CN102347123A - 控制故障热敏电阻器件的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种控制故障热敏电阻器件的方法和装置。例如，一种热敏电阻器件，包括支撑、接触和偏移柱，被配置为辅助故障热敏电阻“珠”的断裂，并且将断裂的珠的碎片分散远离导电接触的分隔室中以最小化电弧放电和过热。

Description

控制故障热敏电阻器件的方法和装置
技术领域
本发明一般地涉及电机启动装置，以及更具体地涉及具有改进的故障控制的正温度系数(PTC)热敏电阻器件。
背景技术
用于制冷设备的大部分小压缩机都需要符合压缩机启动/辅助电机绕组的PTC热敏电阻，以提供在启动/辅助电机绕组和主电机绕组之间的相移，以及需要在压缩机电机达到其操作旋转速度时用于减少启动/辅助绕组电流的装置。热敏电阻(通常被称作珠(pill))可能进入被称作“热耗散”的状态，该状态为故障模式，在此期间，热敏电阻的电阻显著地超过其典型稳定状态(自调节)电阻，并且超过其最大电阻(RMAX)值，之后，其电阻值降低并且由于所导致的电流增加而使得热敏电阻以不受控制的速度被加热。一种可能的热敏电阻故障模式是断裂，其是由于热应力而发生的。
转让给Murata Manufacturing Co.，Ltd.，的美国专利第6,172,593号描述了现有技术的器件，其具有弹簧接触和非导电支撑柱，其在热敏电阻的整个正常使用寿命期间始终保持与热敏电阻接触。因为用于启动冰箱压缩机的热敏电阻通常在切换(高阻)状态在160℃-170℃自调节，所以与热敏电阻电极密切接触的材料不得不具有更高的相对温度指数(RTI)，这更加昂贵。此外，该实施例将部分热敏电阻拉伸和压缩至该珠的相对侧上，在热敏电阻的另一端附近那些力反向。不幸的是，在一些情况下，如果该珠没有以电流停止的方式破裂，则珠的裂开部分(也被称作碎片)保持与内部端子的电接触，这可能导致电弧放电和过热。
在制冷设备中，在珠故障时，需要更可靠、更低成本的设计来最小化电弧放电、电流和后续的过热。传统热敏电阻器件不总是在热敏电阻故障时以消除过度过热和电弧放电的方式故障。
发明内容
传统的热敏电阻器件不能在内部部件故障时充分消除过热和电弧放电的问题，这是因为一些碎片仍保持为夹在导电部件之间。
在本发明的一个实施例中，一种电子器件包括电子元件，具有相对侧，第一电极和第二电极位于所述电子元件的所述相对侧上，所述电子元件具有连接所述相对侧的侧壁部分，所述侧壁部分的表面限定了所述电子元件的外周；第一弹性支撑，包括与所述第一电极接触的第一接触部分；以及第二弹性支撑，包括在与所述第一接触部分不同的位置处与所述第一电极接触的第二接触部分。所述器件还包括第三支撑，被设置为与所述第一接触部分和所述第二接触部分相比更靠近所述电子元件的中心，并且包括与所述第二电极接触的第三接触部分；以及一对偏移柱，被设置在所述电子元件的与所述第三支撑的相同侧面上，并且其每一个都具有拥有尖的端部；以及其中每个所述尖端与所述第一接触部分和所述第二接触部分相比更靠近通过所述电子元件的质心并且大体上垂直于所述电子元件的轴。上述设计有利地提供了更优地配置的动态力和支点位置，从而在故障之后最小化不期望的电连接。
在特定实施例中，第一弹性支撑和第二弹性支撑以及相应的第一接触部分和第二接触部分分别在电子元件上施加第一力和第二力，其与由第三支撑和第三接触部分施加的第三力相对抗，并且第三力本身大于第一力或第二力。这样的力的分布改进了故障状态下碎片的分散。
其他的实施例提供了弹性的第三支撑，具有倾斜切割剖面或圆形剖面的偏移柱，以及偏移柱与电子元件分隔开。这样的特征可以提供远离电接触的更好且更有效的导电碎片分散，从而最小化电弧放电和过热。
在其他实施例中，第一弹性支撑和第二弹性支撑每一个都包括悬臂弹簧。通过使用悬臂弹簧，可以施加额外的力以使断裂的珠的碎片分散远离电接触部。在本发明的另一方面，第三支撑包括可熔连接以及至少一个拉回弹簧，适于响应于电子元件的故障消除第三接触部分与第二电极的电接触。
