CN110349721A - 热保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热保护装置，该热保护装置包括限定至少一个腔体的壳体。在壳体中部分地嵌入有压敏电阻器。压敏电阻器包括接触表面。此外，壳体包括由绝缘材料制成的内壁，该内壁放置成与压敏电阻器和压敏电阻器的接触表面相邻。可移动绝缘块可以设计成抗击穿。在连接部变松的情况下，连接部与压敏电阻器接触部的分离通过两种机制来确保。

Description

热保护装置

技术领域

本发明涉及用以保护压敏电阻器避免过热的热保护装置。

背景技术

压敏电阻器具有特殊的电流-电压特性。在施加的电压超过特定值的情况下，压敏电阻器从电绝缘状态变为导电状态。该效应用来保护电压敏感的电气元件。然而，在压敏电阻器变为导电的情况下，高电流会流过压敏电阻器。该电流会使压敏电阻器变热至爆炸点或其他损坏点。

为了保护压敏电阻器和其他电气元件避免这种过热，可以使用如US 6,430,019B1中所描述的热保护装置。这些保护装置中的一种类型是热熔断器。

发明内容

本发明的目的在于构建一种快速且可靠的热保护装置。更具体地，任务是提供一种用以在由于一定时间内施加至压敏电阻器的持续高电压引起过热的情况下保护压敏电阻器的热保护装置。

独立权利要求1中公开的本发明提供了针对该问题的解决方案。从属权利要求可以提供优选的解决方案。

本发明涉及一种热保护装置，该热保护装置包括限定至少一个腔体的壳体。在壳体中部分地嵌入有压敏电阻器。在施加至压敏电阻器的电压达到特征值情况下，压敏电阻器从电绝缘状态变为导电状态并且允许高电流的流动。压敏电阻器在一个侧部上包括接触表面。此外，壳体包括由绝缘材料制成的内壁，该内壁放置成与压敏电阻器和压敏电阻器的接触表面相邻。内壁中设置有窗口，该窗口在热保护装置的操作状态期间允许与压敏电阻器的接触表面的连接。在热保护装置的故障状态下，内壁中的窗口被可移动绝缘块覆盖。由此，压敏电阻器的接触表面将借助于内壁和被覆盖的窗口而完全电绝缘。

操作状态是在安装有热保护装置的系统处于正常状态的前提下的热保护装置的状态。在由于系统中的错误而使高电压施加至压敏电阻器的情况下，压敏电阻器变得导电。因此，高电流流过热保护装置。该电流可以使压敏电阻器和与压敏电阻器连接的电连接部变热。热保护装置被设计成保护压敏电阻器避免这种变热。因此，在变热的情况下，压敏电阻器与系统之间的导电连接部被热保护装置中断。连接部中断的情况是热保护装置的故障状态。

可移动绝缘块布置在壳体内。可移动绝缘块的功能是在热保护装置的故障状态期间使压敏电阻器在窗口的区域中绝缘。

这种壳体为任何内部部件提供对抗环境影响、例如湿度或灰尘的最佳保护。位于压敏电阻器的接触表面上的具有窗口的内壁限定了接触表面上的较小接触区域，该较小接触区域与开放的接触表面相比更易于借助于热保护装置来控制。在操作状态下，热保护装置允许与压敏电阻器的接触表面的连接。由于压敏电阻器的可用接触表面积减小，因此更容易降低电弧的风险。壳体的内壁中的窗口的覆盖是安全的断开，这是因为整个接触表面将是电绝缘的。此外，覆盖件可以被设计成防止电弧，这将避免热保护装置的相关设置。

在实施方式中，热保护装置被设计成具有下述压敏电阻器：该压敏电阻器包括具有端子的第二接触表面。具有端子的该接触表面可以布置在与上面提到的压敏电阻器的第一接触表面相反的一侧。第二接触表面上的端子可以比压敏电阻器的尺寸大。在特定的改型中，第二接触表面上的端子可以从壳体突出。从壳体突出的端子可以形成为用以将压敏电阻器插接在电路板上。由此，壳体以及热保护装置可以经由端子插接在电路板上。压敏电阻器可以是金属氧化物压敏电阻器。在特定的改型中，压敏电阻器将是氧化锌压敏电阻器。压敏电阻器可以具有矩形形状，但是并不限于此。例如，压敏电阻器也可以具有圆形形状。从壳体突出且具有被插接的可能性的可能的端子可以改善热保护装置的操作和更换。这将允许容易且快速的替换。

