JP2020521334A - フェイルセーフ素子付き電気部品 - Google Patents

Abstract

電気部品（１）は、機能素子（２、２２）と、それと電気的に相互接続されたフェイルセーフ素子（３、１１、２３）とを備え、機能素子（２、２２）が故障した場合に、電気部品（１）の最小抵抗または最小導電率を保証する。機能素子（２、２２）は、特に、ＰＴＣまたはＮＴＣ素子として具現化することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、機能素子とフェイルセーフ素子（Ｓｉｃｈｅｒｕｎｇｓｅｌｅｍｅｎｔ）とを含む電気部品に関する。

機能素子は、たとえば、ＰＣＴサーミスタ（ＰＣＴ素子、英語でＰｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）またはＮＴＣサーミスタ（ＮＴＣ素子、英語でＮｅｇａｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）である。フェイルセーフ素子は、電気的な機能素子の故障時に基本機能を維持するように構成されている。

例えば、セラミック部品、保護部品、または発熱素子といった電気部品は、さまざまな理由で故障する可能性がある。例えば、機械的負荷、過電流、または材料疲労の場合に、故障が発生する可能性がある。これにより、素子の使用に応じて、電気部品の短絡または接点分離（オープン）が発生し、機能障害が発生したり、特定の状況下では安全関連の障害が発生したりする可能性がある。これらの障害は、例えば、複数の監視システムや複数のリレーといった複雑な技術的解決手段によって制御されなければならない。

本発明の目的は、改善された故障特性を有する電気部品を提供すること(ａｎｚｕｇｅｂｅｎ)である。

本発明の第１の実施の形態によれば、機能素子と、機能素子と電気的に相互接続されたフェイルセーフ素子とを含む電気部品が提供される。フェイルセーフ素子は、機能素子の故障時に、電気部品の最小抵抗および／または最小導電率を保証する。その結果、フェイルセーフ素子は、機能素子に障害が発生した場合に、電気部品の基本機能を保証する。例として、それにより、安全関連の障害または完全な機能障害を回避させる、または、少なくとも遅延させる、または緩和させることが可能である。

機能素子は、例えば、ＰＴＣサーミスタ、または、ＮＴＣサーミスタである。機能素子は、例えば、セラミック材料を含む。機能素子は、例えば、円盤の形態をとる。機能素子は、異なる形状、例えば、平行六面体または円柱の形態をとることもできる。機能素子は、固定または電気的接続のための穴を有することができる。

機能素子または部品全体は、温度センサーまたは温度調節器として具現化することができる。機能素子または電気部品全体は、突入電流を制限するように構成することもできる。（ＩＣＬ部品、英語でＩｎｒｕｓｈ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｌｉｍｉｔｅｒ）。また、避雷器として具現化させることもできる。

機能素子が故障した場合、例えば、機能素子を介したオーミック接触が無くなり、その結果、フェイルセーフ素子を持たない電気部品の抵抗は、「無限」または非常に高くなる。このタイプの故障は、接点分離または「オープン」と呼ばれることもあり、例えば、機能素子の機械的破損の場合、または電気接点の分離時に発生する。ただし、特定の用途では、例えば、設計または用途上の理由で、電気部品を介した最小の導電率と最小の電流が必要になる場合がある。フェイルセーフ素子は、最小の導電率を保証することができる。

機能素子の故障は、短絡としても発生する可能性がある。この場合、機能素子は抵抗を提供しないか、または、ほんの小さな抵抗を提供し、その結果、機能素子を介した大電流が発生する可能性がある。大電流により生じる損傷を防ぐため、フェイルセーフ素子は、この場合に最小抵抗を提供することができる。

一の実施の形態では、フェイルセーフ素子は、機能素子と並列に相互接続される。この場合、フェイルセーフ素子は、機能素子の接点分離（オープン）の場合に、最小の導電率を提供することができる。

別の実施の形態では、フェイルセーフ素子は、機能素子と直列に相互接続される。この場合、機能素子の短絡の場合に、フェイルセーフ素子は最小抵抗を提供することができる。

この２つの実施の形態の組み合わせもあり得る。例として、機能素子は、第１のフェイルセーフ素子と並列に相互接続され、第２のフェイルセーフ素子と直列に相互接続される。第１のフェイルセーフ素子は、最小の導電率を提供することができ、第２のフェイルセーフ素子は最小の抵抗を提供することができる。

これは、フェイルセーフ素子が、機能素子よりも故障の影響を受けにくい場合に有利である。さらに、これは、フェイルセーフ素子が、シンプルで費用対効果の高いデザインである場合に有利である。

一の実施の形態では、フェイルセーフ素子はワイヤー片として具現化される。フェイルセーフ素子の抵抗は、ワイヤーの材料、長さ、および断面積の適切な選択により定義される。それに代わるものとして、フェイルセーフ素子は、オーム抵抗部品として具現化される。例として、フェイルセーフ素子は、セラミック材料を含む。フェイルセーフ素子は、適切な寸法のＰＴＣ素子として具現化することができる。

フェイルセーフ素子は、例えば、温度にほとんど依存しない抵抗を有する。これは、少なくとも考慮される温度範囲、例えば、−５０℃から１５０℃での抵抗が、ほぼ一定であることを意味する。ほぼ一定とは、例えば、この温度範囲での抵抗が、２５℃における値から最大２０％、特に最大５％逸脱することを意味する。関連する温度範囲は、応用分野に依存することができる。例として、−２５℃から１２５℃、または、−７０℃から２５０℃／３００℃の温度範囲も考慮することができる。

機能素子は、例えば、温度依存抵抗、特に大きな温度依存抵抗を有する。例として、特定の温度範囲で温度が上昇すると、抵抗が大幅に増加（ＰＴＣ素子）、または、大幅に減少（ＮＴＣ素子）する。温度依存性が大きいということは、例えば、考慮されている温度範囲での抵抗が、ある範囲における少なくとも１つのポイントで、２５℃での値から、または特定の温度から始まる値から、少なくとも１００％逸脱することを意味する。
フェイルセーフ素子は、温度に依存する抵抗を持つこともある。例として、フェイルセーフ素子は、ＰＴＣサーミスタとして具現化される。

