JP5926257B2

JP5926257B2 - プラグ脱着可能な酸化金属サージ装置

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Publication number: JP5926257B2
Application number: JP2013526005A
Authority: JP
Inventors: スティーブンダグラスロバート; パンドゥランガカマスハンディ
Original assignee: クーパーテクノロジーズカンパニー
Priority date: 2010-08-27
Filing date: 2011-08-18
Publication date: 2016-05-25
Anticipated expiration: 2031-08-18
Also published as: EP2609602A1; CA2809020A1; US8659866B2; US20120050936A1; CN103125001B; CN103125001A; BR112013004559A2; CA2809020C; JP2013537722A; TW201230116A; WO2012027193A1; BR112013004559B1; EP2609602B1; TWI502613B

Description

本発明は、一般的に回路保護装置に関し、詳細には過渡電圧サージ抑制装置に関する。

サージ保護装置として呼ばれることもある過渡電圧サージ抑制装置は、今日の技術社会が依存する拡大し続ける数の電子機器を、短絡の高電圧又は過渡区間から保護するための必要性に応じて、発展してきた。電気的過渡電圧は、例えば、電子機器自体と人間の接触により伝播され、あるいは電子機器に電力供給するライン側（line side）電子回路での特定条件を介して伝播される静電気放電又は過渡電流（transient）により生成される。このため、特定の過電圧条件又はサージから機器を保護するために設計された内部過渡電圧サージ抑制装置を持つことは、電子機器において珍しいことではなく、あるいは、過渡電圧サージ抑制装置を持つことは、電力分配システムにおいて電子機器に電力供給するライン側回路においても珍しいことではない。過渡電圧保護設備を一般的に採用する電気設備の例は、電気通信システム、コンピュータシステム、及び制御システムを含む。

電力システムにおける過渡電圧サージ抑制装置は、指定された電気回路（circuitry）を保護するために一般に採用され、電気回路は、電気設備の高価な要素、臨界負荷（critical load）、又はシステムにより電力供給される関連する電子装置を含むことができる。サージ抑制装置は、通常、高インピーダンスを示すが、過電圧事象が生じたとき、装置は、過電圧が誘発する電流を電気接地（ground）に短絡（shunt）又は迂回するよう低インピーダンス状態に切り替わる。これにより、損害を与える電流は、関連する負荷側電気回路に流れることからそらされて、それ故、対応する設備、負荷及び電子装置を損害から保護する。しかし、改良が望まれる。

電力システムは、通常動作状態において、かなり狭い範囲内の電圧を受けている。しかし、落雷及び開閉（switching）サージなどのシステム外乱は、通常動作状態の間に電気回路が経験するレベルを超えた瞬間的又は拡大された電圧レベルを生成することができる。これらの電圧変化は、しばしば過電圧状態として参照される。上記のように、過渡サージ抑制装置は、そのような過電圧状態に対して電気回路を保護するために発展してきた。

過渡サージ抑制装置は、通常、バリスタと呼ばれる、電圧依存、非線形抵抗素子を1つ以上有し、これは、例えば、酸化金属バリスタ（metal oxide varistor: MOV）とすることができる。バリスタは、通常動作電圧にあるとき、比較的高い抵抗を持ち、過電圧状態と関連するような、より高い電圧にあるとき、かなり低い抵抗を持つことを特徴とする。バリスタを通る電流経路のインピーダンスは、装置が低インピーダンスモードで動作しているときに保護されている電気回路のインピーダンスよりも実質的に低く、そうでなければ保護された回路のインピーダンスよりも実質的に高い。過電圧状態が生じると、バリスタは、高インピーダンスモードから低インピーダンスモードに切替わり、過電圧により誘発された電流サージを保護された電気回路から離し、電気接地に短絡又は迂回させ、そして、過電圧状態が低下すると、バリスタは、高インピーダンスモードに戻る。

既存の過渡サージ抑制装置は、過渡過電圧事象から電力システム及び電気回路を保護することに幾分成功し得たが、それにもかかわらず、それらは、過渡電圧抑制装置が保護するよう意図した負荷側電気回路に損害を与えてしまう可能性がある特定の失敗モードに陥りやすい。

