CN1089766A

CN1089766A - 具有ptc热敏电阻的电动机起动继电器装置

Info

Publication number: CN1089766A
Application number: CN93114142A
Authority: CN
Inventors: 竹内通一; 野原洋
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1992-10-02
Filing date: 1993-09-30
Publication date: 1994-07-20
Also published as: US5428493A; EP0590592A1; JPH06121565A

Abstract

在一个继电器装置中，第一PTC热敏电阻的一端连接到第一外部连接端子，其另一端连接到第二 PTC热敏电阻的一端，后者的另一端连接到第二外部连接端子，以及一个热开关与第一和第二PCT热敏电阻形成热偶合，并且与第二PTC热敏电阻并联连接。热开关在不受热时保持闭合，并且由第一或第二PTC热敏电阻产生的热量打开。因此，继电器装置的初始电阻很低，并且在热平衡期间的功率消耗较小。

Description

本发明涉及继电器装置，特别是涉及一种电动机起动继电器装置，它利用了例如正特性热敏电阻的一种正温度系数（PTC）电阻元件的正温度特性。

依靠正特性（PTC）热敏电阻的电阻温度特性来工作的继电器装置已经被广泛地用于起动冰箱或空调器压缩机的电动机。这种电动机起动继电器装置被用来操作电容起动型或分相起动型电动机的起动器电路;也就是说，它的工作方式是一种非延时继电器。

在已经过审查的日本实用新型公开（公告）昭58-34722/（1983），已经过审查的日本专利公开（公告）昭63-18817/（1988），以及未审查的日本新型申请（公开）平2-2802/（1990）中描述了使用一PTC热敏电阻的惯用的电动机起动继电器装置。

在图10中示出了一种惯用的分相起动型单相电动机，其中PTC热敏电阻101连接在电动机102的一个辅助绕组104上。在接通电源开关106起动电机后的最初时间期间，热敏电阻101的温度很低，从而构成一个数十欧姆（Ω）的低电阻元件。由于由PTC热敏电阻的低电阻和辅助绕组104的电感所确定的辅助绕组电路的阻抗与由主绕组103的电感所确定的阻抗不同，辅助绕组104中的电流I2与电机102的主绕组103中的电流I1形成相位移。这一相位差导致出现一个旋转磁场，结果使电机的转子开始转动。在电机起动之后，PTC热敏电阻101自身随着时间的推移而发热;从而使其温度升高，其电阻由此而急剧增大（到数十千欧（KΩ）甚至数百千欧（KΩ）），最终使流经辅助绕组104的电流I2急剧下降到仅有一个微电流（几个毫安（mA））。这样，电机102就可以在稳定状态下转动。从以上描述可见，PTC热敏电阻构成一个低阻值的起动电阻，并且能变成一个大电阻元件使流经辅助绕组104的电流I2急剧下降成为微弱电流。也就是说，PCT具有一个继电器装置的功能，它能使辅助绕组基本实现开路。

如上所述，在惯用的PTC继电器装置，PTC热敏电阻是被用做一个大电阻元件使辅助绕组基本上实现开路。因此，在电机稳态工作期间，PTC热敏电阻必需要产生热量来维持其高电阻值。其结果，PTC热敏电阻将会消耗高3至4瓦特的电能。

另一方面，PTC热敏电阻需要具备用于继电器操作的大电阻，并且要满足其作为低阻值起动电阻的操作要求。因此，在仅用一个PTC热敏电阻的现有技术中，PTC热敏电阻的所需电阻温度特性是确定的，从而很难减少继电器装置的功率损耗。

因此，本发明的一个目的就是解决上述惯用的电机起动继电器装置中的问题。更确切地说，本发明的目的提供一种电机起动继电器装置，其中的初始电阻值被维持在很低，并且在热平衡期间的功率消耗被大大地减少了。

