CN206711690U - 一种压敏电阻元件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种具有改善故障安全性的压敏电阻元件。所述压敏电阻元件包括压敏电阻和第二外部触点。如果热敏元件的温度超出临界温度，那么所述压敏电阻和所述第二外部触点之间的电流路径可被闸板主动阻挡。

Description

一种压敏电阻元件

技术领域

本实用新型涉及具有改善故障安全性的一种压敏电阻元件。

背景技术

压敏电阻元件为具有电阻的电部件，该电阻取决于施加至该部件的电压。可能的是，电阻随着所施加电压增加而减小。当将正常操作条件的电压施加至部件时，压敏电阻元件可具有kΩ、MΩ或GΩ范围内的电阻。如果所施加电压超出临界电压，那么部件的电阻可减小至数欧姆的范围。

此类压敏电阻元件可用作电路中的补偿元件或可用于保护对过电压敏感的电路。当用作保护装置时，压敏电阻元件可电连接于电路和地电势之间，并且可分流潜在破坏性电力。

因此，压敏电阻元件中消耗的电力当压敏电阻元件在高电压下变为低欧姆性时可超出临界值，并且所消耗功率可破坏压敏电阻元件或甚至破坏整个电路（包括具有该压敏电阻元件的整个电气装置）。当超出临界电压条件时，压敏电阻元件可甚至着火。

根据US 2001/0055187 A1，各种受保护金属氧化物压敏电阻元件是已知的。压敏电阻元件包括熔断器，并且当非正常工作条件时，可形成绝缘间隙。

根据US 2009/0027153 A1，另一种金属氧化物压敏电阻元件是已知的。此外，熔断器用于打开电路以在非正常操作条件时防止进一步损坏。

然而，具有构建熔断器的可熔性材料的已知压敏电阻元件不能保证熔断器的材料在熔融之后保持电连接。特别是在其中压敏电阻元件的取向或该部件受到加速的环境条件下，其中熔断器的材料将流向的位置是未知的，并且存在保持电连接的风险。

实用新型内容

本实用新型的目标是提供一种具有改善安全性的压敏电阻元件。特别地，本实用新型的目标是提供一种压敏电阻元件，该压敏电阻部件改善了在异常操作条件下获得开路的可能性并且减小了熔断器的材料保持电接触的可能性。

因此，提供了根据独立权利要求的压敏电阻元件。从属权利要求提供了有利实施例。

压敏电阻元件包括第一外部触点和第二外部触点。另外，压敏电阻元件包括电连接至第一外部触点的压敏电阻。该部件还具有压敏电阻和第二外部触点之间的路径。另外，压敏电阻元件具有主动释放装置，该主动释放装置具有闸板和热敏元件。在异常操作条件下，热敏元件释放闸板，使得该闸板闭合压敏电阻和第二外部触点之间的路径。

压敏电阻可为任何种类的压敏电阻，例如，金属氧化物压敏电阻。

第一外部触点和第二外部触点设置成将压敏电阻元件电连接至外部电路环境，例如，作为地电势和敏感电路之间的分流元件，以保护该敏感电路避免高电压脉冲。

压敏电阻和第二外部触点之间的路径为其中当将相应电压施加至压敏电阻时电流在正常操作条件下应流动的路径，即，第一外部触点和第二外部触点之间。压敏电阻和压敏电阻与第二外部触点之间的路径串联电连接。

主动释放装置将本实用新型的压敏电阻元件区别于上述引用的压敏电阻元件，因为提供了闸板和热敏元件并且释放装置为主动装置。无需依赖于熔断器的熔融材料来在无害位置冷凝。释放装置主动闭合闸板，并且优选地防止连接于压敏电阻和第二外部触点之间的流电（galvanic）。

对于每个压敏电阻元件，限定了正常操作条件，例如，根据待达到的已知规格。热敏元件以此类方式构造；并且其材料，特别是材料的熔融温度，以此类方式选择：如果超出所限定的正常操作条件，那么闸板闭合压敏电阻和第二外部触点之间的路径，并且（优选地独立于冷凝材料的随后静止位置）所闭合的路径防止其它电流并且将压敏电阻从第二外部触点流电分离。

导致释放装置的激活的正常操作条件和异常操作条件之间的临界值可参考UL1449标准第4版本44.4节“限定电流异常过电压测试( Limited current abnormalovervoltage test) ”。

