CN107006073A - 自调节双重加热水平的加热元件 - Google Patents

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Abstract

一种用于在连接到电源时发热的加热器元件包括：电绝缘基板；由施加到所述基板的导电材料组成的总线层，所述第一总线层包括从所述加热器元件的端子区域中的相应的第一和第二端子延伸到所述加热器元件的加热区域的第一总线和第二总线；以及电阻层，其包括第一电阻材料的至少一个第一贴片。所述第一电阻材料的至少一个第一贴片被施加在所述加热区域中的第一选定位置中以便于提供所述第一总线与所述第二总线之间的电连通并使得电流能够在第一极性的电压梯度被施加在所述第一和第二总线上的情况下流过所述第一电阻材料。所述电阻层包括第二电阻材料的至少一个第二贴片，所述第二电阻材料的所述至少一个第二贴片被施加在所述加热区域中的第二选定位置中以便于提供所述第一总线与所述第二总线之间的电连通，所述第二选定位置与所述第一选定位置不同。所述第二电阻材料的至少一个第二贴片进一步被配置为极化贴片以便于使得电流能够在与所述第一极性相反的第二极性的电压梯度被施加在所述第一和第二总线上的情况下流过所述第二电阻材料，并且在所述第一极性的电压梯度被施加在所述第一和第二总线上的情况下阻碍电流流过所述第二电阻材料。