本发明的上述目的是通过提供这样一种继电器装置来完成的，它包括至少二个正特性（PTC）热敏电阻，称为第一和第二（PTC）热敏电阻，以及一个热开关（受热动作的开关），按照本发明，其中第一PTC热敏电阻的一端连接到第一外部连接端子，其另一端连接第二PTC热敏电阻的一端，第二PTC热敏电阻的另一端连接到第二外部连接端子，热开关与第一和第二PTC热敏电阻形成热偶合，并且与第二PTC热敏电阻并联连接，热开关在不受热时保持闭合，并且由第一或第二PTC热敏电阻所产生的热量使之打开。

在本发明的继电器装置中，如上所述，第一PTC热敏电阻的一端连接到第一外部连接端子，其另一端连接第二PTC热敏电阻的一端，后者的另一端连接到第二外部连接端子，并且热开关被连接成与第二PTC热敏电阻并联且在不受热时保持闭合。因此，当有电压施加在外部连接端子之间时，在紧随电压施加之后的最初时间期间，第二PTC热敏电阻被处于闭合状态的热开关短路，从而使电压完全加在第一PTC热敏电阻上，使后者发热。在这种情况下，继电器装置的初始电阻值由第一PTC热敏电阻确定，并且因此可以用冷态值很低的PTC热敏电阻作为第一PTC热敏电阻，从而把初始电阻设定为一个低值。

热开关与第一PTC热敏电阻形成热偶合，从而使其响应第一PTC热敏电阻产生的热量而打开。这样，一旦由于第一PTC热敏电阻发热的温度达到了热开关的操作温度，后者就会由于第一PTC热敏电阻产生的热量被打开。

热开关还被连接到第二PTC热敏电阻上，因此，当热开关按上述方式被打开时，第一和第二PTC热敏电阻就构成串联电路，从而使加在第一和第二外部连接端子之间的电压被施加到第一和第二PTC热敏电阻的串联电路两端，并且由此使第二PTC热敏电阻也会发热。

结果，与第二PTC形成热偶合的热开关被第二PTC热敏电所产生的热量打开。因此，已经由第一PTC热敏电阻产生的热量打开的热开关主要由第二PTC热敏电阻产生的热量维持打开状态。

在操作中，电路的功率消耗是第一和第二PTC热敏电阻功率消耗的总和。因此，可以通过这样的设计方案来减少电路的功率消耗，即使得在热平衡期间的功率消耗小于仅有第一PTC热敏电阻起动作用时的电路功率消耗。这样，可以把紧随电源开关接通之后的最初期间的初始电阻设定为一个很小的值，并且能大大减少热平衡期间的功率消耗。通过适当地调整第一和第二PTC热敏电阻之间的电和热的关系，使二者适当地分配电路中的电压，就可以使第二PTC热敏电阻开始并且提前产生热量。通常，当热开关被打开时，第一PTC热敏电阻的阻值已经达到了一个高值。因此，为了使第二PTC热敏电阻与第PTC热敏电阻与第一PTC热敏电阻分享电压，以便转换热开关的热量来源，我们希望第二PTC热敏电的尺寸较小并且电阻值较高。为此，采用由第一PTC热敏电阻对第二PTC热敏电阻进行预加热的方式是很有效的。

通过以下结合附图的详细描述以及附加的权利要求书可以更清楚认识到本发明的性质，效果和工作原理。

在附图中：

图1A表示按照本发明的电机起动继电器装置的一个电路图;

图1B是用于说明继电器装置的动作的电路图;

图2A-2C是本发明继电器的结构图;

图3表示适合本发明的继电器装置的PTC热敏电阻的电阻温度特性曲线;

图4也是一个电阻温度特性曲线图，它表示同样适用于本发明的继电器装置的其他PTC热敏电阻的特性;

图5是一个电路图，表示采用本发明的继电器装置的电机起动电路;

图6是用于解释电机起动电路工作方式的一个电路图;

