熔断器状态指示性光电路及系统的制作方法

文档序号:7286459阅读:245来源:国知局
专利名称:熔断器状态指示性光电路及系统的制作方法
熔断器状态指示性光电路及系统
相关申请的交叉引用:本申请的主题与2003年3月29日递交的、共同拥有的序列号 为09/537,518的美国申请(现在被授权为美国专利No. 6,556,996) , 2004年4月14日递 交的、共同拥有的序列号为10/823,905的美国申请,以及2004年9月8日递交、共同拥 有的美国申请No. 10/936,406相关,上述美国申请的公开通过引用被整体包括在本文中。
背景技术
本发明总地涉及熔断器,并且更具体地,涉及具有熔断器状态指示器的熔断器。
熔断器被广泛地用作过流保护设备来防止对电路的严重损害。熔断器端子元件(fiise terminal element)(例如端帽或端子叶片(terminal blade)) —般形成电源与排布在电路 中的电气部件或部件组合之间的电连接。可熔断链路或可熔断元件被连接在熔断器端子元 件之间,从而当流经熔断器的电流超过预先确定的限值时,该可熔断链路或元件熔化并且 使通过该熔断器的电路开路,以防止电气部件损坏。
某些熔断器包括本地熔断器状态指示器,所述本地熔断器状态指示器便于标识开路的 熔断器以进行替换,并且有时在某些操作系统中期望额外地提供远程的熔断器状态指示特 征。因此,当熔断器中的可熔断元件或链路开路时,可以向远程位置(例如操作站)发出 信号,所述信号可以被用来向维护人员或其他相关人员警示电气系统中开路的熔断器,以 便该熔断器可以被替换,并且该电气系统可以被重新供电。在接近该开路的熔断器的位置 处或该开路的熔断器的附近,本地熔断器状态指示器以视觉方式标识该开路的熔断器以进 行替换。常规地,在这类系统中,出于本地熔断器状态指示的目的,从熔断器的外壳 (housing)延伸出机械销(pin)或机械驱动元件,并且该机械驱动元件与微开关接触并 且触发(activate)该微开关,以将信号传送到远程位置。典型地,这要求出于这样的目的 而附接于熔断器或微开关的硬连线机械连接。然而,这样的硬连线连接可能增加带熔断器 的电气系统的成本和复杂性,并且以机械方式驱动的本地熔断器状态指示器可能在使用上 出现可靠性问题。
授予Douglass等人的美国专利No. 6,566,996涉及一种可燃性熔断器状态指示器,所 述可燃性熔断器状态指示器的突出之处在于其相对于其他类型本地熔断器状态指示器的 低成本的结构和可靠性两者。'996专利的可燃性熔断器状态指示器包括位于透明透镜邻近 处的可燃性物质,所述可燃性物质延伸通过矩形形状的熔断器模块一侧。次熔断器链路在 所述可燃性物质的邻近处延伸,并且与该次熔断器链路的开路所伴生的热点燃该可燃物 质,以显示出具有对比色的衬里层。可燃的熔断器状态指示器可适于其他类型的熔断器, 所述熔断器包括如同时待审定和共同拥有的序列号为10/823,905和10/936,406的美国申请中所描述的圆柱状(cylindrical)或筒式(cartridge)熔断器。
虽然这样的可燃性指示器可以可靠地提供本地状态指示,但是以这样的指示器实现远 程熔断器状态指示特征是一种挑战。

发明内容
在示例性实施方案中,提供了一种熔断器状态指示系统。该系统包括至少一个熔断器, 所述熔断器包括主熔断元件,以及接近所述熔断器并且与所述主熔断元件分离 (disassociated)的指示电路。所述指示电路被配置为检测所述主熔断元件的开路,其中 电路路径通过所述主烙断元件被断开。所述电路还被配置为当检测到所述主熔断元件的所 述开路时向远程位置发送光信号,并且所述信号是以无需机械驱动所述电路的方式被发送 的。
根据另一个示例性实施方案,提供了一种熔断器指示系统。所述系统包括具有主熔断 元件和本地熔断器状态指示器的熔断器。所述本地熔断器状态指示器响应于所述主熔断元 件的工作状况,并且以无需利用机械指示元件的方式在视觉上指示所述主熔断元件的工作 状况。指示电路响应于所述本地熔断器状态指示器的状态,并且所述指示电路被配置为当 所述本地熔断器状态指示器指示所述主熔断元件不能工作(inoperable)时,向远程位置发 出光信号。
根据再一个实施方案,提供了一种熔断器状态指示系统。所述系统包括至少一个包括 主熔断元件的熔断器,并且以光学方式激活的指示电路接近所述熔断器,并且与所述主熔 断元件分离。所述电路包括光检测元件和发光元件,所述光检测元件被配置来检测所述主 熔断元件的开路,并且所述发光元件被配置来向远程位置发送光信号。
根据再又一个实施方案, 一种熔断器状态指示系统包括具有主熔断元件和可燃的熔断 器状态指示器的熔断器,所述可燃的熔断器状态指示器用于本地熔断器状态指示;用于检 测所述可燃的熔断器状态指示器的燃烧的装置;以及用于当所述燃烧发生时响应于所述用 于检测的装置向远程位置发送信号的装置。


