DK163903B

DK163903B - Modstand med positiv temperaturkoefficient

Info

Publication number: DK163903B
Application number: DK428584A
Authority: DK
Inventors: Michikazu Takeuchi
Original assignee: Tdk Corp
Priority date: 1983-09-09
Filing date: 1984-09-07
Publication date: 1992-04-13
Also published as: FR2551910A1; DE3433196A1; IT8453790V0; DK428584D0; JPH0211763Y2; DK163903C; DE3433196C2; JPS6048201U; IT8467884A0; FR2551910B1; DK428584A; GB2146488B; GB8422389D0; IT1179103B; IT8467884A1; US4635026A; GB2146488A

Description

i

DK 163903 B

Den foreliggende opfindelse omhandler en PTC-modstand, hvilket betyder positiv temperaturkoefficientmodstand.

En PTC-modstand anvendes som strømstyring i en motorstarter, en oliefordamper i et oliefyr, i en termoflaske 5 og/ellér i et varmelegeme til en myggestav.

En PTC-modstand har den egenskab at modstanden er høj ved høje temperaturer, derfor er der ingen fare for overophedning af varmelegemet, da effektforbruget automatisk reduceres ved høje temperaturer. En PTC-modstand 10 fremstilles hovedsageligt af bariumtitanat.

Der er gjort nogle opfindelser i forbindelse med PTC-mod-stande, og USA patent nr. 4 232 214, der tilhører den foreliggende opfindelse, er en af dem.

Sædvanligvis er en PTC-modstand opbygget af en flad 15 PTC-plade, hvorpå der er påført søl velektrodelag på begge sider, og et par elektroder der er elektrisk koblet til disse sølvlag. Imidlertid har denne sædvanlige opbygning den ulempe at der optræder sølvvandring, denne sølvvandring betyder at et sølvmolekyle i sølvlaget 20 bevæger sig fra sølvlaget til PTC-pladen, langs pladens ydre overflade, når der påtrykkes en spænding mellem PTC-modstandens elektroder, herved kortsluttes modstandens elektroder efter længere tids brug. Denne sølv-vandring har et betydeligt omfang ved høje temperaturer.

25 Sølvvandringseffekten kan omgås hvis elektrodelagene erstattes af et guldlag, et platinlag eller et palladiumlag. Imidlertid ville erstatningen af sølv med disse metaller forøge produktionsomkostningerne ved PTC-modstan-de, og derfor er disse erstatninger ikke ønskede.

30 Et andet tidligere kendt system til overvindelse af sølvvandringseffekten, er at anvende en sølvvandringsforhindring, der består af et andet metal på sølvlaget.

DK 163903 B

2

Imidlertid har denne teknik den ulempe at produktionsomkostningerne for PTC-modstanden også forøges og/el-ler at dette lag ikke er stabilt ved høje temperaturer.

Som følge heraf har vi udviklet en ny opbygning af en 5 PTC-modstand, der er fri for sølvvandring. Opbygningen af denne PTC-modstand er vist i fig. 1-3, hvor PTC-varmelegemet består af PTC-pladen 1, to første ledende lag 2, der er fremstillet af et metal der ikke er sølv, og som er i forbindelse med PTC-pladen med en ohmsk 10 kontakt, og to andre ledende lag 3, der hovedsageligt er fremstillet af sølv, og er fastgjort til de første lag, på en sådan måde, at der er et mellemrum G ved det første lags randcirkel. Denne struktur er fri for sølvvandring, da de første lag der er i direkte kontakt 15 med PTC-pladen er fremstillet af et andet metal, ikke sølv, og PTC-pladen opretholder den positive temperatur-koefficient, da de første lag giver den ohmske kontakt med PTC-pladen. Da de første lag 2 findes på hele PTC-pla-dens overflade, bliver strømtætheden i PTC-pladen ensar-20 tet, og derfor bliver varmefrembringelsen i PTC-pladen også ensartet. Disse første lag 2 fremstilles ved den elektrodeløse belægningsproces, i ionimplanteringspro-ces, katodesprøjtning eller ved silketryk.

