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▶ イートン インテリジェント パワー リミテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-02-10
(45)【発行日】2022-02-21
(54)【発明の名称】耐疲労ヒューズ素子を含む高電圧電力ヒューズ
(51)【国際特許分類】
H01H 85/08 20060101AFI20220214BHJP
H01H 85/044 20060101ALI20220214BHJP
H01H 85/06 20060101ALI20220214BHJP
H01H 85/18 20060101ALI20220214BHJP
H01H 85/12 20060101ALI20220214BHJP
【ＦＩ】
H01H85/08
H01H85/044
H01H85/06
H01H85/18
H01H85/12
【請求項の数】
14
(21)【出願番号】P 2018566349
(86)(22)【出願日】2017-04-27
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2019-06-27
(86)【国際出願番号】 US2017029774
(87)【国際公開番号】W WO2017222640
(87)【国際公開日】2017-12-28
【審査請求日】2020-04-24
(31)【優先権主張番号】15/186,674
(32)【優先日】2016-06-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】518042280
【氏名又は名称】イートン インテリジェント パワー リミテッド
【氏名又は名称原語表記】Ｅａｔｏｎ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｍｉｔｅｄ
【住所又は居所原語表記】３０ Ｐｅｍｂｒｏｋｅ Ｒｏａｄ， Ｄｕｂｌｉｎ ４ Ｄ０４ Ｙ０Ｃ２， Ｉｒｅｌａｎｄ
(74)【代理人】
【識別番号】110001999
【氏名又は名称】特許業務法人はなぶさ特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】ロバート・スティーヴン・ダグラス
(72)【発明者】
【氏名】ラムデヴ・カナパディー
【審査官】北岡 信恭
(56)【参考文献】
【文献】特開昭５５－１５９５３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開昭５６－０５００４４（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開２００６－３３９１６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５４－０２６４５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－１８６６３９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－３４３２２５（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３４８７３１（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｈ ８５／０６－８５／１２
Ｈ０１Ｈ ８５／１８
Ｈ０１Ｈ ８５／０４４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
コンパクトな電力ヒューズであって、ハウジングと、
前記ハウジングから延びている第１および第２の導電性端子と、
前記ハウジング内に収容され、前記第１の端子と前記第２の端子との間に接続されたヒューズ素子アセンブリと、を備え、
前記ヒューズ素子アセンブリは、電気自動車の、動作中の電源システムにおける短絡または過負荷状態を示さない一見ランダムな電流負荷循環に関連した熱循環応力に起因する機械的疲労によって生じる想定外の厄介な動作に対して、少なくとも1つの事前製造された耐疲労アセンブリによって対処するために製造され、
前記少なくとも１つの事前製造された耐疲労アセンブリは、
互いに同一平面上に配置された少なくとも第１の導電性プレートおよび少なくとも第２の導電性プレートと、
前記第１の導電性プレートと前記第２の導電性プレートとを相互接続している複数のワイヤ結合された弱い箇所であって、前記複数のワイヤ結合された弱い箇所のそれぞれは、互いに別個に設けられ、前記第１の導電性プレートに接続された第１の端部と、前記第２の導電性プレートに接続された第２の端部とを有している、複数のワイヤ結合された弱い箇所と、
アークバリア材料を含み、前記第１の導電性プレートと前記第２の導電性プレートとに接続された前記複数のワイヤ結合された弱い箇所のそれぞれの端部のみを覆い、前記複数のワイヤ結合された弱い箇所の大部分を覆わないシーリング要素と、
前記シーリング要素を覆うアーククエンチング媒体と、を含んでおり、
前記電力ヒューズは、少なくとも１５０Ａの定格電流を備えるように設計されている、電力ヒューズ。
【請求項2】
前記第１の導電性プレートおよび前記第２の導電性プレートは、第１の導電性材料からそれぞれ製作され、前記複数のワイヤ結合された弱い箇所は、前記第１の導電性材料とは異なる第２の導電性材料から製作されている、請求項１に記載の電力ヒューズ。
【請求項3】
前記第１の導電性材料は、銅である、請求項２に記載の電力ヒューズ。
【請求項4】
前記第２の導電性材料は、アルミニウムまたは銀のうちの１つである、請求項３に記載の電力ヒューズ。
【請求項5】
前記シーリング要素は、はんだまたはＭスポット材料をさらに含む、請求項１に記載の電力ヒューズ。
【請求項6】
前記アーククエンチング媒体は、前記ワイヤ結合された弱い箇所を機械的に支持する、請求項１に記載の電力ヒューズ。
【請求項7】
前記アーククエンチング媒体は、珪砂または硅石を含む、請求項６に記載の電力ヒューズ。
【請求項8】
前記アーククエンチング媒体は、メラミン粉末を含む、請求項６に記載の電力ヒューズ。
【請求項9】
前記アーククエンチング媒体は、前記第１の導電性プレートおよび前記第２の導電性プレートの一部の上下に延びるように、前記第１の導電性プレートおよび前記第２の導電性プレートのうち、前記シーリング要素および前記複数のワイヤ結合された弱い箇所とは反対側の部分をさらに覆い、前記複数のワイヤ結合された弱い箇所は、１つまたは複数の列を形成し、前記アーククエンチング媒体は、前記第１の導電性プレートおよび前記第２の導電性プレートの前記１つまたは複数の前記ワイヤ結合された弱い箇所の列の間にある部分を覆わない、請求項６に記載の電力ヒューズ。
【請求項10】