フェイルセーフ素子の抵抗は、電気部品の望ましい特性に関連して、最適化することができる。例として、フェイルセーフ素子は、通常の動作中、つまり機能素子の故障が無い状態で、電気部品の総抵抗または総導電率にほんの少しだけ寄与する寸法に設定することができる。

例として、選択された温度、例えば２５℃での並列相互接続の場合、フェイルセーフ素子の抵抗は、機能素子の抵抗以上になるように選択することができる。例として、フェイルセーフ素子の抵抗は、機能素子の抵抗よりも大幅に大きい。例として、２５℃では、フェイルセーフ素子の抵抗は、機能素子の抵抗の大きさの少なくとも２倍である。フェイルセーフ素子の抵抗は、機能素子の抵抗よりも、少なくとも１桁大きくすることもできる。抵抗は、関連する温度範囲全体、例えば−５０℃から１５０℃で、同等、または、それより大きくすることもできる。

例として、直列相互接続の場合、選択された温度、例えば２５℃におけるフェイルセーフ素子の抵抗は、機能素子の抵抗よりも大幅に低い。例として、２５℃におけるフェイルセーフ素子の抵抗は、機能素子の抵抗の大きさの最大で半分である。フェイルセーフ素子の抵抗は、機能素子の抵抗よりも、少なくとも１桁小さくすることもできる。抵抗は、関連する温度範囲全体、例えば−５０℃から１５０℃において、同等、または、それよりも小さくにすることもできる。

フェイルセーフ素子は、選択された温度における電気部品の総抵抗が機能素子の抵抗から可能な限り逸脱しないような寸法とすることもできる。例として、逸脱は、０℃を超える温度において、１０％未満である。

それに加えて、フェイルセーフ素子は、機能素子の故障がない状態でも電気的特性全体にプラスの効果をもたらすような寸法とすることができる。

例として、対応する寸法のフェイルセーフ素子により、低温における抵抗を減らすことができる。このように、低い温度範囲におけるスイッチオン処理中の電流損失を減らすことができ、したがって電力損失を減らすことができる。例として、フェイルセーフ素子は、ＮＴＣ素子と並列に相互接続されている。例として、−４０℃以下の温度では、フェイルセーフ素子の抵抗は、機能素子の抵抗以下または同等である。関連する温度は、応用分野に依存する。対応する寸法は、直列な相互接続の場合にも有用である。

一の実施の形態では、機能素子は、円盤の形態で具現化される。機能素子は、例えば、セラミックを含む。一例として、電気的な接続の目的のために、ワイヤーの形状のリード線が提供される。リード線は、互いに平行に延びることができる。リード線は、例えば機能素子に、はんだ付けされている。リード線付きの機能素子は、例えば、回路基板の取り付けに適している。

例として、並列相互接続の場合、フェイルセーフ素子は、適切な寸法のワイヤーの片として具現化される。特に、フェイルセーフ素子は、リード線を互いに直接接続し、リード線間にワイヤーブリッジを生成するワイヤー片として具現化することができる。その代替として、フェイルセーフ素子は、リード線の電気接続部にオーム抵抗電気部品の形で配置することもできる。フェイルセーフ素子は、適切な寸法のＰＴＣ素子として具現化することもできる。

直列相互接続の場合、フェイルセーフ素子は、例えば、電気接続部の少なくとも一部を形成するワイヤーとして具現化される。例として、ワイヤー片は、リード線に配置されるか、完全にリード線を形成する。この場合、ワイヤー片の抵抗率は、例えばリード線の抵抗率とは異なる。一方のリード線を完全に形成する場合、ワイヤー片の抵抗率は、例えば、他方のリード線の抵抗率とは異なる。

一の実施の形態では、機能素子および／または電気部品全体は、表面実装用に具現化される。フェイルセーフ素子は、例えば、表面実装の場合に支持体部に面する機能素子の表面に配置される。例として、フェイルセーフ素子は、機能素子の外部接点部と支持体部の外部接点部との間に配置されたプレートの形で具現化される。

一の実施の形態では、フェイルセーフ素子は、さらに、機能素子および／または機能素子へのリード線のための支持体部および／またはカバーの部品（Ｇｅｈａｅｕｓｅｔｅｉｌ)として具現化される。例として、フェイルセーフ素子は、機能素子がその上に押し込まれる棒の形状で具現化される。カバー（Ｇｅｈａｅｕｓｅ）またはカバーの部品（Ｇｅｈａｅｕｓｅｔｅｉｌ）の場合、機能素子は、たとえばフェイルセーフ素子内に配置される。その結果、カバー（Ｇｅｈａｅｕｓｅ）またはカバーの部品（Ｇｅｈａｅｕｓｅｔｅｉｌ）は、その純粋なカバー機能に加えて、フェイルセーフ機能も実現することができる。

最小抵抗または最小導電率の保証に加えて、フェイルセーフ素子は、機能素子の故障を示すため、および/または障害モードを開始するための構成とすることもできる。この目的のために、例として、電気部品の総抵抗が測定される。相互接続と故障の種類に応じて、例えば、総抵抗がフェイルセーフ素子の抵抗に一致するという事実によって、故障を認識することができる。

電気部品は、複数の機能素子も含むことができる。例として、電気部品は、複数の機能素子と並列または直列に相互接続されたフェイルセーフ素子を含む。この場合、フェイルセーフ素子は、１つまたは複数の機能素子に障害が発生した場合に、最小の電流または最小の抵抗を保証することができる。

複数のフェイルセーフ素子があるため、各フェイルセーフ素子は、１つまたは複数の機能素子と並列または直列に接続される。例として、少なくとも１つ、または正確に１つのフェイルセーフ素子が、各機能素子に割り当てられる。ここでも、フェイルセーフ素子に適切な寸法が考慮される場合、総抵抗を測定することにより、機能素子が故障したことを認識することができる。対応する寸法を考慮すると、どの機能素子が故障したかを認識することも可能である。