可能的是，热敏元件布置于路径中并且构建压敏电阻和第二外部触点之间的电连接。

然后，通过闭合路径和将压敏电阻与第二外部触点电分离，压敏电阻从外部电路环境电脱离，并且可不消耗其它电力，并且压敏电阻元件着火的潜在危险显著地减小。

然而，在正常操作条件期间，热敏元件作用为压敏电阻和第二外部触点之间的电链接并且将压敏电阻联接至外部电路环境，该外部电路环境可连接至第二外部触点，使得压敏电阻元件的压敏电阻可作用为保护元件以保护相应的外部电路环境。

可能的是，热敏元件在所选温度之下为固体，并且在临界温度之上熔融，即，液化。导致热敏元件的相转变的热量可由具有自身有限欧姆电阻的热敏元件内的能量消耗产生。然而，还或此外可能的是，热敏元件由于压敏电阻中所产生的热量而反应，该压敏电阻布置于热敏元件的物理附近。另外，还可能的是，压敏电阻元件包括额外热消耗元件，诸如欧姆电阻器，以产生热量，该热量在达到异常操作条件时熔融热敏元件。

因此，可能的是，热敏元件为熔断器，并且具有熔点低于230℃的导电材料。

特别地，可能的是，热敏元件包括具有对应熔融温度的焊料材料。优选熔融温度可在185℃和205℃之间，并且其对应材料组合物优选为SnBi合金焊膏（SnBiAg、SnBiAgIn或任何其它SnBi合金）。

可能的是，压敏电阻元件还包括弹簧。弹簧将力施加至闸板上。

在正常操作条件下，弹簧在张力条件下布置于压敏电阻元件内。热敏元件在正常操作条件下为固体并且阻挡闸板。因此，弹簧推动以闭合闸板，但固体热敏元件将闸板保持打开并且通过该路径构建压敏电阻和第二外部触点之间的电连接。

当热敏元件的附近的温度达到先前规定阈值时，那么热敏元件转变成液相，并且无法进一步承受弹簧的力。对应地，在热敏元件熔融的时刻，闸板通过弹簧移动至闭合位置，或获得压敏电阻和第二外部触点之间的流电隔离。

相比于其中重力能量用于使熔断器的材料移动（如果熔融材料不可流走，那么其根本不可移动）的常规压敏电阻元件，压敏电阻元件的释放装置的功能性几乎在任何时间和任何位置上得以保证，并且释放装置的响应时间显著减少。

可能的是，压敏电阻元件具有带有第一孔的外壳。闸板具有第二孔，该第二孔在正常操作条件期间布置成邻近第一孔。第一孔和第二孔构建了压敏电阻和第二外部触点之间的路径的区段。热敏元件为延伸通过第一孔和第二孔的金属本体，例如，粗体或圆柱形本体。另外，热敏元件将压敏电阻电连接至第二外部触点。

热敏元件可直接接触外壳的孔的内表面、闸板中的孔的内表面和电连接至第二外部触点的导体区段。热敏元件阻挡由弹簧驱动的闸板。当达到临界温度时，那么热敏元件熔融并且无法承受弹簧的力，并且闸板以此类方式（闸板内的孔相对于外壳中的孔以闸板的介电材料完全闭合外壳整体的方式移动，即，平移或旋转）移动。

可能的是，闸板具有毂体。外壳具有布置于毂体中的枢轴。在异常操作条件下，闸板围绕枢轴旋转并且闭合路径。

可能的是，一旦释放装置已激活，则闸板以固定角度旋转以切断熔断器和以阻挡和防止压敏电阻和第二外部触点之间的任何种类的电连接。使闸板围绕其在外壳的枢轴附近的毂体旋转具有如下优点：不需要闸板的复杂导轨。由于不需要复杂导轨并且由于闸板围绕单个轴线旋转，减小了导轨内的闸板卡住的风险。

可能的是，外壳具有第一销轴，闸板具有第一销轴，并且弹簧将力矩施加于闸板的第一销轴和外壳的第一销轴上。

因此，外壳的销轴和闸板的销轴为以这样的方式（力（例如力矩）可起作用，并且弹簧的对应区段被支撑）刚性地连接至外壳和闸板的元件。

弹簧可为线圈弹簧或螺旋弹簧。

可能的是，压敏电阻元件还包括第三外部连接部。在正常操作条件下，第三外部连接部与第一外部触点和第二外部触点电分离。如果保持正常操作条件的区域并且激活释放装置，那么可能的是，闸板以这样的方式（当第一外部触点和压敏电阻与第二外部触点和第三外部触点电分离时，热敏元件的不动的导电材料构建第二外部触点和第三外部触点之间的电连接）从路径移除热敏元件的材料。通过提供第二外部触点和第三外部触点之间的电连接，电路环境的指示器（例如，LED）可接通，从而指示释放装置的激活并且指示外部电路环境中导致释放装置的激活的错误。