热保护装置的另一实施方式包括形成于端子的金属接触件。该金属接触件可以限定弹簧端子。弹簧端子将被固定至壳体。弹簧端子可以部分地布置在壳体的腔体中。在热保护装置的操作状态期间，弹簧端子的一个端部可以在腔体内穿过壳体的内壁中的窗口而连接至压敏电阻器的第一接触表面。这种连接可以在固定的弹簧端子中引起预应力，这将引起远离连接部指向且与压敏电阻器的第一接触表面垂直的弹簧力。在热保护装置的操作状态期间，弹簧端子中的可能的预应力可以实现触发情况下的较短的响应时间。另外，弹簧端子在热保护装置被触发之后不会恢复至在没有外部力的情况下的弹簧端子的与压敏电阻器的第一接触表面连接的初始位置。弹簧端子的一部分可以从壳体突出。该部分可以被设计为可插接的端子。因此，该部分可以提供稳定地插接的热保护装置。

在热保护装置的实施方式中，在热保护装置的操作状态期间，弹簧端子与压敏电阻器的第一接触表面之间的连接部被实施为低温焊料接头。其中，“低温”可以是焊料接头达到下述状态所处的特征温度：即，焊料接头由于金属接触件中可能存在的力或预应力而可以允许之前连接的金属接触件与接触表面的分离。“低温”可以是低温焊料的熔融温度。该特征温度由于该特征温度的值与焊料的通常的特征温度相比可能较低而可以被称为“低温”。低温焊料的特征温度可以在100℃至210℃的范围内，例如为138℃。在低温焊料接头变热至特征温度的情况下，连接部会变松并且焊料会变为液体。在弹簧端子与第一接触表面之间的连接部变松的情况下，这两者的分离变得容易。这种分离将导致热保护装置的故障状态。其中，术语“故障”是由于该状态的起源而被选用的，术语“故障”是安装有热保护装置的系统中的故障。

在该实施方式中，低温焊料接头的变热可以由系统中的故障导致的流过连接部的高电流引起或者由于焊料接头与压敏电阻器直接接触而由压敏电阻器自身辐射的热量而引起。此外，低温焊料接头的变热可以由来自热保护装置外部的任何其他源引起。高电流或变热的压敏电阻器是热保护装置应当保护压敏电阻器避免的情况。低温焊料接头的布置可以确保热保护装置的响应时间较短。

由于连接部布置为与压敏电阻器接近，以及连接的弹簧端子中的应力，具有低温焊料接头的实施方式与来自以上实施方式的弹簧端子的可能的组合可以实现压敏电阻器的第一接触表面的安全且快速的断开。

在本发明的另一实施方式中，壳体由可移除的塑料盖封闭。可移除的塑料盖将允许接近壳体的腔体中的部件。此外，通过准确地施加热量，可以在触发热保护装置之后重构弹簧端子与第一接触表面之间的低温焊料接头。这将允许技术人员将热保护装置复位至操作状态。

热保护装置的另一实施方式包括壳体的腔体中的弹簧。弹簧可以是扭转弹簧。弹簧可以布置成与壳体的与压敏电阻器相对的内壁相邻。此外，该实施方式的热保护装置可以包括在壳体的腔体内的与该内壁相邻的可移动绝缘块。具体地，可移动绝缘块可以部分地位于弹簧端子与内壁之间。弹簧和可移动绝缘块两者或者弹簧和可移动绝缘块中的仅一者可以具有共同的旋转中心。在内壁上于该旋转中心处可以布置有铆钉，该铆钉伸到壳体的腔体中。弹簧和可移动绝缘块两者均可以固定在铆钉上。

在热保护装置的操作状态下，弹簧可以将可移动绝缘块推靠在弹簧端子上，该弹簧端子连接至压敏电阻器的第一接触表面。被弹簧推动的可移动绝缘块可以代表作用在弹簧端子与压敏电阻器的第一接触表面之间的连接部上的力的来源，其中，由弹簧和可移动绝缘块施加的力将平行于内壁而指向。力可以指向成在热保护装置的故障状态下使弹簧端子与压敏电阻器的第一接触表面分离。

