CN105308710A

CN105308710A - 保护装置

Info

Publication number: CN105308710A
Application number: CN201480034342.3A
Authority: CN
Inventors: 望月启史; 田中新
Original assignee: Tyco Electronics Corp
Current assignee: Lite Electronics Co. Ltd. (Japan)
Priority date: 2013-04-19
Filing date: 2014-04-17
Publication date: 2016-02-03
Anticipated expiration: 2034-04-17
Also published as: US10283295B2; EP2988313A4; JP6297028B2; JPWO2014171515A1; US20160086753A1; CN105308710B; EP2988313B2; EP2988313B1; KR20160002918A; EP2988313A1; WO2014171515A1

Abstract

本发明提供一种包括双金属部件和PTC部件的保护装置。该保护装置包括树脂基体、第一端子、第二端子、PTC部件、双金属部件、臂、上板和树脂盖部，其中，第一端子的一部分构造成第一电极，并且第二端子的一部分构造成第二电极，第一电极和第二电极在树脂基体的底表面处向外露出，在正常状态下，第一端子、臂和第二端子串联地电连接，当双金属部件被激活时，第一端子和臂变为电切断，同时第一端子、PTC部件、双金属部件、臂和第二端子以此顺序串联地电连接。

Description

保护装置

技术领域

本发明涉及一种保护装置，该保护装置在电流过度地流过电气装置或电子装置(例如，马达或蓄电池包)时或在电子装置或电气装置的温度或其环境温度过度地上升时中断流过该装置的电流。

背景技术

当不正常现象出现时，例如，当电流过度地流过电子装置(例如，马达)并且由此导致电子装置达到不正常的高温时或当电子装置由于除过量的电流之外的一些原因达到不正常的高温时，需要通过中断流过该电子装置的电流并且在需要时消除该不正常现象来确保电子装置的安全。双金属部件被用作中断上述电流的装置。

双金属部件包括具有双金属的板构件。双金属部件被构造为在双金属部件本身达到超过预定温度的较高温度时或在双金属由于双金属的周围环境的温度升高而达到超过预定温度的较高温度时被激活(即，变形)以中断流过该双金属部件的电流。

当这样的双金属部件被包括在电子装置中时，双金属部件在电子装置由于过量的电流或一些其它原因达到不正常温度时被激活，以使得电流被中断。该电子装置的温度通过电流的中断而降低。因为双金属部件的温度也降低，所以双金属部件返回其原始的形态(即，其恢复)，其结果是，在保证电子装置的安全之前，电流就可能被允许再次流过。

为了防止电流如上所述地再次流过，必须确保和维持双金属被激活时的状态。为此，双金属部件串联地设置在电子装置的电路中，以使得其可以中断电流的电流，同时PTC部件与双金属部件并联地设置。通过这样的设置，当双金属部件被激活时，流过双金属部件的电流转向到PTC部件；该电流使PTC部件产生焦耳热并且该焦耳热被传递给双金属部件，以使得能够确保双金属部件的激活状态。

已知一种保护装置，该保护装置被构造为使得被双金属部件操作的可动触点串联地设置在电路中并且PTC部件如上所述地与双金属部件并联设置。这样的保护装置被公开在例如下面所示的专利参考文件1中。在这样的保护装置中，具有端子的树脂基体包括PTC部件、双金属部件和位于设置在树脂基体的空间内的臂；事先设置有上板的盖部被放置在树脂基体上，并且使用粘合剂或通过超声熔合将树脂基体和处于该状态中的树脂盖部结合以形成树脂壳体。在这样的保护装置中，端子和臂从树脂壳体上突出。

[现有技术参考文件]

专利参考文件：

专利参考文件1：JP-A2005-203277

发明内容

[本发明解决的问题]

如上所述的传统的保护装置通过端子和臂的部分电连接至规定的电子元件，并且端子和臂的连接中的每一个都需要单独地实施，并且由于该端子和臂突出，所以需要用于连接的空间。

[解决所述问题的手段]