图1是包括本地熔断器状态指示器的已知熔断器的顶视图。 图2是在图1中所示熔断器部分剖开的另一俯视图。
图3是用于图1和2中所示的熔断器的熔断器状态指示器组件(assembly)的分解底 部透视图。
图4是在图1和2中所示的熔断器的分解装配视图。
图5是用于图1-4中所示的熔断器的示例性面板(panel)的顶视图。
图6是包括图5中所示的面板的熔断器指示系统的示意性框图。 图7是用于图6中所示的系统的示例性电路原理图。
具体实施例方式
图1是包括本地熔断器状态指示器组件102的示例性熔断器100的顶视图,所述本地 熔断器状态指示器组件102可以被结合在远程熔断器状态指示系统中使用(在下面阐述)。 从以下内容将清楚,可以在无需到熔断器100的硬连线连接并且无需机械驱动元件的情况 下提供远程熔断器状态指示。
熔断器100包括圆柱形的熔断器管(tube)或主体(body) 104,所述熔断器管或熔断 器主体104由绝缘(即非可导性)材料制造,并且具有第一端106、第二端108和在所述 第一端和第二端之间延伸的内孔(bore)(在图1中未示出),所述内孔容纳(house)主 熔断元件组件(在图1中未示出)。在主体104中形成细长的槽110,并且指示器组件102 的一部分被置于主体104的外表面112上的槽110中。在一个实施方案中,槽110从主体 104的第一端106向第二端108延伸预定距离,并且槽110在与熔断器100的纵向轴114 平行的方向上延伸。
可导性端子元件116和118在主体104的每一端106和108处附接到熔断器主体。在 示例性实施方案中,该端子元件116和118每一个均是包括基座120和叶片122 (有时被 称为刀片(knife blade))的端部钟形组件(endbell assembly),所述基座120被接纳(receive) 到主体104的端部106、 108中,所述叶片122从基座120向外延伸。端子元件116和118 可以被连接到线路侧和负载侧电路(在图1中未示出),由此形成通过该主熔断元件组件 的电流路径。根据巳知的熔断器,该主熔断元件组件可以包括一个或更多个延伸穿过在端 子元件116和118之间的熔断器主体104的可熔断链路或熔断元件。
本地熔断器状态指示器组件102的一部分位于主体104中的槽110中,接近第一端106 和端子元件116。熔断器状态指示器102的一部分是通过主体104中的槽110可视的,以 经由指示器窗口 124指示熔断器100的工作状况或状态。本地熔断器状态指示器组件102 以下面所阐述的方式电连接到端子元件116和118,并且以视觉方式指示主熔断元件组件 的工作状态或状况,而无需机械驱动的指示器元件。更具体地,窗口 124以下面阐述的方 式指示主熔断元件组件是处于未开路或起作用(operative)状态还是处于开路或不起作用 (inoperative)状态,在所述未开路或起作用状态中电流被引导通过该主熔断元件组件, 在所述开路或不起作用状态中通过该主熔断元件组件的电流被断开。因此,通过对窗口 124 的视觉观测,可以快速容易地识别不起作用或开路的熔断器以进行替换。
应该理解,熔断器100仅仅是其中可以使用指示器组件102的熔断器的一个实施例。 尽管在示例性实施方案中熔断器主体104是细长且一般性为圆柱形的,但是应该意识到, 如本领域技术人员所意识到的,指示器组件102的优点可以应用于具有非圆柱形主体(例
如矩形熔断器主体等)的熔断器中。例如,共同拥有的美国专利No. 6,556,996和共同拥有 的序列号为10/832,905的美国申请描述了具有类似于组件102的本地熔断器状态指示器的 熔断器的其他类型、结构和改编体。
类似地,虽然图示的熔断器包括端部钟形端子元件116和118,但是指示器组件102 对于本领域已知的其他类型的用于将线路侧和负载侧电路连接到熔断器的端子元件来说 具有同样的可应用性。因此,应该理解,指示器组件102可应用于意图用于各种应用以及 具有各种熔断器额定值(rating)的各种熔断器,并且因此本文所示出和描述的熔断器实 施方案以及本地熔断器状态指示器组件102的特定实施方案是仅出于图示说明的目的而 被阐述的。本发明不想要被限制到特定的熔断器形状、类型、类别或额定值,或者被限制 到本地熔断器状态指示器的具体实施方案。
图2图示示例性熔断器100从图1所示的位置处相对于纵轴114旋转90°。端子元件 116和118从熔断器主体104的各自分别的端106、 108延伸,而叶片122在主体104的每 一端以基本上为矩形的结构延伸。根据已知的叶片熔断器(bladefuse),在叶片122中提 供孔(aperture) 130,但是在可替换的实施方案中,可以按照期望或需要省略该孔,以获 得指定的熔断器性能和安装参数。