本发明的另一方面是一种引导断裂电子元件的断裂部分以使得消除至所述电子元件的电接触以及最小化断裂部分和接触部分之间的电弧放电的方法，包括如下步骤：提供壳体和设置在所述壳体中在所述电子元件的一侧上的第一弹簧接触和第二弹簧接触对；在所述壳体中，在所述电子元件的相对侧上提供一对偏移柱，在其之间设置有第三接触，以及在断裂之前，由所述第一弹簧接触和所述第二弹簧接触以及所述第三弹簧接触来弹性支撑所述电子元件。一旦所述电子元件断裂，所述方法进一步包括迫使所述电子元件与所述一对偏移柱接触；以及使断裂部分分散远离所述第三接触。在此公开的实施例可以应用在诸如由美国Massachusetts，Attleboro的SensataTechnologies，Inc.制造的那些器件中。
附图说明
上述将由下面公开的附图中示出的特定实施例的描述而变得清楚，所有不同的附图中相同的标号表示相同的部件。附图不必成比例，而重点在于示出在此公开的原理。
图1是根据本发明的一个实施例的PTC热敏电阻器件的示意图。
图2是PTC热敏电阻故障后图1中示出的PTC热敏电阻器件的示意图。
图3是根据本发明的一个实施例的类似于图1中示出的器件的PTC热敏电阻器件的示意图。
图4是根据本发明的另一实施例的类似于图1中示出的器件的PTC热敏电阻器件的示意图。
图5是PTC热敏电阻故障后图4中所示的PTC热敏电阻器件的示意图。
图6是根据本发明的替换实施例的PTC热敏电阻器件的透视图，示出了与其剩余部分分离的壳盖以可视地揭示该器件的内部结构。
图7是图6的PTC热敏电阻器件的顶部横截面视图。
图8是示出了装配在图6的PTC热敏电阻器件的下部壳体中的几个部分的顶部横截面视图。
具体实施方式
在此公开的本发明的实施例提供了改进的PTC热敏电阻器件，用于最小化部件故障时的电弧放电和过热。实施例包括支撑、接触和偏移柱，被配置用于辅助故障的热敏电阻“珠”的断裂，以及将断裂的珠的碎片分散到远离导电接触的分离室中以最小化电弧放电和过热。
现在参考图1，示例性热敏电阻器件100包括电子元件110(也被称作珠110)，具有第一电极112和第二电极114，位于电子元件110的相对的侧上。电子元件包括连接相对侧的侧壁部，以及侧壁部的表面限定了电子元件110的外周113。通常，如现有技术中已知的，珠110是正温度系数(PTC)陶瓷碟形部件。
PTC热敏电阻器件100还包括第一弹性支撑102a，其包括与第一电极112接触的第一接触部分104a，以及第二弹性支撑102b，其包括第二接触部分104b，该第二接触部分在珠的中心的相对侧上在与第一接触部分104a不同的位置处与第一电极112接触。PTC热敏电阻器件100还包括被设置为与第一接触部分104a和第二接触部分104b相比更靠近珠110的中心的第三支撑108。第三支撑108包括与第二电极114接触的第三接触部分109，以及设置在珠110的与第三支撑108的相同侧上的一对偏移柱106a和106b(统称为偏移柱106)。每个偏移柱106都分别具有尖端107a和107b，并且每个尖端107a和107b与第一接触部分104a和第二接触部分104b相比更靠近垂直于珠110并且通过珠的质心的轴116。优选地，偏移柱106位于包括轴116的平面的相对的各侧(即，接触部109的相对侧)上，以及每个第一和第二接触部分104a和104b都跨越珠110的质心点115布置以及比相应的偏移柱106a和106b更远离珠110的质心点115。偏移柱106的端部的形状包括但不限于，矩形剖面、圆形剖面以及倾斜剖面。
在优选的实施例中，偏移柱106比第三支撑108更靠近珠110的外周113。在该结构中，偏移柱106提供额外的杠杆作用以在故障时辅助断裂珠110。
在热敏电阻器件100的正常操作时，珠110被机械地支撑在两个相对导电端子(在图1中未示出)之间。一个端子连接至第一弹性支撑102a和第二弹性支撑102b(统称为弹性支撑102)，以及另一端子连接至第三支撑108，其在一个实施例中是刚性支撑。
在优选实施例中，偏移柱106在其正常操作时不与珠110接触。在该实施例中，偏移柱106都与珠110间隔开，并且与第二电极114和第三接触部分109电绝缘。偏移柱通常距离第二电极114小于2毫米，以及优选地在几乎零和0.5毫米之间。由于在正常操作时缺少密切接触，所以对于偏移柱可以采用更便宜的材料，这是因为偏移柱不会被暴露至假设它们直接与第二电极114接触的情况下(被暴露至)的高温。此外，这样的材料通常易于模塑，并且不易碎。
