CN105047492A - 过温保护器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种过温保护器，所述过温保护器包括发热元件、驱动臂、第一接触结构、以及第二接触结构，所述发热元件与所述第一接触结构及第二接触结构形成第一电路，所述驱动臂与所述第一接触结构及第二接触结构形成与所述第一电路并联的第二电路，所述驱动臂在热驱动下发生形变，实现所述第二电路的导通与断开。本发明将驱动部件与开关部件合二为一，消除传动环节，提高可靠性，部件数量减少，降低生产成本，加工和制造更为方便，采用弯曲变形的驱动开关可以在保证运动距离的条件下允许保护器做的更薄；采用插接式开关从根本上避免弹性接触造成的震动瞬时断路的可能性。本发明结构简单，在电路保护器件领域具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种电路保护器件，特别是涉及一种具有平面结构以及采用插接式开关的过温保护器。
背景技术
市场上具有热保护功能的断路器有多种：包括双金属片热保护器、PTC热保护器、Breaker热保护器、电子电路型热保护器等。
其中Breaker型热保护器结合了双金属片和PTC的共同优点。例如，在专利申请《一种薄型电路保护器件》(申请号201310703359.0)中，公开了一种典型的breaker热电保护元件，其具体结构如图1所示，该结构设计有较小的体积，典型的层叠式结构、臂式弹性开关。但其采用弹性开关无法避免外部冲击影响，另外层叠式的结构也局限了其生产效率和进一步小型化。
市场上现有breaker原理的产品，均使用碟形双金属片作为驱动元件，并有一被驱动的弹性开关。该类型产品有以下诸多缺点：
1)双金属片为非均质的元件，加工难度高，且动作温度易受外力影响：
碟形双金属片由2或3层不同热膨胀系数的金属层叠复合制成，该过程不但需要精密的层叠技术，而且需要精密的冲压过程；
另外碟形双金属片要经过复杂热处理工艺消除应力，其动作温度点由冲压产生的微小弧度确定。在储运及使用过程中，该弧度由于外力容易发生微小形变，但往往对温度点产生非常显著的影响。
2)碟形双金属片与弹性开关组合的设计，从原理上不能抵抗冲击的影响：
在breaker的原理中，碟形双金属片达到设定的温度点之后，通过自身的反转将与其机械关联的弹性开关切断。但弹性开关的切断本质并不是双金属片反转，而是弹性开关的弹性形变，也就是说即使是由于外力或任何外界冲击产生的弹性形变均可造成开关切断。在实际使用中breaker产品也无法避免冲击造成的误切断。
3)常规breaker产品的层叠结构不利于减小元件厚度：
常规breaker产品，发热部件、双金属片、弹性开关呈层叠分布，并且其中双金属片和弹性开关是运动部件。因此在元件的封装设计中就要为这组层叠结构及其活动空间留下充足的余地。这样的结构客观上增加了加工工艺的难度，降低了产品可靠性，并且在物理上有一个厚度极限。
针对上诸问题，本发明提供一种以平面结构代替层叠结构的热保护器，使保护元件可以做到更小的尺度，同时避免外部冲击对弹性机构的影响。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种过温保护器，将现有技术中的层叠式结构改为平面分布结构，将弹性开关改为插接式开关，用于解决现有技术中过温保护器体积大、容易受外力影响等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种过温保护器，所述过温保护器包括发热元件、驱动臂、第一接触结构、以及第二接触结构，所述发热元件与所述第一接触结构及第二接触结构形成第一电路，所述驱动臂与所述第一接触结构及第二接触结构形成与所述第一电路并联的第二电路，所述驱动臂在热驱动下发生形变，实现所述第二电路的导通与断开。