如图2中所图示,本地熔断器状态指示器组件102置于指示器组件102的第一端处第 一端子元件的基座120上,在壳104中的槽110中延伸,并且与熔断器主体104的外表面 IIO基本上齐平(flush),且在主体104中形成的开口 (opening)或内孔中延伸到该熔断 器主体104的里面。这样,熔断器状态指示器组件102部分从熔断器主体104暴露,而部 分受熔断器主体104保护。
图3是示例性熔断器状态指示器组件102的分解底部透视图,所述熔断器状态指示器 组件102用于与例如熔断器100 (在图1和2中示出) 一起使用。在图示说明性实施例中, 熔断器状态指示器组件102包括绝缘(非可导性)延伸件(extension member) 150、次熔 断器链路152、接触销154、指示器元件156、衬里层158和可导性接线夹(clip) 160。
延伸件150包括夹持部分(clip portion) 162和从该夹持部分162延伸的重叠的凸起 部分164。该凸起部分164包括端壁(end wall) 166,而夹持部分162包括端壁170,所 述端壁166以基本上垂直的方式延伸到夹持部分162的外表面168,所述端壁170以基本 上垂直的方式延伸到凸起部分164的内表面172。这样,夹持部分162的外表面168相对 于凸起部分164的外表面174是凹进的,而凸起部分164的内表面172相对于夹持部分162 的内表面176是凹进的。在使用中,延伸件150的凸起部分164被容纳在熔断器主体104 的槽110 (在图1和2中示出)中,并且夹持部分162的外表面168邻近于烙断器主体(参 见图2)的内部(interior)表面,而凸起部分164的内表面172被设置在端子元件116 (参 见图2)上方,并且端壁166、 172作为限位表面(stop surface),以分别相对于槽110和 端子元件116来定位延伸件150。凸起部分164可以包括在其侧表面上的挤压脊(crush rib),
所述挤压脊使凸起部分164通过过盈配合锚定到槽110 (图l)的对应侧表面。
在示例性实施方案中,在夹持和凸起部分162和164中的每一个中,延伸件150—般 是弯的或曲的。夹持部分162的外表面168具有基本上与熔断器主体104的内表面曲率半 径相等的曲率半径,而凸起部分164的外表面174具有基本上与熔断器主体104的外表面 112 (图1)的曲率半径相等的曲率半径。延伸件150在纵向上以平行于熔断器100的轴 114(图1和2)的方式延长,并且延伸件150在横向(即横截轴114的方向)上弯曲,从 而当指示器组件102被安装时,延伸件150 —般与熔断器主体104的内外表面一致并且与 熔断器主体104的内外表面互补。
延伸件150还包括凹进的凹部或穴(cavity) 178,所述凹部或穴178从夹持部分162 的内表面176向凸起部分164延伸,并且处于邻近于凸起部分164的端壁166的位置。穴 178被调整大小或尺寸来容纳下面描述的指示器材料156,并且在一个实施方案中,穴178 包括在其底部的窗口 124,从而如图1所示,窗口 124接近所述熔断器主体104的槽110 的端部。窗口 124是可以由本领域已知的透明材料制造的透镜,所述透明材料包括但不限 于,聚碳酸酯、聚砜、聚醚砜和丙烯酸类。
延伸件150还包括形成在凸起部分164的内表面172中的孔180,所述凸起部分164 突出(overhang)于所述夹持部分162之外,并且所述孔180可从内表面172进入 (accessible),以容纳接触销154的一部分。在一个实施方案中,接触销154是由可导性 材料制成为基本上圆柱形,并且孔180的形状为圆柱形,并且调整尺寸通过与从凸起部分 的表面172向外延伸的接触销154的过盈配合来接纳所述销154。然而,应该认识到,在 可替换的实施方案中,销154和孔180可以为其他形式的形状,而并不偏离本发明的范围。
夹持部分162的前端182包括安装孔184和安装法兰186,所述安装孔184和安装法 兰186分别容纳和附接接线夹160的钩状端188。与延伸件150类似,安装法兰186可以 由本领域已知的各种材料制造,并且在示例性实施方案中,安装法兰186是由塑料制造的。
在示例性实施方案中,指示器材料156是呈硝化纤维棉簇形式的可燃性物质,所述指 示器材料156易被点燃,并且基本上填满所述延伸件150中的凹进的穴178。指示器材料 156置于衬里层158上,距离窗口 124 —段距离。在可替换的实施方案中,指示器材料156 仅部分地填充圆柱形凹部178,由此在窗口 124和指示器材料156之间建立绝缘的空气间 隙(air gap)(未示出),当次熔断器链路152点燃指示器材料156时,所述空气间隙既 提供可燃物质的燃烧,又保护窗口 124免受伴生的热的影响。指示器材料156具有相对于 衬里层158的对比色,如下面进一步所描述的,所述对比色可以是用于方便指示熔断器状 态的、相对于指示器材料156的任何对比色。在一个实施方案中,指示器材料156是白色 的而衬里层158是黑色的。
