CN1518010A - 具有用于防止ptc元件的逐步性破坏的安全结构的ptc热敏电阻 - Google Patents

具有用于防止ptc元件的逐步性破坏的安全结构的ptc热敏电阻 Download PDF

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�ű�����
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Abstract

一种具有用于防止PTC元件的逐步性破坏的安全结构的PTC热敏电阻，包括外壳，材质具有耐热性、绝缘性及阻燃性；PTC元件，在以钛酸钡系陶瓷为主要成分的硬币状主体两面涂覆银等导电材料形成电极；绝缘托架，保持PTC元件，使PTC元件稳定地收容在外壳的内部空间中；一对导电性接头端子，收容在外壳内；弹簧端子，分别连接在接头端子上，在其前端夹着PTC元件，上下对称分别相互反向折弯，分别与PTC元件的电极对向接触；盖，在与接头端子的对应位置设有端子孔，下面设置2个绝缘壁；构成与PTC元件的接点而施加电流，但为具有在过电流流入时切断的保险丝功能，而在与接头端子相连接的弹簧端子的局部形成薄弱部的结构。

Description

具有用于防止PTC元件的逐步性破坏的安全结构的PTC热敏电阻
技术领域
本发明涉及一种安装在冰箱及空调机等的压缩机上的、进行初期压缩机起动的无接点起动继电器的具有用于防止PTC(Positive TemperatureCoefficient)元件的逐步性破坏的安全结构的PTC热敏电阻。
具体地讲，涉及一种这样的具有用于防止PTC元件的逐步性破坏的安全结构的PTC热敏电阻，即在PTC热敏电阻中，机械地与连接在外部的接头(Tab)端子相连接的弹簧端子，机械地及电性地与PTC元件相连接、形成接点，并在连接上述接头端子和PTC元件的弹簧端子的局部上电性地形成薄弱部，通过将上述薄弱部的尺寸设定在0.1mm～0.8mm的范围以内，而在流入正常的工作电流时，在上述薄弱部中流动稳定的电流，但是如果由PTC元件的热应力(stress)造成元件的破坏或从外部的异常电源流入过电流，则电流值超过上述薄弱部的允许电流值、利用瞬间熔化(Fuse)的作用而切断上述薄弱部，并因该切断使在PTC元件的破坏时产生的短路性过电流或来自外部的过电流由于电路断开不能流动，而不再对PTC热敏电阻产生多余的逐步性破坏，由此，预防由PTC元件的逐步性破坏产生的污染物的生成及火灾，提高制品整体的效率性，极大地提高其使用上的可靠性。
背景技术
一般，作为无接点起动继电器的PTC热敏电阻，在被安装在冰箱及空调机等的压缩机上、起到起动作用时，产生由来自外部的异常电压及异常电流或热应力造成破坏。此时，因电流的持续流入而产生2次及3次的破坏，完全烧损PTC元件的同时，包围PTC元件的绝缘外壳熔化，产生污染物及火灾。
因此，以往的电机起动用PTC热敏电阻产生由热应力及异常电压等环境条件造成的破坏，并在电源反复施加电流时，连续产生2次及3次的破坏，而此时的与PTC元件的两端相对向的端子和端子之间的PTC元件连接在电路中，产生PTC元件的完全破坏。
为了遮断这种持续的破坏，韩国公开专利第1997-77379号公报、韩国公开实用新型第1998-26187号公报及韩国公开专利第2001-29532号公报提出了以往实施的安全方式。其提出的安全方式是利用端子的对称性实现机构的遮断，但是，在PTC热敏电阻的特性上，由于以不规则的类型被破坏的问题，而存在安全方式的成功率降低的问题及作为安全方式的工作时间延迟的问题。
从而，由于所述问题，而使以往实施的安全方式的效率性降低，并对于设置使用该安全方式的制品，经常存在使用上的满意度极低的问题。
发明内容