在正常操作状态下，第一和第二弹性支撑102和相应的第一和第二接触部分104a和104b(统称为接触部分104)分别对电子元件施加第一力和第二力，其与由第三支撑108和第三接触部分109施加的第三力相对抗。第三力通常大于第一力和第二力。在珠110故障时，由大体上位于珠110的中心的第三支撑108施加的力增加了沿穿过珠110的轴116的平面断裂的可能性。
现在参考图2，一旦珠110断裂，则包括第一接触部分104a的第一弹性支撑102a和包括第二接触部分104b的第二弹性支撑102b向着偏移柱106a和106b驱使珠110’的碎片，导致碎片分散以及第二电极114与第三接触部分109和珠110’的其他碎片的分离。图3示出了类似于图1的PTC热敏电阻器件100的热敏电阻器件100’。在此，第三支撑118与接触部分120弹性接触。
现在参考图4，类似于图3的热敏电阻器件100’的另一热敏电阻器件100”包括由独立导电部件135支撑的第三支撑128，第三支撑128通过可熔连接134(例如，焊接点)连接到独立导电部件135。热敏电阻器件100”包括对准柱132a和132b，其部分地围绕第三接触部分109。热敏电阻器件100”还包括分别耦合到第三支撑128和对准柱132a和132b(统称为对准柱132)的一个或多个拉回弹簧130a和130b。在一个实施例中，对准柱132形成对准柱132之间的腔体138，并且位于部分围绕第三接触部分109的第三支撑上，从而在珠110故障时进一步绝缘第三支撑128(也被称作弹簧接触)。可选的绝缘部件136(如图4中所示)可以被布置在可熔连接134附近，以确保第三支撑和支撑导电部件135由于可熔连接134的熔化而分开，进一步减小相对端子之间的电接触的可能性。可熔连接134被设计为，只要珠110如其为冰箱压缩机而设计的那样工作，那么该可熔连接134就不会在由所述冰箱压缩机的持续运行所产生的最大环境温度和电流下熔化。
如图5所示，一旦珠110故障，由珠110中的热耗散产生的过热或其碎片会导热和/或引导过度电流通过单个弹簧接触(135，128和109)，由此熔化可熔连接134并从单个弹簧接触128消除支撑。拉回弹簧130a和130b随后迫使单个弹簧接触128和接触部分109远离第二电极114。弹簧接触128被拉入腔体138，减小了相对端子之间电接触的可能性。在弹簧接触和支撑导电部件由于可熔连接134的熔化而分开时，可选的绝缘部件136将这两个部件分开，进一步减小了相对端子之间的电接触的可能性。
图6更具体地示出了另一热敏电阻器件600，其包括类似于图1珠110的珠110。器件600包括上壳体601和下壳体603，其部分地围绕电耦合至第一弹性支撑602a和第二弹性支撑602b的第一端连接器605，第一弹性支撑602a包括与第一电极112接触的第一接触部分604a；以及第二弹性支撑602b包括在与第一接触部分604a不同的位置处与第一电极112接触的第二接触部分604b。器件600还包括布置在珠110的与第一端子605的不同侧面上的第二端连接器607，第二端连接器607电耦合到第三支撑608，第三支撑608具有与第二电极114接触的第三接触部分609，以及第三接触部分609与第一接触部分604a和第二接触部分604b相比被布置为更靠近珠110的中心。
在一个实施例中，第一接触部分604a、第二接触部分604b以及第三接触部分609的每一个都可以包括多个分开的指状物617，例如，图6中示出的三个指状物。在一个实施例中，连接至下壳体603的一对偏移柱606a和606b(统称为偏移柱606)与珠110分隔开，并且与珠110和第一接触部分604a、第二接触部分604b以及第三接触部分609电绝缘。
偏移柱606位于第二电极114的一侧，其每一个都具有尖端(在图8中更详细地示出)，偏移柱被布置为比第三支撑608更靠近电子元件的外周113并且位于第三支撑608的每一侧上。偏移柱606被布置为使断裂的珠110’的断裂部分分散，使得至断裂珠110’的电接触被消除，以及断裂部分和接触部分604和609之间的电弧放电被最小化。