前記少なくとも１つの事前製造された耐疲労アセンブリは、第１および第２の事前製造された耐疲労アセンブリを含み、該第１および第２の事前製造された耐疲労アセンブリのそれぞれは、前記第１の導電性端子と前記第２の導電性端子の間で前記第１の導電性端子と前記第２の導電性端子に直接接続され、ハウジング内で電気的に互いに並列に接続されている、請求項１に記載の電力ヒューズ。
【請求項11】
前記電力ヒューズは、少なくとも５００Ｖの定格電圧を備えるように設計される、請求項１に記載の電力ヒューズ。
【請求項12】
前記事前製造された耐疲労アセンブリ内の前記少なくとも第１の導電性プレートおよび第２の導電性プレートは、５つの導電性プレートを含み、該５つの導電性プレートのそれぞれは、前記５つの導電性プレートのうちの互いに隣接するもの同士の間に延びる前記複数のワイヤ結合された弱い箇所を備えている、請求項１に記載の電力ヒューズ。
【請求項13】
前記複数のワイヤ結合された弱い箇所の各々は、ひずみ緩和ループ部分を含む、請求項１に記載の電力ヒューズ。
【請求項14】
前記複数のワイヤ結合された弱い箇所は、丸みを帯びたワイヤを各々含む、請求項１に記載の電力ヒューズ。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【0001】
本発明の分野は、概して、電気回路保護ヒューズに関し、より具体的には、耐熱機械的ひずみ疲労性ヒュージブル素子アセンブリを含む電力ヒューズの製作に関する。
【0002】
ヒューズは、電気回路への費用のかかる損傷を防止するための過大電流保護装置として広く使用されている。ヒューズ端子は、典型的には、電源または電力供給装置と、電気回路に配置されている電気部品、または部品の組み合わせとの間の電気的接続を形成する。１つ以上のヒュージブルリンクもしくは素子、またはヒューズ素子アセンブリが、ヒューズ端子間に接続され、その結果、ヒューズを流れる電流が所定の限度を超えると、ヒュージブル素子が溶解し、ヒューズを通る１つ以上の回路を開き、電気部品の損傷を防止する。
【0003】
いわゆるフルレンジ電力ヒューズは、比較的高い故障電流と比較的低い故障電流との両方を等しい効果で安全に中断させるために、高電圧電力分配システムで動作可能である。絶えず拡大している電力システムの変化を考慮して、この種の既知のヒューズは、いくつかの面では不利である。フルレンジの電力ヒューズの改善が、市場のニーズを満たすために望まれている。
【図面の簡単な説明】
【0004】
非限定的で非網羅的な実施形態が、以下の図を参照して説明され、特に指定がない限り様々な図面を通して同様の部品には同じ参照番号が付されている。
【0005】
【図1】例示的な電力システムで生成される例示的な一時的な電流パルスプロファイルを示す図である。
【図7】製造の第１の段階における耐疲労ヒューズ素子アセンブリの上面斜視図である。
【図12】製造の第１の段階における耐疲労ヒューズ素子アセンブリを作製するバッチプロセスの上面図である。
【図13】製造の第２の段階における耐疲労ヒューズ素子アセンブリを作製するバッチプロセスの上面図である。
【図14】製造の第３の段階における耐疲労ヒューズ素子アセンブリを作製するバッチプロセスの上面図である。
【図15】製造の第４の段階における耐疲労ヒューズ素子アセンブリを作製するバッチプロセスの上面図である。
【図16】製造の第５の段階における耐疲労ヒューズ素子アセンブリを作製するバッチプロセスの上面図である。
【発明を実施するための形態】
【0006】
とりわけ、電気自動車技術における最近の進歩は、ヒューズ製造業者に特有の課題を提示している。電気自動車の製造業者は、従来の車両用電力分配システムよりもはるかに高い電圧で動作する電力分配システムに対して、電気自動車の仕様および要求を満たすためのより小さいヒューズを探すと同時に、ヒュージブル回路保護を求めている。
【0007】
従来の内燃機関駆動車両用の電力システムは、比較的低い電圧、典型的には約４８ＶＤＣ以下で動作する。しかしながら、本明細書では電気自動車（ＥＶ）と呼ばれる電気駆動車両用の電力システムは、はるかに高い電圧で動作する。ＥＶの比較的高い電圧システム（例えば、２００ＶＤＣ以上）は、一般に、バッテリが、電力源からより多くのエネルギーを蓄積して、車両の電気モータに、内燃機関で使用されている１２ボルトまたは２４ボルトのエネルギーを蓄積する従来のバッテリよりもより少ない損失（例えば、熱損失）で、およびより最近では４８ボルトの電力システムでより多くのエネルギーを供給することを可能にする。
【0008】
ＥＶ相手先商標製品の製造会社（ＯＥＭ）は、全バッテリ電気自動車（ＢＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、およびプラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）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。各ＥＶタイプ間で、ＥＶ製造業者は、所有コストを削減しながら、バッテリ１充電当たりのＥＶの走行可能距離範囲を最大化したいと努力している。これらの目標を達成することにより、ＥＶシステムのエネルギー貯蔵および電力供給、ならびに電力システムによって運ばれる車両部品の大きさ、容積、および質量が変わる。より小型および／または軽量の車両は、より大型で重い車両よりもこれらの要求をより効果的に満たすことができるため、このような全てのＥＶ部品は、現在、潜在的な大きさ、重量、およびコスト削減のために精査されている。
【0009】
一般的に言えば、部品が大きいほど、関連する材料コストが高くなる傾向があり、ＥＶの全体的な大きさが大きくなる、あるいは車両体積が縮小すると過度の空き容量を占める傾向があり、１回のバッテリ充電当たりの車両走行可能距離を直接減少させる、より大きな質量を導入する傾向がある。しかしながら、既知の高電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。歴史的に、そして正当な理由から、回路保護ヒューズは、より低い電圧システムと対照的に、高電圧電力システムの要求を満たすために大きさが大きくなる傾向があった。よって、高電圧ＥＶ電力システムを保護するために必要な既存のヒューズは、従来の内燃機関駆動車両の低電圧電力システムを保護するために必要な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製造業者のニーズを満たすために、より小型で軽量の高電圧電力ヒューズが望まれている。
【0010】
最先端のＥＶ用の電力システムは、４５０ＶＤＣの高電圧で動作することができる。増加した電力システム電圧は、望ましくは、バッテリ１充電当たりより多くの電力をＥＶに供給する。しかしながら、このような高電圧電力システムにおける電気ヒューズの動作条件は、低電圧システムよりもはるかに厳しい。具体的には、ヒューズが開くときの電気アーク状態に関する仕様は、特に、電気ヒューズの大きさを縮小するための業界の好みと相まって、高電圧電力システムでは満たすことが非常に困難である。最先端のＥＶによる電力ヒューズに課される電流循環負荷はまた、従来のヒューズ素子の早期破壊を招く可能性のある機械的なひずみおよび摩耗を引き起こす傾向がある。最先端のＥＶの用途の高電圧回路において、ＥＶ ＯＥＭによって使用される既知の電力ヒューズが現在利用可能であり、ＥＶ用の高電圧電力システムの要件を満たすことができる従来の電力ヒューズの大きさおよび重量は、コストは言うまでもなく、新しいＥＶの実現には実用的ではない。