可能的是，第一外部触点、第二外部触点和第三外部触点为延伸自压敏电阻元件的外壳的引线。

可能的是，闸板包括由热塑性材料或陶瓷材料组成的材料。

优选的是，闸板包括具有低导电性和对高温度具有高电阻的介电材料。

可能的是，压敏电阻元件还包括盖。闸板和热敏元件布置于腔室中，并且盖覆盖该腔室。

然后，压敏电阻元件的内部机械（允许压敏电阻元件快速激活闸板并且具有改善故障安全性）被保护避免环境影响。另外，热敏元件的熔融和热材料不可留置于腔室中并且对压敏电阻元件的环境有害。

可能的是，闸板设计成在异常操作条件下闭合路径而无关于压敏电阻元件的取向并且无关于施加至该部件的加速。

外壳、盖和闸板的材料可为介电材料，该介电材料具有抗230℃以上的温度的电阻。特别地，外壳和闸板可包括或由ALCP（芳族液体晶体聚合物）组成。弹簧可包括或由钢组成。外部触点可包括或由Cu（铜）或Ag（银）组成。压敏电阻可为在约1100℃下烧结的氧化锌盘形压敏电阻。

外壳可具有圆柱形状，其直径为15mm、19mm、26mm或26mm以上。外壳的厚度可为约7mm。闸板可具有钟形横截面的形状并且具有约0.8mm的厚度。

附图说明

压敏电阻元件、部件的工作原理和优选实施例的细节示出于所附示意图中。

图1示出了压敏电阻元件的工作原理。

图2和图3示出了其中当激活释放装置时闸板的孔相对于遮罩的孔移动的实施例。

图4示出了具有圆柱形外壳的实施例的透视图。

图5示出了具有第三外部触点的压敏电阻元件的透视图。

图6示出了其中外壳具有第二销轴的实施例，该第二销轴构建闸板的止动件以限制闸板的移动。

图7示出了指示压敏电阻相对于外壳的取向的实施例的透视图，该外壳包括释放装置的机构。

图8示出了压敏电阻元件，尤其是释放装置的分解图。

图9示出了压敏电阻的背部和其与第一外部触点的电连接的透视图。

图10示出了其中第一外部触点焊接至压敏电阻的背部的实施例。

图11和图12示出了旋转型闸板的工作原理。

图13和图14指示第三外部触点的工作原理。

图15示出了第二外部触点EC2的第二种结构。

具体实施方式

图1示出了压敏电阻元件VC的基本工作原理。压敏电阻元件VC具有压敏电阻V、第一外部触点EC1和第二外部触点EC2。压敏电阻V在正常操作条件下串联电连接于第一外部触点EC1和第二外部触点EC2之间。热敏元件HSE电连接于压敏电阻V和第二外部触点EC2之间，并且布置于由箭头所指示的路径P中。压敏电阻元件VC还包括作为主动释放装置ARD的一部分的闸板SH。

在正常操作条件下，热敏元件HSE为固体并且将压敏电阻V电连接至第二外部触点EC2。然而，当热敏元件HSE的温度超出先前所选限值时，那么热敏元件HSE熔融，并且闸板SH主动闭合路径P并且将压敏电阻V与第二外部触点EC2电分离。闸板SH可由弹簧SP驱动。

闸板SH被主动驱动这一事实减小了压敏电阻元件的关闭的响应时间并且增加了压敏电阻元件的可靠性。

图2和图3示出了其中压敏电阻元件具有遮罩M中的第一孔H1和闸板SH中的第二孔H2的实施例的工作原理。热敏元件HSE布置于构建当前路径P的两个孔中。当释放装置被激活（图3）时，热敏元件HSE熔融并且无法进一步承受弹簧SP的力。因此，闸板移动，并且闸板的孔H2相对于遮罩M中的孔H1移动，并且路径被阻挡，从而导致压敏电阻V与第二外部触点EC2的电分离。