本发明是为了解决以往技术的诸问题而做出的，其目的在于：在PTC热敏电阻中，机械地与连接在外部的接头端子相连接的弹簧端子，机械地及电性地与PTC热敏电阻相连接，形成接点，在连接上述接头端子和PTC元件的弹簧端子的局部上电性地构成薄弱部，并通过将上述薄弱部的尺寸设定在0.1mm～0.8mm的范围以内，而在流入正常的工作电流时，在上述薄弱部流动稳定的电流，并如果由PTC元件的热应力造成元件的破坏或从外部的异常电源流入过电流，则电流超过上述薄弱部的允许电流值，利用瞬间熔化(Fuse)的作用切断上述薄弱部。
本发明的另一目的是，通过上述切断，而使上述PTC元件3的破坏时产生的短路性过电流或来自外部的过电流由于电路断开不能流动，并不再对PTC热敏电阻产生多余的逐步性破坏。
本发明的再一目的是提供一种具有用于防止PTC元件的逐步性破坏的安全结构的PTC热敏电阻，其能够预防由PTC无件的逐步性破坏产生的污染物的生成或火灾，提高制品整体的效率性，极大地提高该元件在使用上的可靠性。
为了实现上述目的，本发明提供一种具有用于防止PTC元件的逐步性破坏的安全结构的PTC热敏电阻，包括：外壳，其材质具有耐热性、绝缘性及阻燃性；PTC元件，在以钛酸钡系陶瓷为主要成分的硬币状主体的两面涂覆银等导电材料，形成电极；绝缘托架，保持上述PTC元件，可使上述PTC元件稳定地收容在外壳的内部空间中；一对导电性接头端子，收容在上述外壳内；弹簧端子，分别连接在上述接头端子上，在其前端，夹着上述PTC元件，上下对称地分别相互反向折弯，并分别与上述PTC元件的电极对向接触；盖，在与上述接头端子的对应位置设置端子孔，在下面设置2个绝缘壁；并且，构成与上述PTC元件的接点、施加电流，但为了具有在过电流流入时切断的保险丝功能，而在与上述接头端子相连接的弹簧端子的局部形成薄弱部的结构，或者上述薄弱部不形成在上述弹簧端子(6)上，而形成在上述接头端子(5)的局部上，或者上述薄弱部的位置处在弹簧端子(6)及接头端子(5)的、容易加工的其它部分。
本发明，通过在连接上述接头端子和PTC元件的弹簧端子的局部上电性地形成薄弱部，并将上述薄弱部的尺寸设定在0.1mm～0.8mm的范围以内，而在流入正常的工作电流时，在上述薄弱部电流稳定流动，如果因PTC元件的热应力造成元件的破坏或从外部的异常电源流入过电流，则在电流值超过上述薄弱部的允许电流值时，利用瞬间熔化(Fuse)作用容易切断上述薄弱部，以及通过因该切断使在PTC元件的破坏时产生的短路性过电流或来自外部的过电流由于电路断开不能流动，而不再对PTC热敏电阻产生多余的逐步性破坏，由此能够同时得到，预防因PTC元件的逐步性破坏产生的污染物的生成及火灾，提高制品整体的效率性，以及极大地提高其在使用上的可靠性等多种效果，因此是非常重要的发明。
附图说明
图1是本发明中实施的PTC热敏电阻的外观斜视图。
图2是图1的PTC热敏电阻的分解斜视构成图。
图3是用于说明本发明的弹簧端子和接头端子的构成的例示图。
图4a～图4c是简要表示图3的薄弱部的其它实施例的构成例示图。
图5是本发明中将弹簧端子的其它部分作为薄弱部的实施例的示意图。
图6a～图6b是表示在PTC元件的破坏时被流入的高电流破坏的以往的弹簧端子和接头端子的状态图。
图7是表示在PTC元件的破坏时被流入的高电流破坏的本发明的弹簧端子和接头端子的状态图。
图8是表示本发明的施加电流和PTC工作时间的相关关系的曲线图。
图9是表示测定由施加的各电流值切断本发明中实施的具有保险丝功能的薄弱部的时间的曲线图。
图中：1-PTC热敏电阻，2-外壳，3-PTC元件，4-绝缘托架，5-接头端子，6-弹簧端子，7-盖，t-具有保险丝(fuse)功能的薄弱部的尺寸。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明详细进行说明。
在本发明的说明中，在判断对相关的公知的功能或构成的具体说明不会影响本发明的主要思想时，省略其详细说明。
而且，后述的用语是考虑在本发明中的功能而选定的，由于其因生产者的意图或惯例而异，所以其定义应是基于本说明书的全部内容定下的。
