造物を組み付けるステップは、エンドプレート及び端子を含む単一部品型端子製造物を準備するステップと、組立用フレームの第１の組立用脚部に端子製造物を取り付けるステップと、を含むものであってもよい。組立用フレームの第２の組立用脚部に第２の端子製造物を組み付けるステップも、端子を構成する第１の端子部品を、エンドプレートを構成する第２の端子部品に組み付けるステップと、組立用フレームの第２の組立用脚部に第１の端子部品を固定するステップと、を含むものであってもよい。
【００９５】
第１及び第２の端子製造物のそれぞれは、任意選択で、端子ブレードを含み、高圧電力ヒューズを製造するための方法は、少なくとも１つの端子ブレードに直角屈曲部を形成するステップをさらに含むものであってもよい。
【００９６】
珪酸塩添加充填材料を適用するステップは、充填材料に珪酸塩の結合剤を添加するステップを含むものであってもよい。充填材料に珪酸塩の結合剤を添加するステップは、珪砂に珪酸塩の結合剤を添加するステップを含むものであってもよい。珪砂に珪酸塩の結合剤を添加するステップは、珪砂に珪酸ナトリウムの結合剤を添加するステップを含むものであってもよい。充填材料に珪酸塩の結合剤を添加するステップは、珪酸塩の結合剤の水溶液を添加して、充填材料と珪酸塩の結合剤の混合物を形成するステップを含むものであってもよい。高圧電力ヒューズを製造するための方法は、この混合物を乾燥させるステップをさらに含むものであってもよい。
【００９７】
本明細書では、本発明を開示し、また当業者が本発明を実施できるようにするために、最良の態様を含む例を使用した。本発明の実施は、任意の装置またはシステムを作製及び使用し、かつ任意の組み込まれた方法を実行することを含む。本発明の特許可能な範囲は、請求項によって定義され、かつ当業者が想到する他の例が含まれ得る。このような他の例は、それらが請求項の文言と差異のない構造要素を含む場合、または、それらが請求項の文言と非実質的な差異を備える均等な構造要素を含む場合、請求項の範囲内に含まれるものである。
【図１】
2017517095.tif 000005
【図２】
2017517095.tif 000006
【図３】
2017517095.tif 000007
【図４】
2017517095.tif 000008
【図５】
2017517095.tif 000009
【図６】
2017517095.tif 000010
【図７】
2017517095.tif 000011
【図８】
2017517095.tif 000012
【図９】
2017517095.tif 000013
【図１０】
2017517095.tif 000014
【図１１】
2017517095.tif 000015
【図１２】
2017517095.tif 000016
【図１３】
2017517095.tif 000017
【図１４】
2017517095.tif 000018
【図１５】
2017517095.tif 000019
【図１６】
2017517095.tif 000020
【図１７】
2017517095.tif 000021
【図１８Ａ】
2017517095.tif 000022
【図１８Ｂ】
2017517095.tif 000023
【図１８Ｃ】
2017517095.tif 000024
【図１８Ｄ】
2017517095.tif 000025
【図１９】
2017517095.tif 000026
【図２０】
2017517095.tif 000027
【図２１】
2017517095.tif 000028
【図２２】
2017517095.tif 000029
【図２３Ａ】
2017517095.tif 000030
【図２３Ｂ】
2017517095.tif 000031
【図２３Ｃ】
2017517095.tif 000032
【図２３Ｄ】
2017517095.tif 000033
【図２３Ｅ】
2017517095.tif 000034
【国際調査報告】
2017517095.tif 000035
2017517095.tif 000036