图7、8、9表示出了使用本发明继电器装置的其他电机起动电路的电路图;以及

图10表示采用一个PTC继电器装置的普通电机起动的电路的电路图。

按照本发明的继电器装置具有如图1A和1B所示的电路。

该电路包括：第一和第二正特性（PTC）热敏电阻1和2;以及一个热开关（热操作开关）3。电路中应有至少二个PTC热敏电阻。第一PTC热敏电阻1的一端连接到外部连接端子4，其另一端连接到第二PTC热敏电阻2的一端。第二PTC热敏电阻2的另一端连接到另一个外部连接端子5上。也就是使第一和第二PTC热敏电阻1和2相互串联连接。

热开关3与第一和第二PTC热敏电阻1和2形成热偶合，并且与第二PTC热敏电阻2并联连接。热开关3在不受热时保持闭合。

如上所述，第一和第二PTC热敏电阻1和2相互串联连接，而热开关3与第二PTC热敏电阻2并联连接，并且在不受热时保持闭合。当有电压V加到外部连接端子4和5之间时，由于第二PTC热敏电阻2被闭合的热开关3短路，电压V完全加在第一PTC热敏电阻上，从而使其发热。在这种情况下，继电器装置的初始电阻值由第一PTC热敏电阻1的冷态（室温）电阻值来确定。因此，如果把第一PTC热敏电阻1的冷态电阻定为一个低值，就能把上述初始电阻值设定为一个低值。

本发明继电器装置的结构如图2A，2B和2C所示。

第一和第二PTC热敏电阻1和2按这样的方式被固定在一个树脂的外壳20中，使二者通过一个公共电极25相互面对。如2C中所示，热开关3连接到公共电极25的下端。由触点弹簧端子41和51分别支撑相互面对的第一和第二PTC热敏电阻1和2的外表面，端子41和51分别与外部连接端子4和5形成整体。外部连接端子5具有一个触点32与热开关3触点相接触。

热开关3通过公共电极25与第一PTC热敏电阻形成热偶合，并且响应第一PTC热敏电阻1产生的热量被打开。更具体地说，当第一PTC热敏电阻1发热的温度随着时间的延长升高到热开关3的操作温度时，热开关3就响应第一PTC热敏电阻1产生的热量而打开，如图1B中所示。

热开关3与第二PTC热敏电阻2并联连接。因此，当开关3按上述方式被打开时，第一和第二PTC热敏电阻1和2就构成一个串联电路。结果，电压V被加在第一和第二PTC热敏电阻1和2的串联电路两端，使第二PTC热敏电阻2也发热。在这种情况下，电路的功率消耗是第一PTC热敏电阻1的功耗P1和第二PTC热敏电阻2的P2的总和。因此，如果把电路设计成只流过较小的电流，就可以在热平衡期间降低总的功率消耗P。更进一步，总的功率消耗P可以小于仅有第一PTC热敏电阻1起作用时的PO。

热开关3通过公共电极25与第二PTC热敏电阻2形成热偶合，并且响应电阻2的发热而打开。因此，已经由第一PTC热敏电阻1产生的热量打热开关3由第二PTC热敏电阻2产生的热量维持打开状态。

图3表示第一和第二PTC热敏电阻1和2的电阻温度特性。更确切地说，曲线L1和L2分别表示第一和第二PTC热敏电阻1和2的电阻温度特性。

在热平衡期间，在热平衡温度T11处的第一和第二PTC热敏电阻1和2的串联电路合成电路（R11+R12）被设计成大于在热平衡期间（在热平衡温度T01处）仅有第一PTC热敏电阻1起作用时的电路电阻R01，从而使电路中的电流减小，并由此降低了功率消耗。继电器装置包括两个PTC热敏电阻，也就是第一和第二PTC热敏电阻1和2。因此，初始电阻由第一PTC热敏电阻1构成，而合成电阻（R11和R12）则根据PTC热敏电阻2的PTC热敏电阻特性来确定。这样就可以把紧随电源开关接通之后的初始电阻设定为一个很小的值，并且能在热平衡期间大大减少功率消耗。

