CN102024540A

CN102024540A - 正特性热敏电阻

Info

Publication number: CN102024540A
Application number: CN 201010277668
Authority: CN
Inventors: 真弓英二; 塚本敬生; 中山博史
Original assignee: Mabuchi Motor Co Ltd; Tyco Electronics Corp
Current assignee: Mabuchi Motor Co Ltd; TE Connectivity Corp
Priority date: 2009-09-09
Filing date: 2010-09-08
Publication date: 2011-04-20
Also published as: JP2011060952A

Abstract

本发明提供一种在不损害可靠性的情况下实现电机小型化的技术。PTC 40包括：具有正温度系数的电阻元件63、设在电阻元件的其中一个面的第一电极65以及设在电阻元件另一面的第二电极64。第一电极65比第二电极64厚。根据该方式，第一电极65和第二电极64的厚度互为不同，因此与不改变两电极整体的容积而使第一电极65和第二电极64厚度相同的情况相比，能够得到更大的热流量。

Description

正特性热敏电阻

技术领域

本发明涉及一种正特性热敏电阻(thermistor)。

背景技术

DC电机(以下简称为“电机”)应用于从汽车的电气设备、音响/图像设备、家电设备到玩具/模型，几乎所有的领域和用途中。

对这种电机中的电路进行防止加热以及过电流保护的设备，已知有正特性热敏电阻(以下称作PTC(positive temperature coefficient))(参照专利文献1)。PTC是由电阻器和以三明治(sandwich)状夹住该电阻器的两电极分层配置而成，具有当超过某一温度时内部电阻值急剧增大的特性。因而，在向电机持续施加过负荷，或者电机转动被强制锁定的情况下，因过大电流的流过引起电机的内部温度上升的同时，PTC的温度也上升，内部电阻值剧增，从而导致所谓的跳闸(trip)。由于该跳闸现象，提供给电机的电流急速下降，从而防止电机的过热及烧损。

[现有技术文献]

[专利文献]

专利文献1：日本特开2002-203704号公报。

发明内容

电机的小型化要求对包括在其中的各部件的大小和布局加以限制，例如上述的PTC、扼流圈(choke coil)。例如，PTC小型化将会导致跳闸时间变得比预期设定时间短的倾向。例如，在开闭汽车窗户的电动车窗机构驱动源中所使用的电机被设计成由PTC来保护的情况下，一旦电机运转PTC就会发热。通常方式下，在PTC发热跳闸前需要将窗户完全打开或者关闭，但是如果PTC提前跳闸，车窗很有可能在开闭的中途停住。因而，某些用途不希望出现PTC跳闸时间短、也就是过早跳闸现象(所谓提前切断现象)。

本发明是鉴于这种状况而研发的，其目的在于，提供一种在不损害可靠性的情况下实现电机小型化的技术。

为了解决上述问题，本发明提供一种正特性热敏电阻，具备：具有正温度系数的电阻元件、设在电阻元件其中一面的第一电极以及设在电阻元件另一面的第二电极。第一电极比第二电极厚。

根据该方式，第一电极和第二电极的厚度互不相同，因此与不改变两电极整体容积而使第一电极和第二电极厚度相同的情况相比，能够得到更大的热流量。即提高了向外部的散热性能。因此，电阻元件的温度上升被抑制，跳闸时间被延长，从而抑制了安装有这种正特性热敏电阻的设备早于预期设定时间提前停止运转的状况。

通过本发明，在不损害可靠性的情况下就能够实现电机的小型化。

附图说明

图1为本实施方式中DC电机的立体图；

图2为从旋转轴方向观看到的本实施方式中DC电机的剖视图；

图3为从垂直于旋转轴的方向观看到的本实施方式中DC电机的局部剖视图；

图4为从旋转轴方向观看到的本实施方式中DC电机盖部件的内部结构示意图；

图5为用于说明本实施方式中DC电机结构的示意图；

图6为本实施方式中PTC模式剖视图。

附图标记说明：

1：电机；2：定子；3：外壳；4：转子；5：旋转轴；6：轴承装置；8：外罩；9：开口部；10：盖部件；11：端子连接部；12：外部端子；13：电机内部；14：平板部；15：内周面；16：电枢绕组；17：型芯；18：换向器；19：电刷(brush)；20：电刷臂；21：电刷座(brush base)；40：PTC；63：电阻元件；64：第二电极；65：第一电极。

具体实施方式

下面参照附图来说明本发明的实施方式。在附图说明中对相同元件标注相同符号，并适当省略重复的说明。另外，下面所述的结构仅为示例，并不限定本发明的范围。

图1至图5是用于说明本实施方式中DC电机结构的示意图。图1是本实施方式中DC电机的立体图。图2是从旋转轴方向观看到的本实施方式中DC电机的剖视图。图3是从垂直于旋转轴的方向观看到的本实施方式中DC电机的局部剖视图。