Da de andre lag 3 er lagt oven på de første lag 2, bliver 25 ledningsevnen for hele elektroden lav på trods af den høje ledningsevne i det første lag, der ikke indeholder sølv. Det skal bemærkes, at det andet lag der er fremstillet af sølv ikke er i direkte forbindelse med PTC-pladen, da der findes et mellemrum G ved lagenes kant, 30 og derved forhindres sølvvandring af det andet lag.

Fortrinsvis er bredden af det nævnte gab G mellem 0,1 -4 mm.

Imidlertid har det vist sig, at den i fig. 1 og fig.

2 viste konstruktion har visse ulemper når den anvendes

DK 163903 B

3 som det er vist på fig. 3. I fig. 3 betegner henvisningstallene 4 og 3 tilslutningselektroder, der er indrettet til at forbinde PTC-varmelegemet til et udvendigt kredsløb. Elektroderne 4 og 5 er i forbindelse med det 5 andet lag over tilnærmelsesvis hele dettes areal. Når elektroderne 4 og 5 krummes eller deformeres af for høje temperaturer, der skyldes opvarmning af PTC-mod-standen, da kan elektroderne 4 og 5 være i forbindelse med kun det første lag, ved at berøre dele af området 10 G. Det skal bemærkes, at ledningsevnen for det første lag er lav, da det er fremstillet af et metal, der ikke er sølv (eksempelvis kan der i det første lag anvendes nikkel, kobber eller aluminium) og derfor er kontaktmodstanden mellem området G og elektroderne 4 og 5 for-15 holdsvis høj. Derfor bliver den del af området G der er i forbindelse med elektroderne 4 og 5 overopvarmet.

Dette medfører at PTC-modstanden selv revner på grund af denne punktvise opvarmning. Denne ulempe opstår på grund af den delvise forbindelse, som elektroderne 4 20 og 5 kan opnå med det første lag i området G.

Det er et formål med den foreliggende opfindelse at omgå de ulemper og begrænsninger der kendes ved tidligere kendte PTC-modstande, ved at frembringe en ny og forbedret PTC-modstand.

25 Det er også et formål med den foreliggende opfindelse at frembringe en PTC-modstand, hvor der ikke fremkommer sølvvandring, og hvor der ej heller kan ske en delvis overopvarmning af gabet.

De ovenfor angivne formål opnås med en PTC-modstand 30 af den i krav 1 angivne art.

Hensigtsmæssige udførelsesformer er angivet i kravene 2 til 9.

DK 163903 B

4

Den foreliggende opfindelse skal nu beskrives nærmere med henvisning til tegningen, hvor: fig. 1 er et plant billede af en PTC-modstand der er anvendt under udviklingen af den foreliggende opfindelse, 5 fig. 2 er et tværsnit af den i fig. 1 viste modstand, fig. 3 er et tværsnit af en samlet modstand af den i fig. 1 viste art, fig. 4 er et tværsnit af en PTC-modstand ifølge den foreliggende opfindelse, 10 fig* 5 er et perspektivisk billede af en elektrode 41 eller 51 fra fig. 4, fig. 6 viser en anden udførelsesform af en PTC-modstand ifølge den foreliggende opfindelse, fig. 7 er et kredsløbsdiagram af en motorstarter, der 15 er en anvendelse af den foreliggende PTC-modstand, og fig. 8 er et tværsnit der viser opbygningen af en anden udførelsesform for den foreliggende PTC-modstand.

Fig. 4 viser et tværsnit af en PTC-modstand ifølge den foreliggende opfindelse, i fig. 4 henviser de samme 20 henvisningstal der er anvendt i fig. 1-3 til de samme dele som der er vist i disse figurer. I fig. 4 betegner henvisningstallet 6 et lukket isolerende hus, der kan være fremstillet af f.eks. formstof. Huset 6 omfatter et par tappe 61, der udstrækker sig ind i husets hulrum.