由于弹簧端子可以在热保护装置的操作状态下已被预加应力，因此可移动绝缘块与所描述的弹簧力的组合代表另一分离机制。这种另一分离机制——该分离机制呈由弹簧推动可移动绝缘块的形式——将提高热保护装置的安全性，这是因为该分离机制确保了在连接部变松的情况下使连接部与第一接触表面分离。

由于可移动绝缘块可以设计成以旋转的方式围绕旋转中心处的铆钉运动，因此不需要导引轨道。因此，可移动绝缘块不可能被卡住。这将改善热保护装置的安全性。

在热保护装置的优选实施方式中，如上所述的可移动绝缘块可以在热保护装置的故障状态的情况下被弹簧推动到终点位置。在与压敏电阻器的第一接触表面连接的连接部由于压敏电阻器变热而变松的情况下会达到这种故障状态。可移动绝缘块可以被设计成使端子与压敏电阻器的第一接触表面分离。此外，可移动绝缘块可以被设计成覆盖壳体的内壁中的窗口，由此压敏电阻器的第一接触表面将是完全电绝缘的并且因此抗电弧。这种设计将确保压敏电阻器的断开并且防止在热保护装置的故障状态下产生飞弧的紧急情况。

热保护装置的可能的实施方式包括用以示意热保护装置的当前状态的指示器。指示器将部分地布置在壳体中并且可以包括从壳体突出的信号触头和布置在壳体中的指示器触发器。指示器可以是微型开关。可移动绝缘块可以在热保护装置的故障状态下触到指示器的触发器。可移动绝缘块可以被设计成在可移动绝缘块被推动到可移动绝缘块的终点位置时触发指示器。指示器的信号触头可以连接有任何另外的电子元件以显示热保护装置的状态。

附图说明

在附图中：

图1示出了热保护装置的示意性立体图，其壳体被示出为透明的。

图2示出了透明的壳体以示出嵌入的压敏电阻器。

图3示出处于操作状态的热保护装置。

图4示出处于故障状态的热保护装置。

图5示出金属氧化物压敏电阻器盘状件的示意图。

具体实施方式

图1示出了处于操作状态的热保护装置100的示例性实施方式。在该图中，壳体1被示出为透明的以示出压敏电阻器2，压敏电阻器2部分地嵌入壳体1中。壳体1包括内壁16，内壁16布置成与压敏电阻器2的接触表面21平行。壳体限定至少一个腔体。这里，内壁16也可以是前面提到的腔体的壁。内壁16包括窗口12，该窗口12提供形成从腔体中的部件至压敏电阻器2的接触表面21的连接部的可能性。压敏电阻器2包括端子22。所述端子布置在接触表面21的相反侧并且从壳体1突出。

热保护装置100包括弹簧端子13，弹簧端子13部分地布置在壳体1 的腔体中。弹簧端子借助于壳体1中的固定特征部14保持在弹簧端子的位置。弹簧端子13的突出部分和压敏电阻器2的端子22的突出部分被设计成使得热保护装置能够插接。

在热保护装置100的操作状态期间，弹簧端子13的在壳体1的腔体中的端部穿过壳体1的内壁16中的窗口12连接至压敏电阻器2的接触表面21。弹簧端子13与第一接触表面之间的连接部引起弹簧端子中的远离压敏电阻器2的接触表面21指向的应力。为了保持弹簧端子13与接触表面21之间的连接，使用电连接部11。电连接部11通过低温焊料接头实现。这种低温焊料接头具有焊料变为液体时所处的临界温度。焊料变为液体时所处的临界温度可以在100℃与210℃之间的范围内，例如为138℃。

处于操作状态的热保护装置100的示出的实施方式包括可移动绝缘块43，可移动绝缘块43布置在壳体1的腔体中并且抵接在内壁16上。在腔体中放置有弹簧42并且弹簧42将可移动绝缘块43推靠在电连接部 11附近的弹簧端子13上。弹簧42借助于用以固定弹簧的特征部41而保持就位，特征部41布置在内壁16上并且延伸到壳体1的腔体中。可移动绝缘块43和弹簧42的运动路径是在与内壁16平行并且因此与压敏电阻器2的接触表面21平行的平面内的、以用以固定弹簧42的特征部41为中心的旋转路径。