通过本发明的发明人彻底的研究，已经发现上述问题可以通过下述的保护装置解决，该保护装置包括：树脂基体、第一端子、第二端子、PTC部件、双金属部件、臂、上板和树脂盖部，其中，

第一端子的一部分构造成第一电极，并且第二端子的一部分构造成第二电极，

第一电极和第二电极在树脂基体的底表面处向外露出，

在正常状态下，第一端子、臂和第二端子串联地电连接，

当双金属部件被激活时，第一端子和臂变为断电，同时第一端子、PTC部件、双金属部件、臂和第二端子以此顺序串联地电连接。

[本发明的效果]

根据本发明，使用包括树脂基体、第一端子、第二端子、PTC部件、双金属部件、臂、上板和树脂盖部的保护装置，在一个实施例中，可以通过使第一端子和第二端子围绕树脂基体的侧表面延伸至树脂基体的底表面，例如成U形，以形成第一电极和第二电极，以使得它们在树脂基体的底表面上向外露出，来提供可表面安装的保护装置。

附图说明

图1以其透视图示意性地示出了本发明的保护装置1。

图2以其沿垂直于包括线x₁-x₂的平面的表面的剖视图示意性地示出了图1中示出的保护装置。

图3以其仰视图示意性地示出了本发明的保护装置。

图4以其分解透视图示意性地示出了当保护装置假象地分解为其结构元件时图1中示出的保护装置。

具体实施方式

将参照附图详细描述在本发明的一个实施例中的保护装置1。应注意的是，虽然图4示意性地示出了其中图1-3中示出的保护装置被分解为其结构元件的状态，但是图4以其分解透视图示意性地示出了当作为一个装置为完整的保护装置假象地分解为其结构元件时本发明的保护装置1，并且这不一定意味着本发明的保护装置需要通过组装图4中示出的那些元件来获得。

本发明的保护装置1一般具有图1-4示出的结构。特别地，保护装置1具有树脂壳体10，该树脂壳体10由具有第一端子2和第二端子4的树脂基体6以及树脂盖部8限定。树脂基体6具有空间12，其中第一端子2的一部分在该空间的底部处露出，PTC部件16设置在露出部14上，双金属部件18设置在PTC部件16上方，臂20设置在双金属部件18之上或者设置在双金属部件18的上方，并且上板26设置在臂20上方。臂20的一端电连接至第二端子4。第一端子的一部分和第二端子的一部分围绕侧表面延伸至树脂壳体10的底表面，并且变为在底表面处露出保护装置的外侧以分别形成第一电极22和第二电极24。第一电极22和第二电极24在树脂基体的底表面处向外露出，因此，第一电极22和第二电极24位于相同的平面内。包括第一端子的露出部14、PTC部件16、双金属部件18、臂20和上板26的空间12被树脂盖部8覆盖和密封。

在保护装置1中，在正常状态下，第一端子2、臂20和第二端子4串联地电连接。双金属部件18处于如图所示的向上凸起的状态(朝向臂凸起的状态)，并且与臂20分开。在该状态下，电流依次流过第一端子2、臂20和第二端子4(或按照相反的顺序)，并且电流不流过PTC部件16或双金属部件18。在非正常状态下，即当由于过量的电流等导致非正常热产生发生时，双金属部件18被激活并且从向上凸起变形为向下凸起，所以臂20被向上推动并且臂与第一端子之间的电连接被切断。变形的双金属部件18接触臂20同时连接至PTC部件16，并且变成电连接臂20的状态。在该状态下，电流依次流过第一端子2、PTC部件16、双金属部件18、臂20和第二端子4(或按照相反的顺序)，并且PTC部件被这样的电流跳闸(动作)并且产生焦耳热。双金属部件18被该焦耳热维持在向下凸起的状态中，以使得臂20与第一端子2之间触点断开的状态能够被维持。在该阶段，流过待保护电路的电流实质上被中断(然而，极其少量的电流可以作为漏电流流过)。