首先，在说明下述的本发明之前，大概地参照图1及图2所示的PTC热敏电阻的构成。上述PTC热敏电阻1的构成包括：外壳2，材质具有耐热性、绝缘性及阻燃性；PTC元件3，在以钛酸钡系陶瓷为主要成分的硬币(coin)状主体的两面涂覆银等导电材料，形成电极；绝缘托架4，保持上述PTC元件3，以稳定地使上述PTC元件3收容在外壳2的内部空间内；一对导电性接头端子5，收容在上述外壳2内；弹簧端子6，分别与上述接头端子5相连接，其前端，夹着上述PTC元件3，上下对称地分别向相互反向折弯，并分别与上述PTC元件3的电极对向接触；盖7，在与上述接头端子5的对应位置处设有端子孔7a，在下面设置2个绝缘壁7b。
即，本发明，如图3～图5所示，在具有上述结构的PTC热敏电阻中，形成与上述PTC元件的接点、施加电流，但为了具有在通入过电流时切断的保险丝功能，而在与上述接头端子5相连接的弹簧端子6的局部形成薄弱部的结构。
在上述连接弹簧端子6的局部形成的薄弱部，用与弹簧端子6相同的材质一体构成。
此外，在上述连接弹簧端子6的局部形成的薄弱部，形成有1处以上。
上述薄弱部也可不形成在上述连接弹簧端子6上，而形成在上述接头端子5的一部分上。
上述薄弱部的形状可为方形或圆形。
此外，上述薄弱部，可以只加工一侧部来形成薄弱点，也可以对两侧部均进行加工、只在中央部分形成薄弱点。
此外，上述薄弱部的位置也可以位于弹簧端子6和接头端子5中的容易加工的其它部分。
上述薄弱部的尺寸(t)可设定在0.1mm～0.8mm的范围内，使其一边具有保险丝功能，一边顺利地流过电流。
另一方面，在本发明实施的构成中，能够进行多种变形，并可获得各种变形。
然而，本发明应理解为不局限于上述详细说明中涉及的特定形状，当然，应理解为包括基于本发明主要方案定义的本发明的思想及范围内的所有变形物、等同物及代替物。
如此构成的PTC热敏电阻1，在具有绝缘性及阻燃性的材质制的外壳2的内侧，安装有机械地与传导性的接头端子5相连接的弹簧端子6，并配合在上述绝缘托架4上的PTC元件3被安装在上述外壳2的内侧的弹簧端子6的中央。
此时，如用盖7覆盖上述外壳2的上端部，利用上述盖7的楔部分，向内侧挤压上述弹簧端子6，与此同时，连接在上述弹簧端子6的接头端子5的下端部分向上述外壳2的外侧突出，通过上述组装·连接，上述弹簧端子6的接点部机械地及电性地连接在PTC元件上，构成接点。
对于上述PTC热敏电阻1的更具体的连接及组装关系的说明，由于已在以往的技术中进行了说明，在以下的说明中省略。
若在结束如此的组装及连接的状态下，通过向上述外壳2的外侧突出、与外部相连接的接头端子5的下端部，流入外部的电流，则上述电流直接流到与上述接头端子5机械地及电性地连接的弹簧端子6，通过上述弹簧端子6流入的电流直接在PTC元件中流动，使上述PTC热敏电阻1发热。
上述PTC热敏电阻1，在流入正常的工作电流时，电流稳定流动，但如果在由PTC热敏电阻的热应力造成元件破坏或从外部的异常电源流入过电流，则产生2次及3次的元件破坏(参照图6a及图6b)，并由上述PTC元件3的逐步性破坏会产生污染物或火灾。
为了解决如此产生的问题的本发明，与连接在外部的接头端子5机械连接的弹簧端子6机械地及电性地与PTC元件3相连接，形成接点，在此状态下，在弹簧端子6的局部上形成具有保险丝作用及功能的薄弱部的结构，使能够在产生流入过电流等异常时进行切断。
形成在上述弹簧端子6上的薄弱部，在流入正常的工作电流时，电流稳定流动，但如果在由上述PTC元件3的热应力造成元件破坏或从外部的异常电源流入过电流，则承受电性应力(stress)。此时，如果电流值超过上述薄弱部能承受的允许电流值，则利用瞬间熔化的这种功能作用切断上述薄弱部(参照图7)。
如果上述薄弱部切断，则电路断开，上述PTC元件3的破坏时产生的短路性过电流或来自外部的过电流不再流动，同时能够预防整体的污染物的生成或火灾的发生等问题。