本発明のさらなる態様によれば、上記の部品を製造する方法が提供される。この場合、機能素子が提供される。フェイルセーフ素子に特定の抵抗を持たせるための、温度または温度範囲が定義される。例として、機能素子が特に故障しやすい温度範囲が定義されている。そして、抵抗が、例えば、２５℃または上記の低温のような定められた温度で選択された値をとる、フェイルセーフ素子が提供される。

本発明のさらなる態様によれば、上記の電気部品のうち、少なくとも２つを含む部品装置が提供される。部品装置は、複数の機能素子とフェイルセーフ素子を含む電気部品と見做すこともできる。

本発明のさらなる態様によれば、上記の電気部品内の機能素子の故障を検出する方法が提供される。この場合、電気部品の総抵抗が測定される。総抵抗は、機能素子の故障の場合に計算された総抵抗と比較される。機能素子が故障した場合、電気部品の総抵抗が計算された総抵抗に一致すると、故障が示される。代替として、またはそれに加えて、障害モードが開始される。

発明の複数の態様が、本開示には記載されている。電気部品、部品装置、または一つの方法に関して開示される全ての特性は、それぞれの特性が、他の態様の文脈で明示的に言及されていなくても、他の態様に関しても対応して開示される。

さらに、ここで指定される主題の説明は、個々の特定の実施の形態に限定されない。むしろ、個々の実施の形態の特徴は、技術的に実用的である限り、互いに組み合わせることができる。

本明細書に記載される主題は、模式的な例示的実施の形態に基づいて以下により詳細に説明される。

一の実施の形態の電気部品の概略回路図である。 図１における電気部品の一の実施の形態の側面図である。 図１における電気部品のさらなる実施の形態の部分斜視図である。 図３Ａにおける電気部品の実施の形態の部分の詳細な分解図である。 図１における電気部品のさらなる実施の形態の側面図である。 さらなる実施の形態における電気部品の概略回路図である。 図５における電気部品の一の実施の形態の側面図である。 さらなる実施形態における電気部品の概略回路図である。 対数表示または線形表示における、図１に基づくさまざまな機能素子、フェイルセーフ素子および電気部品の抵抗温度特性曲線を示す図である。 対数表示または線形表示における、図１に基づくさまざまな機能素子、フェイルセーフ素子および電気部品の抵抗温度特性曲線を示す図である。 対数表示または線形表示における、図１に基づくさまざまな機能素子、フェイルセーフ素子および電気部品の抵抗温度特性曲線を示す図である。 対数表示または線形表示における、図１に基づくさまざまな機能素子、フェイルセーフ素子および電気部品の抵抗温度特性曲線を示す図である。 対数表示または線形表示における、図１に基づくさまざまな機能素子、フェイルセーフ素子および電気部品の抵抗温度特性曲線を示す図である。 対数表示または線形表示における、図１に基づくさまざまな機能素子、フェイルセーフ素子および電気部品の抵抗温度特性曲線を示す図である。 対数表示または線形表示における、図１に基づくさまざまな機能素子、フェイルセーフ素子および電気部品の抵抗温度特性曲線を示す図である。 対数表示における機能素子の抵抗温度特性曲線を示す図である。 図１による複数の電気部品を含む部品装置の一の実施の形態を示す図である。

好ましくは、以下の図において、同一の参照符号は、さまざまな実施の形態の機能的または構造的に対応する部分を指す。

図１は、機能素子２とフェイルセーフ素子３を含む電気部品１の概略回路図を示している。機能素子２は、例えば、セラミックの素子である。これは、多層の電気部品とすることができる。

機能素子２は、例えば、温度に大きく依存する抵抗を有する。機能素子２は、ＮＴＣサーミスタ（ＮＴＣ部品）として具現化することができる。機能素子２または電気部品１全体は、突入電流を制限するように（ＩＣＬ部品）、構成することができる。機能素子２は、バリスタとして具現化することもできる。機能素子２または電気部品１全体は、避雷器として具現化することもできる。

あるいは、機能素子２は、ＰＴＣサーミスタ（ＰＴＣ素子）として具現化することもできる。例として、機能素子２または電気部品１全体は、温度センサーまたは温度調整器、特に加熱素子として機能する。

接点分離の場合に最小電流を維持するために、電気部品１は、機能素子２と並列に相互接続されたフェイルセーフ素子３（英語でＦａｉｌ Ｓａｆｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ）を備えている。特に、接点分離の場合、フェイルセーフ素子３は、機能素子２を橋渡しする。フェイルセーフ素子３は、通常の動作において、機能素子２の機能が損なわれないか、またはわずかな程度しか損なわれないような抵抗を有する。特に、フェイルセーフ素子３は、高抵抗導体の機能を果たし、例えば適切に寸法決めされたワイヤー片またはオーム抵抗器として具現化することができる。フェイルセーフ素子３は、適切な寸法のＰＴＣサーミスタとして具現化することもできる。

フェイルセーフ素子３は、機能素子２の電気接続部５、６間にブリッジを生成する。電気接続部５、６は、例えば、機能素子２のリード線または外部接点部とすることができる。

電機部品１の総抵抗Ｒ_ｔｏｔは、１／Ｒ_ｔｏｔ＝１／Ｒ_Ｆ＋１／Ｒ_Ｓにより、機能素子２の抵抗Ｒ_Ｆおよびフェイルセーフ素子３の抵抗Ｒ_Ｓから生じる。

例えば、２５℃でのフェイルセーフ素子３の抵抗Ｒ_Ｓの大きさは、機能素子２の抵抗Ｒ_Ｆよりも大幅に大きく、その結果、常温での電気部品１全体の抵抗Ｒ_totは、機構素子２の抵抗に近くなる。例として、例えば２５℃で１０％の最大偏差が得られる。