在本发明中，第一端子2、第二端子4和树脂基体6通过嵌入成型(insertmolding)一起形成为整体。通过使用这样的嵌入成型，可以增强第一端子2以及第二端子4与树脂基体6之间的粘合。树脂基体6具有空间12，并且第一端子2的第一部分在该空间的底部露出。PTC部件16设置在第一端子2的该露出部14处，因此，它们变成彼此电连接的状态。第一端子2可以具有多个触点32，例如三个触点，以在露出部14上具有穹顶形，以保证容易地与PTC部件16电连接。

第一端子2的一部分和第二端子4的一部分围绕侧表面延伸至树脂基体6的底表面，以使得它们成例如U形、V形(其角部可以是圆形的)等形状并且在树脂基体的外侧露出；并且这样的部分分别形成第一电极22和第二电极24。第一电极22和第二电极24在树脂基体的底表面上向外露出，即，露出表面位于相同的平面内，以使得将装置安装在规定的电子元件上的表面安装更容易。

优选地，第一电极22和第二电极24形成为使得它们在树脂基体6的底表面上相对于第一电极和第二电极之间的中心线(图3中的y₁-y₂)线对称。通过如上所述地形成第一电极22和第二电极24，保护装置可以在例如将装置安装到基板上时以任何方向定位，而不必注意识别正电极或负电极。

优选地，第一电极22和/或第二电极24镀有不易氧化的金属。类似地，优选地，第一端子2和臂20的触点和/或第一端子2和PTC部件16的触点镀有不易氧化的金属。通过镀上这样的金属，当保护装置在回流熔炉中被热处理时防止由于氧化而导致的电极和/或触点的电阻增大。

不易氧化的金属的示例包括但不限于，例如，金、铂、银、汞、铜等。

此外，优选地，第一端子2和/或第二端子4镀有具有高热传导率的金属。通过将具有高热传导率的金属镀上第一端子2和/或第二端子4，例如，在第一端子与臂之间的触点处产生的热可以从树脂壳体有效地传递至露出部并且消散。

具有高热传导率的金属的示例包括但不限于，例如，金、铜、铝、镁、钼、钨等。

用于电镀的金属优选是不易氧化且具有高热传导率的金属，例如金。

电镀的厚度为，但不特定地限于，例如0.2-40μm，并且优选为2-5μm。通过设置不小于2μm的电镀的厚度，热可以更有效地消散并且可以更确定地防止电极和/或触点被氧化。

此外，第一电极22和/或第二电极24可以镀有镍、金、锡等以增加焊料润湿性。

电镀可以是单层或多层的。例如，可以电镀具有高热传导率的金属，然后电镀不易氧化的金属(两层)；或者，具有高热传导率且不易氧化的金属可以作为单层电镀。优选地，使用具有下面的三个属性中的任两个属性的金属电镀：(i)高抗氧化性，(ii)高热传导率，和(iii)高焊料润湿性。更优选地，使用具有全部三个属性的金属电镀。

第一端子2可以具有触点部，如同臂20的触点部(图中未示出)一样，该触点部通过将触点材料模锻入穿过第一端子2设置的孔中以穿透该孔。本文中使用的术语“模锻(swaging)”指的是进入穿过某一构件(例如，用于第一端子的板)设置的孔，具有等于该孔的直径的直径和大于该孔的高度的厚度(高度)的另一构件被装配，并且然后分别从该孔向上和向下突出的部分被挤入以将所述另一构件固定至所述某一构件上。应注意的是，触点材料不一定成圆柱形状，并且它可以成矩形柱体等形状。通过在第一端子2中形成这样的触点部，触点部可以具有更大的热容量，因此，即使当相对较大量的电流流过保护装置时，仍可以防止触点部的温度快速升高，从而可以增大保护装置的保持电流。

构成触点材料的金属包括但不特别限于，例如，银镍合金、银铜合金、AgCdO、AgSnO₂、AgZnO、AgSnOInO、AgCu、铜钨合金等。优选使用90％银-10％镍合金，因为该合金具有较低的硬度，所以可以进行触点部的形状设计、特别是厚度的精细设计。