在进一步的实施方案中,可以使用已知的高能(energetic)化合物来协助点燃指示器
材料156。在共同拥有的美国专利No. 6,556,996中描述了一种这样的高能化合物,所述美 国专利通过引用被包括在本文中。然而,预期在其他实施方案中可以使用其他化合物来协 助或便利指示器材料156的点燃和燃烧。
在可替换的实施方案中,可以使用其他本领域已知的容易燃烧的材料来代替硝化纤维 棉作为指示器材料156。例如,在本发明的范围内,可以使用诸如纤维素纸、聚合物膜、 聚合物毡和纤维素毡的纯硝化纤维可燃物质。在这样的实施方案中,指示器材料156以各 种形式接近于凹进的穴178和/或位于该凹进的穴178内,所述形式包括但不限于,例如 0.001英寸到0.010英寸厚的圆盘。该圆盘可以被调整尺寸为在尺寸上大于穴178和/或窗 口 124,从而使指示器材料156延伸超出该凹进的穴178。
次熔断器链路152 —端耦合到延伸件162和接线夹160的钩状端188,而相对的端耦 合到接触销154。次熔断器链路152具有比熔断器的主熔断元件组件(在图3中未示出) 高得多的电阻,从而在熔断器的正常工作期间,基本上所有通过该熔断器的电流均通过该 主熔断元件组件。然而,次熔断器链路152被制造为根据期望的熔断器安培额定值在指定 电流时熔化。
在示例性实施方案中,次熔断器链路152是由细熔断线(fmefosewire)制造的,所 述细熔断线例如由铜、铜合金或铬(chrome)制造的、具有预先确定的电阻的细线,所述 细线在接近延伸件150中的穴178处形成熔断器链路152的高阻部分153。与熔断器线不 同的第二线在细熔断线的端部环绕(wrapabout)或缠绕(twistabout)该细熔断线,以形 成处于所述高阻部分的各端处的低阻部分155。但是,邻近可燃物质156的熔断线的中间 部分(即高阻部分153)不包括缠绕其上的第二线。在图示说明性的实施方案中,第二线 具有比熔断线明显低的电阻,并且例如巻绕(wind about)该熔断线预先确定的圈数,以 形成次熔断器链路153中的较低阻部分155。次熔断器链路152的熔断线上所缠绕的线在 接近可燃物质156处提供高阻部分155的同时,有效地建立了较低阻的终端(termination) 部分155,如下面所描述的,所述终端部分155可以通过接线夹160和接触销154以机械 和电学方式并行连接到主熔断元件组件。高阻部分153确保在过流状况下可燃物质156被 可靠地点燃和消耗,以显示出呈对比色的衬里层158,并且如上面所描述的那样标识熔断 器的工作状态。通过策略性地利用次熔断器链路152中的高阻和低阻部分,在次熔断器链 路152中可以实现宽的电阻组合范围,以获得用于相关熔断器的宽的安培额定值范围(例 如在一个实施方案中为6A到600A)。
在可替换的实施方案中,具有高阻部分155和低阻部分155的次熔断器链路152可以 由例如铜或另一种具有较低电阻的合适材料涂敷、镀敷或覆盖的高阻细熔断线制造。铜镀 敷的一部分可以从被镀敷的线上剥离、切除或以其他方式移除,以形成高阻部分155。位 于高阻部分153之侧的剩余的镀敷部分为端子元件116和118 (图1和图2)的终端形成 较低阻部分355。
在其他实施方案中,次熔断器链接152可以由具有本领域已知材料的单个熔断线制 造,所述材料包括但不限于铜,以及包括锌、镍、铬、锡、铁、钼、铝、铍(berylium) 和硅的铜合金。
衬里层158被设置为邻近于指示器材料156并且延伸超出指示器材料156,以便当通 过如图1所示的窗口 124的顶部观察时,是被指示器材料156隐蔽或隐藏的。衬里层158 具有相对于指示器材料156的对比色,并且一般与指示器材料156共同延伸。设置在指示 器材料156和衬里层158之间的是次熔断器链路152。
在示例性实施方案中,衬里层158是挠性的,并且在其一面包括粘性或黏性层。挠性 衬里层158被应用于邻近于次熔断器链路152和指示器材料156的延伸件150的内表面 176,由此保持指示器材料156在凹进的穴178内的适当位置,并且相对于延伸件150维 持次熔断器链路152的位置。衬里层158由相对于指示器材料156来说相对非可燃的材料 制造,并且在颜色上相对于指示器材料156形成对比。在图示说明性实施方案中,衬里层 236由例如与指示器材料156具有明显的颜色对比的黑色乙烯基绝缘带制造,并且该乙烯 基绝缘带将次熔断器链路152固定到接近指示器材料156的延伸件150。在可靠地将熔断 器链路152相对于指示器材料156定位在适当的位置以确保一旦发生指定的过流状况就可 靠地点燃指示器材料165的同时,乙烯基绝缘带的挠性还适应(accommodate)延伸件150 的曲线形状。在进一步和/或可替换的实施方案中,可以以粘贴或其他贴附方法釆用其他 挠性或刚性的材料来代替乙烯基绝缘带,以适应延伸件150的弯曲形状。