並列相互接続の場合、電気部品１の総抵抗と機能素子２の抵抗の間の偏差はますます小さくなり、フェイルセーフ素子３の抵抗は高くなる。

さらに、フェイルセーフ素子３は、低温で抵抗Ｒ_Ｓが機能素子２の抵抗以下となるように選択することができる。例として、−４０℃以下の低温があり、例として、−５５℃から−４０℃の範囲が、ここでは考慮される。−２５℃以下の範囲、特に、−５５℃から−２５℃の範囲も、低温と見なすことができる。

このようにして、選択した温度範囲において、電気部品１の最大抵抗を設定することができる。並列相互接続の場合、電気部品１の最大抵抗はますます低くなり、フェイルセーフ素子２の抵抗は低くなる。

その結果、低温での電気部品１の総抵抗は、電力損失の低くなった機能素子２のみの抵抗よりも小さくなる。これにより、特性曲線は低温で「線形化」することができる。したがって、フェイルセーフ機能に加えて、フェイルセーフ素子３は、通常の動作中の電気部品１または機能素子２の特性を改善することもできる。

フェイルセーフ機能に加えて、フェイルセーフ素子３は、機能素子２の故障または損傷に対するアラーム信号を供給することができ、かつ／または、電気部品１または上位システムの障害モードを開始することもできる。この目的のために、例として、電気部品１の総抵抗が定められる。総抵抗がフェイルセーフ素子３の抵抗に一致する場合、これは機能素子２の故障の信号として解することができる。

図２は、フェイルセーフ素子３が機能素子２と並列に相互接続されている、図１における電気部品１の一の実施の形態を示している。電気部品１は、例えば、突入電流制限のために役立つ。

機能素子２は、例えば焼結金属酸化物を含み、外側が金属化された円盤型ＮＴＣサーミスタである。機能素子２は、リード線の形状の電気接続部５、６を介して電気的に接続されている。電気接続部５、６は、互いに平行に延びるワイヤーとして具現化され、例えば、機能素子２を機械的に保持することもある。

フェイルセーフ素子３は、ワイヤー４として、特にワイヤーブリッジとして、具現化されている。フェイルセーフ素子３は、電気接続部５、６を電気的に接続し、接点分離の結果としての故障の場合に、機能素子２を橋渡しする。フェイルセーフ素子３は、例えば、はんだ付けまたは溶接によって電気接続部５、６に接続される。

この場合、フェイルセーフ素子３は、ワイヤーブリッジのみによって形成される。別の実施の形態では、フェイルセーフ素子３は、オーム抵抗を提供する抵抗部品を含むことができる。抵抗部品は、例えば、接続線を介して電気接続部５、６に接続される。抵抗部品は、例えば、セラミックの本体を含む。

フェイルセーフ素子３は、電気部品１の機能素子２とともに実現される。特に、フェイルセーフ素子３のない既知の部品、すなわち機能素子２および電気接続部５、６のみを含む部品について、ほんのわずかな変形が必要である。その結果、既知の部品は、費用対効果の高い方法で、フェイルセーフ素子３を備え、通常どおりに取り付けることができる。

図３Ａおよび３Ｂは、フェイルセーフ素子３が機能素子２と並列に相互接続されている、図１における電気部品１のさらなる実施の形態を示す。電気部品１は、例えば、セラミック突入電流制限器として具現化される。図３Ａは、機能素子２、フェイルセーフ素子３および電気接続部５、６を概略的に示し、図３Ｂは、機能素子２の接続部を詳細に示すものである。

機能素子２は、孔部１４を有する円盤の形態で具現化されている。機能素子２は、異なる形態をとることもできる。機能素子２は、両側に、電気的接続のための外部接点部９、１０を有する。外部接点部９、１０は、例えば金属皮膜として具現化される。

フェイルセーフ素子３は、機能素子２および／または電気接続部５、６のための支持体部７として具現化される。フェイルセーフ素子３は、例えば、導電性プラスチックまたは適切な抵抗率を持つ金属等の高抵抗導体を含む。例として、鋼が含まれる。

この場合、フェイルセーフ素子３は、棒の形状、特に、機能素子２が固定されるためのねじ切りをした棒で具現化される。機能素子２は、例えば、棒の上に押し込まれる。フェイルセーフ素子３は、別の形状をとることもできる。

電気接続部５、６は、例えば、機能素子２の両側に配置され、フェイルセーフ素子３によって支持される。例として、電気接続部５、６は、フェイルセーフ素子３の上に押し込まれる円盤の形状の接続素子を含む。例として、銅の接点部が含まれる。電気接続部５、６は、特にケーブルシューの形態で具現化することができる。

電気接続部５、６および／または機能素子２は、固定素子１２、１３によってフェイルセーフ素子３に固定することができる。例として、固定素子１２、１３は、ナットとして具現化され、フェイルセーフ素子３にねじ止めされる。固定素子１２、１３は、電気接続部５、６とフェイルセーフ素子３との間に、電気的な接続を生成することもできる。電気接続部５、６は、機能素子２に固定的に接続することもでき、例えば、機能素子２にはんだ付けすることもできる。

電気接続部５、６は、機能素子２の故障の場合に、接点分離の結果としてフェイルセーフ素子３がブリッジを生成するように、フェイルセーフ素子３に導電的に接続される。

その代わりとして、フェイルセーフ素子３は、機能素子２のカバー（Ｇｅｈａｅｕｓｅ）として、またはカバーの部品（Ｇｅｈａｅｕｓｅｔｅｉｌ）として具現化することもできる。この場合、機能素子２は、例えば、孔の無い円盤として具現化される。カバー（Ｇｅｈａｅｕｓｅ）またはカバーの部品（Ｇｅｈａｅｕｓｅｔｅｉｌ）は、例えば、外部からの機能素子２の保護を形成する。カバー（Ｇｅｈａｅｕｓｅ）またはカバーの部品（Ｇｅｈａｅｕｓｅｔｅｉｌ）は、機能素子２を完全に、または部分的に囲むことができる。カバー（Ｇｅｈａｅｕｓｅ）またはカバーの部品（Ｇｅｈａｅｕｓｅｔｅｉｌ）は、機能素子２に直接接続させることができる。あるいは、カバー（Ｇｅｈａｅｕｓｅ）またはカバーの部品（Ｇｅｈａｅｕｓｅｔｅｉｌ）は、機能素子２に直接接続されない。