より詳細には、極端な過電圧事象（即ち、非常に高い過電圧状態）に応じて、バリスタは、低インピーダンスモードへ非常に高速に切り替え、そして、極度に高い電圧と電流にさらされるため、バリスタは急速に悪化し、恐らく破滅的に、時に機能しなくなる。サージ抑制装置の壊滅的破壊（catastrophic failure）は、それ自身が、保護すべく意図された負荷側電気回路への損害を引き起こす。

既知の過渡サージ抑制装置に対するその他の問題は、過電圧状態が一定期間持続した場合、低〜中程度の過電圧状態に対してさえ、バリスタ（例えば、MOV）は、過熱し、時として滅的に機能しなくなる。MOVが導電状態にある時に破壊が生じた場合、短絡状態と電気アーク放電（arcing）が、更なる損害を導くことになるであろう。

そのような問題に対処するため、既知のサージ抑制装置が、直列に接続したヒューズ又は回路ブレーカーとの組み合わせで使用されてきた。このように、サージ抑制装置のバリスタが過電圧状態を完全に抑圧することができない過電圧状態において、少なくとも多少の時間の間、ヒューズ又は回路ブレーカーは、過電圧状態に起因する過電流状態により効果的に応じることができる。

直列に接続された過渡サージ抑制装置とヒューズ又はブレーカーは、過電圧状態に応じて電気回路を開放することに有効であり、そうしなければ過電圧状態は損害を引き起こすが、これは完全に満足な解決方法ではない。持続した過電圧状態のために、MOVが部分的に導電性になった場合において、ヒューズ又はブレーカーは、MOVを通して流れる電流がヒューズ又はブレーカーの定格（rating）以下の場合に動作しない可能性がある。そのような状態において、一定の時間を超えてMOVを通して流れる比較的小さい電流でさえ、熱暴走（thermal runaway）状態及びMOVにおける過度の熱を生成し、MOVを破壊に導く可能性がある。上記のように、これは、短絡状態、そして恐らく、現在実際に関心がある装置の壊滅的な破壊につながる。

上で記載した特性と信頼性の問題を別にして、直列に接続した過渡サージ抑制装置とヒューズ又はブレーカーにおいて、更なる費用と設置空間が必要となる。同様に、更なる保守の問題が、そのような直列に接続された構成要素を持つことから生じる。

上で記載した不利点を克服する小型の過渡電圧サージ保護装置の典型的な実施例を以下に記載する。様々な過電圧状態において、破壊からバリスタを確実に保護するため、以下に説明するように、特有のバリスタアセンブリ（assembly）及び異なる第１と第２の動作の遮断モードを備えた、より小さく、より安く、より効果的な装置が提供される。

下に示す図を参照して、非制限及び非包括的な実施例が記載され、図において、特に指示がない場合、同様の参照番号が同様の部分を参照する。

典型的なサージ抑制装置の斜視図である。図１に示す装置の後部斜視図である。図１及び２に示す装置の部分的な前部透視図である。図１〜３に示す装置の分解図である。図１〜４に示す装置におけるバリスタ部分アセンブリの一部の前部正面図である。図５に示すバリスタ部分アセンブリの一部の後部正面図である。図１〜３に示す装置のその他の分解図である。図１〜３に示す装置における典型的な短絡遮断要素の前部正面図である。図８の短絡遮断要素を含むはんだ付けされたアセンブリの前部正面図である。図９に示すアセンブリの側面図である。図９に示すアセンブリの後部正面図である。熱遮断要素を伴う図９に示すアセンブリの一部分の正面斜視組立図である。図１２に示すアセンブリの側面図である。短絡電流要素及び通常動作での熱遮断要素を含む装置を示す図である。熱遮断要素がバリスタを遮断するように動作する装置の第１の遮断モードを示す図である。熱遮断要素がバリスタを遮断するように動作する装置の第１の遮断モードを示す図である。短絡遮断要素がバリスタを遮断するように動作する装置の第２の遮断モードを示す図である。通常動作におけるその他の典型的なサージ抑制装置の部分的正面斜視図である。図１８と同様の図であるが、熱遮断要素がバリスタを遮断するよう動作したことを示す図である。熱遮断要素が示されていない図１９と同様の図である。