接线夹160由可导材料制造,并且在图示说明性实施方案中,接线夹160由可导材料 条或带制造,所述可导材料例如铜或铜合金,所述铜合金包括但不限于包括锌、镍、铬、 锡、铁、钼、铝、铍和硅的合金。接线夹160被形成或折叠为包括从细长条190延伸的钩 状端18S。钩状端188通过安装孔184被插入延伸件150,并且沿箭头A的方向移动,直 到钩状端188与安装法兰182对准。随后可以通过钩状端188和安装法兰182插入已知的 紧固件(例如铆钉或螺钉),以将接线夹160固定到延伸件150。可替换地,钩状端188 可以以过盈配合被固定到安装法兰。
次熔断器链路耦合到处于延伸件150两个相对端的接线夹190和接触销154,并且在 接线夹190和接触销154之间延伸。次熔断器链路152在一端环绕接触销154,并且电连 接到相对端处的接线夹l卯。在接线夹160和销154之间,次熔断器链路152沿延伸件150 的内表面176延伸,并且衬里层158将次熔断器链路152维持在适当位置,并且确保次熔 断器链路152的一部分在延伸件150的穴178中的指示器材料156之上延伸并且邻近所述 指示器材料156。
在进一步的实施方案中,可以在熔断器状态指示器组件102中、特别是在延伸件150 之上在穴178的各侧采用粘性密封化合物。例如,可以使用本领域技术人员所熟悉的硅填 塞物(caulk)(例如Loctite 5088)部件来防止组件102周围、特别是窗口 124附近可能
的烧灼物形成(fiilgerite formation)。
图4是包括熔断器状态指示器组件102的熔断器100的分解装配视图。接线夹160和 接触销154从延伸件150的相对端延伸,并且电连接到延伸跨过(across)延伸件150的 次熔断器链路154 (图3)。
主熔断元件组件200以已知方式电连接在端子元件116和U8之间。在图示说明性实 施方案中,熔断元件组件200是包括短路部分202和时间延迟部分204的已知"J类"熔断 元件,但是应该意识到,在本发明的进一步的实施方案和/或可替换实施方案中,可以以 独立或组合的方式材料类似地使用其他已知的熔断元件、可熔断链路、可熔断条等等。
端子元件116和118的基座部分120中的每一个包括其中的孔202,并且端子元件116 和118的孔202中的一个容纳接触销154,以机械地或电气地将指示器组件102连接到分 别的端子元件。另一方面,接线夹160的条190延伸到相对的端子元件116或118,并且 当熔断器100被组装时,条部分被限制(trap)在基座部分120和主体104的内部表面204 之间。接触销154将组件的第一端锚定到端子元件116,并且当延伸件150被装配在熔断 器主体104的槽110中时,接线夹160与相对的端子元件118对准,以与其建立电接触。 当主熔断元件200被容纳在通过熔断器主体104的内孔206中时,主熔断元件组件被包围 在内孔206内,而且,当端子元件116和118被耦合到主体,且指示器组件102如上面所 描述的那样通过接触销154和接线夹160被连接到主体时,指示器组件102的次熔断器链 路154以与主熔断元件组件200并联的方式被电连接在端子元件之间。
在图示说明性的实施方案中,在每个端子元件116和118中提供孔202,并且孔202 互相对齐,从而指示器组件被这样安装,即其中接触销延伸到端子元件116和118中的任 一个,接线夹160与端子元件116和118中的另一个接合。可替换地,在其中指示器组件 102可以仅被安装到一个位置的实施方案中,可以仅在端子元件116和118中的一个中提 供孔202。此外,在另一个实施方案中,延伸件150可以被拉长,并且可以在两端均釆用 接触销154来建立次熔断器链路154到端子元件116、 118的电连接。
一旦被安装,熔断器状态指示器组件102如下工作。当主熔断元件组件200由于过流 状况而开路时,电流经由接触销154和接线夹160流动穿过指示器组件102的并联次熔断 器链路152,所述电流导致次熔断器链路152熔化或蒸发。产生的热点燃指示器材料156, 并且可燃物质通过在延伸件150中凹进的圆柱形穴178 (图3)中的约束性燃烧而被消耗。 当燃烧结束时,衬里层158通过窗口 124可见。
因此,如从窗口 140所见到的,通过颜色的可视性改变(例如从浅色变为深色),容 易地指示出熔断器100的工作状况或状态。通过窗口 240可视的颜色分别在处于未开路或 起作用状况中时反映出指示器材料156的颜色以及在主熔断元件200已经开路后处于开路 或不起作用状态中时反映出衬里层158的颜色。即,对于观察窗口 124的观测者来说,当