フェイルセーフ素子３は、さらに、例えば、ラッカー、プラスチック、エナメル、艶出し剤等の絶縁体を外装に備えても、例えば、被覆されてもよい。これにより、安全上の理由から、電気的なフラッシュオーバーまたは漏れ電流を回避することができる。さらに、フェイルセーフ機能を保証するために、腐食を回避することができる。

さらに、フェイルセーフ素子３は、例えば、ＰＴＣディスク、ＮＴＣディスク、またはＩＣＬディスク等の電気部品のための、代替的な安全の可能性として実現することもできる。

図４に、機能素子２がＳＭＤ（英語でＳｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔａｂｌｅ Ｄｅｖｉｃｅ）取付用に構成された、図１における電気部品１のさらなる実施の形態を示す。

機能素子２は、例えば回路基板の支持体部８の上に配置するように構成されている。電気接続部５、６は、例えば、はんだ付けした台の形態で支持体部８の上に配置される。フェイルセーフ素子３は、電気接続部５、６の上に配置され、電気接続部５、６を電気的に接続する。機能素子２は、フェイルセーフ素子３の上に配置されている。

例として、フェイルセーフ素子３は、機能素子２にはんだ付けされ、機能素子２の外部接点部９、１０の間に高抵抗な接続を生成する。例として、フェイルセーフ素子３は、例えば、プレートの形で、またはオーム抵抗器として、金属抵抗ブリッジとして具現化される。

図５に、機能素子２とフェイルセーフ素子１１とを含む電子部品１のさらなる実施の形態の概略回路図を示す。機能素子２は、例えば、ＰＴＣサーミスタ、すなわちＰＴＣ素子である。図１５に、例示的なＰＴＣ素子の抵抗温度特性曲線を示す。

機能素子２の短絡の場合、機能素子２は低抵抗のみを形成するか、抵抗を形成しないため、機能素子２を介して高電流が流れる可能性がある。短絡の場合でも電気部品１の十分な抵抗を保証するために、フェイルセーフ素子１１は、機能素子２と直列に相互接続され、例えば、機能素子２の下流に接続される。

フェイルセーフ素子１１は、想定される動作温度で低い抵抗を有する。例として、１２０℃までの温度が、想定動作温度として指定されている。想定される動作温度は、使用する機能素子２ごとに異なる。フェイルセーフ素子１１の抵抗は、例えば、想定される動作温度での機能素子２の抵抗よりも著しく低い。

例として、フェイルセーフ素子１１は、ＲＳ＝１０^２オームの抵抗を有している。フェイルセーフ素子１１は、例えば高温、例えば１２０℃を超える温度においてさえも、この抵抗を有する。フェイルセーフ素子１１がない状態で機能素子２が故障する場合、抵抗Ｒ_ｔｏｔは０オームになる。フェイルセーフ素子１１があるため、抵抗Ｒ_ｔｏｔは１０^２オームである。このため、電気部品１の最小抵抗が保証される。

例として、フェイルセーフ素子１１は、ＰＴＣサーミスタ素子、特にセラミックＰＴＣ素子として具現化される。例えば、ＰＴＣサーミスタ素子は、機能素子２の通常の使用温度で低抵抗を有し、高温で高抵抗を有する。フェイルセーフ素子１１は、温度に関してほぼ一定の抵抗を有することもできる。フェイルセーフ素子１１は、例えば、ワイヤー、特にワイヤーコイルから、または、適切に寸法決めされたワイヤー片として形成することができる。

ここでも、フェイルセーフ機能に加えて、フェイルセーフ素子１１は、機能素子２の故障または損傷に対する警告信号を提供することができ、かつ／または、電気部品１または上位システムのための障害モードを開始することができる。総抵抗がフェイルセーフ素子１１の抵抗に対応する場合、これは機能素子２の故障の信号として解することができる。

図６に、フェイルセーフ素子１１が機能素子２と直列に相互接続されている図５の電気部品１における一の実施の形態を示す。

機能素子２は、例えば、円盤型ＰＴＣサーミスタであり、これは、例えば、焼結金属酸化物を含み、外側が金属化されている。機能素子２は、電気接続部５、６を介して電気的に接続される。電気接続部５、６は、図２のように、互いに平行に延び、機能素子２を保持するワイヤーとしても具現化される。

１つの電気接続部６は、同時にフェイルセーフ素子１１として具現化される。フェイルセーフ素子１１は、電気接続部６の一部のみを形成することもでき、また、別個の素子として電気接続部６に接続することもできる。フェイルセーフ素子１１は、例えば、適切に寸法決めされたワイヤー４の片、または、別個のオーム抵抗器として具現化される。フェイルセーフ素子１１の抵抗率は、他の電気接続部５の抵抗率よりも大きい。

図７は、機能素子２と二つのフェイルセーフ素子３、１１とを含むさらなる電気部品１の概略回路図であり、一方のフェイルセーフ素子３は機能素子２と並列に相互接続され、他方のフェイルセーフ素子１１は機能素子と直列に相互接続されている。したがって、これは図１と図５との実施の形態の組み合わせである。

並列に相互接続されたフェイルセーフ素子３は、機能素子２の接点分離の場合に、電気部品１を通過する電流の流れが、依然として生じることを保証する。直列に相互接続されたフェイルセーフ素子１１は、機能素子２が短絡した場合に、電気部品１の最小抵抗を保証する。