図面を参照し、図1は、一般的に薄く、長方形の箱型筺体102を有する典型的なサージ抑制装置100の斜視図である。このため、図示される例において筺体102は、相対する正面（main face）又は側面（side）104と106、側面104と106の隣接する端部（adjoining edge）を相互連結している上部と下部面又は側面108と110、そして側面104と106の隣接する端部と上と下の側面108、110の隣接する端部を相互連結している側部面112と114を含む。全ての側面104、106、108、110及び112は、一般的に平らで、平坦であり、一般的に直角の筺体102を形成するため、それぞれの相対する側面と一般的に平行に広がる。その他の実施例において、筺体102の側面は、平らで、平坦である必要はなく、あるいは直角に構成される必要はない。筺体102の様々な幾何形状が可能である。

更に、示された実施例において、筺体の正面106は、装置100の前面として時には参照され、その中で又はそこを通して拡張する開口（opening）や隙間（aperture）のない実質的に同一の（solid）側面であり、一方で、筺体正面104（図２においても示される）は、後面として参照することができる。前面106と異なり、後面104は、側面108、112、及び114に隣接した装置100の周囲にのみ広がる。即ち、示される典型的な実施例における後面104は、後面上で装置100の部品を露出する大きな中央開口部を持つフレームのような要素である。このように、前側面106は、装置100の前側面上で装置100の内部部品を完全に覆い、保護するが、一方、後側面104は、後側面上で装置100の部品を一般的に露出する。しかし、筺体102のその他の構成が可能であり、その他の実施例において、装置100の前側面及び後側面に対する囲いの様々な角度を供給するために使用することができる。

筺体102の上側面108は、一般的に細長い開口部116を伴い形成され、そこを通し、以下で記載する熱遮断要素の一部分が、装置100の状態を視覚的に示すために突出される。筺体102の下側面110は、同様に（図示されていない）開口部を含み、そこで、指示タブ204が、装置の状態の視覚的指示を提供するため突出される。

筺体102は、鋳造（molding）などのような既知の技術に従い、プラスチックなど、絶縁材料又は電気的に非伝導な材料から形成することができる。しかし、更なる、及び／又は代替の実施例において、筺体102を組み立てるため、その他の非導電材料及び技術が可能である。更に、筺体102は、以下に記載するバリスタアセンブリの少なくとも前面に対する囲いを集団的に規定する2以上の部分から形成し、組み立てることができる。

ブレード（blade）端子120と122は、示された実施例において、筐体102の下側面110から伸びている。ブレード端子120と122は、面取りした先端とそこを通る開口部を有する一般的に平らな導電性要素である。更に、ブレード端子120と122は、空間的に離れて、互いにオフセット（offset）され、しかし一般的に平行な平面である。第１の端子120は、後側面104により近く、後側面104に対する平行面で伸び、一方、端子122は前側面106により近く、前側面106に対する平行面で伸びる。端子のその他の構成は、その他の実施例において可能であり、示されたブレード端子が必ずしも必要でないということが認識される。即ち、ブレードタイプの端子以外の端子が、以下に簡単に記載するように、電気回路に電気的接続を確立するために、必要であれば、同様に提供することができる。

ブレード端子122と120は、回路基板、又は電気回路に接続されたその他の装置へのプラグイン接続で、電源供給ライン（power line）124、及び128で示される接地ライン、接地面又は中性線（neutral line）とそれぞれ接続することができる。以下に記載するバリスタ要素は、端子120と122の間に、装置100内で接続される。バリスタ要素は、電源供給ライン124での過電圧状態の事象において、接地への低インピーダンス経路を供給する。接地への低インピーダンス経路は、そうしなければ潜在的に損害を与える電流を電源供給ライン124に接続された下流の（downstream）電気回路から離して、避けるように効果的に導く。通常動作状態において、バリスタが、電源供給ライン124の電流を効果的に引き込まず、電圧に影響を及ぼさないよう、バリスタは、高インピーダンス経路を供給する。バリスタは、単独で、又はその他の装置100との組み合わせのどちらか一方において、電源供給ライン124の電圧を管理するため、高インピーダンスと低インピーダンスモードの間を切り替えることができる。更に、そして以下に説明するように、バリスタが壊滅的に破壊されないであろうことを保証するため、電源供給ライン124において異なり動作する過電圧状態に応答して、少なくとも2つの動作の別個のモードで、バリスタは電源供給ライン124から遮断することができる。一旦遮断されると、装置100は、取り除かれ、置き換えられなければならない。