【0011】
いくら控えめに言っても、ヒューズ素子が高電圧で動作する際に受け入れ可能な遮断性能を依然として提供しながら、最先端のＥＶ電力システムの高電流および高バッテリ電圧を可能な限り扱うことができる比較的小さな電力ヒューズを提供することは、困難なことである。ヒューズ製造業者およびＥＶ製造業者は、各々、より小さい、より軽く、およびより低コストのヒューズの恩恵を受けるであろう。ＥＶ革新は、より小型で、高電圧のヒューズを望む市場をけん引しているが、より小型で、しかし強力な電気システムへの傾向は、ＥＶ市場を超越している。様々な他の電力システムの用途は、間違いなく、より大きな、従来製作されていたヒューズに匹敵する性能を別の方法で提供する、より小さなヒューズから恩恵を受けるであろう。当該技術分野における長年の実現されていないニーズに対する改善が必要である。
【0012】
これらおよび他の困難に対処する電気回路保護ヒューズの例示的な実施形態を以下に説明する。例示的なヒューズの実施形態は、既知の高電圧電力ヒューズと比較して、ＥＶにおける低減された物理的体積または空間を占有する比較的小さくてコンパクトな物理的パッケージサイズを有利に提供する。また、既知のヒューズと比較して、例示的なヒューズの実施形態は、比較的高い電力処理能力、より高い電圧動作、フルレンジ時間電流動作、より低い短絡レットスルーエネルギー性能、およびより長い寿命動作および信頼性を有利に提供する。例示的なヒューズの実施形態は、非常に高い電流制限性能、ならびに厄介なまたは早期のヒューズ動作からの長い耐用年数および高い信頼性を提供するように設計および技術化されている。方法の態様は、部分的には明示的に議論され、一部は以下の議論から明らかになるであろう。
【0013】
ＥＶ用途およびヒューズの特定のタイプおよび定格の文脈において記載されているが、本発明の利益は必ずしもＥＶ用途または記載された特定のヒューズタイプまたは定格に限定されない。むしろ、本発明の利益は、より多くの異なる電力システムの用途に広く広がると考えられ、また、本明細書で論じられているものと類似または異なる定格を有する異なるタイプのヒューズを構築するために、部分的または全体において実行される。
【0014】
図１は、ヒューズ、および具体的には、ヒューズ素子または負荷電流循環疲労に影響されやすい内部の素子を提示することができるＥＶ電力システムの用途における例示的な電流駆動プロファイル１００を示す。電流は、図１の縦軸に沿って示され、時間は横軸に沿って示されている。典型的なＥＶ電力システムの用途では、電力ヒューズは、電気的故障状態による電気負荷への損傷を防止するための回路保護装置として利用される。図１の例を考慮すると、ＥＶ電力システムは、比較的短期間の電流負荷における大きな分散に影響されやすい。電流の分散は、ＥＶ車両の運転者の行動、交通状況および／または道路状況に基づいて、一見したところランダムな運転習慣によって生成されるシーケンスで様々な大きさの電流パルスを生成する。これにより、ＥＶ駆動モータ、一次駆動バッテリ、およびシステムに含まれる保護用電力ヒューズには、事実上無限大のさまざまな電流負荷周期が発生する。
【0015】
図１の電流パルスプロファイルに例示されているこのようなランダムな電流負荷条件は、（バッテリの消耗に対応する）ＥＶの加速と（回生バッテリ充電に対応する）ＥＶの減速の両方に対して、本質的に周期的である。この電流周期的負荷は、ヒューズ素子に、より具体的には、ジュール効果加熱プロセスによって、電力ヒューズ内のヒューズ素子アセンブリのいわゆる弱い箇所に、熱循環応力を加える。ヒューズ素子のこの熱循環負荷は、特に、ヒューズ素子の弱い箇所に機械的膨張および収縮周期を課す。ヒューズ素子の弱い箇所のこの繰り返される機械的な周期的負荷は、やがて弱い箇所を破損点まで損傷させる蓄積ひずみを与える。本明細書の目的のために、この熱機械的プロセスおよび現象は、本明細書では、ヒューズ疲労と呼ばれる。以下でさらに説明するように、ヒューズ疲労は、主として、ヒューズが駆動プロファイルに耐えるにつれて、クリープのひずみに起因する。ヒューズ素子の弱い箇所で発生した熱が、ヒューズ疲労の発生をもたらす主なメカニズムである。
【0016】
図２－図４は、ＥＶ電力システムと共に使用するように設計された例示的な高電圧電力ヒューズ２００の様々な図である。従来法で構築された既知のＵＬクラスＪヒューズと比較して、ヒューズ２００は、はるかに小型のパッケージ寸法で同等の性能を提供する。
【0017】
図２に示すように、本発明の電力ヒューズ２００は、ハウジング２０２と、配線およ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と、端子ブレード２０４、２０６の間の電気的接続を完了するヒューズ素子アセンブリ２０８とを含む。所定の電流条件に従って、ヒューズ素子アセンブリ２０８の少なくとも一部が溶融し、崩壊し、あるいは構造的に故障し、端子ブレード２０４、２０６の間の回路経路が開く。したがって、負荷側回路は配線側回路から電気的に絶縁されて、電気的故障状態が発生したときに、負荷側回路部品および回路を損傷から保護する。
【0018】
一例におけるヒューズ２００は、５００ＶＤＣの電圧定格および１５０Ａの電流定格を提供するように技術化されている。ＬＨがヒューズの両端部間のハウジングの軸方向長さであり、ＲＨがヒューズのハウジングの外径であり、ＬＴがハウジングの反対側で互いに対向するブレード端子の遠位端の間で測定されたヒューズの総全長である図示の例では、ヒューズ２００の寸法は、従来の構造で同等の性能を提供する既知のＵＬクラスＪヒューズの対応する寸法の約５０％である。さらに、ヒューズハウジング２０２の半径は、匹敵する性能を提供する従来のＵＬクラスＪヒューズの半径の約５０％であり、ヒューズ２００の容積は、同じ定格で同等の性能を提供する従来のＵＬクラスＪヒューズの容積から約８７％低減される。したがって、ヒューズ２００は、別の方法で同等のヒューズ保護性能をヒューズに提供しながら、相当な大きさおよび容積の削減を提供する。ヒューズ２００の大きさおよび容積の削減は、ヒューズ１００に対して、その構成に利用される材料の削減を介して、重量およびコストの節約にさらに寄与する。したがって、そのより小型の寸法のため、ヒューズ２００は、ＥＶ電力システムの用途にはるかに好ましい。
【0019】