例として、両方のフェイルセーフ素子３、１１は、適切な寸法のワイヤー片またはオーム抵抗器として具現化される。特に、電気部品１は、図２および図６の実施の形態の組み合わせとすることができる。一方または両方のフェイルセーフ素子３、１１は、ＰＣＴサーミスタとして具現化することもできる。

フェイルセーフ機能に加えて、フェイルセーフ素子３、１１は、アラーム信号を提供する、かつ／または、障害モードを開始することができる。電気部品１の総抵抗が、フェイルセーフ素子３、１１の合計の抵抗に対応する場合、これは機能素子２の故障の信号として解することができる。

図８から図１４はそれぞれ、フェイルセーフ素子３が機能素子２と並列に相互接続されている、図１における実施の形態の抵抗温度（Ｒ−Ｔ）特性曲線を示している。

図８は、対数表示で図１における一の実施の形態のＲ−Ｔ特性曲線を示すものである。電気部品１は、特にＮＴＣ突入電流制限器である。−５５℃から１５０℃の使用範囲が示されている。想定される使用範囲は、例えば、−４０℃から１５０℃、または−５５℃から２００℃、または−５５℃から２５０℃に及ぶこともある。

２５℃の動作温度では、機能素子２、すなわち純粋なＮＴＣ素子は、抵抗Ｒ_Ｆ＝４０オームである。機能素子２の抵抗は、温度Ｔが上昇するにつれて大きく低下する。例として、機能素子２は、約３５００ＫでＢ_{２５／１００}値を有する。Ｂ_{２５／１００}値は、Ｒ−Ｔ特性曲線の勾配の尺度である。他のＢ値を持つＮＴＣ素子も、ここでは好適である。

異なる寸法のフェイルセーフ素子３が考慮される。フェイルセーフ素子３は、Ｒ_Ｓ６００＝６００オーム、Ｒ_Ｓ２００＝２００オーム、およびＲ_Ｓ１００＝１００オームの値のオーム抵抗器として具現化される。下付きの数字は、それぞれの場合で、使用されるフェイルセーフ素子３の抵抗を示している。それぞれのフェイルセーフ素子３の抵抗は、−５５℃から１５０℃を考慮した温度範囲で、ほぼ一定である。
温度Ｔ＝２５℃では、考慮されたフェイルセーフ素子３の抵抗は、機能素子２の抵抗Ｒ_Ｆよりも大幅に大きくなる。この場合、抵抗Ｒ_Ｓは、２５℃での機能素子２の抵抗の大きさの２倍超である。

電気部品１の総抵抗は、それぞれＲ_{ｔｏｔ，６００}およびＲ_{ｔｏｔ，２００}およびＲ_{ｔｏｔ，１００}で示され、下付きの数字は、それぞれの場合で、使用されるフェイルセーフ素子３の抵抗をそれぞれ示している。フェイルセーフ素子３の使用は、抵抗特性曲線の線形化をもたらし、ここでそれがますます大きくなると、フェイルセーフ素子３の抵抗が低くなることは明らかである。例として、フェイルセーフ素子３は、低温での抵抗が、機能素子２の抵抗よりも小さくなるように選択される。この場合、−２５℃の温度では、抵抗Ｒ_Ｓ１００は、抵抗Ｒ_Ｆ（約１１０オーム）よりも低くなる。

図９および図１０は、図１におけるさらなる実施の形態のＲ−Ｔ特性曲線を、線形および対数表示で示し、２５℃で抵抗Ｒ_Ｆ＝４．７オームを有するＮＴＣ素子が機能素子２として使用されている。Ｂ_{２５／１００}値は、３５００Ｋである。Ｒ_Ｓ＝１ｋオーム、１００オーム、１０オームの値の抵抗器が、フェイルセーフ素子３として用いられる。

この場合、２５℃では、抵抗Ｒ_Ｓは、抵抗Ｒ_Ｆの２倍超の大きさである。Ｔが−２５℃では、抵抗Ｒ_Ｓ１０は、抵抗Ｒ_Ｆ（約４２オーム）よりも低くなり、Ｔ＝−５５℃で、抵抗Ｒ_Ｓ１０およびＲ_Ｓ１００は、抵抗Ｒ_Ｆ（約２２８オーム）よりも低くなる。

図１１および図１２は、図１におけるさらなる実施の形態のＲ−Ｔ特性曲線を線形および対数表示で示すものであり、２５℃で抵抗ＲＦ＝０．０１オームを有するＮＴＣ素子が機能素子２として用いられる。Ｂ_{２５／１００}値は１５００Ｋである。Ｒ_Ｓ＝０．２オーム、０．０５オーム、０．０２５オームの値のオーム抵抗器が、フェイルセーフ素子３として考慮される。

ここでも、２５℃では、抵抗Ｒ_Ｓは抵抗Ｒ_Ｆの２倍超の大きさである。Ｔ＝−２５℃では、抵抗Ｒ_{Ｓ０，０２５}は、抵抗Ｒ_Ｆ（約０．０３３オーム）よりも低くなり、Ｔ＝−５５℃では、抵抗Ｒ_{Ｓ０，０５}およびＲ_{Ｓ０，０２５}は抵抗Ｒ_Ｆ（約０．０８６オーム）よりも低くなる。

図１３は、図１におけるさらなる実施の形態のＲ−Ｔ特性曲線を対数表示で示すものであり、２５℃で抵抗Ｒ_Ｆ＝０．００５オームを有するＮＴＣ素子が機能素子２として用いられる。Ｂ_{２５／１００}の値は、１５００Ｋである。フェイルセーフ素子２には、Ｒ_Ｓ＝０．０６オーム、０．０２５オーム、０．００５オームの値のオーム抵抗器が考慮される。

ここで、２５℃では、抵抗Ｒ_Ｓは、少なくとも抵抗Ｒ_Ｆと等しくなる。Ｔ＝−２５℃では、抵抗Ｒ_{Ｓ０，００５}は、抵抗Ｒ_Ｆ（約０．０１３８オーム）よりも低くなり、Ｔ＝−５５℃では、抵抗Ｒ_{Ｓ０，０２５}およびＲ_{Ｓ０，００５}は抵抗Ｒ_Ｆ（約０．０３１７オーム）よりも低くなる。