作为本发明的过温保护器的一种优选方案，所述第一接触结构为底板，所述第二接触结构为顶板，所述底板与顶板配合后将所述发热元件以及驱动臂封装，并实现所述发热元件以及驱动臂的电连接及电引出，所述第一接触结构及第二接触结构均包括导体及绝缘体，且所述导体被所述绝缘体包覆且有部分导体裸露在绝缘体之外，作为电连接的接触点。
优选地，所述第一接触结构中设置有发热元件槽，其中，所述发热元件槽内具有裸露的导体，实现发热元件与第一接触结构的电连接；所述第二接触结构与所述发热元件槽对应的位置也具有裸露的导体，用于发热元件与所述第二接触结构的电连接。
进一步地，所述发热元件与所述第一接触结构以及第二接触结构形成第一电路，所述发热元件在所述第一电路通过较高电流时处于高发热功率状态，或在所述第一电路通过较低电流时处于低发热功率状态。
优选地，所述第一接触结构中设置有驱动臂槽，所述驱动臂槽用于固定所述驱动臂，并为所述驱动臂提供形变空间，所述第一接触结构在驱动臂槽中设置有第一插接触点以及一插接触点槽，所述第二接触结构在所述插接触点槽对应位置设置有第二插接触点。
进一步地，在常温状态下，所述驱动臂不发生弯曲形变，所述第一插接触点、驱动臂以及第二插接触点形成插接式的第二电路，在高温状态下驱动臂发生弯曲形变，驱动臂从第一插接触点及第二插接触点中的至少一个脱离，从而使第二电路断开。
作为本发明的过温保护器的一种优选方案，在常温状态下，第二电路导通，过温保护器的电流同时通过发热元件和驱动臂，所述过温保护器处于非保护状态；在高温状态下，第二电路断开，过温保护器的电流仅通过发热元件，使发热元件处于高发热功率状态，且其热量足以维持驱动臂保持所述驱动臂的形变不恢复，所述过温保护器处于保护状态。
作为本发明的过温保护器的一种优选方案，所述发热元件的高发热功率状态在电源切断后停止，所述驱动臂温度降低后弯曲形变恢复，所述第二电路恢复接通，所述过温保护器恢复非保护状态。
作为本发明的过温保护器的一种优选方案，所述导体包括金属、非金属、或金属及非金属形成的合金。
作为本发明的过温保护器的一种优选方案，所述绝缘体包括陶瓷、玻璃、聚合物或上述材料中任意两种以上的组合物。
作为本发明的过温保护器的一种优选方案，所述发热元件包括热敏电阻、正温度系数元件、电磁发热元件、微型发热电路或上述元件中任意两种以上的组合件。
作为本发明的过温保护器的一种优选方案，所述驱动臂包括热驱动的机械式开关、热驱动的半导体开关、热驱动传感器或上述元件中任意两个以上的组合件。
如上所述，本发明的过温保护器，相对于传统breaker热电保护元件，具有以下有益效果：
1)驱动部件与开关部件合二为一，消除传动环节，提高可靠性；
2)部件数量减少，降低生产成本，加工和制造更为方便；
3)弯曲变形的驱动开关可以在保证运动距离的条件下允许保护器做的更薄；
4)插接式开关从根本上避免弹性接触造成的震动瞬时断路的可能性。
附图说明
图1显示为现有技术中的薄型电路保护器件的结构示意图。
图2显示为本发明的过温保护器的工作电路结构示意图。
图3显示为本发明的过温保护器的外部结构示意图。
图4显示为本发明的过温保护器的基本部件结构示意图。
图5显示为本发明的过温保护器的底板基本结构示意图。
图6显示为本发明的过温保护器的底板及驱动臂的结合结构示意图。
图7显示为本发明的过温保护器的顶板基本结构示意图。
图8显示为本发明的过温保护器的各部件的具体结构示意图。
图9～图11分别显示为本发明的过温保护器的驱动臂改进结构示意图。
图12～图14分别显示为本发明的过温保护器的改进后的驱动臂与底板的嵌入结构示意图。
图15～图16显示为本发明的过温保护器的驱动臂槽及发热元件槽的改进结构示意图。
图17～图18显示为本发明的过温保护器的底板及顶板的固定方式改进结构示意图。