优选的是，闸板SH（例如，不具有孔的区段）以这样的方式（熔融热敏元件HSE的残余材料无法构建压敏电阻V和第二外部触点EC2之间的剩余电连接）完全闭合遮罩M中的孔。

图4示出了其中遮罩和闸板具有此类几何形状（热敏元件HSE的剩余材料保持电连接的可能性）的实施例。压敏电阻元件VC具有外壳HOU，该外壳HOU中布置有主动释放装置ARD的机构的元件。外壳HOU主要具有圆柱形状。外壳HOU的背侧构建了如图3所示的遮罩M。闸板具有钟形占用区和第一销轴P1。外壳HOU还具有第一销轴P1，并且外壳HOU的第一销轴P1和闸板SH的第一销轴P1支撑了弹簧SP，该弹簧SP可为线圈弹簧或螺旋弹簧。另外，外壳HOU具有枢轴PV，该枢轴PV构建了闸板SH可围绕其旋转的轴线。热敏元件HSE主要具有圆柱形状并且机械接触外壳H1的孔的内壁和闸板SH的孔的内壁，并且接触电连接至第二外部触点EC2的线材。当热敏元件HSE为固体时，该元件将闸板SH保持于打开位置，其中闸板的孔H2直接布置于外壳HOU的孔H1上。热敏元件HSE构建了压敏电阻（图4中未示出但直接布置于外壳HOU之后）和第二外部触点EC2之间的电触点。

当热敏元件HSE的温度超出临界温度并且热敏元件熔融时，那么弹簧SP通过将力施加至闸板SH的销轴P1使闸板SH旋转，从而使闸板SH在逆时针方向上旋转。

图5示出了其中压敏电阻元件VC具有第三外部触点EC3的实施例，第三外部触点EC3电连接至外壳HOU中的腔室内的金属化件。在正常操作条件下，第三电触点EC3与第一外部触点EC1和第二外部触点EC2电分离。然而，一旦热敏元件HSE熔融，则残余材料可将第三外部触点EC3电连接至第二外部触点EC2以指示主动释放装置ARD对外部电路环境的激活。

图6示出了其中外壳HOU具有第二销轴P2的另一实施例，该第二销轴P2限定了闸板SH的停止位置。

图7示出了压敏电阻元件的透视图，从而指示压敏电阻V相对于外壳HOU的位置，该外壳HOU包括主动释放装置ARD的机构的元件。压敏电阻V布置于外壳HOU之后。压敏电阻V还可具有圆柱形状，并且圆柱的一侧以这样的方式（其可经由当前路径P电连接至第二外部触点）指向压敏电阻元件的外壳HOU。

第一外部触点EC1电连接压敏电阻V的相应背侧，该相应背侧背向外壳HOU。

图8示出了主动释放装置ARD的机构的主要部件的分解图，以强调对应实施例的构造和工作原理。

外壳HOU具有腔室CAV，其中外壳HOU的第一销轴P1和外壳HOU的枢轴PV延伸自外壳HOU的背侧。钟形闸板SH具有作用为毂体HU的孔和在正常模式期间构建路径的区段的孔H2。另外，闸板SH具有其第一销轴P1以支撑弹簧SP。在正常操作期间，毂体HU围绕外壳HOU的枢轴PV，并且闸板SH可围绕着通过枢轴PV的对应轴线旋转。弹簧SP使用外壳HOU的第一销轴P1来经由闸板的销轴P1将力矩施加至闸板SH上。热敏元件HSE布置于外壳HOU的孔中和闸板SH的孔H2中。另外，热敏元件HSE将指向外壳HOU的压敏电阻V的一侧电连接至第二外部触点EC2的导体区段。根据说明书附图4至附图6，第二外部触点EC2的导体区段为弯钩状，根据说明书附图15，所述第二外部触点EC2的导体区段为扁形连接块，所述第二外部触点EC2的导体区段的形状不限于所述实施例中记载的方案。腔室CAV由盖C覆盖以保护机构免受环境影响，和保护环境免受热敏元件HSE的熔融材料影响。

图9示出了压敏电阻V的背侧，其中线材W附接至其背侧，该背侧构建了压敏电阻V和外部连接部EC1的导体之间的连接部。

图10示出了压敏电阻V的背侧的优选实施例，其中线材W利用焊料材料S机械和电连接至压敏电阻V的背侧。

图11和图12示出了闸板SH的工作原理，在图11中，闸板SH处于正常操作的位置，而在图12中，闸板SH处于激活位置。在正常操作的位置，外壳HOU的孔H1和闸板SH的孔H2直接地布置于彼此之上，并且压敏电阻和第二外部触点之间的路径打开。