０．００５オームの抵抗は、例えば、０．５ｍｍの半径と２．５ｃｍの長さの場合に０．１５オームｍｍ^２／ｍの抵抗率を有する円筒状の鉄ワイヤーにより、達成することができる

図１４は、図１におけるさらなる実施の形態のＲ−Ｔ特性曲線を対数表示で示しており、２５℃で抵抗Ｒ_Ｆ＝０．１オームを有するＮＴＣ素子が機能素子２として用いられている。Ｂ_{２５／１００}値は、１５００Ｋである。フェイルセーフ素子２には、Ｒ_Ｓ＝２オーム、０．４オーム、０．１オームの値のオーム抵抗器が用いられる。

ここで、２５℃では、抵抗Ｒ_Ｓは少なくとも抵抗Ｒ_Ｆと等しくなる。Ｔ＝−２５℃では、抵抗Ｒ_Ｓ０，１は、抵抗Ｒ_Ｆ（約０．２８オーム）よりも低くなり、Ｔ＝−５５℃では、抵抗Ｒ_Ｓ０，４およびＲ_Ｓ０，１は抵抗Ｒ_Ｆ（約０．６３オーム）よりも低くなる。

図１５は、対数表示で、ＰＴＣ素子、特にＰＴＣサーミスタとして具現化された機能素子２のＲ−Ｔ特性曲線を示す。ＰＴＣ素子は、例えば、１００℃付近の動作温度に適している。

−４０℃から９０℃の温度範囲では、機能素子２の抵抗は、約１０^３オームである。例として、ＲＳ＝１０^５オームの値のオーム抵抗器が、フェイルセーフ素子３として並列に接続されている。この場合、−４０℃から９０℃の範囲の電気部品１の抵抗は、約９９０オームである。

例えば、１２０℃を超える温度で大幅に過熱した場合、機能素子２の抵抗は約１０^６オームである。そして、電気部品１の抵抗は、約９０ｋオームである。

接点分離の結果として機能素子２が故障した場合、電気部品１の抵抗は、常に１０^５オームであり、これにより最小抵抗が保証される。

図１６に、互いに相互接続された図１における複数の電気部品１、２１を含む部品装置２０の一の実施の形態を示す。電気部品１、２１はそれぞれ、機能素子２、２２を含む。例として、両方の機能素子２、２２は、ＰＴＣ温度センサーとして具現化されている。示されている直列相互接続により、複数の場所での過熱を回避することができる。部品装置２０は、複数のフェイルセーフ素子３、２３および機能素子２、２２を含む部品と見做すこともできる。

フェイルセーフ素子３、２３は、各機能素子２、２２と並列に相互接続されている。

機能素子２、２２およびフェイルセーフ素子３、２３の適切な寸法により、機能素子２、２２の故障は、部品装置２０の総抵抗の測定により特定することができる。特に、機能素子２、２２の故障と加熱とを、区別することができる。

フェイルセーフ素子３、２３の抵抗は、例えば、互いに異なる。例として、第１のフェイルセーフ素子３は１０^４オームの抵抗を有し、第２のフェイルセーフ素子ｓ２３は１０^５オームの抵抗を有する。

例として、両方の機能素子２、２２は、図１５に示したＲ−Ｔ特性曲線を有している。部品装置２０の総抵抗を測定することにより、いずれかの機能素子２、２２が故障したか否かを識別することが可能である。

あるいは、２つのフェイルセーフ素子３、２３の代わりに、両方の機能素子２、２２と並列に相互接続された１つのフェイルセーフ素子３のみが存在してもよい。そして、接続破壊の結果として、機能素子２、２２の１つが故障した場合、機能素子２、２２の両方がフェイルセーフ素子３によってブリッジされ、最小電流が保証される。

［付記］
［付記１］
機能素子（２、２２）と、それと電気的に相互接続されているフェイルセーフ素子（３、１１、２３）とを備える電機部品であって、
前記フェイルセーフ素子は、前記機能素子（２、２２）の故障の場合に、当該電気部品（１）の最小抵抗または最小導電率を保証する、
電気部品。

［付記２］
前記機能素子（２、２２）は、ＰＴＣサーミスタまたはＮＴＣサーミスタとして具現化されている、
付記１に記載の電気部品。

［付記３］
前記機能素子（２、２２）は、突入電流制限器または温度センサーとして具現化されている、
付記１または２に記載の電気部品。

［付記４］
前記フェイルセーフ素子（３、１１、２３）は、前記機能素子（２、２２）と並列に相互接続されている、
付記１から３の何れか一つに記載の電気部品。

［付記５］
前記フェイルセーフ素子（３、１１、２３）は、前記機能素子（２、２２）と直列に相互接続されている、
付記１から４の何れか一つに記載の電気部品。

［付記６］
前記フェイルセーフ素子（３、１１、２３）は、ワイヤー片（４）またはオーム抵抗器として具現化されている、
付記１から５の何れか一つに記載の電気部品。

［付記７］
並列相互接続の場合に、２５℃での前記フェイルセーフ素子（３、２３）の抵抗は、前記機能素子（２）の抵抗の少なくとも２倍の大きさであり、
直列相互接続の場合に、２５℃での前記フェイルセーフ素子（１１）の抵抗は、前記機能素子（２）の抵抗の最大で半分の大きさである、
付記１から６の何れか一つに記載の電気部品。

［付記８］
−４０℃で、前記フェイルセーフ素子（３、２３）の抵抗が、前記機能素子（２）の抵抗よりも小さい、
付記１から７の何れか一つに記載の電気部品。

［付記９］
前記機能素子（２）は円盤の形態を取り、ワイヤーの形態の電気接続部（５、６）は前記機能素子（２）に固定され、
前記フェイルセーフ素子（３）はワイヤー（４）として具現化され、前記電気接続部（５、６）を互いに直接接続する、
付記１から８の何れか一つに記載の電気部品。