主熔断元件组件200可工作(即还未熔化或开路)时,浅色的可燃物质通过窗口 124可视。 然而,当主熔断元件组件200由于故障电路而熔化或开路从而不能工作时,电流使次熔断 器链路154蒸发,点燃并消耗指示器材料156,并由此显示出形成对比的深色衬里层158, 从而通过窗口124可视。因此,在低成本组件102中提供了可靠的本地熔断器状态指示。
如下面所描述的,可以在没有到熔断器100的硬连线连接并且没有机械驱动特征的情 况下以这样的熔断器提供远程的熔断器状态指示。 一种这样的、在具有上述的本地瑢断器 状态指示器102的情况下特别有利的系统包括光激活的指示电路,当指示器材料156被点 燃、燃烧和消耗时,所述光激活的指示电路感应到指示器102中的光发射。当燃烧发生时, 一旦感应到光,则该光可以被转换为电信号,并且可以如下面描述的那样被发送到远程位 置,以向相关人员警示需要替换的开路熔断器。
图5是示例性熔断器面板、熔断器保持器、熔断器块或熔断器面板250 (在本文中被 共同地称为"面板250")的顶视图,所述熔断器面板、熔断器保持器、熔断器块或熔断器 面板可以与上面结合图l-4所示的熔断器100—起使用。面板250包括被调整尺寸以适应 熔断器100的区域,以及可导端子252。在图2的实施方案中,端子252是本领域己知的、 用于建立到熔断器100的线路和负载连接的可导熔断器接线夹。具体来说,接线夹252接 连熔断器100的叶片122 (图1和2中示出)。然而,预期可以使用本领域已知的其他类 型的端子元件来建立到电路(在图5中未示出)的线路侧和负载侧电连接。此外,尽管图 5中在面板250中图示出一个熔断器100,但是应该理解,面板250可以适应多于一个的 熔断器100来为电路提供带熔断器的保护。
在示例性实施方案中,面板250包括指示电路254,所述指示电路254包括光检测元 件256和位于熔断器100附近但与熔断器100分开的发光元件258。更具体地,在一个实 施方案中,光检测元件256是光敏的,并且被定位为接近熔断器100的本地熔断器状态指 示器组件102,从而当可燃的指示材料156 (图3)被点燃时,与指示材料156的点燃和燃 烧相伴生的光被检测器元件256感应到。响应于元件256检测到光,光检测器元件256激 活发光元件258。当被激活时,发光元件258经由光链路(在图5中未示出)向远程位置 发送光信号,来标识所述要更换的熔断器。在一个实施方案中,光检测元件256是已知的 光电二极管/晶体管,而发光器件258是已知的发光二极管(LED)、氖灯,或者其他已知 的照明器,所述照明器产生可以以光学方式以相对低的成本发送到另一个位置的光。
因为指示电路254是由光激活的(在本文中有时被称为光激活的电路),所以电路254 可以在与主熔断元件组件200 (图4)电气分离的同时在面板250中的空气界面(air interface)上可靠地检测本地熔断器状态指示器组件102的操作。换言之,指示电路254 并未电连接到熔断器100的可导部分或主熔断元件组件200。相反,指示电路254响应于 本地熔断器状态指示器组件102的工作状况或状态,并且指示电路254不需要直接连接到 主熔断元件200来可靠地指示熔断器100的工作状态。因此,避免了到熔断器100的硬连 线电连接,以及与建立这样的连接相关的困难和花费,并且当主熔断元件200使通过熔断 器100的电路开路时无需机械驱动元件来激活指示电路254。因此,以比常规的指示系统 要低的成本提供了可靠的远程熔断器状态指示。
可替换地,面板250可以包括检测元件260 (在图5中以虚影示出),在没有到熔断 器100的硬连线连接的情况下,所述检测元件260被用来以非直接的方式检测主熔断元件 200的工作状态。在不同的实施方案中,检测元件260感应在面板250的熔断器端子252 之间流动的电流,或者检测元件260可以感应当主熔断元件200开路时在端子252两端的 电压降。例如,可以例如用跨熔断器100内的分流器两端进行测量的已知传感器元件或通 过本领域已知的其他技术获得电流或电压读数,并且当电流和/或电压读数落到预先确定 的阈值以下时,电路254激活发光元件258,并向远程位置发送光信号。
在再一个可替换的实施方案中,检测器元件260是连接到面板250的熔断器端子252 的温度传感器。在这样的实施方案中,检测器元件可以感应熔断器端子252的工作温度, 以检测主熔断元件200的开路,并且当主熔断元件200使通过该熔断器的电路开路时,相 应地激活发光元件258。