一例では、ハウジング２０２は、例示的な一実施形態では、ガラスメラミンなどの当該技術分野で既知である非導電性材料から製作される。ハウジング２０２に適した他の既知の材料を、必要に応じて他の実施形態で代替的に使用することができる。代替的に、図示のハウジング２０２は、ほぼ円筒形または管状であり、図示の例示的な実施形態では、軸方向長さ寸法ＬＨおよびＬＲに垂直な軸に沿ってほぼ円形の断面を有する。しかしながら、ハウジング２０２は、これに限定されることなく、互いに直角に配置されている４つの側壁を有する、つまり、正方形または長方形の断面を有する長方形を含む、別の形状に必要に応じて代替的に形成され得る。図示のハウジング２０２は、第１の端部２１０、第２の端部２１２、およびヒューズ素子アセンブリ２０８を受けて収容する対向する端部２１０、２１２の間の内部穴または通路を含む。
【0020】
いくつかの実施形態では、ハウジング２０２は、必要に応じて導電性材料で製作することができるが、これは、端子ブレード２０４、２０６をハウジング２０２から電気的に絶縁するために絶縁ガスケットなどを必要とする。
【0021】
端子ブレード２０４、２０６はそれぞれ、ハウジング２０２の対向する端部２１０、２１２から各々反対方向に延び、互いにほぼ同一平面関係に延びるように配置される。端子ブレード２０４、２０６の各々は、考えられる実施形態では、銅または真鍮のような導電性材料から製作されてもよい。端子ブレード２０４、２０６を形成するのに望ましい他の実施形態では、他の既知の導電性材料を代替的に使用することができる。端子ブレード２０４、２０６の各々には、図３に示すように開口部２１４、２１６が形成されており、開口部２１４、２１６は、ボルト（図示せず）などの締結具を受けてヒューズ２００をＥＶ内の適所に固定し、端子ブレード２０４、２０６を介して、回路導体への配線および負荷側回路接続を確立することができる。
【0022】
例示的な端子ブレード２０４、２０６がヒューズ２００について示され、かつ、説明されているが、他の端子構造および配置も、さらなるおよび／または代替の実施形態で同様に利用されてもよい。例えば、開口部２１４、２１６は、いくつかの実施形態では任意選択であると考えられ、省略されてもよい。当業者であれば様々な種類の端子オプションを提供することが理解されているように、ナイフブレードの接点が、図示の端子ブレードの代わりに設けられてもよく、同様にフェルール端子またはエンドキャップが設けられてもよい。端子ブレード２０４、２０６はまた、必要に応じて、間隔を空けてほぼ平行な向きに配置することができ、図示のものとは異なる位置でハウジング２０２から突出することができる。
【0023】
図３に示すようにハウジング２０２が取り外され、図４の拡大図に示すように、ヒューズ素子アセンブリ２０８は、第１のヒューズ素子２１８、および各々がエンドプレート２２６、２２８に設けられている端子コンタクトブロック２２２、２２４にそれぞれ接続されている第２のヒューズ素子２２０を含む。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性材料から製作されるが、他の導電性材料も既知であり、同様に他の実施形態で利用することができる。ヒューズ素子２１８、２１０および端子コンタクトブロック２２２、２２４の機械的および電気的接続は、これに限定されないが、はんだ付け技術を含む既知の技術を用いて確立することができる。
【0024】
様々な実施形態では、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てもよく、または端子ブレード２０４、２０６が別個に設けられ、かつ、取り付けられてもよい。エンドプレート２２６、２２８は、いくつかの実施形態では任意選択であると考えられ、ヒューズ素子アセンブリ２０８と端子ブレード２０４、２０６との間の接続は、別の手法で確立されてもよい。
【0025】
エンドプレート２２６、２２８をハウジング２０２に対して適所に固定する複数の固定ピン２３０も示されている。一例では、固定ピン２３０は、鋼で製作することができるが、他の材料も既知であり、必要に応じて利用することができる。いくつかの実施形態では、ピン２３０は任意選択であると考えられ、他の機械的接続の特徴を優先して省略することができる。
【0026】
消弧フィラー媒体、または材料２３２は、ヒューズ素子アセンブリ２０８を取り囲む。フィラー材料２３２は、（ここで図示されている）プラグで封止されているエンドプレート２２６、２２８のうちの１つの１つ以上の充填開口を介して、ハウジング２０２に導入されてもよい。プラグは、様々な実施形態では、鋼、プラスチック、または他の材料から製作することができる。他の実施形態では、フィラー材料２３２の導入を容易にするために、ハウジング２０２を含むが、これに限定されない、充填孔または充填孔（複数）が、他の位置に設けられてもよい。
【0027】
１つの考えられる実施形態では、充填媒体２３２は、石英珪砂とケイ酸ナトリウム結合剤とからなる。石英砂は、そのゆるやかな圧縮状態では比較的高い熱伝導および吸収能力を有するが、改善された性能を提供するためにケイ素化され得る。例えば、液体ケイ酸ナトリウム溶液を砂に添加し、次いで遊離水を乾燥させることによって、以下の利点を備えたケイ酸塩フィラー材料２３２を得ることができる。
【0028】
ケイ酸塩材料２３２は、ヒューズ素子２１８、２２０、石英砂、ヒューズハウジング２０２、エンドプレート２２６および２２８、および端子コンタクトブロック２２２、２２４に対するケイ酸ナトリウムの熱伝導結合を生成する。この熱結合により、ヒューズ素子２１８、２２０からそれらの周囲、回路インターフェース、および導体へのより高い熱伝導が可能になる。石英砂へのケイ酸ナトリウムの適用は、熱エネルギーの伝導をヒューズ素子２１８、２２０から離れて援助する。
【0029】
ケイ酸ナトリウムは、砂をヒューズ素子、端子、およびハウジング管に機械的に結合し、これらの材料間の熱伝導を増加させる。従来、砂のみを含み得るフィラー材料は、ヒューズ内のヒューズ素子の導電性部分と点接触するのに対し、フィラー材料２３２のケイ素化された砂は、ヒューズ素子に機械的に結合される。したがって、同等の性能を提供する既知のヒューズと比較して、ヒューズ２００の実質的な寸法縮小を部分的に容易にする、ケイ素化されたフィラー材料２３２により、より効率的、かつ効果的な熱伝導が可能になる。
【0030】
図４は、ヒューズ素子アセンブリ２０８をさらに詳細に示している。電力ヒューズ２００は、アセンブリ２０８内のヒューズ素子の設計特徴のため、より高いシステム電圧で動作することができ、ヒューズ２００の寸法縮小をさらに容易にする。
【0031】
図４に示すように、ヒューズ素子２１８、２２０の各々は、一般に、導電性材料のストリップから、斜め断片２４２、２４４によって接続されている一連の同一平面上の断片２４０に形成される。ヒューズ素子２１８、２２０は、一般に、実質的に同一の形状および幾何学的形状で形成されるが、アセンブリ２０８内で互いに対して反転される。すなわち、図示の実施形態でのヒューズ素子２１８、２２０は、互いに鏡像関係に配置されている。言い換えると、ヒューズ素子２１８、２２０の一方は、右上向きに配向され、他方は、逆向きに配向され、その結果、コンパクトで省スペースの構造となる。特定のヒューズ素子の幾何学および配置が示されているが、他の種類のヒューズ素子、ヒューズ素子の幾何学、およびヒューズ素子の配置も他の実施形態で可能である。ヒューズ素子２１８、２２０は、全ての実施形態で互いに同一に形成される必要はない。さらに、いくつかの実施形態では、単一のヒューズ素子を利用することができる。