25 To tilledninger 4 og 5 er fastgjort i huset 6 på en sådan måde, at den ene ende af hver af tilledningerne 4 og 5 er beliggende uden for huset 6, og den anden

DK 163903 B

5 ende af disse tilledninger 4 og 5 er krum eller konveks.

Disse tilledninger 4 og 5 er fremstillet af et fjedrende materiale, hvorved der opnås en bedre virkning. Disse terminalers krumme ender vender mod hinanden, dvs. at 5 de konvekse overflader vender mod hinanden.

PTC-modstanden 7 understøttes mellem tilledningerne 4 og 5's konvekse dele 41 og 51, og fastholdes af tilledningerne 4 og 5's fjedervirkning. PTC-modstanden 7 er opbygget af en flad PTC-plade 1, på hvis plane flader 10 der er påført et første ledende lag 2, der er fremstillet af et materiale der ikke er sølv. Lagene 2 giver en ohmsk modstand med PTC-pladen 1. På lagene 2 er der påført to lag 3, der er fremstillet af et materiale der hovedsageligt er sølv. Det andet lag 3, der er frem-15 stillet af sølv gør den totale modstand for lagene 2 og 3 så lav, at der opnås en ensartet strømfordeling i PTC-modstanden samtidigt med, at lagenes kontaktmodstand med fjederen er lav. Som det ses i fig. 4, er arealet for lagene 3 mindre end arealet for lagene 2, hvorved 20 der opstår et ringformet gab G omkring lagene 3's kant.

Det skal bemærkes, at der ikke findes noget materiale svarende til det andet lag i gabet G. Fortrinsvis har gabet G en bredde på mellem 0,1 og 4 mm.

PTC-modstanden 7 er anbragt mellem tappene 61, der forhin-25 drer PTC-modstanden 7 i at bevæge sig i sideretningen.

Fortrinsvis er der en lille spalte mellem PTC-modstanden 7's kant og hver af tappene 61 og dette sikrer, at modstanden 7 ikke kommer i direkte forbindelse med tappene 61, når modstanden 7 udvider sig på grund af 30 termiske påvirkninger.

Hvis PTC-modstanden kom i direkte spænd med huset, vil PTC-modstandens egenskaber blive ødelagt på grund af varmeledning til huset.

DK 163903 B

6

Gabet G har form som en O-ring, når PTC-modstanden er rund, men det kan være rektangulært hvis PTC-modstanden er rektangulær.

Fig. 5 viser mere detaljeret, hvorledes tilledningerne 5 4 og 5 er opbygget. Tilledningerne 4 og 5 omfatter en udvendig del A, der er indrettet til forbindelse med et udvendigt kredsløb, konveks del af B og en central del C, der er beliggende mellem forbindelsestappen A og den konvekse del B. Fortrinsvis omfatter den konvekse 10 del B et antal parallelle konvekse tunger b^, b^ og b^, der er frembragt ved at opspalte den konvekse del B. Den centrale del C kan omfatte en oppresning D, der går i indgreb med huset 6, med henblik på at fastholde tilledningerne 4 og 5 i huset 6.

15 De konvekse dele 41 og 51 fastholder PTC-modstanden 7, ved at klemme om dens centrale del således som det er vist på fig. 4. Derfor vil tilledningerne 4 og 5 selv om tilledningerne 4 og 5 og/eller PTC-modstanden 7 bliver deformeret ved høje temperaturer, ikke berøre 20 de første lag 2, i mellemrummet G. Som følge heraf kan der ikke gå nogen stærk delstrøm, eller opstå nogen delvis overopvarmning, på grund af direkte forbindelse mellem de første lag 2 og tilledningerne 4 og 5.