元件标号说明
21顶板
22顶板引脚
23顶板发热元件接触面
24顶板插接触点
25、26定位孔
31底板
32底板引脚
33发热元件槽
34驱动臂槽
35顶板插接触点
36驱动臂固定卡口
37底板发热元件接触面
38、39定位柱
41驱动臂
411活动端
412固定端
51发热元件
511上电极
512芯材
513下电极
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图2～图18。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例1
如图2所示，本发明过温保护器的工作电路1采用热驱动开关11与发热元件12并联的方式。其中热驱动开关由对温度敏感的材料制成，在常温状态下热驱动开关闭合，高温状态下热驱动开关打开。热驱动开关可以在设定的温度范围内迅速转变，完成外形变化实现电路开闭。其中发热元件在驱动开关切断电路后持续发热，其发出的热量阻止热驱动开关闭合。
如图2～图8所示，本实施例提供一种过温保护器，所述过温保护器包括发热元件、驱动臂、第一接触结构、以及第二接触结构，所述发热元件与所述第一接触结构及第二接触结构形成第一电路，所述驱动臂与所述第一接触结构及第二接触结构形成与所述第一电路并联的第二电路，所述驱动臂在热驱动下发生形变，实现所述第二电路的导通与断开。在本实施例中，所述发热元件包括热敏电阻、正温度系数元件、电磁发热元件、微型发热电路或上述元件中任意两种以上的组合件。所述驱动臂包括热驱动的机械式开关、热驱动的半导体开关、热驱动传感器或上述元件中任意两个以上的组合件。
如图3～图4所示，在本实施例中，所述第一接触结构为底板，所述第二接触结构为顶板，所述底板与顶板配合后将所述发热元件以及驱动臂封装，并实现所述发热元件以及驱动臂的电连接及电引出，所述第一接触结构及第二接触结构均包括导体及绝缘体，且所述导体被所述绝缘体包覆且有部分导体裸露在绝缘体之外，作为电连接的接触点。在本实施例中，所述导体包括金属、非金属、或金属及非金属形成的合金。所述绝缘体包括陶瓷、玻璃、聚合物或上述材料中任意两种以上的组合物。
如图5及图7所示，所述第一接触结构中设置有发热元件槽，其中，所述发热元件槽内具有裸露的导体，实现发热元件与第一接触结构的电连接；所述第二接触结构与所述发热元件槽对应的位置也具有裸露的导体，用于发热元件与所述第二接触结构的电连接。所述发热元件与所述第一接触结构以及第二接触结构形成第一电路，所述发热元件在所述第一电路通过较高电流时处于高发热功率状态，或在所述第一电路通过较低电流时处于低发热功率状态。
如图6所示，所述第一接触结构中设置有驱动臂槽，所述驱动臂槽用于固定所述驱动臂，并为所述驱动臂提供形变空间，所述第一接触结构在驱动臂槽中设置有第一插接触点以及一插接触点槽，所述第二接触结构在所述插接触点槽对应位置设置有第二插接触点。在常温状态下，所述驱动臂不发生弯曲形变，所述第一插接触点、驱动臂以及第二插接触点形成插接式的第二电路，在高温状态下驱动臂发生弯曲形变，驱动臂从第一插接触点及第二插接触点中的至少一个脱离，从而使第二电路断开。
在常温状态下，第二电路导通，过温保护器的电流同时通过发热元件和驱动臂，所述过温保护器处于非保护状态；在高温状态下，第二电路断开，过温保护器的电流仅通过发热元件，使发热元件处于高发热功率状态，且其热量足以维持驱动臂保持所述驱动臂的形变不恢复，所述过温保护器处于保护状态。所述发热元件的高发热功率状态在电源切断后停止，所述驱动臂温度降低后弯曲形变恢复，所述第二电路恢复接通，所述过温保护器恢复非保护状态