图7在器件600的顶部截面视图中，示出了各部件相对于轴616的布置，所述轴616沿第三支撑的主轴对准并大体上垂直于珠110。在一个实施例中，第一和第二弹性支撑602是悬臂弹簧。第一和第二弹性支撑602和相应的第一和第二接触部分604分别对珠110施加第一力和第二力(由箭头644表示)，其与由第三支撑608和第三接触部分609施加的第三力对抗。第三力通常大于第一力，以及第三力大于第二力。这样的配置改进了故障时断裂的珠110’的分散。
组装后，第三支撑被安装并电连接至第二端连接器607，其基本上平行于珠110，以及第三力沿基本上垂直于珠110的轴指向。第一力和第二力具有基本上垂直于珠110方向的力的分量，以及在该使用悬臂或类似弹簧的实施例中，力的分量也指向电子元件的外周。在一个实施例中，弹性支撑602被焊接至第一端连接器605，以及第三支撑608被焊接至第二端连接器607。在替换实施例中，第一弹性支撑602a、第二弹性支撑602b和第一端连接器605中的每一个都能够被集成在一个端部件上。同样，第三支撑608和第二端连接器607能够被集成在一个端部件上。
更具体地，如图8中所示，器件600还包括与电子元件分离的一对偏移柱606，以及所述偏移柱606分别与电子元件110和第一、第二和第三接触部分602a、602b和608电绝缘。偏移柱606位于第二电极114的一侧，其每一个在尖端835上具有倾斜剖面。在一个实施例中，偏移柱比第三支撑608靠近珠110的外周113，倾斜剖面成角度地离开珠110的中心；以及倾斜的尖端与第一和第二接触部分602a和602b的珠接触部分相比更靠近轴116。偏移柱都优选地与珠110隔开以及与第二电极114和第三接触部分608电绝缘。这些特征的位置和形状改进了在珠10故障时将珠的碎片分散进入分隔室842、844、846和848。
一对接触对准柱832a和832b被布置为邻近第三支撑608并且位于轴116的相对侧上。在一个实施例中，偏移柱606和相应的接触对准柱832a和832b形成位于其之间的分隔室846，以及收集和绝缘来自接触部分609和604的断裂的电子元件的碎片。该对接触对准柱832a和832b(统称为对准柱832)在制造和操作时有利于第三支撑608和第三接触部分609的对准、保护和定向。在一个实施例中，第三支撑608是弹性支撑，以及在替换实施例中，第三支撑608和第三接触部分609被集成为刚性支撑，例如，终止在具有接触部分的一端的单个导电部件，其在正常操作条件下不会损伤珠110，但是一旦珠110故障时会辅助使珠110断裂。在另一实施例中，第三支撑608和第三接触部分609被实施为导电基座。在又一实施例中，集成的电机保护器(未示出)被包括在与热敏电阻器件100电连接的外壳中。
在珠110断裂前，其由弹性接触602支撑，弹性接触602迫使珠110对抗第三支撑608，如上所述，第三支撑可以是在弹性支撑上的刚性支撑。一旦珠110故障，断裂的珠110’被迫与该对偏移柱606接触，结果，使断裂的珠110’的断裂部分远离第一、第二和第三接触分散。在一些故障模式下，断裂部分围绕该对偏移柱的外缘(例如倾斜尖端)旋转并被分散至分隔室842、844和848中。
尽管已经关于本发明的特定优选实施例描述了本发明，对于本领域的普通技术人员来说各种变形和修改都是显而易见的。因此，旨在将所附权利要求相对于现有技术解释为尽可能地宽以包括这些变形和修改。

Claims (20)

1.一种电子器件，包括：
电子元件，具有相对侧，第一电极和第二电极位于所述电子元件的所述相对侧上，所述电子元件具有连接所述相对侧的侧壁部分，所述侧壁部分的表面限定了所述电子元件的外周；
第一弹性支撑，包括与所述第一电极接触的第一接触部分；
第二弹性支撑，包括在与所述第一接触部分不同的位置处与所述第一电极接触的第二接触部分；
第三支撑，被设置为与所述第一接触部分和所述第二接触部分相比更靠近所述电子元件的中心，并且包括与所述第二电极接触的第三接触部分；
一对偏移柱，被设置在所述电子元件的与所述第三支撑的相同侧上，并且其每一个都具有拥有尖的端部；以及
其中每个所述尖端与所述第一接触部分和所述第二接触部分相比更靠近通过所述电子元件的质心并且大体上垂直于所述电子元件的轴。
2.根据权利要求1所述的器件，其中所述第三支撑是弹性支撑。
3.根据权利要求1所述的器件，其中两个偏移柱都与所述电子元件分隔开，与所述第二电极和所述第三接触部分电绝缘地布置。