以下的本发明是其它的实施例，用与弹簧端子6的相同的材质一体构成形成在上述弹簧端子6的局部上的薄弱部，并根据需要，设定1处以上。
此外，不在弹簧端子6形成上述薄弱部，在上述接头端子5的局部上形成上述薄弱部也能起到同样的效果。
根据用于形成上述弹簧端子6及接头端子5的加工性，上述薄弱部的形状可以形成方形或圆形，或可以只加工一侧部来形成薄弱，也可以两侧部均进行加工、只在中央部分形成薄弱，也可并不在机械地及电性地连接上述弹簧端子6和接头端子5的之间的部分形成上述薄弱部，而形成在上述弹簧端子6或接头端子5的构成部分中容易加工的部分。
如此形成的薄弱部的尺寸(t)如设定在0.1mm～0.8mm的范围内，能够一边具有保险丝功能，一边施加正常工作电流。
假如，上述的尺寸(t)小于0.1mm时，即使是正常电流，也产生切断薄弱部的问题，而在上述的尺寸(t)大于0.8mm时，工作时间延迟，产生2次及3次的逐步性破坏，对于此方面的具体内容见后述。
上述弹簧端子6一般由不锈钢构成，但也能够使用本发明采用的磷青铜或其它铜系列。
为了确认上述的本发明的性能，通过实验，比较以往制品及本发明的制品。
首先，对于本发明的薄弱部(Fuse)，在破坏上述PTC元件3时，确认上述弹簧端子6的薄弱部是否作为保险丝功能工作并进行切断，此外，确认人为地破坏PTC元件的情况与以往的差异。
为此，为了确认上述PTC元件3的破坏时的破坏方式或类型，向PTC热敏电阻1施加电场(异常电流的流入)，利用可变电源供给器，通入高电流的异常电流，诱发人为的元件破坏，其结果表明，以往制品在1次破坏时也形成接点(电路连接状态)，并连续产生2次及3次的破坏(参照图6a及图6b)。相反，本发明的制品在1次破坏时就切断不能承受高电流的薄弱部(Fuse)，断开电路，电源自动遮断(参照图7)。
而且，为了确认上述薄弱部(Fuse)的容量，而用150A的电流计，测定从低电流到高电流向上述薄弱部的两端施加电流时的熔化薄弱部的工作速度(另外切断电源的时间)。其测定结果如表1所示。
表1
  电流   10A   15A   18A   20A   21A   22A   25A
工作速度 5秒 5秒 5秒    0.7～0.8秒   0.6～0.7秒   0.3～.04秒   0.2～0.3秒
此外，采用电源供给器及示波器，测定在正常条件下，基于PTC元件的初期电阻值改变过电流流入时的PTC元件的工作速度(时间)。其测定结果如表2所示。
表2
  施加电压(V)   120   150   180   210   240   270   300
  整体电阻(Ω)   4.9   5   5   3.9   5   5.1   4.9
  Imax(P-P)   67.0   80.4   94.9   111.4   126.8   146.4   165.0
  Imax(rms)   23.70   28.44   33.55   39.40   44.85   51.77   58.35
  工作时间(ms)   139   89   71   62   47   31   23
由上述表2可以看出，PTC元件3破坏时流入产生的高电流瞬间为最小100～120A左右。
此外，下表3表示因电流流入而熔化的薄弱部的工作状态。
表3
  施加电压   250V   270V   290V   310V   330V
  电阻(Avg.)   3.9   3.8   3.9   3.9   3.8
  电流(理论值)   64.10   68.42   74.36   79.49   86.84
  工作状态   ×   ×   ×   ×   ×
如上述表3那样流入电流后，确认熔化薄弱部的状态，可以看出不会因电流冲击产生工作继续。
此外，下表4表示测定施加电流与PTC元件的工作时间的相关关系，从图8的曲线图很容易对此关系进行确认。
表4