図２は、示された装置100の後部斜視図であり、バリスタアセンブリ130の後側面が露出されている。バリスタアセンブリ130は、絶縁性の基本プレート132とバリスタ要素134を含む。端子120、122は、バリスタアセンブリ130の反対側の側面上で示される。電源供給ライン124の電圧電位（potential）は、端子120、122を挟んで、そして同様に、バリスタ要素134に渡り置かれる。

図３は、バリスタアセンブリ130、短絡遮断要素140、及び熱遮断要素142を含む装置100の部分的な前部斜視図であり、各々がバリスタ134を遮断する異なるモードを供給する。短絡遮断要素140及び熱遮断要素142は、それぞれ、絶縁性基本プレート132の他方の側で、バリスタ134に対向して設置される。端子122は、短絡電流要素122に接続され、端子120は、バリスタ134に接続される。

任意に、そして、図３に示されるように、筐体102の1以上の側面は、全体に又は部分的に透明にすることができ、これにより、バリスタアセンブリ130、短絡遮断要素140、及び熱遮断要素142の１つ以上が、筐体102を通して見られる。あるいは、バリスタアセンブリ130、短絡遮断要素140、及び熱遮断要素142の選択された部分を見せるため、筐体に窓を付けることができる。

図４は、装置100の後部分解図であり、装置100は、左から右に、端子120、バリスタ134、絶縁性基本プレート132、短絡要素140、熱遮断要素142、及び端子122を含む。図７は、図４とは逆に、分解された前面から見た同一構成が示される。筐体102は図４と７には示されていないが、図４と７に示される部品は、図示された実施例の図１と２に示されるように、一般的に筐体102に含まれている、又は筐体102を通して露出されるということが理解される。

バリスタ134は、酸化金属バリスタ（MOV）など、非線形のバリスタ要素である。MOVはよく理解されたバリスタ要素であるため、ここでは、詳細には記載しないが、ただし、バリスタは、対向する、一般的に平行な面又は側面150と152、そしてわずかに丸めた角を有する一般的に長方形の構成に形成されている。バリスタ134は、一般的に一定の厚さを有し、全体的に同一（solid）である（即ち、何らかの窪み（void）や開口（opening）を含まない）。それらは技術的に理解されているが、MOVは、高インピーダンス状態又はモードから低インピーダンス状態またはモードへ切り替えるため、印加された電圧に応答する。バリスタは状態を切り替えて、過電圧状態における熱を消散させ、ここで、端子120と122の間に掛けられた電圧は、バリスタにおける制限（clamping）電圧を超え、これにより、バリスタが電流を電気接地へ分流させるために導電性になる。

上記したような従来のサージ抑制装置と異なり、バリスタ134は、エポキシに埋め込まれた、そうでなければカプセル化されたバリスタ要素である必要がなく、これは、そのようなカプセル化に対する何らかの必要性を取り除いた装置100の構成及び組み立てのためである。バリスタ134をカプセル化することに関連した製造ステップとコストは、これにより回避される。

端子120は、バリスタ要素134の側面152に表面実装された一般的に平面の導電性部品として形成される。端子120は、既知の技術に従い、1枚の導電性の金属又は金属合金から製造され、図示した実施例に示されるように、バリスタ要素134の輪郭に形状的に補完する一般的に四角の上部部分、及び図に示されるように、そこから伸びる接触ブレードを含む。端子120の四角の上部部分は、技術的に既知の高温はんだを用いて、バリスタの側面152にはんだ付けされる。端子120の四角の上部部分は、バリスタ134との広い接触範囲を供給する。その他の実施例において、端子120は、要望に従い、多種のその他形状を持つことができ、接触ブレードは、示されるような一体に形成される代わりに、分離して供給することができる。

バリスタ要素134の側面150は、表面実装された端子120を含む側面152に対向し、次に記載するように、基本プレート132に表面実装される。

図５と６にそれぞれ後面図と正面図で示されるように、基本プレート132は、電気的に非導電性又は絶縁性の材料から、一般的に四角形状で、対向する面又は側面160と162を有するように形成された薄い要素である。１つの実施例において、プレート132は、セラミック材料から生成することができ、より詳細には、バリスタ要素134に対し強固な構造的基礎を与えるため、更に以下で説明するように、装置100が動作するとき、電気アーク放電に有効に耐えられるよう、アルミナセラミックから生成することができる。もちろん、その他の絶縁材料が知られており、その他の実施例において、プレート132を生成するために利用できる。