如图1中所示，热保护装置的实施方式包括指示器31。指示器31部分地布置在壳体1中并且可以被可移动绝缘块43触到。指示器包括信号触头32，信号触头32布置在壳体l外。

图2以用以示出部分地嵌入的压敏电阻器2的透视图示出了用于热保护装置的壳体1的实施方式。示出的壳体的实施方式包括具有窗口12的内壁16，其中内壁16布置成与部分地嵌入的压敏电阻器2的接触表面21 平行，并且内壁16对壳体1中的腔体限界。内壁16中的窗口12允许形成与压敏电阻器2的接触表面21的连接。内壁16内的窗口12的形状或布置不限于附图中示出的示例。压敏电阻器2的端子22位于接触表面21 的相反侧并且从壳体1突出。

在壳体1中具有用以固定指示器31的特征部3。特征部3是壳体的外壁中的凹口，该凹口从壳体的上边界伸至内壁16的水平面。壳体l包括用以固定弹簧端子的特征部14。特征部14也是壳体1的外壁中的凹口。

在壳体的腔体中具有用以固定弹簧42的特征部41。用以固定弹簧42 的特征部41被设计成类似于布置在内壁16上并且伸到壳体1的腔体中的铆钉。

图3示出处于操作状态的热保护装置100的可能实施方式的示意性概要图。在该操作状态下，弹簧端子13连接至部分地嵌入壳体1的腔体中的压敏电阻器2的接触表面21。该连接通过壳体1的内壁16中的窗口12 实现并且借助于电连接部11保持。焊料接头在低温处是稳定的并且低温焊料保持固态直到低温焊料的温度达到临界温度。弹簧端子13经由用以将弹簧端子部分地固定在壳体1的腔体中的特征部14而固定在壳体1处。由于弹簧端子13的固定和与接触表面21的连接，在弹簧端子中的与压敏电阻器2的接触表面21连接的端部附近形成应力。该应力远离接触表面指向并且在低温焊料变为液体的情况下引起弹簧端子13与压敏电阻器2 的接触表面21的快速分离。

在该实施方式中，热保护装置100包括可移动绝缘块43。在操作状态期间，可移动绝缘块43在壳体1的腔体内布置在内壁16与弹簧端子 13之间。只要热保护装置100处于其操作状态，弹簧42就将可移动绝缘块43推靠在电连接部11附近的弹簧端子13上。弹簧42和可移动绝缘块 43具有共同的旋转轴线。该旋转轴线由布置在内壁16上并伸到壳体1的腔体中的用以固定弹簧42的特征部41限定。扭转弹簧具有两个臂，其中，一个臂用来推动可移动绝缘块43，并且另一个臂推靠在壳体1的壁上以便在弹簧42中提供扭矩。

在壳体的腔体内布置有指示器31的触发器33。在热保护装置100的操作状态期间，指示器31的触发器33未被激活。相应的电信号可以在指示器31的从壳体1突出的信号触头32处被分接。

图4示出了处于故障状态的热保护装置100的可能实施方式的示意性概要图。故障状态是由一定时间内的弹簧端子13与压敏电阻器的端子22 之间的临界高电压引发的连锁反应的结果。在这些端子之间的电压达到特征值的情况下，作为第一结果：压敏电阻器2从电绝缘状态变为导电状态并且允许高电流。高电流可以使弹簧端子13与压敏电阻器2的接触表面 21之间的电连接部11变热。这将使所使用的低温焊料液化。由此，电连接部11由于弹簧端子中的应力或者由于弹簧42的扭矩而变松，其中，弹簧端子中的应力使弹簧端子13弯曲远离压敏电阻器2的接触表面21，弹簧42的扭矩推动弹簧端子13与内壁16之间的可移动绝缘块43越过窗口 12。由于这种连锁反应，弹簧端子13与压敏电阻器2分离，并且可移动绝缘块封闭内壁中的窗口12并激活指示器31的触发器33。

图5示出了压敏电阻器2的示例性实施方式。压敏电阻器包括在压敏电阻器2的一个侧部上的接触表面21。接触表面21布置在压敏电阻器2 的金属化层23上。该金属化层23可以部分地或完全地在压敏电阻器2的一个侧部上延伸。压敏电阻器2在相对于接触表面21的相反侧部上包括具有端子22的另外的接触表面。压敏电阻器2的端子22突出超过压敏电阻器2的尺寸。在可能的实施方式中，端子22以这种方式设计成使得端子22伸出壳体1。压敏电阻器可以被设计为金属氧化物压敏电阻器。在两个接触表面之间施加电压的情况下，这种金属氧化物压敏电阻器具有特征电行为。在施加的电压达到一定值的情况下，压敏电阻器的电阻迅速从绝缘状态变为导电状态。