工作时间(ms) 139 89 71 62 47 31 23
施加电流(Arms) 23.7 28.4 33.5 39.4 44.8 51.7 58.4 64.1 68.4 74.4 79.5 86.8
电流差异   4.7   5.1   5.9   5.4   6.9   6.7   5.7   4.3   6.0   5.1  7.3
如上述表4所示，其结果表明，呈反比例状态，即越依次增加施加电流、PTC元件的工作时间越逐渐缩短。
另外，下述表5及图9所示的图表，确认在流入正常电流时(在没有Surge等异常电流时、PTC元件无破坏时等)，在PTC元件的工作时间内是否在熔化的薄弱部进行切断，或流动过电流(在流入Surge时、在PTC元件破坏时)时有多快切断熔化的薄弱部，表示为此在弹簧端子和接头端子的两端之间连接电流计，利用容量150A的设备，测定相对于施加电流后的各电流值熔化的薄弱部的切断时间的结果。
表5
    1     2     3     4     5     6     7     8     9     10  Max.   Min.   Avg.
10A                                              5秒以上
12A                                              5秒以上
14A                                              5秒以上
18A  1.83   3.25   2.00   2.07   3.92   1.69   1.81   1.80   2.12   1.95   3.92   1.69   2.24
20A  2.30   0.85   0.83   0.84   1.23   0.84   0.95   1.22   0.96   1.14   2.30   0.83   1.12
22A  0.61   0.53   0.47   0.49   0.43   0.55   0.61   0.56   0.77   0.69   0.77   0.43   0.57
24A  0.29   0.37   0.40   0.33   0.76   0.32   0.29   0.34   0.41   0.29   0.76   0.29   0.38
26A  0.23   0.10   0.67   0.24   0.58   0.21   0.31   0.22   0.18   0.23   0.67   0.10   0.30
28A  0.17   0.16   0.15   0.20   0.18   0.16   0.19   0.18   0.20   0.19   0.20   0.15   0.18
30A  0.09   0.12   0.10   0.09   0.12   0.11   0.13   0.10   0.11   0.11   0.13   0.09   0.11
如上述表5所示，相对各电流值的熔化薄弱部的切断时间测定10次，然后，能够确认对于该测定结果的最大值、最小值及平均值。
需要说明是，对于上述表1～表5所示的熔化的薄弱部的测定结果，是以上述薄弱部的尺寸(t)为0.3～0.4mm时为标准进行测定的。
此外，下表6表示测定根据本发明进行的薄弱部的尺寸(t＝0.3mm)与相对流入电流的切断时间的关系，以及表示分别测定上述薄弱部在0.1mm以下时与0.8mm以上时的结果。
表6
流入电流   PTC元件的工作时间                薄弱部的寸法
  0.8mm以上     0.3mm    0.1mm以下
    18A   5秒以上     2.24秒    0.72秒
    20A   5秒以上     1.12秒    0.32秒