具体地，如图5～图6所示，所述顶板21和底板31的主体由塑胶和铜片复合而成。驱动臂41为热驱动弯曲形变开关。发热元件51为PPTC。所述底板31由塑胶构成底板外壳，铜片自底板外壳向外延伸成为底板引脚32，塑胶部分有供盛放发热元件51的发热元件槽33和盛放驱动臂41并供其自由运动的驱动臂槽34。发热元件槽33内表面有铜片裸露形成底板发热元件接触面37。驱动臂槽34侧边有一个卡口36，用来固定驱动臂41的固定端412。底板外壳的上表面为与顶板的结合面，该结合面可以用超声波或激光来焊接。
如图6～图7所示，从底板铜片向上弯折延伸出来的部分形成底板插接触点35，从顶板铜片上向下弯折延伸出来的部分形成顶板插接触点24。在常温状态下驱动臂41没有发生弯曲形变，顶板铜片和底板铜片通过顶板插接触点24和底板插接触点35与驱动臂的活动端411形成插接式的第二电路。在高温状态下驱动臂发生弯曲形变，驱动臂活动端411从插接位置脱离，顶板插接触点24和底板插接触点35中至少有一个与驱动臂活动端411脱离，第二电路断开。
所述顶板21由塑胶构成顶板外壳，铜片向塑胶外侧延伸形成顶板引脚22，其内侧与底板发热元件接触面相对的位置有一个顶板发热元件接触面23，从顶板铜片上有一个向下弯折的部分形成顶板插接触点24。整个顶板通过顶板下表面与底板上表面结合在一起。
如图8所示，所述过温保护器以PPTC(高分子复合材料正温度系数元件)为发热元件51，该发热元件51为三明治结构，中间层为发热芯材512，上表面为金属箔上电极511，下表面为金属箔下电极513。
该过温保护器以智能金属制造的驱动臂为驱动开关，该驱动臂可以在高温时发生弯曲形变，使驱动臂活动端与顶板插接触点和底板插接触点中至少一个发生脱离。温度降低后自动恢复形状，插入触点之间恢复导通。
实施例2
如图9～图14所示，本实施例提供一种过温保护器，所述过温保护器的基本工作原理及基本结构如实施例1，其中，相比于实施例1，改进之处在于驱动臂的嵌入固定方式，以更有利于提高PPTC向驱动臂的传热效率和驱动臂固定的结构强度。
实施例3
如图15～图16所示，本实施例提供一种过温保护器，所述过温保护器的基本工作原理及基本结构如实施例2，其中，相比于实施例2，改进之处在于将发热元件槽33与驱动臂槽34进行几何设计，以更有利于提高PPTC向驱动臂的传热效率和向驱动臂提供确定的活动范围。
如图15所示，该过温保护器对驱动臂槽34进行约束，使驱动臂在外界温度大幅波动的时候不会变形过大，从而限制驱动臂的可活动范围，放置结构破坏和灵敏度降低。
如图16所示，该过温保护器将发热元件槽33与驱动臂槽34合二为一成为整体容纳空间，结合如图11中的驱动臂，可以极大的提高发热片向驱动臂传热的效率。通过改变原来两个容纳空间的联通比例以及间隔距离也可以实现依需要改变保护器灵敏度的目的。
实施示例4
本实施例提供一种过温保护器，所述过温保护器的基本工作原理及基本结构如实施例1，其中，相比于实施例1，改进之处在于在顶板插接触点、底板插接触点和驱动臂上进行局部或全部施加银镀层或金镀层，以降低电路的接触电阻。触点镀层的形状设计为流线型也可以提高插接动作的流畅性，防止卡壳。
实施例5
如图17～图18所示，本实施例提供一种过温保护器，所述过温保护器的基本工作原理及基本结构如实施例1，其中，改进之处在于在顶板壳体上设置定位柱25及26，同时在底板壳体上设置对应的定位孔38及39，以提高顶板与底板之间的结合力。当然，在其它的实施过程中，也可以在顶板壳体上设置定位孔，同时在底板壳体上设置对应的定位柱，以提高顶板与底板之间的结合力。
如上所述，本发明提供一种过温保护器，所述过温保护器包括发热元件、驱动臂、第一接触结构、以及第二接触结构，所述发热元件与所述第一接触结构及第二接触结构形成第一电路，所述驱动臂与所述第一接触结构及第二接触结构形成与所述第一电路并联的第二电路，所述驱动臂在热驱动下发生形变，实现所述第二电路的导通与断开。相对于传统breaker热电保护元件，具有以下有益效果：