第二PTC热敏电阻2在温度T11处的电阻R21大于第一PTC热敏电阻1在同一温度T11处的电阻R11。因此，当热开关3打开时，加在第二PTC热敏电阻2上的电压大于第一PTC热敏电阻1上的电压，从而必然会使第二PTC热敏电阻2提前发热。

在图3所示情况下，第一和第二PTC热敏电阻1和2的居里点是基本相等的，也就是说其居里点基本上都在TS1。另一方面，如图4中所示，第二PTC热敏电阻2的居里点TS2可以低于第一PTC热敏电阻1的居里点TS1。在这种情况下，当热开关被第一PTC热敏电阻1产生的热量打开时，第二PTC热敏电阻2的发热必然被提前。

第一和第二PTC热敏电阻1和2通过公共电极25相互面对。因此，第一PTC热敏电阻1可使第二PTC热敏电阻2预热，从而有可能在热开关3打开时改变两个热敏电阻间的电压分配比例。

最好使第二PTC热敏电阻2的体积小于第一PTC热敏电阻1;也就是说使前者的热容量小于后者，从而在热开关3被打开时使第二PTC热敏电阻2加速发热。

在电机已经停止并且需要马上重新起动的情况下，使用热容量小的PTC热敏电阻是有益的。这时PTC热敏电阻可以快速地被冷却并再次变成导电状态并使热开关闭合，从而使电机能在短时内再起动。

热开关3有一个类似电枢热操作片31，它装在第一PTC热敏电阻1的侧面。这一结构有益于使第一PTC热敏电阻1产生的热量很快传送到热操作片31上，从而使第二PTC热敏电阻2加速发热，热开关3可以双金属或开关记忆合金构成。开关3被直接或间接连接到第一和第二PTC热敏电阻1和2。当开关3打开时，电流已经被第一PTC热敏电阻1大大减小了。因此，对于构成热操作片31的触点以及触点32的材料没有特殊的限制。

图5表示采用本发明继电器装置的一个电机起动电路。该电路包括：一个单相电机;主绕组61，辅助绕组62;本发明的继电器装置7;电源8;以及电源开关9。继电器装置7的外部连接端子4连接到辅助绕组62，而外部连接端子5接到电源线上。

如图6所示，在紧随着电源开关9闭合之后，即在电机起动时，第一PTC热敏电阻1作为一个低电阻元件工作。由这低电阻和辅助绕组62的电感所确定的辅助绕组一侧的电路阻抗与主绕组61的电感所确定的主绕组一侧的电路阻抗之间的差别使流经辅助绕组62的电流I2与流经主绕组61的电流I1之间出现相位差。这一相位差导致出现一个旋转磁场，使电机的电枢（未示出）开始转动。

在电机起动之后，当第一PTC热敏电阻1产生的温度达到热开关3的操作温度时，如图6所示，热开关3被第一PTC热敏电阻1产生的热量打开。

热开关3与第二PTC热敏电阻2并联连接。因此，当开关3按上述方式打开时，第一和第二PTC热敏电阻1和2构成一个串联电路，使加在外部连接端子4和5之间的电压作用在第一和第二PTC热敏电阻1和2的串联电路两端，并使第二PTC热敏电阻也发热。

与第二PTC热敏电阻2形成热偶合的热开关3依靠第二PTC热敏电阻2产生的热量打开。因此，已经由第一PTC热敏电阻1产生的热量打开的热开关3主要依靠第二PTC热敏电阻2产生的热量维持打开状态。由此，采用了本发明的电机起动继电器装置，可以减少稳态操作期间的功率消耗。

本发明的电机起动电器装置是采用PTC热敏电阻构成的，这些热敏电阻的初始电阻值的数量级为3.3Ω至22Ω，并且其直径的量级为14mm至20mm。在采用这种继电器装置时，热敏电阻在稳态操作期间的功率消耗1.9至2.0W，而普通继电器装置则为3至4W。