Description

自调节双重加热水平的加热元件
技术领域
本发明总体上涉及具有多个功率水平的加热设备，并且更具体地涉及具有两个功率水平并且无电子功率控制的自调节PTC(正温度系数)加热元件。这样的加热器设备用于例如汽车领域中的功率受控加热器应用(例如座椅加热器、室内/面板加热器等)中，或用于消费品的加热器设备中。
背景技术
片式欧姆加热元件具有灵活性的优点从而使它们可以被安装在几乎任何形状的表面上。
PTC材料是随着不断增加的温度而增加特定电阻的材料。温度系数指示每单位的温度增加所增加的电阻。具有这种PTC特性的加热元件对其发出的热进行自调节。当使电流流过加热元件时，加热元件的温度上升。由于不断增加的电阻，电流减小直到达到平衡。
一般而言，功率受控加热设备(例如，座椅加热器(SH)设备)需要电子控制单元以便于建立一组明确定义的加热功率水平。在这样的情况下，加热控制经由实际加热元件的供电电路中的恒温器元件或通过使用脉冲电子器件来完成，该脉冲电子器件通过改变电源的相对开/关时间间隔来调节平均加热器电流。
技术问题
本发明的目标在于提供改进的加热设备，该加热设备在不需要复杂电子功率控制的情况下提供双重功率水平。这个目标由权利要求1中所要求保护的加热元件实现。
发明内容
一种用于在连接到电源时发热的加热器元件包括：电绝缘基板；由施加到所述基板的导电材料组成的总线层，所述第一总线层包括从所述加热器元件的端子区域中的相应的第一端子和第二端子延伸到所述加热器元件的加热区域的第一总线和第二总线；以及电阻层，其包括第一电阻材料的至少一个第一贴片。所述第一电阻材料的至少一个第一贴片被施加在所述加热区域中的第一选定位置中以便于提供所述第一总线与所述第二总线之间的电连通并使得电流能够在第一极性的电压梯度被施加在所述第一总线和第二总线上的情况下流过所述第一电阻材料。根据本发明，电阻层包括第二电阻材料的至少一个第二贴片，所述第二电阻材料的所述至少一个第二贴片被施加在所述加热区域中的第二选定位置中以便于提供所述第一总线与所述第二总线之间的电连通，所述第二选定位置与所述第一选定位置不同。此外，所述第二电阻材料的至少一个第二贴片被配置为极化贴片(polarized patch)以便于使得电流能够在与所述第一极性相反的第二极性的电压梯度被施加在所述第一总线和第二总线上的情况下流过所述第二电阻材料，并且在所述第一极性的电压梯度被施加在所述第一总线和第二总线上的情况下阻碍电流流过所述第二电阻材料。
利用上述加热器元件，具有两个功率水平并且无电子功率控制的简单加热元件被容易地实现。如果用第一极性的电压梯度来操作加热器元件，则所述第二电阻材料的第二贴片是不导电的。在这种操作模式中，要遵循的是仅第一电阻材料的“标准”第一贴片对加热器元件的发热有帮助。如果极性被反转(即，如果第二极性的电压梯度被施加在第一总线和第二总线上)，则所述第二电阻材料的第二贴片的极化配置使得电流能够流过电阻材料并且从而该第二材料有助于加热功率。在该操作模式中，第一和第二电阻PTC材料有助于发热并且在该操作模式中加热器元件发出最大加热功率。
要遵循的是，根据本发明的加热器元件实现了三种不同状态的简单实施方式：关闭，如果没有施加电压梯度；低温，如果施加第一极性电压梯度；以及高温，在极性反转时。将注意到，可以通过设计第一和第二电阻材料的贴片(例如第二电阻材料的表面与第一电阻材料的表面之间的比率)来实现处于低或高的加热水平。
在优选实施例中，所述第二电阻材料的至少一个第二贴片被配置为极化贴片，所述极化贴片在所述第一总线与所述第二总线之间包括与所述电阻材料串联连接的至少一个二极管。这表示“极化”加热元件可以通过将半导体串联连接到标准加热元件而容易地实现。半导体二极管可以例如被网印或被压接到总线线路或被“拾取和放置”在总线线路上。
在本发明的优选实施例中，所述第一电阻材料具有第一正温度系数(PTC)和/或所述第二电阻材料具有第二正温度系数(PTC)。这样的实施例提供了自调节加热器元件，即不需要复杂电子功率控制单元的加热器元件。
PTC材料是随着不断增加的温度而增加特定电阻的材料。温度系数指示每单位的温度增加所增加的电阻。具有这种PTC特性的加热元件对其发出的热进行自调节。当使电流流过加热元件时，加热元件的温度上升。由于不断增加的电阻，电流减小直到达到平衡。要遵循的是，以上所公开的加热器元件是自调节的并且不需要复杂的电子功率控制。
应当注意到，第一电阻材料的第一正温度系数(PTC)可以等于所述第二电阻材料的第二正温度系数(PTC)。第一和第二电阻材料可以例如是相同的材料。替代地，第一电阻材料可以与第二电阻材料不同和/或第一电阻材料可以与第二正温度系数不同。
在本发明的优选实施例中，所述第一总线和所述第二总线总体上沿着所述加热区域的相对侧延伸并且多条交错的导电线路电连接到相对的所述第一总线和第二总线并在所述第一总线与第二总线之间延伸。所述第一电阻材料的所述至少一个第一贴片和/或所述第二电阻材料的所述至少一个第二贴片继而优选地被施加在所述加热器元件的所述加热区域中以便于提供至少在所述交错的导电线路中选定的导电线路之间的电连通。
在可能的实施例中，电阻层包括所述第一电阻材料的多个第一贴片和/或所述第二电阻材料的多个第二贴片，并且所述多个第一贴片和/或所述多个第二贴片以所述贴片提供所述第一总线与所述第二总线之间的电连通的方式被施加在所述加热器元件的所述加热区域中。贴片可以具有相同的尺寸或者贴片可以具有不同的尺寸。与低设置和高设置相关联的功率水平在这种情况下可以通过第一材料和第二材料的单独贴片的尺寸和/或通过第一材料的贴片数量到第二材料的贴片数量的比值(ration)等来适应。
在本发明的一个方面，电加热器包括如上文中所公开的加热器元件以及可操作地连接到所述第一总线和第二总线的所述第一端子和第二端子以用于在所述第一总线和第二总线上施加电压梯度的电源。电源优选地被配置为以第一模式和第二模式进行操作，在第一模式中第一极性的电压梯度被施加在所述第一总线和第二总线上，在第二模式中与所述第一极性相反的第二极性的电压梯度被施加在所述第一总线和第二总线上。
在另一个实施例中，电加热器包括如上文中所公开的加热器元件和可操作地连接到所述第一总线和第二总线的所述第一端子和第二端子以用于在所述第一总线和第二总线上施加电压梯度的电源以及被配置为反转所述第一总线和第二总线上的所述电压梯度的极性的开关元件。
附图说明
参考附图1，根据非限制性实施例的以下具体实施方式，本发明的进一步的细节和优点将显而易见，附图1是根据本发明的优选实施例的电加热器的示意性电路图。
具体实施方式
图1示出了电加热器10的示意性电路图。加热器包括可经由开关16连接到电源14的加热器元件12。
加热器元件12包括由被施加到箔式基板(未示出)的导电材料组成的总线层。总线层包括从加热器元件的端子区域中的相应的第一端子22和第二端子24延伸到加热区域26的第一总线18和第二总线20。
第一总线18和所述第二总线20总体上沿着所述加热区域26的相对侧延伸。多条交错的导电线路28和30电连接到相对的所述第一总线18和第二总线20并在所述第一总线与第二总线之间延伸。
电阻层包括多个第一单独贴片32，多个第一单独贴片32被施加到基板上并被施加到选择性导电线路上以便于提供至少在所述交错的导电线路中选定的导电线路之间并从而在所述第一总线与第二总线之间的电连通。将注意到，虽然在图1的实施例中不同的第一贴片32具有相同的形状和尺寸，但这不是本发明需要的。不同的贴片确实也可能具有不同的尺寸或不同的形状。
第一电阻材料优选地是不考虑施加在总线18和20上的电压梯度的极性而传导电流的标准PTC材料。这种PTC材料因具有随着不断增加的温度而增加的特定电阻而众所周知。温度系数指示每单位的温度增加所增加的电阻。具有这种PTC特性的加热元件对其发出的热进行自调节。当使电流流过加热元件时，加热元件的温度上升。由于不断增加的电阻，电流减小直到达到平衡。
电阻层还包括多个第二单独贴片34，多个第二单独贴片34被施加到基板上并被施加到选择性导电线路上以便于提供至少在所述交错的导电线路中选定的导电线路之间并从而在所述第一总线与第二总线之间的电连通。在所示实施例中，第二材料的贴片34位于第一材料的相应贴片32之间的规则图案中。将注意到，该布置不需要对加热器元件的操作。此外，对于本发明不需要贴片34具有相同的尺寸和/或形状，也不需要贴片34具有与第一贴片32相同尺寸的形状。
相比于第一贴片，第二贴片被配置为极化加热贴片。如图1中所示，“极化”贴片34可以例如在第一总线18与所述第二总线24之间或在所述交错的导电线路中相应的选定的导电线路之间包括与电阻材料342串联连接的至少一个二极管341。这些“极化”贴片34仅在电压梯度具有适当极性的情况下传导电流。在相反极性的情况下，二极管341阻碍电流流动。
加热器10实现了三种不同状态的简单实施方式：
·关闭：如果开关16的两个端子都处于它们的左侧位置(如图1中所示)，没有电压梯度被施加到总线18和20并且相应地没有电流流过加热器元件。相应地没有热产生。
·低温：如果开关16的两个端子都处于它们的中间位置，第一极性的电压梯度被施加。在这种状态下，电流流过“标准”第一PTC材料的贴片32并且这些贴片32发热。极化PTC材料的贴片34不会传导电流。因此这些贴片34不会有助于发热。
·高温：如果开关16的两个端子都处于它们的右侧位置，相对于低温位置反转电压梯度的极性。要遵循的是，在这种状态下，贴片34还传导电流并相应地有助于整体发热。