1)驱动部件与开关部件合二为一，消除传动环节，提高可靠性；
2)部件数量减少，降低生产成本，加工和制造更为方便；
3)弯曲变形的驱动开关可以在保证运动距离的条件下允许保护器做的更薄；
4)插接式开关从根本上避免弹性接触造成的震动瞬时断路的可能性。
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (12)
1.一种过温保护器，其特征在于，所述过温保护器包括发热元件、驱动臂、第一接触结构、以及第二接触结构，所述发热元件与所述第一接触结构及第二接触结构形成第一电路，所述驱动臂与所述第一接触结构及第二接触结构形成与所述第一电路并联的第二电路，所述驱动臂在热作用下发生形变，实现所述第二电路的导通与断开。
2.根据权利要求1所述的过温保护器，其特征在于：所述第一接触结构为底板，所述第二接触结构为顶板，所述底板与顶板配合后将所述发热元件以及驱动臂封装，并实现所述发热元件以及驱动臂的电连接及电引出，所述第一接触结构及第二接触结构均包括导体及绝缘体，且所述导体被所述绝缘体包覆且有部分导体裸露在绝缘体之外，作为电连接的接触点。
3.根据权利要求2所述的过温保护器，其特征在于：所述第一接触结构中设置有发热元件槽，其中，所述发热元件槽内具有裸露的导体，实现发热元件与第一接触结构的电连接；所述第二接触结构与所述发热元件槽对应的位置也具有裸露的导体，用于发热元件与所述第二接触结构的电连接。
4.根据权利要求3所述的过温保护器，其特征在于：所述发热元件与所述第一接触结构以及第二接触结构形成第一电路，所述发热元件在所述第一电路通过较高电流时处于高发热功率状态，或在所述第一电路通过较低电流时处于低发热功率状态。
5.根据权利要求2所述的过温保护器，其特征在于：所述第一接触结构中设置有驱动臂槽，所述驱动臂槽用于固定所述驱动臂，并为所述驱动臂提供形变空间，所述第一接触结构在驱动臂槽中设置有第一插接触点以及一插接触点槽，所述第二接触结构在所述插接触点槽对应位置设置有第二插接触点。
6.根据权利要求5所述的过温保护器，其特征在于：在常温状态下，所述驱动臂不发生弯曲形变，所述第一插接触点、驱动臂以及第二插接触点形成插接式的第二电路，在高温状态下驱动臂发生弯曲形变，驱动臂从第一插接触点及第二插接触点中的至少一个脱离，从而使第二电路断开。
7.根据权利要求1所述的过温保护器，其特征在于：在常温状态下，第二电路导通，过温保护器的电流同时通过发热元件和驱动臂，所述过温保护器处于非保护状态；在高温状态下，第二电路断开，过温保护器的电流仅通过发热元件，使发热元件处于高发热功率状态，且其热量足以维持驱动臂保持所述驱动臂的形变不恢复，所述过温保护器处于保护状态。
8.根据权利要求4、6、或7所述的过温保护器，其特征在于：所述发热元件的高发热功率状态在电源切断后停止，所述驱动臂温度降低后弯曲形变恢复，所述第二电路恢复接通，所述过温保护器恢复非保护状态。
9.根据权利要求2～7任意一项所述的过温保护器，其特征在于：所述导体包括金属、非金属、或金属及非金属形成的合金。
10.根据权利要求2～7任意一项所述的过温保护器，其特征在于：所述绝缘体包括陶瓷、玻璃、聚合物或上述材料中任意两种以上的组合物。
11.根据权利要求2～7任意一项所述的过温保护器，其特征在于：所述发热元件包括热敏电阻、正温度系数元件、电磁发热元件、微型发热电路或上述元件中任意两种以上的组合件。
12.根据权利要求2～7任意一项所述的过温保护器，其特征在于：所述驱动臂包括热驱动的机械式开关、热驱动的半导体开关、热驱动传感器或上述元件中任意两个以上的组合件。
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