CN1127096C - 提高抗脉冲强度的正温度系数的热敏电阻 - Google Patents
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Abstract
一种盘形主体的PTC热敏电阻在相互分开面对着的主表面上的电极，使得在两电极间加电压后的初期，主体侧表面在沿主表面法线方向的电极之间有不对称的温度分布。发热峰值区不在沿厚度方向的电极间中间位置，这样提高了热敏电阻的抗脉冲强度。它可以通过采用不同尺寸的电极或使主体的特定电阻分布不均匀使发热峰值区离开主体两个主表面间的中心区域作到这一点。
Description
本发明涉及具有正温度系数的热敏电阻，也称之为PTC热敏电阻。特别是，本发明所涉及的PTC热敏电阻具有改进的抗脉冲强度性能。
PTC热敏电阻当用来防止电流过载、用在去磁或用在电动机起动器中时，就要求具有大的抗脉冲强度的能力。图3A和3B给出了典型现有技术的PTC热敏电阻1，在其环盘状主体2的两个互相面对着的主表面3和4上分别形成有电极6和7。标号5所指为盘状主体2的侧表面。图4A和4B是现有技术的另一种PTC热敏电阻11，它在环形盘状主体12的相互面对着的两个主表面13和14上也分别形成电极16和17，但不同于图3A和3B的是该电阻主体12沿厚度方向被划分成三个区域，即中间区域18以及将其夹在当中的外区19和20，外区19和20比内区18具有更高的电阻率值。该现有技术PTC热敏电阻已公开在日本特许公报平9-17606中。在图4A和4B中，标号15指主体2的侧表面。沿厚度方向伸展并与主表面13与14的环周相连。
当对如图3A和3B中所示的PTC热敏电阻的两个电极6和7之间加上一个电压的时候，它的主体2就开始生热。在散热的最初阶段，散热最大的区域位于沿厚度方向的主体2的中心位置。结果，主体2中沿厚度方向的温度分布如图3C所示。这样，就会产生一个比较大的张力，当主体没有足够的抗脉冲强度时，主体2就很可能被损坏。
另一方面，当在图4A和4B所示的PTC热敏电阻11的两电极16和17间加上一个电压时，在散热的最初阶段主体12内部出现两个散热最大的区域。结果，主体12中沿厚度方向的温度分布就变为如图4C所示的情况。也就是说，两个温度峰值明显分开，整个温度分布是比较对称。
尽管有如上所述的优点，图4A和4B所示的PTC热敏电阻11由于加工主体12必须使用两种不同的材料，还要有更多的步骤加工层状结构，因此更麻烦且费用更昂贵。
因此，本发明的目的就是要提供一种PTC热敏电阻，它具有改进的抗脉冲强度而且易于加工。
能够实现上述和其它目的并体现本发明的PTC热敏电阻可以表征为，它包括一个盘形的主体，主体有两个相互分开的面对的主表面上的电极，在这一方面，在结构上与现有技术中的PTC热敏电阻1和11相似，不同处在于其中的主体和/或电极的结构使得，当在两个电极间加上电压之后的初期，沿主体厚度方向两电极间的主体侧表面具有不对称的温度分布，而且发热峰值也不出现在沿厚度方向两电极间的中间位置处，而是出现在明显接近于某一或另一主表面。也就是说，本发明发现为了提高PTC热敏电阻的抗脉冲强度，不一定要用常规的主体使两个散热峰值向各自主表面分离(如图4A和4B)。只要将散热峰值沿厚度方向作一些移位就可以了。
为此，本发明提供一种PTC热敏电阻，包括一个PTC热敏电阻主体，它具有一对互相分开和面对着并都有一周边的第一主表面和第二主表面，并有一侧表面连接所述一对主表面的周边且沿所述主表面的法线方向伸展；在所述第一主表面上的一第一电极；以及在所述第二主表面上的一第二电极；所述PTC热敏电阻主体构造成其具有沿所述第一主表面与第二主表面之间的所述法线方向不对称变化的电阻率，从而当在所述第一电极与所述第二电极间加电压后的最初期间，所述侧表面具有沿所述第一主表面与第二主表面之间的所述法线方向不对称的温度分布，且所述侧表面有明显与所述一对主表面中的一个较另一个更接近的峰值发热区。