（図５と６に示される）側面160上で、プレート132は、中央部に設置され、四角形状の平坦な接点164を備え、これは、めっき処理又は技術的に既知のその他の技術で、導電性材料から形成することができる。反対の側面162上では、プレート132は、中央部に設置され、四角形状の平坦な接点166を備え、これは、同様にめっき処理又は技術的に既知のその他の技術で、導電性材料から形成することができる。接点164、166の各々は、プレート132のそれぞれの側面160、162上で接触範囲を定義し、図示される典型的な実施例に示されるように、接点166は、側面160上の接点164における対応する接触範囲よりも、より大きい接触範囲を側面162上に形成する。異なる割合の四角の接触範囲が示されるが、その他の実施例において、接点164、166は必ずしも四角である必要はなく、接点164のその他の幾何形状でも足りる。同様に、接触範囲の異なる割合は必ずしも必要とされず、幾つかの実施例において、任意と考えることができる。

図５と６に最良に示されているが、絶縁プレート132は、プレート132の厚さを通して完全に伸びる貫通穴を更に備える。貫通穴は、めっきすることができ、あるいは、それぞれ側面160と162上の接点164と166を相互接続する導電性ビア（via）168を形成するため、導電性材料で満たすことができる。このように、導電性の経路が、接点164、166、及びビア168により、プレート132の１つの側面160からもう一方の側面162まで伸びるよう供給される。

図５に示されるように、典型的な実施例において、プレート132の側面は、約38 mmの寸法dを共有し、プレートは、示される例において、約0.75から1.0 mmの厚さtを有する。もちろん、その他の寸法も可能であり、採用することができる。

図６に示されるように、プレート132の側面160は、接点164に加え、短絡要素140のためのアンカー（anchor）要素170を含む。アンカー要素170は、側面160の表面上に形成されためっきされた又は印刷された要素とすることができ、導電性材料から生成される。アンカー要素170は、側面160の表面上で電気的に隔離され、短絡電流要素140が設置されるときのみ、機械的な保持（retention）を目的として働く。アンカー要素140に対する典型的な形状が示されるが、様々なその他の形状が可能である。

図４、７及び８において見られるように、短絡遮断要素140は、互いに対抗する後面180と前面182を含む一般的に平坦な導電性要素である。より詳細には、短絡遮断要素140は、アンカー部184、アンカー部184から伸びる側部導体186と188、アンカー部184から縦方向に空間を有するが、導体186、188と相互接続する接触部190を含むよう形成される。導体186と188は、アンカー部184の側部の端から、ある長さで縦方向に上向きに伸び、およそ180°曲がり、その他の長さでアンカー部184に向けて下向きに伸び、そして約90°曲がり、接触部190に到達して接触する。接触部190は、示された例において、プレート接点164における接触範囲とほぼ等しい接触範囲を有する四角形状で形成される。

接触部190は、プレート接点との間の熱遮断接合（junction）を形成するため、低温度のはんだを用いてプレート接点164に表面実装することができ、一方、アンカー部184は、高温度のはんだを用いてプレートアンカー要素170に表面実装される。この結果、アンカー部184は、プレート132の側面160上の固定位置に効果的に実装されて固定され、一方、以下に更に記載されるように、低温度接合が弱くなったとき、接触部190は、プレート接点164から動いて引き離される。

短絡遮断要素140の導体186と188は、弱スポット（weak spot）と呼ばれることもある、狭められた断面領域を持つ狭域部（narrowed section）192で更に形成される。短絡電流状態に陥ったとき、弱スポット192は、導体186と188がもはや電流を伝導しないよう、溶けて分解し、それ故、電源供給ライン124（図１）からバリスタ要素134を遮断する。導体186と188の長さ、これは180°の曲がりにより長くなる、そしてまた弱スポットの数と範囲は、導体186、188における短絡速度（rating）を決定する。このため、短絡速度は、導体186、188の異なる構成により変更することができる。

図４に最良に示されるように、短絡遮断要素140は、更に、アンカー部184の面の外側に拡張する保持（retainer）部194とレール（rail）部196、導体186、188、及び接触部190を含む。保持部194は、以下で記載されるように、熱遮断要素142と協働する開口198を有し、レール196は、熱遮断要素142の取り付け及び移動に対する誘導機構として働く。

端子122は、図示した例において、短絡遮断要素140から分離して提供される要素として示される。端子122は、典型的な実施例において、アンカー部184に溶接される。しかし、その他の実施例において、端子122は、アンカー部184と統合して供給され、又はアンカー部184に取り付けられる。