【0032】
図示されている例示的なヒューズ素子２１８、２２０では、斜め断片２４２、２４４が平面部２４０から平面外に形成または曲げられ、斜め断片２４２が、斜め断片２４４と等しく、かつ、対向傾斜面を有する。すなわち、斜め断片２４２の一方は正の傾斜を有し、斜め断片２４４の他方は図示の例では負の傾斜を有する。斜め断片２４２、２４４は、図示のように平面部２４０の間で対に配置されている。端子タブ２４６は、上述したように、エンドプレート２２６、２２８への電気的接続が確立され得るように、ヒューズ素子２１８、２２０のいずれかの対向する端部に示されている。
【0033】
図示されている例では、平面部２４０は、当該技術分野では弱い箇所と呼ばれる縮小された断面積２４１の複数の断片を画定する。弱い箇所２４１は、図示されている例の平面部２４０内の丸い開口部によって画定される。弱い箇所２４１は、隣接する開口部間の断片２４０の最も薄い部分に対応する。弱い箇所２４１の減少した断面積は、電流がヒューズ素子２１８、２２０を流れるときに熱集中を経験し、弱い箇所２４１の断面積は戦略的に選択されて、指定された電流条件を経た場合、弱い箇所２４１の位置で、ヒューズ素子２１８および２２０を開かせる。
【0034】
各断片２４０に設けられている複数の断片２４０および複数の弱い箇所２４１は、ヒューズ素子２１８、２２０が動作するときに、アーク分割を容易にする。図示した例では、ヒューズ素子２１８、２２０は、１つではなく断片２４０に対応する３つの位置で同時に開く。図示した例によれば、４５０ＶＤＣシステムでは、ヒューズ素子が動作してヒューズ２００を通って回路を開くとき、電気アークが断片２４０の３箇所に分割され、各位置のアークは、４５０ＶＤＣの代わりに１５０ＶＤＣのアーク電位を有する。各断片２４０に設けられている複数（例えば、４つ）の弱い箇所２４１は、弱い箇所２４１の電気アークをさらに効果的に分割する。アーク分割は、ヒューズ２００の寸法縮小をすることができるように、フィラー材料２３２の量を減少させると共にハウジング２０２の半径を減少させる。
【0035】
平面部２４０の間の屈曲斜め断片２４２、２４４は、アークが燃焼するための平坦な長さを依然として提供するが、断片２４２、２４４が交差するコーナーで、アークが結合する可能性を避けるために、曲げ角度を慎重に選択すべきである。屈曲斜め断片２４２、２４４はまた、端子タブ２４６の遠位端と平面部２４０に平行な方向との間で測定されたヒューズ素子アセンブリ２０８の効果的に短い長さを提供する。有効長さがより短いと、ヒューズ素子が屈曲断片２４２、２４４を含まない場合に別の方法で必要とされるであろうヒューズ２００のハウジングの軸方向長さの短縮が容易になる。屈曲斜め断片２４２、２４４はまた、使用中の電流循環動作からの製造疲労および熱膨張疲労からの応力解放を提供する。
【0036】
高出力のハンドリングおよび高電圧の動作の側面を有するこのような小型のヒューズパッケージを維持するために、上記のフィラー２３２および形成されたヒューズ素子の幾何学でのケイ素化された石英砂の使用を超えて、特別な素子処理を適用することもできる。具体的には、ＲＴＶまたはＵＶ硬化型シリコーンなどのアーク遮断材料またはアークバリア材料の適用は、ヒューズ素子２１８、２２０の端子タブ２４６に隣接して適用することができる。最も高い割合の二酸化ケイ素（ケイ土）を生むシリコーンは、端子タブ２４６の近くでアークバーンバックを阻止または緩和する際に、最良の性能を発揮することが分かっている。端子タブ２４６におけるあらゆるアークは望ましくなく、したがって、アーク遮断材料またはバリア材料２５０は、アークが端子タブ２４６に達するのを防止するように設けられた位置で、ヒューズ素子２１８、２２０の全断面を完全に取り囲む。
【0037】
フルレンジ時間電流動作は、各々のヒューズ素子２１８、２２０内に２つのヒューズ素子溶融機構を採用することによって達成される。ヒューズ素子２１８の１つの溶融機構は、高電流動作（または短絡故障）によく反応し、かつ、ヒューズ素子２２０の１つの溶融機構は、低電流動作（または過負荷故障）によく反応する。このように、ヒューズ素子２１８は、短絡ヒューズ素子と呼ばれることがあり、ヒューズ素子２２０は、過負荷ヒューズ素子と呼ばれることがある。
【0038】
ある考えられる実施形態では、過負荷ヒューズ素子２２０は、純粋なスズ（Ｓｎ）が、断片２４０のうちの１つの弱い箇所に近接した位置で、この例では銅（Ｃｕ）から製作されたヒューズ素子に適用されるメトカーフ効果（Ｍ効果）コーティング（図示せず）を含むことができる。過負荷加熱の間に、共晶材料を形成するために、ＳｎおよびＣｕが一緒に拡散する。その結果、考えられる実施形態では、ＣｕとＳｎの間のどこかの低い温度または約４００℃の低い溶融温度が得られる。したがって、過負荷ヒューズ素子２２０およびＭ効果コーティングを含むセクション（複数可）２４０は、短絡ヒューズ素子２１８に影響を与えない電流条件に応答する。考えられる実施形態では、Ｍ効果コーティングは、過負荷ヒューズ素子２２０内の３つのセクション２４０のうちの１つのみの約半分に適用されてもよいが、Ｍ効果コーティングは、必要に応じてセクション２４０の追加のものに適用されてもよい。さらに、Ｍ効果コーティングは、弱い箇所から離れた適用可能な部分２４０に適用されるより大きなコーティングとは対照的に、別の実施形態では、弱い箇所の位置のみにスポットとして適用することができる。
【0039】
短絡ヒューズ素子２１８内のヒューズ素子の溶融断片を縮小することにより、エネルギーを通す、より低い短絡が達成される。これは通常、追加された抵抗と熱による定格電流容量を低下させることによってヒューズ定格に悪影響を与える。ケイ素化された砂フィラー材料２３２は、ヒューズ素子２１８からより効果的に熱を除去するので、さもなければ生じるであろう電流容量の損失を補償する。
【0040】
ケイ酸ナトリウムの石英砂への適用はまた、熱エネルギーの伝導をヒューズ素子の弱い箇所から離れて援助し、機械的応力およびひずみを減少させて、さもなければ生じる可能性のある負荷電流循環疲労を軽減する。換言すれば、ケイ素化されたフィラー２３２は、ヒューズ素子の弱い箇所でのそれらの動作温度を低下させることにより、ヒューズ疲労を緩和する。ケイ酸ナトリウムは、砂をヒューズ素子、端子およびハウジングに機械的に結合し、これらの材料間の熱伝導を増加させる。少ない熱は弱い箇所で生成され、機械的ひずみおよびヒューズの疲労の発現は、その結果遅くなるが、図１に示す電流プロファイルがヒューズ全体に適用されるＥＶの用途では、疲労によるヒューズ素子のヒューズ故障は、短絡状態または過負荷状態とは対照的に、ヒューズの寿命への実際的な制限となっている。