通过使用检测器元件260来替代光检测器元件256,可以以独立于熔断器100的本地 熔断器状态指示器102的方式确定熔断器100是否是可工作的。因此,检测器元件260允 许利用不包括本地熔断器状态指示器的较低成本熔断器,同时仍然以光信号实现可靠的远 程熔断器状态指示。还预期,如果期望的话,可以针对特定应用以组合的方式使用光检测 器元件256和检测器元件260,并且在这样的实施方案中,当本地熔断器状态指示器102 如上面描述的那样改变状态时,光检测器元件256可以激活发光元件258,而当感应到的 电流、电压或温度满足预先确定的阈值时,检测器元件260可以激活发光元件258,其中 所述阈值指示例如面板150中熔断器100的异常或意外的工作状况。因此,即使当异常或 意外的工作状况并未导致通过熔断器100的主熔断元件200开路,也可以标识出所述异常 或意外的工作状况,这是电气系统中的故障检修或诊断问题所关心的。可以提供额外的发 光元件258,并且发光元件258可以被选择性地点亮(illuminate),以向远程位置的系统 操作者或人员传递不同的信息。例如, 一个发光元件可以被点亮以指示开路的熔断器,而 其他光指示元件258可以被点亮以指示发生指定的电流、电压或温度状况。
再进一步,可以在指示电路254中提供储能元件262 (在图5中以虚影示出)来为发 光元件258供能并点亮发光元件258。在某些应用中储能元件262可能尤其有用,在所述 应用中熔断器100工作时的电压丧失可能以其他方式导致发光元件258不被点亮。例如, 在电动机应用中,当熔断器100为负载侧器件(例如电动机启动器)工作时,熔断器IOO 的开路导致该电动机启动器开路,并且造成负载侧端子252上的电压丧失,而该电压丧失 又可能导致发光器件不能被点亮。能量储存元件262可以是电容器,或本领域已知的用于 储存能量以在这样的环境下维持发光器件258被点亮的其他机制。
图6是熔断器指示系统300的示意性框图,所述熔断器指示系统300包括面板250,
所述面板250内连(interconnect)在电源或电源电路302与电负载304之间。熔断器100 经由熔断器端子252连接到电源302和负载304,以在电源302和负载304之间构成通过 熔断器100的电路。在各个实施方案中,负载304可以包括电气部件(例如变压器,感应 器,集成电路)、装备(例如机器,电机和驱动部件,计算机,可编程逻辑控制系统)和 更大电气系统的子电路。此外,负载304可以充当对额外负载(未示出)的次电源。
如上面所描述的,熔断器100被构造为一旦在电路中发生指定的电流状况(例如指定 的过流状况),则物理地断开电路路径并将负载304与电源302隔离,以防止对负载304 的损坏。在面板250中接近熔断器100处提供指示电路254,并且指示电路254与主熔断 元件200 (图4)分离,而且在没有连接到主熔断元件的硬连线连接的情况下检测主熔断 元件的操作。当指示电路254通过前述任何方法检测到熔断元件的开路时,电路254点亮 发光器件258 (图5)以经由通信链路116向远程位置(例如操作站310)发送光信号。在 一个实施方案中,通信链路116是能够发送光信号来向远程位置发送熔断器状态的高介电 光纤引线(lead)或光缆。在可替换的实施方案中,可以出于类似的目的使用其他已知的 光发送介质。
如图6中所图示,可以在系统300中提供诸如继电器308的切换元件,从而当熔断器 IOO开路时可以采取校正性动作。例如,继电器308可以被连接来向附加设备发出信号, 所述附加设备例如开路的熔断器100的电动机启动器。因此,例如,当三相电源中的单个 熔断器工作时,开路的熔断器会导致剩余两相中的不平衡。提供给继电器308的信号可以 允许该三相器件(例如电动机启动器)开路,由此消除电路中的不平衡并避免相关联的问 题,直到开路的熔断器被替换,并且三相中的所有相均恢复。
图7是指示电路254的示例性原理图,所述指示电路254可以用于系统300 (图6)。 如图7中所示,电路254包括以光敏晶体管形式连接到第二晶体管/二极管400的光检测 元件256,以及呈LED形式的发光元件258。电路254由5V的D.C.电源402供电,并且 当光敏晶体管的重置(reset)引脚404闭合(closed)以使晶体管400截止时,引脚3被 置为低,从而LED不被供能并且不被点亮。当由于本地熔断器状态指示器102的可燃材 料156被点燃和消耗而导致光照射(strike)光电晶体管时,光电晶体管的引脚3被锁定 (latch)以导通晶体管400,并给LED供能。来自LED的光作为光信号经由通信链路306 (图6)被发送到远程位置,以用于远程熔断器状态指示。如上面所注意到的,按照在使 用中达到特定目的所期望或者需要的,电路254还可以包括能量储存元件260 (图5)、 多于一个的发光元件258,以及其他修改。
尽管已经关于各种具体的实施方案描述的本发明,但是本领域技术人员将认识到,可 以在所附权利要求书的精神和范围内通过修改来实践本发明。
权利要求
1.一种熔断器状态指示系统,包括至少一个包括主熔断元件的熔断器;以及接近所述熔断器并且与所述主熔断元件分离的指示电路,所述指示电路被配置为检测所述主熔断元件的开路,其中电路路径通过所述主熔断元件被断开,所述电路还被配置为当检测到所述主熔断元件的所述开路时向远程位置发送光信号,所述信号的发送无需机械地驱动所述电路。