Fig. 6 viser en anden udførelsesform for tilledningerne 25 4 og 5. I denne udførelsesform omfatter tilledningerne 4 og 5 et antal konvekse oppresninger 41 og 51, i modsætning til den i fig. 4 og 5 viste udførelsesform hvor der kun anvendes en enkelt konveks oppresning. PTC-modstanden 7 understøttes mellem to tilledninger 4 og 5's 30 konvekse oppresninger, og fastholdes af tilledningernes fjedervirkning. Et stort antal oppresninger på tilledningerne, forbedrer den stabile fastholdelse af PTC-modstanden .

DK 163903 B

7

Fig. 7 er et kredsløbsdiagram af en motorstarter, hvilket er en af de anvendelser, der findes for den foreliggende PTC-modstand. På figuren betegnes en induktionsmotor med M, er motoren M's hovedvikling, I_2 er motoren 5 M's hjælpevikling, er en kondensator, er en start-kondensator, PTC er en PTC-modstand ifølge den foreliggende opfindelse og AC er de almindelige vekselspændings net. Sædvanligvis har man anvendt en omskifter i stedet for den viste PTC-modstand, og når motoren startes afbry-10 des denne omskifter. Denne omskifter er i den forelig gende opfindelse erstattet af en PTC-modstand, der har en lav modstand ved lave temperaturer, og denne lave modstand svarer til at en omskifter er sluttet. Når motoren M starter, vil strømmen i PTC-modstanden hæve 15 PTC-modstandens temperatur, hvorved modstandens modstand bliver høj. Denne høje modstand svarer til at en omskifter er afbrudt. Som følge heraf virker PTC-modstanden som en omskifter i et induktionsmotorstarterkredsløb, hvilket har den fordel, at der ikke anvendes nogen me-20 kaniske kontakter og at der ikke frembringes nogen gnis ter. Fig. 8 viser en anden udførelsesform for den foreliggende PTC-modstand. I fig. 8 viser henvisningstallet 6a et hus, der er fremstillet af et isolerende materiale, hvilket hus omfatter to tappe 61, der er indrettet til 25 at forhindre PTC-modstanden 7 i at bevæge sig. Apparathuset 6a indeholder også to andre tappe 71, der også er indrettet til at forhindre PTC-modstanden 7 i at bevæge sig. PTC-modstanden 7 er fastgjort i det volumen der afgrænses af tappene 61 og 71, ved hjælp af tilled-30 ninger 4a og 5a's fjedervirkning. Hver af disse tilledninger 4a og 5a omfatter en tilnærmelsesvis U-formet del, der er afsluttet i to konvekse endeflader 4a-2, 5a-2. Tilledningerne 4a og 5a indeholder også en forbindelsesdel 4a-l, 5a-l og en midterdel 4a-3, 5a-3, der 35 forbinder forbindelsesdelen og den U-formede del med konvekse ender. Forbindelsesdelen 4a-l, 5a-l er fastgjort

DK 163903 B

8 i et rum der afgrænses af tappene 81, og tjener til at forbinde PTC-modstanden med et udvendigt kredsløb, idet forbindelsesdelen er indrettet til at optage en forbindelsestap.

5 I en anden udførelsesform kan PTC-modstanden være udformet som en hul cylinder i stedet for en flad plade. I det tilfælde, hvor der anvendes en hul cylinder, er elektrode-lagene påført på cylinderens indre og ydre overflade, og selvfølgelig findes der et par ringformede mellemrum 10 i begge ender af cylinderen, hvor der ikke er påført et sølvlag.