附图标记列表

1 壳体

11 电连接部

12 窗口

13 弹簧端子

14 用以固定弹簧端子的特征部

15 塑料盖

16 内壁

100 热保护装置

2 压敏电阻器

21 接触表面

22 端子

23 压敏电阻器的金属化层

3 用以固定指示器的特征部

31 指示器

32 指示器的信号触头

33 触发器

41 用以固定弹簧的特征部

42 弹簧

43 可移动绝缘块

43a 终点位置。

Claims (12)

1.一种热保护装置(100)，包括：

-壳体(1)，

-压敏电阻器(2)，所述压敏电阻器(2)部分地嵌入所述壳体(1)中以使所述压敏电阻器(2)电绝缘，其中，所述压敏电阻器(2)包括部分未绝缘的接触表面(21)，

-由绝缘材料制成的内壁(16)，所述内壁(16)布置成与所述压敏电阻器(2)的所述接触表面(21)相邻，

-所述内壁(16)中的窗口(12)，所述窗口(12)用以在所述热保护装置(100)的操作状态下允许对所述压敏电阻器(2)的所述接触表面(21)的电连接(11)，

-可移动绝缘块(43)，所述可移动绝缘块(43)布置成在所述热保护装置(100)的故障状态下覆盖所述内壁(16)中的所述窗口(12)以使所述压敏电阻器(2)在所述内壁(16)的所述窗口(12)的区域中绝缘。

2.根据权利要求1所述的热保护装置(100)，其中，金属接触件限定弹簧端子(13)，使得所述弹簧端子(13)在所述热保护装置(100)的操作状态期间穿过所述窗口(12)电连接(11)至所述压敏电阻器(2)的所述接触表面(21)。

3.根据权利要求2所述的热保护装置(100)，其中，所述金属接触件在所述热保护装置(100)的操作状态期间受到沿远离所述接触表面的方向作用的预应力。

4.根据权利要求2或3所述的热保护装置(100)，其中，在所述热保护装置(100)的操作状态期间，所述压敏电阻器(2)的所述接触表面(21)与所述弹簧端子(13)之间的电连接(11)包括低温焊料接头，其中，所述低温是所述焊料接头达到允许所述预应力使与所述接触表面的接触中断的状态时所处的特征温度。

5.根据权利要求4所述的热保护装置(100)，其中，所述特征温度是所述焊料的熔融温度，所述熔融温度在180℃至210℃的范围内，例如为200℃。

6.根据权利要求2、3、4或5所述的热保护装置(100)，其中，所述可移动绝缘块(43)在所述热保护装置(100)的操作状态期间借助于来自弹簧(42)的弹簧力压靠在所述弹簧端子(13)上。

7.根据前述权利要求中的一项所述的热保护装置(100)，其中，所述可移动绝缘块(43)被设计成在所述热保护装置(100)的故障状态下被所述弹簧(42)推动到终点位置(43a)并且由此覆盖所述内壁(16)的所述窗口(12)。

8.根据前述权利要求中的一项所述的热保护装置(100)，其中，所述壳体(1)在前侧部上包括指示器(31)，使得所述指示器(31)的信号触头(32)伸出所述壳体(1)并且使得指示器触发器(33)伸到所述壳体(1)中。

9.根据权利要求8所述的热保护装置(100)，其中，所述指示器(31)是微型开关。

10.根据权利要求8或9所述的热保护装置(100)，其中，所述可移动绝缘块(43)被设计成在所述热保护装置(100)的故障状态下被所述弹簧(42)推动到所述可移动绝缘块(43)的终点位置(43a)并且由此操作所述指示器(31)的所述指示器触发器(33)。

11.根据前述权利要求中的一项所述的热保护装置(100)，其中，所述压敏电阻器(2)具有矩形形状或圆形形状。

12.根据前述权利要求中的一项所述的热保护装置(100)，其中，所述压敏电阻器(2)包括设置有端子(22)的第二接触表面。