図４と７に示されるように、熱遮断要素142は、例えば、成型されたプラスチックから組み立てられた非導電本体200を有する。本体200は、反対向き伸びるに指示タブ204と206、バイアス（bias）要素ポケット208と210、及びその側面上で縦方向に伸びる細長スロット212と214で形成される。スロット212と214は、熱遮断要素142が設置されるときにレール196（図４）を受け入れ、ポケット208と210は、らせん（helical）圧縮バネの形式でバイアス要素216と218を受け入れる。

指示タブ206は、短絡遮断要素140の保持部194内の開口198（図４）を通して挿入され、バネ216、218は、（更に図１４に示されるように）レール196の上部端に置かれ、保持部194に対して上方向に向けられたバイアス力を与える。通常動作において、接触部190は、プレート接点164（図７）にはんだ付けされるため、バイアス力は、はんだ付けされた接合を打開するのに不十分であり、接触部190は、静的に均衡し、定位置を維持する。しかし、低〜中程度であるが持続された過電圧状態においてなど、はんだ付けされた接合が弱められるとき、保持部194上に働くバイアス力は、弱められたはんだ付け接合を圧倒し、接触部190をプレート接点164から取り離すことになる。

図８は、装置100に対する製造ステップの前部組立図であり、端子122が、短絡遮断要素140のアンカー部184に溶接される。短絡遮断要素140と端子122との間の安全な機構及び電気接続は、それ故、保証される。

図９は、バリスタアセンブリ130に実装された短絡遮断要素140を示す。特に、接触部190は、低温度のはんだを用いて、プレート接点164（図６と７）に表面実装され、アンカー部184は、高温度のはんだを用いて、プレートアンカー要素170（図６と７）に実装される。

図１０と１１は、また、高温度のはんだを用いてバリスタ要素134に表面実装された端子120を示す。図１０に最良に示されるように、バリスタ134は、端子120とプレート132の一面の間に挟まれ、プレート132は、バリスタ134と短絡遮断要素140の間に挟まれる。部品の直接的な表面実装組み合わせのため、小型のアセンブリは、既知のサージ抑制装置と比較して、装置100にかなり縮小した厚さT（図１）を与える結果となる。

図１２と１３は、図９に示されるアセンブリに導入される熱遮断要素142を示す。タブ206は、短絡遮断要素140の保持部194を通して挿入され、スロット212、214は、レール196（図４にも示される）上で受け入れられる。バイアス要素216、218（図４）は、設置時に遮断要素142により圧縮される。

図１４は、通常状態における、短絡電流要素140と熱遮断要素142を伴う装置100を説明する。熱遮断要素142のバイアス要素216と218は、上方向に向けられたバイアス力（図１５において矢印Fにより示される）を供給する。しかし、通常状態において、バイアス力Fは、プレート接点164（図６と７）に対する短絡遮断要素140の接触部190のはんだ付けされた接合を取り除くには不十分である。

図１５と１６は、装置の第１の遮断モードを説明し、ここでは、熱遮断がバリスタ134を遮断するよう動作する。

図１５と１６に示されるように、過電圧状態において、バリスタ要素が熱くなり、導電性になる時、はんだ付けされた接合が弱まるに従い、バイアス力Fは、弱められたはんだ付けされた接合を解放のポイントまで対抗し、図１６に示されるように、バイアス要素は、熱遮断要素142がレール196上を線形方向に軸に沿って離れて動くようにする。熱遮断要素142のタブ206が、短絡電流要素140の保持部194に連結されているため、熱遮断要素142が動くとき、保持部190もそうであり、接触部190をプレート接点164から引き離す。プレート132を通した電気接続は、それ故切断され、バリスタ134は、端子122と電力ライン124（図１）から遮断されることになる。

接触部190が移動することに従い、接触部190の元のはんだ付けされた位置と図１６に示されるその変位した位置との間で、アークギャップ（arc gap）が生成される。生じる可能性のある何らかの電気アーク放電（arcing）は、絶縁プレート132と熱遮断要素142との間のギャップで安全に封印され、絶縁プレート132の対向する側面上でバリスタ要素134から機械的及び電気的に分離される。