Som det er beskrevet ovenfor er sølvvandring som følge af anvendelsen af en sølvelektrode fuldstændig udelukket ifølge den foreliggende opfindelse, og på samme tid 15 er delvis overophedning, der skyldes direkte forbindel se mellem en udvendig tilledning og de første lag, også forhindret. Derved opnås der en PTC-modstand med høj driftspålidelighed, idet der ikke forekommer sølvvandring og overophedning i en modstand ifølge den foreliggende 20 opfindelse. 1 det ovenstående er en ny og forbedret PTC-modstand beskrevet. Det er en selvfølge, at de viste udførelses-former kun er illustrative, og ikke på nogen måde begrænser rækkevidden af den foreliggende opfindelse. Der 25 bør derfor henvises til de medfølgende krav, i stedet for beskrivelsen, med henblik på at bestemme opfindelsens rækkevidde.

Claims

1. PTC-modstand med - et PTC-modstandselement (7), som har en flad halv-leder-PTC-keramikplade (1) med positiv temperaturkoefficient og et par på begge pladens (1) overflader an- 5 bragte metalelektroder (2), - et hus (6, 6a) af et isolerende materiale, hvori PTC-modstandselementet (7) er anbragt således, at bevægelse af PTC-modstandselementet forhindres, og - et par på huset fastgjorte tilslutningsklemmer (4, 10 5; 4a, 5a) med hver en tunge (A; 4, 5; 4a-l; 5a-l) til forbindelse af PTC-modstanden med et eksternt kredsløb, med en konveks del (B; 41, 51; 4a-2, 5a-2), som ligger an mod og skaber kontakt til den tilhørende elektrode, og en mellemdel (C; 4a-3, 5a-3) mellem tungen (A) og 15 den konvekse del (B), hvor tilslutningsklemmerne (4, 5; 4a, 5a) består af et elastisk, ledende materiale, således at PTC-modstandselementet (7) holdes af de konvekse dele (B; 41, 51; 4a-2, 5a-2) på tilslutningsklemmerne (4, 5; 4a, 5a) ved hjælp af fjedervirkning, k e n-20 detegnet ved, at - elektroderne består af hvert et første ledende lag (2), hvorpå er anbragt et andet ledende lag (3), at - de andre ledende lag (3) arealmæssigt er mindre end de første ledende lag (2), således at der opstår et 25 frit område (G) ved kanten af de første ledende lag (2), hvor de andre ledende lag (3) ikke findes, at - de første ledende lag (2) består af et metal, som DK 163903 B ikke er sølv, og de andre ledende lag (3) består af et metal, hvis hovedbestanddel er sølv, og at - de konvekse dele udelukkende trykker på de andre ledende lag (3).

2. PTC-modstand ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den konvekse del (B) på klemmerne (4, 5) har et antal med hinanden parallelle konvekse arme (b^, t>2 > b-j) ·

3. PTC-modstand ifølge krav 1 eller 2, kendete g- 10 net ved, at huset (6; 6a) har et par fremspring (61; 71), som strækker sig således ind i husets indre, at de forhindrer bevægelse af PTC-modstandselementet (7).

4. PTC-modstand ifølge krav 1-3, kendetegnet ved, at hver af klemmerne (4, 5) har et antal konvekse 15 dele eller fremspring (41, 51).

5. PTC-modstand ifølge krav 1-4, kendetegnet ved, at klemmernes mellemdel (C) har et fremspring (D, E), som kommer i indgreb med huset (6) på en sådan måde, at klemmerne (4, 5) holdes på plads af huset (6).

6. PTC-modstand ifølge krav 1-5, kendetegnet ved, at PTC-modstandselementet (7) har cirkulær form.

7. PTC-modstand ifølge krav 1-6, kendetegnet ved, at det frie område (G) ved kanten af det første ledende lag (2) har en bredde på tilnærmelsesvis 0,1 25 til 4 mm.

8. PTC-modstand ifølge krav 1-7, kendetegnet ved, at det frie område (G) ved kanten af det første ledende lag (2) har form som en cirkulær ring. DK 163903 B n

9. PTC-modstand ifølge krav 1-7, kendetegnet ved, at det frie område (G) ved kanten af det første ledende lag (2) er rektangulært.