    22A     0.14秒   5秒以上     0.57秒    0.12秒
    24A   2.2秒     0.38秒    0.10秒
    26A     0.09秒   1.56秒     0.30秒    0.08秒
    28A   1.07秒     0.18秒    0.07秒
    30A     0.07秒   0.69秒     0.11秒    0.06秒
如上述表6所示的测定结果，在薄弱部的尺寸(t)在0.8mm以上时(大电流容量时)，虽然在流入正常电流时无切断或无破坏，但在流入元件破坏时的过电流时薄弱部的切断时间变长，而延迟PTC元件的破坏遮断，存在有可能产生爆炸的问题，此外，在薄弱部的尺寸(t)在0.1mm以下时(小电流容量时)，在以正常的电路结构流入高电流时，切断速度比PTC元件工作时间快，存在在正常条件下也产生破坏的问题。
从而，根据确认的结果，由于必须与流入电流无关地使与薄弱部的切断速度(电流容量)比PTC元件的工作速度长，故上述薄弱部的尺寸(t)优选在0.1mm～0.8mm的范围以内。
结果，采用本发明实施的PTC热敏电阻1，先用正常电流工作，不切断熔化的薄弱部，但在PTC元件破坏时，由于流入高电流，在一定的时间内切断熔化的薄弱部，断开整个电路，不产生多余的PTC元件的破坏。

Claims (8)

1.一种具有用于防止PTC元件的逐步性破坏的安全结构的PTC热敏电阻，包括：
外壳(2)，其材质具有耐热性、绝缘性及阻燃性；
PTC元件(3)，在以钛酸钡系的陶瓷为主要成分的硬币状主体的两面涂覆银等导电材料，形成电极；
绝缘托架(4)，保持上述PTC元件(3)，使上述PTC元件(3)稳定地收容在外壳(2)的内部空间中；
一对导电性接头端子(5)，收容在上述外壳(2)内；
弹簧端子(6)，分别连接在上述接头端子(5)上，在其前端，夹着上述PTC元件(3)，上下对称地分别相互反向折弯，并分别与上述PTC元件(3)的电极对向接触；
盖(7)，在与上述接头端子(5)的对应位置处设置端子孔(7a)，并在下面设置2个绝缘壁(7b)，其特征在于：
构成与上述PTC元件(3)的接点而施加电流，但为了具有在过电流流入时切断的保险丝功能，而在与上述接头端子(5)相连接的弹簧端子(6)的局部形成薄弱部的结构。
2.如权利要求1记载的具有用于防止PTC元件的逐步性破坏的安全结构的PTC热敏电阻，其特征在于：在上述弹簧端子(6)的局部形成的薄弱部，用与弹簧端子(6)相同的材质一体构成。
3.如权利要求1或2记载的具有用于防止PTC元件的逐步性破坏的安全结构的PTC热敏电阻，其特征在于：在上述弹簧端子(6)的局部形成的薄弱部，设在1处以上。
4.如权利要求1～3任意一项记载的具有用于防止PTC元件的逐步性破坏的安全结构的PTC热敏电阻，其特征在于：上述薄弱部不形成在上述弹簧端子(6)上，而形成在上述接头端子(5)的局部上。
5.如权利要求1～4任意一项记载的具有用于防止PTC元件的逐步性破坏的安全结构的PTC热敏电阻，其特征在于：上述薄弱部的形状呈方形或圆形。
6.如权利要求1～5任意一项记载的具有用于防止PTC元件的逐步性破坏的安全结构的PTC热敏电阻，其特征在于：上述薄弱部，只加工一侧部来形成薄弱点，或两侧部分均进行加工，只在中央部分形成薄弱点。
7.如权利要求1～6任意一项记载的具有用于防止PTC元件的逐步性破坏的安全结构的PTC热敏电阻，其特征在于：上述薄弱部的位置处在弹簧端子(6)及接头端子(5)的、容易加工的其它部分。
8.如权利要求1～7任意一项记载的具有用于防止PTC元件的逐步性破坏的安全结构的PTC热敏电阻，其特征在于：上述薄弱部的尺寸(t)设定在0.1mm～0.8mm的范围以内，使其一边具有保险丝功能，一边允许顺利施加电流。
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