Claims (7)

1.一种用于在连接到电源时发热的加热器元件，包括：
电绝缘基板；
由施加到所述基板的导电材料组成的总线层，所述第一总线层包括从所述加热器元件的端子区域中的相应的第一端子和第二端子延伸到所述加热器元件的加热区域的第一总线和第二总线；以及
电阻层，其包括第一电阻材料的至少一个第一贴片，所述第一电阻材料的所述至少一个第一贴片被施加在所述加热区域中的第一选定位置中以便于提供所述第一总线与所述第二总线之间的电连通并使得电流能够在第一极性的电压梯度被施加在所述第一总线和所述第二总线上的情况下流过所述第一电阻材料，
所述加热器元件的特征在于：
所述电阻层包括第二电阻材料的至少一个第二贴片，所述第二电阻材料的所述至少一个第二贴片被施加在所述加热区域中的第二选定位置中以便于提供所述第一总线与所述第二总线之间的电连通，所述第二选定位置与所述第一选定位置不同，并且所述第二电阻材料的所述至少一个第二贴片被配置为极化贴片，以便于使得电流能够在与所述第一极性相反的第二极性的电压梯度被施加在所述第一总线和所述第二总线上的情况下流过所述第二电阻材料，并且在所述第一极性的电压梯度被施加在所述第一总线和所述第二总线上的情况下阻碍电流流过所述第二电阻材料。
2.根据权利要求1所述的加热器元件，其中，所述第二电阻材料的所述至少一个第二贴片被配置为极化贴片，所述极化贴片在所述第一总线和所述第二总线之间包括与所述电阻材料串联连接的至少一个二极管。
3.根据权利要求1至2中的任一项所述的加热器元件，其中，所述第一总线和所述第二总线总体上沿着所述加热区域的相对侧延伸，并且其中，多条交错的导电线路电连接到相对的所述第一总线和所述第二总线并在所述第一总线与所述第二总线之间延伸；并且其中，所述第一电阻材料的所述至少一个第一贴片和/或所述第二电阻材料的所述至少一个第二贴片被施加在所述加热元件的所述加热区域中以便于提供所述交错的导电线路中选定的导电线路之间的电连通。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的加热器元件，其中，所述电阻层包括所述第一电阻材料的多个第一贴片和/或所述第二电阻材料的多个第二贴片，并且其中，所述多个第一贴片和/或所述多个第二贴片以所述贴片提供所述第一总线与所述第二总线之间的电连通的方式被施加在所述加热器元件的所述加热区域中。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的加热器元件，其中，所述第一电阻材料具有第一正温度系数(PTC)和/或所述第二电阻材料具有第二正温度系数(PTC)。
6.一种电加热器，包括：
根据权利要求1至5中的任一项所述的加热器元件，
能够操作地连接到所述第一总线和所述第二总线的所述第一端子和所述第二端子以用于在所述第一总线和所述第二总线上施加电压梯度的电源，其中，所述电源被配置为以第一模式和第二模式进行操作，在所述第一模式中第一极性的电压梯度被施加在所述第一总线和所述第二总线上，在所述第二模式中与所述第一极性相反的第二极性的电压梯度被施加在所述第一总线和所述第二总线上。
7.一种电加热器，包括：
根据权利要求1至5中的任一项所述的加热器元件，
能够操作地连接到所述第一总线和所述第二总线的所述第一端子和所述第二端子以用于在所述第一总线和所述第二总线上施加电压梯度的电源，以及
开关元件，其被配置为反转所述第一总线和所述第二总线上的所述电压梯度的极性。
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