第一端子2优选地可以具有位于第一端子的至少一部分上(例如围绕部分28的一部分上)的肋部。本文中使用的术语“肋部”指的是用于增强该肋部被设置在其上的构件的强度的元件或结构。例如，它包括设置在该构件的表面上的具有直线形状、杆形状或带形状的加强元件以及其中该构件的表面的一部分被变形以具有凸起形状或凹陷形状的结构。通过形成这样的肋部，可以增强保护装置的刚度，特别是抵抗来自于装置的背侧(来自于电极侧)的外部压力的强度。

上述端子2优选地形成为使得包括上述露出部14的部分28被定位在树脂基体6的空间12中更深的位置处。通过应用这样的形式，可以增加树脂基体6的空间12的容积。

优选地，树脂基体6由耐热树脂形成。通过使用这样的树脂，即使当保护装置遭受诸如回流熔炉内的环境的高温度环境时仍可以防止保护装置变形。

上述耐热树脂的示例包括，例如，LCP树脂、聚酰胺树脂、PPS树脂等。

在本发明的保护装置中，PTC部件16设置在第一端子的露出部14上。结果，第一端子2和PTC部件16例如通过端子32电连接。

作为上述的PTC部件，可以使用陶瓷PTC部件或聚合物PTC部件，但是优选使用聚合物PTC部件。聚合物PTC部件相比陶瓷PTC部件的有利之处在于：该部件本身的阻抗更低，并且当其温度超过某一温度时自毁也不可能发生。此外，关于聚合物PTC部件，需要维持跳闸(tripping)状态的电压比陶瓷PTC部件的低，因此，即使当电路电压较低时聚合物PTC部件仍可以维持跳闸状态。因此，聚合物PTC部件有利之处在于：触点可以维持在断开状态(闩锁状态)，从而可以防止震颤(chattering)，该震颤为其中触点之间的断开和闭合重复的现象。此外，当保持电流值在陶瓷PTC部件与聚合物PTC部件之间相同时，聚合物PTC部件的有利之处在于其具有比陶瓷PTC部件更小的尺寸和更低的阻抗。

上述聚合物PTC部件包括层压PTC元件和设置在其两侧上的电极(例如，金属箔)，该层压PTC元件通过挤出包含导电填料(例如，炭黑、镍合金等)分散其中的聚合物(例如，聚乙烯、聚偏二氟乙烯等)的导电组分而形成。

聚合物PTC部件的尺寸和形状不必特别地限制。在本发明的保护装置中，例如，可以使用成具有2.0mm或更小的直径以及0.20mm或更小的厚度的盘形的PTC部件。

当聚合物PTC部件用作本发明的保护装置中的PTC部件时，其阻抗值优选为0.8-10Ω，并且更优选地为4.5-10Ω。通过将聚合物PTC部件的阻抗设置为0.8Ω或更大，可以使用3V维持跳闸状态。通过将聚合物PTC部件的阻抗设置为4.5Ω或更大，在3V的跳闸状态下漏电流可以变为0.2A或更小。通过将聚合物PTC部件的阻抗设置为10Ω或更小，可以容易地减小聚合物PTC部件制作过程中阻抗的变化。

应注意的是，本说明书中聚合物PTC部件的阻抗值指的是从施加电压和在6.5mV的施加电压(直流)在25℃施加在PTC部件的两个电极之间时测量的电流值中计算出的阻抗值(通过四端子方法测量，阻抗测量设备的测量范围的施加电流：100mA)，该PTC部件通过将电极(优选地镍箔)压力结合在PTC元件的两侧上制造，所述PTC元件通过挤出包括聚合物的导电组分而获取。应注意的是，因为电极的阻抗值相比PTC元件的阻抗值小得可以忽略不计，所以PTC部件的阻抗值基本上等于PTC元件的阻抗值。