2. 根据权利要求1所述的熔断器状态指示系统,所述熔断器包括可燃的熔断器状态 指示器,并且所述指示电路通过所述指示器的燃烧被激活来发送所述光信号。
3. 根据权利要求1所述的熔断器状态指示系统,其中所述电路包括光检测元件。
4. 根据权利要求1所述的熔断器状态指示系统,其中所述电路包括光检测元件和发光元件,所述光检测元件被光发射激活,并且导致所述发光元件发送所述光信号,所述光 发射与所述主熔断元件的所述开路同时发生。
5. 根据权利要求1所述的熔断器状态指示系统,其中所述电路包括发光元件和接近所述发光元件的光链路,所述发光元件响应于所述主熔断元件的所述开路而被激活。
6. 根据权利要求1所述的熔断器状态指示系统,其中所述电路包括电压监控元件和 电流监控元件中的至少一种。
7. 根据权利要求1所述的熔断器状态指示系统,还包括熔断器面板,所述电路被安 装到所述熔断器面板上以检测所述主熔断元件的所述开路。
8. 根据权利要求7所述的熔断器状态指示系统,所述熔断器面板包括线路端子和负 载端子,所述电路被配置来检测所述线路端子和负载端子的电压或电流状况。
9. 根据权利要求1所述的熔断器状态指示系统,其中所述电路还包括切换元件,所 述切换元件对所述光信号作出响应。
10. 根据权利要求1所述的熔断器状态指示系统,其中所述电路还包括能量储存元件 和发光元件,当所述主熔断元件开路时,所述能量储存元件点亮所述发光元件。
11. 一种熔断器指示系统,包括具有主熔断元件和本地熔断器状态指示器的熔断器,所述本地熔断器状态指示器响应 于所述主熔断元件的工作状况,并且以无需利用机械指示元件的方式在视觉上指示所述主 熔断元件的工作状况;以及响应于所述本地熔断器状态指示器的状态的指示电路,所述指示电路被配置为当所述 本地熔断器状态指示器指示所述主熔断元件不能工作时,向远程位置发出光信号。
12. 根据权利要求11所述的熔断器状态指示系统,其中所述本地熔断器状态指示器 包括可燃的熔断材料,并且所述指示电路通过所述熔断材料的燃烧而被激活来发送所述光 信号。
13. 根据权利要求11所述的熔断器状态指示系统,其中所述电路包括光检测元件, 所述光检测单元被置于接近所述熔断器,但与所述熔断器分开。
14. 根据权利要求11所述的熔断器状态指示系统,其中所述光检测元件包括光检测元件和发光元件,所述光检测元件被所述本地熔断器状态指示器中产生的光发射激活,并 且导致所述发光元件发送所述光信号。
15. 根据权利要求11所述的熔断器状态指示系统,其中所述电路包括发光元件,所 述发光元件响应于所述本地熔断器状态指示器的状态的改变而被激活。
16. 根据权利要求11所述的熔断器状态指示系统,其中所述电路还包括切换元件, 所述切换元件对所述光信号作出响应。
17. 根据权利要求11所述的熔断器状态指示系统,其中所述电路还包括能量储存元 件和发光元件,响应于所述本地熔断器状态指示器的状况,所述能量储存元件点亮所述发 光元件。
18. —种熔断器状态指示系统,包括至少一个包括主熔断元件的熔断器;以及以光学方式激活的指示电路,所述指示电路接近所述熔断器,并且与所述主熔断元件 分离,所述电路包括光检测元件和发光元件,所述光检测元件被配置来检测所述主熔断元 件的开路,并且所述发光元件被配置来向远程位置发送光信号。
19. 根据权利要求18所述的熔断器状态指示系统,其中所述熔断器包括可燃的熔断器状态指示器,所述光检测元件通过所述可燃的熔断器状态指示器的燃烧而被激活来为所 述发光元件供能。
20. —种熔断器状态指示系统,包括具有主熔断元件和可燃的熔断器状态指示器的熔断器,所述可燃的熔断器状态指示器 用于本地熔断器状态指示;用于检测所述可燃的熔断器状态指示器的燃烧的装置;以及 用于当所述燃烧发生时响应于所述用于检测的装置向远程位置发送信号的装置。
21. 根据权利要求20所述的熔断器状态指示系统,其中所述用于检测的装置包括光敏检测器元件。
22. 根据权利要求20所述的熔断器状态指示系统,其中所述用于发送的装置包括发 光元件和光链路。
23. 根据权利要求20所述的熔断器状态指示系统,其中所述熔断器是圆筒型熔断器。
全文摘要
一种熔断器状态指示系统包括至少一个熔断器,所述熔断器包括主熔断元件,以及接近所述熔断器并且与所述主熔断元件分离的指示电路。所述指示电路被配置为检测所述主熔断元件的开路,其中电路路径通过所述主熔断元件被断开。所述电路还被配置为当检测到所述主熔断元件的所述开路时向远程位置发送光信号,并且所述信号的发送无需机械地驱动所述电路。
文档编号H02H3/02GK101103428SQ200580042981
公开日2008年1月9日 申请日期2005年10月3日 优先权日2004年10月26日
发明者亨利·索尔·费尔德斯坦, 迈克尔·克雷格·亨里克斯 申请人:库帕技术公司
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