【0041】
記載されたヒューズ素子は、従来設計されたヒューズと同様に、金属で打ち抜かれた、または穴あきヒューズ素子を利用しており、上述した周期的電流負荷の種類を含むＥＶの用途には不利であることが見出された。このような打ち抜かれたヒューズ素子の設計は、銅または銀または銅合金から製作されたものであれ、ヒューズ素子の弱い箇所２４１に機械的なひずみおよび応力を不必要に導入し、その結果、より短い耐用年数となる傾向がある。この短いヒューズ耐用年数は、弱い箇所２４１におけるヒューズ素子の機械的疲労に起因する厄介なヒューズ動作の形で現れる。
【0042】
図５および図６に示すように、繰り返される高電流パルスは、ヒューズ素子２１８、２２０の亀裂伝播および故障に続く粒界崩壊から、金属疲労につながる。ヒューズ素子２１８、２２０の機械的制約は、打ち抜かれたヒューズ素子の設計および製造に固有のものであり、繰り返される負荷電流循環中に弱い箇所２４１の面内座屈を促進することが残念ながら判明している。この面内座屈は、隣接する金属粒子間に剥離または滑りが生じる金属粒界への損傷の結果である。このような弱い箇所２４１の座屈は、経時的に発生し、より高い一時的な電流パルスで加速され、より顕著になる。一時的な電流パルスの加熱冷却デルタが大きいほど、機械的影響が大きくなり、したがって、弱い箇所２４１の面内座屈変形が大きくなる。
【0043】
一時的な電流パルスの加熱効果によって引き起こされる金属の繰り返しの物理的機械的操作は、ひいては、金属ヒューズ素子の粒子構造の変化を引き起こす。これらの機械的操作は、金属の加工と呼ばれることもある。金属の加工は、隣接する粒子が近隣の粒子に強く拘束されている場合に、粒界の強化を引き起こす。金属の加工が過剰になると、粒子が互いに滑り落ち、滑り帯または滑り面と呼ばれるものが生じる、粒界での崩壊が結果的に生じる。粒子間のこの滑りおよび分離は、電流パルスの加熱効果を増加させることによって、疲労プロセスを加速する電気抵抗の局部的増加をもたらす。滑り帯の形成は、疲労亀裂が最初に開始されたところである。
【0044】
本発明者らは、ヒューズ素子２１８、２２０を形成するために、金属を打ち抜く、または穴をあける製造方法が、弱い箇所２４１を形成する打ち抜きプロセスがせん断および引き裂きの機械的なプロセスであるために、ヒューズ素子の弱い箇所２４１の全ての打ち抜かれた縁部に局所的な滑り帯を生じさせることを見出した。この引き裂きプロセスは、多くの滑り帯領域を有する弱い箇所２４１に予め応力を加える。滑り帯および疲労亀裂は、熱の影響により記載された座屈と相まって、最終的に、電気的故障状態と無関係である弱い箇所２４１の時ならぬ構造破損をもたらす。電力システム内の問題のある電気状態に関係しないこのような早期破壊モードは、ヒューズの厄介な動作と呼ばれることがある。一旦ヒューズ素子が故障すると、ヒューズに接続された回路は、ヒューズが交換されるまで再び動作しないので、そのような厄介な動作を回避することは、ＥＶ製造業者および消費者の両方の観点から、ＥＶ電力システムで非常に望ましい。したがって、実際ＥＶ車両および電力システムへの関心が高まるにつれて、ヒューズ疲労の影響は、車両設計での負の重要品質（ＣＴＱ）属性であるとみなされる。
【0045】
したがって、耐疲労である弱い箇所を含むヒューズ素子を製作するための新しい設計方法が非常に望ましい。可能なアプローチは、金属片からの弱い箇所を含むヒューズ素子の幾何形状を製作するためのレーザまたはウォータージェット切断方法の使用による打ち抜き応力を除去することであろう。所望の数の弱い箇所を含むヒューズ素子を製作する際に、切断のためのレーザ出力が使用され、ウォータージェットが冷却およびデブリ除去のために使用されるレーザとウォータージェットの両方の切断方法を組み合わせることができる。このような方法は、部分的には、上述のようなスリップバンドを有する弱い箇所２４１の予応力を排除することによって有利である。しかしながら、このような製作方法は、金属の加工による疲労および弱い箇所２４１での座屈を排除するものではない。したがって、このような方法は、打ち抜かれた金属ヒューズ素子に対して延長された耐用年数を提供することができるが、厄介なヒューズ動作が依然として生じ、他の解決策が望まれる。
【0046】
図７～図１１は、従来の打ち抜かれた弱い箇所ではなく、ワイヤ結合された弱い箇所を含む耐疲労ヒューズ素子アセンブリ３００のそれぞれの製作段階を示す。ワイヤ結合された弱い箇所は、金属で打ち抜かれたヒューズ素子に共通する上述した弱い箇所および座屈の問題の事前応力を除去し、したがって、図１に示されるもののような周期的電流負荷を示す同じ動作条件において、厄介な動作を避ける。
【0047】
図７は、本発明の例示的な実施形態による耐疲労ヒューズ素子アセンブリ３００を示す。ヒューズ素子アセンブリ３００は、一連の導電性プレート３０２、３０４、３０６、３０８および３１０と、プレート３０２、３０４、３０６、３０８および３１０を相互接続する別個に設けられた導電性ワイヤ結合された弱い箇所素子３１２とを含む。プレート３０２、３０４、３０６、３０８および３１０は、上述したような導電性金属または合金から製作することができる。プレート３０２、３０４、３０６、３０８および３１０は、お互いに同一平面上の関係でほぼ整列しており、互いにわずかに離間載置され、導電性ワイヤで結合された弱い箇所素子３１２は、プレート３０２、３０４、３０６、３０８および３１０のうちの隣接するものの間に延びている。
【0048】
ワイヤ結合された弱い箇所素子３１２は、はんだ付け、ろう付け、溶接または当該技術分野で知られている他の技術を介して、それぞれのプレート３０２、３０４、３０６、３０８および３１０とは別々に提供されるが、機械的および電気的に接続されるワイヤを含む。図９に見られるように、各々のワイヤ結合された弱い箇所３１２は、プレートのうちの第１のものに接続された第１の端部３１４と、プレートのうちの第２のものに接続された第２の端部３１６と、第１および第２の端部３１４、３１６の間に延びるひずみ緩和ループ部分３１８と、を含むことができる。第１および第２の端部３１４、３１６は、各々のそれぞれのプレート上で概ね平面状に延びて、一方、ひずみ緩和ループ部分３１８は、端部３１４、３１６の間でアーチ状に延びる。結合位置の間のそれぞれのプレートに対するひずみ緩和ループ部分３１８の包含は、熱機械的サイクルによる座屈疲労を低減する。
【0049】
ワイヤ結合された弱い箇所素子３１２のワイヤは、細長い丸いまたは円筒形の形状または任意の所望の領域の一定のまたは均一の断面積を有する形態で提供されて、プレート３０２、３０４、３０６、３０８および３１０の間の低減された断面積の弱い箇所の所望の数を画定し、プレート３０２、３０４、３０６、３０８および３１０の間の可溶作用を促進する。ワイヤ結合された弱い箇所素子３１２のワイヤはまた、ときにはワイヤリボン材と呼ばれる矩形の断面積または形状を有する平坦な形状で提供されてもよい。いずれにせよ、ワイヤ結合された弱い箇所素子３１２の使用は、金属打ち抜きプロセスからの応力を除去する。ひずみ緩和部分３１８を含むワイヤ結合された弱い箇所素子３１２は、プレート３０２、３０４、３０６、３０８および３１０とは別々に製作され、さもなければ、上述したヒューズ素子２１８、２２０のような単一ヒューズ素子構造から必要とされる複雑なヒューズ素子形成ジオメトリの必要性が排除される。