首先，通过图1至图3说明小型DC电机的整体结构。如图1至图3所示，本实施方式中的小型DC电机(以下称作“电机”)1包括：安装在外壳3内部的定子2以及配设在外壳3内部的转子4。转子4的旋转轴5由设在外壳3的轴承装置6、7支撑，并可以自由旋转。

外壳3包括导电性的外罩8和绝缘性的盖部件10。外罩8为导体构成的有底中空筒状，该导体例如为以软钢为材料的冷轧钢板。盖部件10与外罩8的开口部9套合，由例如树脂材料或者其它绝缘材料形成。在外壳3中形成有相互平行的一对平板部14。此外，外壳也可以是未形成上述平板部14的截面为圆形的情况。

在盖部件10中设有一对端子连接部11，从外部直流电源(未图示)经过外部端子12(参照图4)提供电流。连接在电源上用于提供电流的外部端子12插在端子连接部11中，可以插入和拔出。此外，外部端子12不是电机1的构成部件，而是安装有电机1的例如驱动器(未图示)侧的部件。

定子2被固定在外罩8的圆筒状的内周面15，由一对弧段状永久磁铁所构成，该永久磁铁由例如永磁铁氧体(hard ferrite)那样的磁性材料形成。转子4可自由旋转地配置在被盖部件10和外罩8包围的电机内部13中。转子4包括向作为旋转中心的中心轴方向延伸的旋转轴5、分别安装在旋转轴5上的型芯17及换向器18。在型芯17中电枢绕组16被卷绕为线圈形状，型芯17经过规定间隙配置在定子2的内侧。换向器18与电枢绕组16电连接。

图4是从旋转轴方向观看到的本实施方式中DC电机盖部件的内部结构图。图5是从垂直于旋转轴的方向观看到的图4所示盖部件的局部剖视图。图4是包括图1所示盖部件10的内部结构图，如图所示，整体结构大致左右对称。此外，为了说明的方便，“上、下、左、右”等用词以图4中的位置和方向为例。

如图4所示，在盖部件10的大致中央部设有由碳(carbon)等导体材料形成的多组(例如两组)电刷19，电刷19与换向器18(参照图3)滑接使电流流过。电刷19分别安装在例如由磷青铜、铍铜、黄铜或者锌白铜等导体构成的多组(例如两组)电刷臂20的自由端上，电刷臂20安装在盖部件10的内部。电连接在电刷臂20另一端的一对电刷座21安装在盖部件10的内部，电刷座21具有平板状部22。

在端子连接部11中设置有用于插入外部端子12的贯通孔23。在盖部件10的内部形成有绝缘性引导部件24，用于当外部端子12插入贯通孔23时对外部端子12进行滑接并引导和支撑。引导部件24安装在盖部件10的内侧壁部25和内周壁部26中，三者成为一体。一对引导部件24被左右分设，并向前方(外罩8的方向)突出。

包含于端子连接部11的内部端子30、31左右分设在盖部件10的内部，由例如磷青铜、铍铜、黄铜或者锌白铜等柔性导体构成。在左右两侧的内部端子30、31的上端部分别形成有S字状和反S字状的弯曲部32。弯曲部32由与盖部件10形成为一体的绝缘性支撑部33来支撑。在弯曲部32和引导部件24之间形成有空隙部37。内部端子30、31的下端部34、35由与盖部件10形成为一体的绝缘性支撑台36来支撑。

当外部端子12向箭头B方向插入并穿通贯通孔23进入空隙部37时，外部端子12和弯曲部32接触。这样，各内部端子30、31由于被外部端子12按压发生弯曲而弹性变形，左边的外部端子12和左边的内部端子30、右边的外部端子12和右边的内部端子31分别被电连接。

在盖部件10中，内置有正特性热敏电阻(PTC)40来控制流经转子4的电枢绕组16的电流。PTC还被称作“正温度系数热敏电阻”，具有随着温度上升电阻值变大的性质。

PTC 40安装在其中一侧(图中的右边)的内部端子31和电刷座21之间。由于该内部端子31的弹力，通过将PTC 40的两电极64、65分别压接在内部端子31和电刷座21上保持PTC 40被串联连接。

PTC 40的厚度尺寸大，因此与另一侧(图中左侧)的内部端子30相比，需要使一侧的内部端子31进行较大的弹性变形。因而，该一侧的内部端子31优选使用与另一侧内部端子30不同形状的端子，且弹性变形量与另一侧内部端子30大体相同，使压接左右侧外部端子12的内部端子30、31各弯曲部32的按压力左右大致均等。此外，也可以使两内部端子为左右对称的形状。