在本发明的保护装置中，双金属部件18设置在PTC部件16上方。双金属部件18支撑在设置在空间12中的台阶部30上。双金属部件18不作特别的限制，只要其在确定为不正常的温度下变形即可，并且可以使用本身已知的双金属部件。虽然双金属部件18在正常状态下可以或可以不电连接至PTC部件，但是双金属部件18在非正常状态下电连接至PTC部件。

只要树脂基体的空间12允许，双金属部件18优选地尽可能多地具有大表面面积。通过具有较大表面面积，可以减少双金属部件的激活温度的变化，并且当其在非正常状态下变形时推动臂20向上的力增大。

双金属部件18可以例如通过单独挤压双金属部件以使其成形为期望的形状、然后在高温下热处理而获得。因此，被如此热处理的双金属部件的激活温度是保护部件激活温度。使用这样的双金属部件的保护装置的温度属性不会改变，并且即使当保护装置经受诸如回流熔炉中的高温环境时保护装置仍可以在期望的温度下起作用。

热处理的温度可以是但不特别局限于，比保护装置暴露于其中的温度(例如，当进行用于表面安装的焊接时的温度，特别地，回流熔炉的温度)更高的温度，例如，比保护装置暴露于其中的温度高30℃、80℃或100℃的温度。

用于热处理的周期可以是但不特别局限于，1-180分钟，例如10分钟、20分钟、30分钟、60分钟或120分钟。

可以根据保护装置暴露于其中的温度、构成双金属部件的金属的种类、双金属部件的尺寸和形状等改变热处理的温度和周期。

优选地，热处理在惰性氛围下执行，例如在氮气氛围下执行。

虽然未示出，但是双金属部件18可以优选地具有突起，例如，位于靠近其下表面(面向PTC部件的一侧，未示出)的中心处的穹顶形凸起部。当双金属部件18被激活并且从向上凸起的状态变为向下凸起的状态时，该突起开始与PTC部件16接触。由于臂20被额外地向上推动对应于该突起高度的距离，所以即使当双金属部件18本身的弯曲度较小时，臂仍被足够地向上推动，并且因此，可以更确定地切断臂与第一端子之间的接触处的电连接。

在本发明的保护装置中，臂20定位在双金属部件18上方，并且电连接至第二端子4。用于连接臂20与第二端子4的方法包括但不限于锡焊、焊接等，并且优选使用激光焊接。可替代地，臂20和第二端子可以在一开始就一体地形成。

如图所示，优选地，臂20形成为弯曲形状，以使得与第一端子接触的触点部定位为稍微低于水平方向(树脂基体的底表面沿其延伸的方向)。在正常状态下，该触点部接触第一端子的触点部，而在非正常状态下，双金属部件18变形，由此向上推动臂20，因此接触状态被解除。

臂20可以具有触点部36，与接触第一端子2的触点部一样，该触点部36通过将触点材料模锻入贯穿臂20设置的孔中形成。通过在臂20中形成这样的触点部36，触点部可以具有较大的热容量，因此，即使当相对较大的电流流过保护装置时仍可以防止触点部的温度升高，从而可以增大保护装置的保持电流。应注意的是，虽然通过将触点材料模锻贯穿第一端子或臂形成第一端子2的触点部和臂20的触点部中的任何一个就足够，但是优选通过模锻触点材料形成两个触点部。

构成臂20的触点材料的金属与构成第一端子2的触点部的金属相同。

臂20可以具有触点34，以进一步确保在双金属部件在非正常状态下变形时臂与双金属部件之间的电连接。

如图所示，臂20优选地在空间12中弯曲成曲柄形状。通过应用这样的形状，当在非正常状态下臂20被双金属部件18向上推动时，可以增大第一端子2的触点部与臂20的触点部之间的距离(触点间距)，以使得可以确定地解除两个触点部之间的接触状态。