优选的是，如果主体是圆盘形，其中一个电极就可以做成比主表面小的一个同心圆盘，这样就留有一个围绕主表面周边的间隙，而另一电极则覆盖着另一主表面的整个表面。另一种做法就是两个电极均绕它们的圆周留出间隙，但间隙的宽度不同。如果在主体两个主表面上的电极尺寸不同，在主体中的电流密度沿厚度方向就不均一，这就足以使发热峰值移离两个主表面中间的平面位置。
包括并形成本说明书一部分的附图绘示本发明的实施例，与文字描述一起用来解释本发明的原理。在图中：
图1A和1B分别是本发明第一实施例中PTC热敏电阻的斜视图与侧视图，图1C是该电阻工作最初阶段的温度分布曲线；
图2A和2B分别是本发明第二实施例中PTC热敏电阻的斜视图与侧视图，图1C是该电阻工作最初阶段的温度分布曲线；
图3A和3B分别是现有技术PTC热敏电阻的斜视图与侧视图，图3C是该电阻工作最初阶段的温度分布曲线；
图4A和4B分别是另一现有技术PTC热敏电阻的斜视图与侧视图，图4C是该电阻工作最初阶段的温度分布曲线；
图1A和1B示出本发明第一实施例的PTC热敏电阻21，它包括一个圆盘形主体22和在其上的两个电极26和27，(主体由生产PTC热敏电阻的已知材料组成，在这里也称为“PTC热敏电阻主体”或简称“主体”)。，与参照图3A、3B、4A和4B所述现有技术的PTC热敏电阻1和11相似，该实例的盘形主体22也有两个相互分开面对着的圆形主表面(“第一主表面23”与“第二主表面24”)，沿主体厚度方向展开一个侧表面25(或按主表面称为法线方向)，它连接主表面23和24的圆周边。两个电极(“第一电极26”和“第二电极27”)是平面的，分别在主表面23和24上形成，比如，是通过烧制欧姆接触的银材料形成的。另外也可以用固体焊接法形成Cr、Ni-Cu和Ag的三层结构。
本发明这一实施例的特征是在第一电极26的圆周边与第一主表面的圆周边间留有特定宽度的间隙，而第二电极27则完全覆盖在第二主表面24上，达到其周边。
当在第一电极26和第二电极27间加上电压时，主体22侧表面25上的电流密度流向周围形成间隙的第一电极26的要比流向完全覆盖第二主表面的第二电极27的更低。结果，通常在第二主表面24附近的产热率比在第一主表面23附近高。这样，在加热的最初阶段(也就是，在加电压后0.1秒)，沿厚度方向主体22内的温度分布如图1C所示，产生热峰值区域从中心移向第二电极27，温度分布相对于沿厚度方向的中心不对称。结果，就提高了PTC热敏电阻21的抗脉冲强度。
为了获得这样的分布曲线，第二电极27没有必要完全覆盖在第二主表面24上。只要第一电极26与第一主表面23两者周边间的距离与第二电极27与第二主表面24两者周边间的距离不同就可以了。即使在第一电极26与第二电极27周围形成间隙，它们的宽度也不一定要均匀一致。电极26和27中的一个或两个可以向侧表面25偏移。
图2A和2B是本发明第二实施例的另一PTC热敏电阻31，它包括一个圆盘形主体22和形成在其上的两个电极36和37。这个盘形主体32也有两个相互分开面对着的圆形主表面(“第一主表面33”和“第二主表面34”)，并沿厚度方向伸展有侧表面35，它连接主表面33和34的周边。两个电极(“第一电极36”和“第二电极37”)是平面的并分别形成在主表面33和34上。电极36和37可以用与前述电极26和27相同的材料和方式形成。
本发明该实施例的特征是主体32沿厚度方向被分成两个区域(“第一区域38”和“第二区域39”)，这两个区域具有不同的电阻率。我们假设靠近第一主表面33的第一区域38材料的电阻率高于靠近第二主表面34的第二区域39材料的阻值。