［付記１０］
前記機能素子（２）は円盤の形態を取り、ワイヤーの形態の電気接続部（５、６）は前記機能素子（２）に固定され、
前記フェイルセーフ素子（３）はワイヤー（４）として具現化され、前記電気接続部（５、６）の一つの少なくとも一部を形成する、
付記１から９の何れか一つに記載の電気部品。

［付記１１］
前記フェイルセーフ素子（３）は、前記機能素子（２）および／または前記機能素子（２）の電気接続部（５，６）のための支持体部（７）および／またはカバーの部品（Ｇｅｈａｅｕｓｅｔｅｉｌ）として具現化されている、
付記１から１０の何れか一つに記載の電気部品。

［付記１２］
表面実装のために具現化され、前記フェイルセーフ素子（３）は、プレートとして具現化される、
付記１から１１の何れか一つに記載の電気部品。

［付記１３］
前記フェイルセーフ素子（３）は、前記機能素子（２）の故障を示すように、さらに具現化されている、
付記１から１２の何れか一つに記載の電気部品。

［付記１４］
付記１から１３の何れか一つに記載の、少なくとも２つの電気部品（１）を含む部品装置。

［付記１５］
付記１から１４の何れか一つに記載の電機部品または部品装置の機能素子の故障を検出する方法であって、
Ａ）電気部品（１）の総抵抗を測定するステップと、
Ｂ）前記総抵抗が前記機能素子（２）の故障の場合に計算される総抵抗に一致する場合、故障を示すステップと、
を含む、
方法。

１ 電気部品
２ 機能素子
３ フェイルセーフ素子
４ ワイヤー
５ 電気接続部
６ 電気接続部
７ 支持体部
８ 支持体部
９ 外部接点部
１０ 外部接点部
１１ フェイルセーフ素子
１２ 固定素子
１３ 固定素子
１４ 孔部
２０ 部品装置
２１ 他の電気部品
２２ 他の機能素子
２３ 他のフェイルセーフ素子
Ｒ_ｔｏｔ 電気部品の抵抗
Ｒ_Ｆ 機能素子の抵抗
Ｒ_Ｓ フェイルセーフ素子の抵抗

Claims (15)

1. 機能素子（２、２２）と、それと電気的に相互接続されているフェイルセーフ素子（３、１１、２３）とを備える電機部品であって、
   前記フェイルセーフ素子は、前記機能素子（２、２２）の故障の場合に、当該電気部品（１）の最小抵抗または最小導電率を保証する、
   電気部品。
2. 前記機能素子（２、２２）は、ＰＴＣサーミスタまたはＮＴＣサーミスタとして具現化されている、
   請求項１に記載の電気部品。
3. 前記機能素子（２、２２）は、突入電流制限器または温度センサーとして具現化されている、
   請求項１または２に記載の電気部品。
4. 前記フェイルセーフ素子（３、１１、２３）は、前記機能素子（２、２２）と並列に相互接続されている、
   請求項１から３の何れか一項に記載の電気部品。
5. 前記フェイルセーフ素子（３、１１、２３）は、前記機能素子（２、２２）と直列に相互接続されている、
   請求項１から４の何れか一項に記載の電気部品。
6. 前記フェイルセーフ素子（３、１１、２３）は、ワイヤー片（４）またはオーム抵抗器として具現化されている、
   請求項１から５の何れか一項に記載の電気部品。
7. 並列相互接続の場合に、２５℃での前記フェイルセーフ素子（３、２３）の抵抗は、前記機能素子（２）の抵抗の少なくとも２倍の大きさであり、
   直列相互接続の場合に、２５℃での前記フェイルセーフ素子（１１）の抵抗は、前記機能素子（２）の抵抗の最大で半分の大きさである、
   請求項１から６の何れか一項に記載の電気部品。
8. −４０℃で、前記フェイルセーフ素子（３、２３）の抵抗が、前記機能素子（２）の抵抗よりも小さい、
   請求項１から７の何れか一項に記載の電気部品。
9. 前記機能素子（２）は円盤の形態を取り、ワイヤーの形態の電気接続部（５、６）は前記機能素子（２）に固定され、
   前記フェイルセーフ素子（３）はワイヤー（４）として具現化され、前記電気接続部（５、６）を互いに直接接続する、
   請求項１から８の何れか一項に記載の電気部品。
10. 前記機能素子（２）は円盤の形態を取り、ワイヤーの形態の電気接続部（５、６）は前記機能素子（２）に固定され、
    前記フェイルセーフ素子（３）はワイヤー（４）として具現化され、前記電気接続部（５、６）の一つの少なくとも一部を形成する、
    請求項１から９の何れか一項に記載の電気部品。
11. 前記フェイルセーフ素子（３）は、前記機能素子（２）および／または前記機能素子（２）の電気接続部（５，６）のための支持体部（７）および／またはカバーの部品（Ｇｅｈａｅｕｓｅｔｅｉｌ）として具現化されている、
    請求項１から１０の何れか一項に記載の電気部品。
12. 表面実装のために具現化され、前記フェイルセーフ素子（３）は、プレートとして具現化される、
    請求項１から１１の何れか一項に記載の電気部品。
13. 前記フェイルセーフ素子（３）は、前記機能素子（２）の故障を示すように、さらに具現化されている、
    請求項１から１２の何れか一項に記載の電気部品。
14. 請求項１から１３の何れか一項に記載の、少なくとも２つの電気部品（１）を含む部品装置。
15. 請求項１から１４の何れか一項に記載の電機部品または部品装置の機能素子の故障を検出する方法であって、
    Ａ）電気部品（１）の総抵抗を測定するステップと、
    Ｂ）前記総抵抗が前記機能素子（２）の故障の場合に計算される総抵抗に一致する場合、故障を示すステップと、
    を含む、
    方法。

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