在本发明的保护装置中，上板26在空间12中设置在臂上方。上板26具有如下功能：当双金属部件18达到规定的高温并且其被激活向上推动臂20时，上板开始与可能处于由来自处于规定的高温下的双金属部件18的热导致的加热状态下的臂20接触，由此耗散热。因此，优选的是，上板26具有较好的热传导率。热经由第二端子4通过与上板接触的臂从上板26耗散。因此，上板26由例如金属板形成。结果，从双金属部件18传递至树脂盖部8的热量可以尽可能多地减少，以最小化该热导致的对树脂盖部8的影响。

在本发明的保护装置中，树脂盖部8被设置为使得其覆盖上板26。树脂盖部8与树脂基体6一起限定树脂壳体10。树脂盖部8和树脂基体6可以例如通过使用粘合剂、超声焊接、激光焊接等结合，并且优选使用激光焊接。

在一个实施例中，上板26的上表面的一部分可以从树脂盖部8上露出。通过应用这样的结构，在保护装置内部产生的热，特别是在触点处产生的热，可以被有效地耗散，并且由此可以增大装置的保持电流。

构成树脂盖部8的树脂可以是但不特别地局限于，与构成树脂基体6的树脂相同或不同的树脂。优选地，其是耐热树脂。当使用与构成树脂基体6的树脂相同的树脂时，可以进一步地确保树脂基体6与树脂盖部8之间的结合。

优选地，本发明的保护装置具有在其包括第一电极的左半部与其包括第二电极的右半部之间双边对称的外观。换言之，优选地，该保护装置在保护装置的底表面上相对于垂直于包含位于第一电极的露出部与第二电极的露出部之间的中心线(图3中的y1-y2)的平面的平面对称。通过应用这样的结构，当保护装置被提供时，其可以以任何方向定位，而不必识别正电极和负电极以及左右方向。

[工业实用性]

本发明的保护装置可以适当地用作移动电话、平板设备等中的锂离子电池中的保护装置。

[附图标记说明]

1-保护装置；2-第一端子；

4-第二端子；6-树脂基体；

8-树脂盖部；10-树脂壳体；

12-空间；14-露出部；

16-PTC部件；18-双金属部件；

20-臂；22-第一电极；

24-第二电极；26-上板；

28-第一端子的部分；

30-台阶部；32-触点；

34-触点；36-触点部

Claims

1.一种保护装置，包括树脂基体、第一端子、第二端子、PTC部件、双金属部件、臂、上板和树脂盖部，其中，

第一电极和第二电极在树脂基体的底表面处向外露出，

在正常状态下，第一端子、臂和第二端子串联地电连接，

2.根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于，双金属部件已经经过热处理。

3.根据权利要求2所述的保护装置，其特征在于，热处理的温度高于焊接保护装置的温度。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的保护装置，其特征在于，第一端子和/或臂具有触点部，并且所述触点部中的至少一个通过模锻触点材料穿过第一端子和/或臂而形成。

5.根据权利要求4所述的保护装置，其特征在于，所述触点材料是银镍合金。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的保护装置，其特征在于，第一端子的至少一部分具有肋部。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的保护装置，其特征在于，树脂基体由耐热树脂形成。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的保护装置，其特征在于，上板具有接合部，该接合部具有钩状形状并且通过将该接合部接合至树脂基体的具有凹口形状的被接合部上而被固定在树脂基体上。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的保护装置，其特征在于，臂具有位于树脂基体的空间内的曲柄形状部分。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的保护装置，其特征在于，双金属部件具有靠近其中心部的凸起。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的保护装置，其特征在于，第一端子和/或第二端子的露出部镀有不易氧化的金属。

12.根据权利要求11所述的保护装置，其特征在于，不易氧化的金属是金。

13.根据权利要求1-12中任一项所述的保护装置，其特征在于，第一电极和第二电极被设置为在树脂基体的底表面处相对于第一电极和第二电极之间的中心线线对称。

14.一种保护装置，包括双金属部件，并且通过激活双金属部件保护电路，其特征在于，双金属部件已经经过热处理。

15.根据权利要求14所述的保护装置，其特征在于，热处理的温度高于焊接保护装置的温度。