【0050】
いくつかの実施形態では、ワイヤ結合された弱い箇所素子３１２およびプレート３０２、３０４、３０６、３０８および３１０は、ワイヤおよびプレート３０２、３０４、３０６、３０８および３１０の電気抵抗が独立するように異なる材料および寸法から製作されてもよい。考えられる実施形態では、銅プレート３０２、３０４、３０６、３０８および３１０と組み合わせてワイヤ結合された弱い箇所素子３１２用のアルミニウムワイヤが有利であると考えられる。アルミニウムの溶融温度は約６６０℃であり、銀よりも３０２℃低く、銅よりも４２５℃低い。アルミニウムのより低い溶融温度は、ワイヤ結合された弱い箇所素子３１２における短絡レトスルーエネルギー（時間およびピーク電流またはＩ２ｔ）を低下させることに等しい。さらに、アルミニウムがワイヤ結合された弱い箇所素子３１２のために利用されるときのヒューズ性能を向上させるために、アルミニウム抵抗率は、２８．２ｎΩ・ｍ（以下の比較表に見られるように銀の抵抗率の約１．８倍であるが、銅プレート３０２、３０４、３０６、３０８および３１０は素子抵抗を低く保つ。
【0051】
【表1】
【0052】
別の考えられる実施形態では、ワイヤ結合された弱い箇所素子３１２および銅プレート３０２、３０４、３０６、３０８および３１０内の銀ワイヤは、特定のタイプの電流制限ヒューズで利用される傾向のある全ての銀で打ち抜かれたヒューズ素子に対してコスト効果のある代替物を提供する。もちろん、さらなる変形が可能である。
【0053】
ワイヤ結合された弱い箇所素子３１２および銅プレート３０２、３０４、３０６、３０８および３１０に利用される材料にかかわらず、アセンブリ３００の製作に使用され得る３つの基本的なワイヤ結合技術が存在する。ワイヤのサーモソニック結合は、ボールおよびウェッジタイプの取り付け方法のために、温度、超音波および低衝撃力を利用する。ワイヤの超音波結合は、超音波と低衝撃力とウェッジ法のみを利用する。ワイヤの熱圧着結合は、温度と高衝撃力とウェッジ法のみを利用する。
【0054】
示された例示的な実施形態では、隣接するプレート間の１３個のワイヤ結合された弱い箇所素子３１２によって相互接続された５つの導電性プレート３０２、３０４、３０６、３０８および３１０がアセンブリ３００に示されている。したがって、アセンブリ３００は、アセンブリ３００内に合計で５２本のワイヤ結合された弱い箇所素子３１２のために、プレート３０２、３０４、３０６、３０８および３１０の間の４つの位置のそれぞれにおいて各々のプレートの間の１３本のワイヤ結合された弱い箇所素子３１２を横切るアーク分割を伴う高電圧ＥＶ電力システムの用途に非常に適している。しかしながら、他の実施形態では、プレート３０２、３０４、３０６、３０８および３１０の数および／またはワイヤ結合された弱い箇所３１２の数を、隣接するプレート間で代替的に利用することができる。プレート３０２、３０４、３０６、３０８および３１０の例示的な形状が示されているが、他の形状も可能である。また、各々のプレート３０２、３０４、３０６、３０８および３１０は、図示の例では概して平面であるが、別の実施形態では、プレート３０２、３０４、３０６、３０８および３１０は、上述したヒューズ素子２１８、２２０と同様に平面外に曲がったセクションを含む。
【0055】
図８および図９に示すように、ヒューズ素子アセンブリ３００はまた、各々のプレートの端縁に適用され、ワイヤ結合された弱い箇所素子３１２の端部３１４、３１６を密閉するシール材料３２０を含む。考えられる実施形態におけるシール材料３１２は、上記のようなシリコーンであってもよい。シール材料３２０は、アセンブリ３００に気密シールおよびアークバリア特性を提供する。気密シールは、ワイヤ結合された接続部のための腐食および電解問題、ならびにワイヤ結合された弱い箇所素子３１２について上述したようなアルミニウムワイヤが利用される場合の特別な利益であるジョイント金属の酸化の回避を回避する。ヒューズが動作するときに、ＡＣおよびＤＣアークの両方のためにシール材料３２０によってアーククエンチングバリアが設けられる。
【0056】
別の考えられる実施形態では、シール材料３２０は、代替的に、ワイヤ結合された弱い箇所素子３１２の端部３１４、３１６をそれぞれのプレート３０２、３０４、３０６、３０８および３１０に接続するために使用されるはんだであってもよい。すなわち、場合によっては、はんだは、アセンブリ内のワイヤ結合された弱い箇所素子３１２の端部３１４、３１６を効果的にシールすることができる。はんだが純粋なスズである場合、銅ワイヤ結合された弱い箇所素子３１２と共に使用される場合、それはシールおよびＭスポット材料になることもできる。しかしながら、Ｍ効果材料は、さらに他の実施形態では必要に応じて独立して適用することができ、はんだ付け材料を介して達成する必要はないことが理解される。
【0057】
また、いくつかの実施形態では、ワイヤ結合された弱い箇所素子３１２の端部３１４、３１６に、はんだとシリコーンのようなアークバリア材料の両方を組み合わせて適用して、シール材料３２０を集合的に画定することも考えられる。すなわち、はんだ層を覆って、はんだがシールとして作用し、シリコーンがアーククエンチング材料および障壁として作用するように、シリコーン層を適用することができる。電力システムのヒューズの異なる仕様に適合するために、様々な程度のシールおよびアークバリア特性を提供するための多くの他の選択肢が可能である。
【0058】
図１０および図１１に示すように、石砂のようなアーククエンチング媒体３２２もシール材料３２０およびワイヤ結合された弱い箇所素子３１２のループ部分３１８の上に設けられる。示された例示的な実施形態では、隣接するプレートの上にのみ延びているシール材料３２０とは異なり、アーククエンチング媒体３２２は、プレートの上方および下方に延びる。アーククエンチング媒体３２２は、ワイヤ結合された弱い箇所素子３１２のループ部分３１８のヒートシンク、アーククエンチング、および機械的支持を含むいくつかの機能を提供する。石またはケイ素化された砂は、ｓ部分３１８ワイヤの弱い箇所を機械的に支持し、石砂は、石英珪砂とケイ酸ナトリウムとメラミン粉末とを混合して特別なアーククエンチング能力を付与することができる。
【0059】