盖部件10包括盖本体41，盖本体41的两侧面50为圆形状，上部表面51和下部表面52分别为平面状。在盖本体41中形成有外罩连接部54，其整体向前方突出。外罩连接部54的外侧尺寸和形状是与外罩8的内侧尺寸和形状相对应而形成的。外罩连接部54两侧的侧部突出部55的外周面56形成为圆形状，下部突出部57的外表面58形成为平面状，上部突出部59的外表面60也形成为平面状。

侧部突出部55的内面61形成为平面状，电刷座21的平板状部22抵接该内面61。在盖本体41的内侧壁部25中形成有在内面61上连续的竖立的矩状凹部42。支撑部33形成在内侧壁部25的中央上部，其整体向前方突出。在引导部件24和支撑部33的附近，形成支撑内部端子30、31的梁状轮毂(boss)62，其整体从内侧壁部25向前方突出，轮毂62由与盖本体41相同的绝缘材料构成。轮毂62位于引导部件24和支撑部33之间的下方，左右分设共一对。

如图4和图5所示，PTC 40包括薄板状矩形电阻元件63以及电极64、65，并呈层状分布。其中，电极64、65分别固定在电阻元件63的两面，以三明治状夹住电阻元件63。

(正特性热敏电阻)

接着，详述本实施方式中的PTC 40。本实施方式中的PTC 40是具有正温度系数的热敏电阻。虽然在本实施方式中，例举了电阻元件为聚合物系材料的热敏电阻，但是也可以使用例如陶瓷系的材料。作为聚合物系的PTC，已知有在低熔点的聚合物中分散碳黑、镍等导电粒子的PTC。其机理是：通过聚合物的熔融，导电粉末的接触被切断，电阻抗增大，从而难以流过电流，抑制过电流、过热。具体地说，通过向聚乙烯等结晶聚合物中均匀地分散碳黑等导电粒子，能够得到良好的特性。另一方面，作为陶瓷系的PTC，已知有向钛酸钡中添加添加物的陶瓷等。这种PTC利用在钛酸钡的居里温度附近时电阻抗急剧增大的性质来抑制过电流、过热。

图6是表示本实施方式中PTC的模式剖视图。PTC 40包括具有正温度系数的电阻元件63、设在电阻元件63其中一面的第一电极65、以及设在电阻元件63另一面的第二电极64。第一电极65比第二电极64厚。PTC 40检测出通电电路内的过电流或者周围温度的过度上升则切断该电路。

本发明人对用电极夹住板状电阻元件两面这种结构的PTC中的热释放，换句话说由电阻元件产生的热量如何向外部释放进行了潜心研究。其结果，想到如下可能性：当不改变电阻元件两侧的电极厚度总和而改变第一电极65和第二电极各自的厚度时，在第一电极和第二电极厚度互不相同的情况下，散热性能够提高。即，由此想到不改变PTC大小就能延长跳闸时间的方法。

热流量由以下述式(1)表示。

热流量(q)＝热传导率(λ)×表面积(S)×温度差(Δt)/电极厚度(L)……(1)

(a)在左右电极厚度相等(板厚为单侧2L，合计4L)的情况下，单侧电极的热流量q1为：

q1＝λ×S×Δt/2L ……(2)

厚度相同的另一个电极的热流量也相同，因此整体的热流量q为q1的2倍。即

q＝q1×2＝λ×S×Δt/L ……(3)

(b)在左右电极厚度不同(第一电极的厚度为3L，第二电极的厚度为L，合计4L)的情况下，第一电极的热流量q2为：

q2＝λ×S×Δt/3L ……(4)

第二电极的热流量q3为：

q3＝λ×S×Δt/L ……(5)

因而，左右电极的厚度不同时热流量的总和q’为：

q’＝q2+q3＝4/3×λ×S×Δt/L＝4/3×q ……(6)

与左右电极厚度相等的情况相比，热流量增大。

由此，第一电极和第二电极厚度不同的情况，与第一电极和第二电极厚度相同的情况相比，能够得到更大的热流量。即，可提高对外部的散热性能。因此，通过抑制电阻元件63的温度上升来延长跳闸时间，可以抑制安装这种PTC40的电机1早于预期设定时间提前停止动作的状况。

本实施方式的第一电极65的厚度t1比电阻元件63的厚度t2大。由此，从PTC 40整体看电阻元件63的厚度相对变薄，PTC 40的整体电阻变低，发热量变小，因此能够期待跳闸时间变长。另外，与第一电极65比电阻元件63薄的情况相比，能够提高相对于电阻元件63发热量的第一电极65的散热量。

本发明不限于上述实施方式，还能够根据本技术领域从业人员的知识来对实施方式加以各种设计变更等变形，施以这种变形的实施方式也包括在本发明的范围内。

Claims

1.一种正特性热敏电阻，其特征在于，包括：

电阻元件，其具有正温度系数；

第一电极，其设在所述电阻元件的一个面；以及

第二电极，其设在所述电阻元件的另一面；

所述第一电极比所述第二电极厚。