更进一步值得注意的是，如果在继电器装置中使用具有如图3和4中所示的较陡削的电阻-温度特性的PTC热敏电阻，就可以进一步减少功率消耗。

图7至图9表示电机起动电路，其中在功能上参照图5已描述过的对应部分采用了一致的标号。各个电机起动电路都采用本发明的继电器装置。在这些图中，标号10和11表示起动电容器。

本发明的继电器装置具有以下效果或优点：

如上所述，继电器装置中第一PTC热敏电阻的一端连接到第一外部连接端子，其另一端连接到第二PTC热敏电阻的一端，第二PTC热敏电阻的另一端连接第二外部连接端子，而热开关与第二PTC热敏电阻并联连接，并且在不受热时保持闭合。这样，继电器装置的初始电阻取决于第一PTC热敏电阻。因此，在本发明的继电器装置中把第一PTC热敏电阻的冷态电阻值设定为一个低值。也就是说，由于第一PTC热敏电阻的冷态电阻值是这样设置的，本发明的继电器装置中的初始电阻很低。

热开关与第一和第二PTC热敏电阻形成热偶合，并且与第二PTC热敏电阻并联连接。开关在不受热时保持闭合，并且由第一或第二PTC热敏电阻产生的热量打开。因此，在本发明的继电器装置中，在紧随电源开关接通之后的最初时间段内的初始电阻值很小，并且在热平衡期间的功率消耗很小。

热开关与第二PTC热敏电阻形成热偶合，并且由后者所产生的热量打开。因此，在本发明的继电器装置中，已经由第一PTC热敏电阻产生的热量打开的热开关主要由第二PTC热敏电阻产生的热量来维持稳定的打开状态。

尽管上文中是结合最佳实施例来描述本发明的，显而易见的是，本领域中的熟练人员可以在不脱离本发明的条件下做出各种变更和修改，因此，附加的权利要求书的目标是要覆盖所有这些属于本发明的原理和范围内的变更和修改。

Claims

1、一种用于起动电动机的继电器装置包括：

第一PTC热敏电阻，其第一端连接到一个第一外部连接端子；

第二PTC热敏电阻，其第一端连接到第二外部连接端子，并且其第二端连接到上述第一PTC热敏电阻的第二端；以及

一个与上述第一和第二PTC热敏电阻形成热偶合的热开关，与所述第二PTC热敏电阻并联连接，上述热开关在未受热时保持闭合，并且由上述第一和第二PTC热敏电阻所产生的热量打开。

2、如权利要求1的继电器装置，其特征是进一步包括一个设在相互面对的上述第一和第二PTC热敏电阻之间的公共电极，上述公共电极与上述热开关连接，从而使上述第一和第二PTC热敏电阻、上述公共电极以及上述热开关形成热偶合。

3、如权利要求1的继电器装置，其特征是，上述热开关由上述第一PTC热敏电阻产生的热量打开，并在此后主要由上述第二PTC热敏电阻产生的热量维持打开关状态。

4、如权利要求1的继电器装置，其特征是上述第二PTC热敏电阻在热平衡期间的功率消耗小于上述第一PTC热敏电阻在热平衡期间的功率消耗。

5、如权利要求1的继电器装置，其特征是，上述第一和第二PTC热敏电阻在使上述热开关保持打开时的功率消耗总和小于上述热开关保持闭合时上述第一PTC热敏电阻的功率消耗。

6、如权利要1的继电器装置，其特征是，当上述第一和第二PTC热敏电阻处于一个相同温度下时，上述第二PTC热敏电阻的电阻值大于上述第一PTC热敏电阻的电阻值。

7、如权利要求1的继电器装置，其特征是，上述第二PTC热敏电阻的居里点比上述第一PTC热敏电阻的居里点低。

8、如权利要求1的继电器装置，其特征是上述第二PTC热敏电阻的体积小于上述第一PTC热敏电阻。

9、如权利要求1的继电器装置，其特征是上述热开关具有一个设在上述第一PTC热敏电阻一侧的热操作片。

10、如在前的任一项权利要求的继电器装置，其特征是它被用于起动一台电动机。