アーククエンチング媒体３２２は、半固体コンシステンシーを有する化合物または溶液としてヒューズ素子アセンブリ３００に適用することができ、その結果、アーククエンチング媒体３２２の一部分の上方から適用されると、プレート間の開口部から滲出し、プレートの底側部に接触してワイヤ結合された弱い箇所３１２を完全に取り囲む。しかしながら、図１０および図１１に示すように、アーククエンチング媒体３２２は、ヒューズ素子アセンブリ全体を取り囲まない。代わりに、図１０に見られるように、プレート３０２、３０４、３０６、３０８および３１０の一部は、ワイヤ結合されたヒューズ素子３１２の間のアーククエンチング媒体によって全く覆われていない。このようなアーククエンチング媒体３１２の目標使用は、コストを節減するだけでなく、ヒューズ素子アセンブリを含むヒューズの重量を低減する。
【0060】
ケイ素化された媒体は、ヒューズ素子２１８、２２０について上述したように、ヒューズ素子アセンブリの改善された熱性能のために、ワイヤ結合された弱い箇所３１２に結合されてもよい。アーククエンチング媒体３１２内に含まれるメラミン粉末は、電気的故障状態に応答してヒューズが開くので、さらなる性能改善のためにアーク消弧ガスを生成する。
【0061】
【0062】
図１２に示すように、銅などの導電性金属のリードフレーム４００は、図示のように多数の長方形の開口部４０２および細長いスロット４０４で打ち抜かれた金属シートから構築される。
【0063】
図１３に示すように、ワイヤ結合された弱い箇所３１２の列は、図示のようにリードフレーム４００上の細長いスロット４０４の所望のものを横切って接続されている。上述した技術のいずれかを使用して、ワイヤ結合された弱い箇所３１２に接続することができる。
【0064】
図１４に示すように、シール材料３２０の列が分配され、図示のようにリードフレーム４００上のワイヤ結合された弱い箇所３１２を覆うように適用される。ワイヤ結合されたジョイントのシール材料３２０は、ヒューズが動作または開放するときにアーククエンチングバリアを提供すると共に、そうでなければ起こり得る酸化および腐食を防止または低減する気密シールを生成する。
【0065】
図１５に示されているように、アーククエンチング媒体３２２の列は、図示されているように、リードフレーム４００上のシール材料３２０の上に分配されて適用される。
【0066】
図１６に示すように、開口部４０２の間の金属材料を除去することによって、ヒューズアセンブリ３００を単一化するために、リードフレーム４００が打ち抜かれる（図１２～１５）。図示の例では、１５個のヒューズ素子アセンブリ３００が、リードフレーム４００上で実行されるバッチプロセスで形成される。
【0067】
図１７は、ヒューズの製作のために準備された完成したヒューズ素子アセンブリ３００を示す。図１８は、ハウジング２０２の内部に２つのヒューズ素子アセンブリ３００を含むヒューズ５００と、上述した素子２０４、２０６、２２４、２２６および２２８とを示している。ヒューズ５００は、ヒューズ３００と同様に、上述のヒューズ２００のような疲労による厄介な動作をすることなく、ＥＶ電力システムに適し、図１の駆動プロファイルに耐える５００Ｖ、１５０Ａ定格のヒューズを提供するように技術化することができる。ヒューズ５００は、記載されたヒューズ２００と同様の寸法で製作されてもよく、ＥＶ電力システムの用途に対して５０％の小型化を伴う高電圧電力ヒューズを提供する。
【0068】
本発明の利益および利点は、ここで開示された例示的な実施形態に関して十分に説明されていると考えられる。
【0069】
ハウジングと、ハウジングから延びる第１および第２の導電性端子と、第１および第２の端子間に接続された少なくとも１つの耐疲労ヒューズ素子アセンブリとを含む電力ヒューズの実施形態が開示されている。ヒューズ素子アセンブリは、第１および第２の導電性端子をそれぞれ接続する少なくとも第１の導電性プレートおよび第２の導電性プレートと、第１の導電性プレートと第２の導電性プレートとを相互接続する複数の個別に設けられたワイヤ結合された弱い箇所と、を含む。
【0070】
任意選択で、第１の導電性プレートおよび第２の導電性プレートは、第１の導電性材料から製作することができ、ワイヤ結合された弱い箇所は、第１の導電性材料とは異なる第２の導電性材料から製作することができる。第１の導電性材料は、銅であってもよく、第２の導電性材料は、アルミニウムであってもよい。代替的に、第２の導電性材料は、銀であってもよい。
【0071】
電力ヒューズは、任意選択で、それぞれの第１の導電性プレートおよび第２の導電性プレートに接続されたワイヤ結合された弱い箇所のそれぞれの端部を覆うシーリング要素を含む。シーリング要素は、はんだ、Ｍスポット材またはアークバリア材のうちの少なくとも１つとすることができる。アーククエンチング媒体はまた、シーリング要素を覆うことができる。アーククエンチング媒体は、珪砂または硅石を含んでもよく、また、メラミン粉末を含んでもよい。第１の導電性プレートおよび第２の導電性プレートの一部は、アーククエンチング媒体によって被覆されてなくてもよい。
【0072】
少なくとも１つの耐疲労ヒューズ素子アセンブリは、各々少なくとも第１の導電性プレートと第２の導電性プレートとを有する２つの耐疲労ヒューズ素子アセンブリと、第１の導電性プレートと第２の導電性プレートとを相互接続する複数のヒューズ素子弱い箇所と、を含むことができる。ヒューズの定格電圧は、少なくとも５００Ｖであってもよい。ヒューズの定格電流は、少なくとも１５０Ａであってもよい。第１および第２の導電性端子は、第１および第２の端子ブレードを含む。ハウジングは、円筒状であってもよい。
【0073】
少なくとも１つの第１の導電性プレートおよび第２の導電性プレートは、５つの導電性プレートのそれぞれものの間に延びる複数のワイヤ結合された弱い箇所を有する５つの導電性プレートを含むことができる。複数のワイヤ結合された弱い箇所の各々は、ひずみ緩和ループ部分を含むことができる。複数のワイヤ結合された弱い箇所は、１３の結合された弱い箇所を含むことができる。複数のワイヤ結合された弱い箇所は、それぞれ丸みを帯びたワイヤを含む。第１の導電性プレートと第２の導電性プレートは、同一平面上に配置することができ、複数のワイヤ結合された弱い箇所は、第１の導電性プレートと第２の導電性プレートの平面外に延びることができる。
【0074】
この記載された説明は、最善の様式を含めて本発明を開示するために実施例を使用し、また当業者が本発明を実践することを可能にするためにも実施例を使用し、それには任意の装置またはシステムを作製しかつ使用することおよび組み込まれた方法を実行することが含まれる。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が思い付く他の実施例を含み得る。そのような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文字通りの言葉と異ならない構造的要因を有する場合、またはそれらが特許請求の範囲の文字通りの言葉との実質的な相違がない同等の構造的要因を含む場合、特許請求の範囲の範囲内にあることが意図されている。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