当在第一电极36与第二电极37间加电压时，第一区域38内产热率要比第二区域39高。这样，在加热的最初阶段(也就是加电压后0.1秒)，沿厚度方向主体32内的温度分布变为图2C所示的情况，产生热峰值区从沿厚度方向的中心移向第一区域38，沿厚度方向的温度分布不再对中心区域对称。结果，按此例也提高了PTC热敏电阻21的抗脉冲强度。
虽然本发明仅参照两项实施例进行了说明，但并非想用这些实施例限制本发明的范围。在本发明的范围内可以进行许多改变。比如，第一区域38和第二区域39不必有明显的界限。主体32在结构上也可以是使电阻从一个主表面到另一主表面连续地变化。第一实施例和第二实施例的特征可以结合到一块，在第一主表面和第二主表面上的第一电极和第二电极周围设有不同宽度的间隙，而且还在主体材料的电阻率中设置不均匀的分布。
下面，将用为确定本发明的效果而进行测试的方式对本发明进行描述。
所获得的样品为，测试样品No.1(依据本发明第一实施例的PTC热敏电阻21)，测试样品No.2(依据本发明第二实施例的PTC热敏电阻31)，比较样品No.1(前述现有技术的PTC热敏电阻11)，以及比较样品No.2(前述现有技术的PTC热敏电阻21)。上述测试样品使用以BaTiO3为主要成分的热敏电阻材料，其居里温度为120℃，常温电阻23Ω。所有样品的主体盘直径为8.2mm，厚度为3mm。测试样品No.1的第一电极26周围的间隙宽为0.5mm。测试样品No.2与比较样品No.2中的高电阻区，将树脂碎粒加入上述用作热敏电阻体的材料中，通过煅烧形成孔。测试样品No.2的高阻值第一区域38的厚度是0.6mm。比较样品No.2的每个高阻值外部区域的厚度是0.6mm。
用这些样品测试了它们的抗脉冲强度。结果如表1所示：
表1
| 最小值 | 平均值 | |
| 测试样品No.1测试样品No.2比较样品No.1比较样品No.2 | 560V560V355V560V | 650V650V510V650V |
上表说明本发明的第一实施例与第二实施例具有相当于比较样品No.2的抗脉冲强度，要比比较样品No.1的结果好。
Claims (5)
1、一种PTC热敏电阻包括：
一个PTC热敏电阻主体，它具有一对互相分开和面对着并都有一周边的第一主表面和第二主表面，并有一侧表面连接所述一对主表面的周边且沿所述主表面的法线方向伸展；
在所述第一主表面上的一第一电极；以及
在所述第二主表面上的一第二电极；
其特征在于，所述PTC热敏电阻主体构造成其具有沿所述第一主表面与第二主表面之间的所述法线方向不对称变化的电阻率，从而当在所述第一电极与所述第二电极间加电压后的最初期间，所述侧表面具有沿所述第一主表面与第二主表面之间的所述法线方向不对称的温度分布，且所述侧表面有明显与所述一对主表面中的一个较另一个更接近的峰值发热区。
2、根据权利要求1所述的PTC热敏电阻，其特征在于，所述第一电极具有第一圆周，所述第二电极具有第二圆周，所述第一圆周与所述第一主表面周边的距离不等于所述第二圆周与所述第二主表面周边的距离。
3、根据权利要求2所述的PTC热敏电阻，其特征在于，在所述第一圆周与所述第一主表面周边间有一个有限宽度的间隙，而所述第二电极则完全覆盖住所述第二主表面。
4、根据权利要求1所述的PTC热敏电阻，其特征在于，所述PTC热敏电阻主体沿所述法线方向被分成两个区域，所述两个区域具有不同的电阻率。
5、根据权利要求1所述的PTC热敏电阻，其特征在于，所述PTC热敏电阻主体构造成当在所述第一电极与所述第二电极间加电压后的最初期间，所述侧表面具有带有单个峰值的温度分布。
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