4.根据权利要求3所述的器件，其中两个偏移柱都与所述电子元件分隔开接近0至2毫米之间。
5.根据权利要求1所述的器件，其中每个尖端包括以下之一：
倾斜切割剖面；以及
圆形剖面。
6.根据权利要求1所述的器件，还包括一对接触对准柱，邻近所述第三支撑并位于所述轴的相对侧上。
7.根据权利要求6所述的器件，其中所述偏移柱和相应的接触对准柱在其之间形成分隔室，以收集并使断裂的电子元件碎片与所述第一、第二和第三接触部分绝缘。
8.根据权利要求1所述的器件，其中所述偏移柱位于包括所述轴的平面的相对侧上，以及所述第一接触部分和所述第二接触部分中的每一个被布置为从相应的偏移柱更靠近所述电子元件的所述外周。
9.根据权利要求1所述的器件，其中所述偏移柱被布置为比所述第三支撑更靠近所述电子元件的所述外周。
10.根据权利要求9所述的器件，其中所述第一和第二弹性支撑中的每一个都包括悬臂弹簧。
11.根据权利要求1所述的器件，其中所述第一和第二弹性支撑以及相应的第一和第二接触部分分别在所述电子器件上施加第一力和第二力，其与由所述第三支撑和所述第三接触部分施加的第三力对抗；以及
其中所述第三力大于所述第一力，以及所述第三力大于所述第二力。
12.根据权利要求11所述的器件，还包括：
终端连接器，被设置为基本上平行于所述电子元件，以及所述第三支撑安装至所述终端连接器；以及
其中所述第三力沿基本上垂直于所述电子元件的所述轴指向。
13.根据权利要求11所述的器件，其中所述第一力和所述第二力中的每一个都具有基本上垂直于所述电子元件指向的力的分量，和指向所述电子元件的外周的力的分量。
14.根据权利要求1所述的器件，其中所述电子元件包括正温度系数PTC热敏电阻碟。
15.根据权利要求1所述的器件，还包括壳体，其容纳所述器件和集成的电机保护器。
16.根据权利要求1所述的器件，其中所述第三支撑包括可熔连接，其一旦熔化将消除所述第三接触部分与所述第二电极的电接触。
17.一种电子器件，包括：
电子元件，具有相对侧以及具有位于所述电子元件的所述相对侧上的第一电极和第二电极，所述电子元件具有连接所述相对侧的侧壁部分，所述侧壁部分的表面限定了所述电子元件的外周；
第一端连接器，电耦合到第一弹性支撑和第二弹性支撑，所述第一弹性支撑包括与所述第一电极接触的第一接触部分，以及所述第二弹性支撑包括在与所述第一接触部分不同的位置处与所述第一电极接触的第二接触部分；
第二端连接器，设置在所述电子元件的与所述第一端不同的侧面上并且电耦合至第三支撑，以及包括第三接触部分，与所述第二电极接触，被设置为与所述第一接触部分和所述第二接触部分相比更靠近所述电子元件的中心；
一对偏移柱，与所述电子元件分隔开并且与所述电子元件以及所述第一接触部分、所述第二接触部分以及所述第三接触部分电绝缘，所述偏移柱位于所述第二电极的侧面上，每个所述偏移柱都具有尖端，所述偏移柱比所述第三支撑更靠近所述电子元件的所述外周，以及比所述第一接触部分和所述第二接触部分更靠近所述电子元件的中心；
一对接触对准柱，被设置为邻近并部分围绕所述第三支撑；
其中所述电子元件包括正温度系数PTC热敏电阻碟；以及
其中所述偏移柱被设置为使断裂的电子元件的断裂部分分散，以便消除至所述电子元件的电接触并最小化断裂部分和接触部分之间的电弧放电。
18.一种引导断裂电子元件的断裂部分以使得消除至所述电子元件的电接触以及最小化断裂部分和接触部分之间的电弧放电的方法，包括：
提供壳体和设置在所述壳体中在所述电子元件的一侧上的第一弹簧接触和第二弹簧接触对；
在所述壳体中，在所述电子元件的相对侧上提供一对偏移柱，所述偏移柱不与所述电子元件接触，在其之间设置有第三接触；
在断裂之前，由所述第一弹簧接触和所述第二弹簧接触对以及所述第三接触来弹性支撑所述电子元件；以及
一旦所述电子元件断裂：
迫使所述电子元件与所述一对偏移柱接触；以及
使断裂部分分散远离所述第三接触。
19.根据权利要求18所述的方法，其中使所述断裂部分分散包括围绕所述偏移柱对的外缘旋转所述断裂部分。
20.根据权利要求18所述的方法，其中所述弹簧接触是悬臂弹簧接触。
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