在激活主动释放装置ARD之后，闸板SH在逆时针方向上围绕着毂体HU旋转，直至闸板SH碰撞限定停止位置的第二销轴P2。闸板SH的孔H2相对于外壳HOU的孔H1移动，从而使路径被闸板SH阻挡。

图13和图14示出了第三外部触点EC3的基本原理。由于热敏元件HSE处于其将压敏电阻连接至第二外部触点EC2的位置，第三外部触点EC3在正常操作期间与其它两个外部触点EC1、EC2电分离。图14示出了激活之后的情况。热敏元件HSE的材料从其初始位置被移除。压敏电阻和外部触点EC2之间的电路被阻挡（开路），并且热敏元件HSE的材料将第二外部触点EC2电连接至第三外部触点EC3。

压敏电阻元件可具有额外元件，诸如额外闸板、熔断器、弹簧、电连接部，并且外壳可具有多边形形状，例如矩形形状基本区域。闸板可为旋转闸板或线性移动的闸板。

附图标记列表

ARD: 主动释放装置

C: 盖

CAV: 腔室

EC1: 第一外部触点

EC2: 第二外部触点

EC3: 第三外部触点

H1: 第一孔

H2: 第二孔，闸板中的孔

HOU: 外壳

HSE: 热敏元件，熔断器

HU: 毂体

M: 遮罩

P: 路径

P1: 作为弹簧SP的支撑件的第一销轴

P2: 外壳HOU的第二销轴

PV: 枢轴

S: 焊料

SH: 闸板

SP: 弹簧

V: 压敏电阻

VC: 压敏电阻元件

W: 线材。

Claims (12)

1.一种压敏电阻元件，其特征在于，包括

第一外部触点和第二外部触点，

电连接至所述第一外部触点的压敏电阻，

所述压敏电阻和所述第二外部触点之间的路径，

具有闸板和热敏元件的主动释放装置，其中

在异常操作条件下，所述热敏元件释放所述闸板，使得所述闸板闭合所述压敏电阻和所述第二外部触点之间的所述路径。

2.根据前述权利要求1所述的压敏电阻元件，其中所述热敏元件布置于所述路径中并且构建所述压敏电阻和所述第二外部触点之间的电连接。

3.根据前述权利要求1或2中任一项所述的压敏电阻元件，其中所述热敏元件为熔断器并且具有熔点低于230℃的导电材料。

4.根据前述权利要求1或2中任一项所述的压敏电阻元件，还包括将力施加至所述闸板上的弹簧。

5.根据前述权利要求4所述的压敏电阻元件，

还包括具有第一孔的外壳，其中

所述闸板具有布置成邻近所述第一孔的第二孔，

所述第一孔和所述第二孔构建所述路径的区段，

所述热敏元件为金属本体，所述金属本体延伸通过所述第一孔和所述第二孔并且将所述压敏电阻电连接至所述第二外部触点。

6.根据前述权利要求5所述的压敏电阻元件，其中

所述闸板具有毂体，

所述外壳具有布置于所述毂体中的枢轴，

在异常操作条件下，所述闸板围绕所述枢轴旋转，从而闭合所述路径。

7.根据前述权利要求6所述的压敏电阻元件，其中

所述外壳具有第一销轴，

所述闸板具有第一销轴，

所述弹簧将力矩施加至所述闸板的第一销轴和所述外壳的第一销轴。

8.根据前述权利要求1或2中所述压敏电阻元件，还包括第三外部连接部，其中在异常操作条件下，所述热敏元件将所述第二外部触点电连接至一第三电触点。

9.根据前述权利要求8中所述的压敏电阻元件，其中所述第一外部触点、所述第二外部触点和所述第三电触点为引线。

10.根据前述权利要求1或2中所述的压敏电阻元件，其中所述闸板包括由热塑性材料或陶瓷材料组成的材料。

11.根据前述权利要求1或2中所述的压敏电阻元件，

还包括盖，其中

所述闸板和所述热敏元件布置于腔室中，并且所述盖覆盖所述腔室。

12.根据前述权利要求1或2中所述的压敏电阻元件，

其中所述闸板设计成在异常操作条件下闭合所述路径而无关于所述压敏电阻元件的取向。