図１６の中の領域230で示されるように、熱遮断要素142が動くと、バイアス要素は、熱遮断要素142上に十分な力を生成し、熱遮断要素142が解放されて、接触部190の付近で、導体186、188を折り、曲げ、あるいは変形させる。導体186、188は、導電性材料（典型的には0.004インチ又はそれより少ない厚さを有する）の薄く、柔軟なリボンとして形成されるため、熱遮断要素142が動き始めると、それらは、比較的簡単に変形する。図１６に示されるように、熱遮断要素142は、装置100が作動して、交換を必要とするという視覚的指示を提供するため、指示タブ206が筐体102（図１）の上側面108を通して突出するまで、直線軸に沿って上向きに動くことができる。

図１７は、装置100の第２の遮断モードを説明し、短絡遮断要素140は、バリスタ134を端子122と電源供給ライン124（図１）から遮断するよう動作している。図１７に見られるように、導体186と188は、弱スポット192（図４と７）において崩壊し、短絡遮断要素140のアンカー部184と接触部190との間で、もはや電流を流すことはできない。プレート接点164及び導電性ビア168のバリスタ要素134が存在するプレート132の反対面への電気接触は、それ故に壊れ、従って、バリスタ134は、端子122と電源供給ライン124にもはや接続されない。短絡遮断要素140は、極度の過電圧事象において、短絡遮断要素140が要求する時間よりはるかに少ない時間で、そのような方法で動作するであろう。熱保護要素142が動作するまでの時間前のバリスタ要素134の急速な破壊、及び結果としての短絡状態もまた、それ故に避けられる。

図１８〜２０は、上記した装置100に、多くの点で似ているサージ抑制装置300のその他の典型的な実施例を説明する。このため、装置300と100の共通的な特徴は、図１８〜２０において、同様の参照文字で示される。共通の特徴は、上で詳細に記載されるため、それ故に、これ以上の議論は必要ないと思われる。

装置100と異なり、バリスタアセンブリ130は、熱遮断要素142により支えられる分離可能な接触ブリッジ302（図２０に最良に示される）を更に備える。接触ブリッジ302の互いに反対の端部308、310は、短絡要素140の末端部304、306にそれぞれ、低温度のはんだではんだ付けされる。ブリッジ302の接触部190は、同様に、基本プレート132の接点164（図７）に低温度のはんだではんだ付けされる。

図１８に示されるように、装置300の通常動作において、ブリッジ302の端部308、310及び接触部を接続する低温度のはんだ接合部は、上記のように、装置100を通る電流の流れに耐えるには十分に強い。

過電圧状態においてバリスタ要素が熱を持ち、導電性になったとき、低温度のはんだ接合が弱められることに従い、バイアス力Fは、弱められたはんだ付けされた接合を解放のポイントまで反対に作用し、ブリッジ302の端部308、310及び接触部190は、短絡要素140の端部304、306及び基本プレート132の接点164から分離する。これが起こると、図１９と２０に示されるように、熱遮断要素142のバイアス要素は、熱遮断要素142が動かされて、直線方向に軸に沿い移動されるようにする。熱遮断要素142のタブ206（図１９）が、接触ブリッジ302の保持部194（図２０）と連結されるため、熱遮断要素142が移動するに従い、接触ブリッジ302もそのようになる。従って、接点164を介したプレート132を通る電気接続は切断され、それ故に、バリスタ134は、端子122と電源供給ライン124（図１）から遮断されるようになる。同様に、接触ブリッジ302の端部308、310と短絡要素140の端部304、306との間の電気接続は切断される。これは、「３重ブレーク（triple break）」機能とも呼ばれる結果となり、接触の３点が、3つの異なる低温度はんだ接合を介して破壊される。３重ブレーク動作は、装置100より高いシステム電圧で実行するための装置300の機能を提供する。

装置300の短絡動作は、上記の装置100と実質上同様である。しかし、装置300は、バリスタアセンブリ130内にはんだアンカー312を含み、これは、短絡要素140が、装置300の変形もしくは動作を危険にすることなしに、例えば、高エネルギーのインパルス電流に耐えることを可能にする。そのような高エネルギーのインパルス電流は、電気システムに問題とならない、及び装置300の目的に対する関心とならない検査手順又は電流サージに起因する可能性がある。はんだアンカー312は、電気的接続を生成することなしに、短絡電流要素140を基本プレート132に接着する。示されるように、はんだアンカー312は、短絡電流要素の隣接した弱スポットの間、又は望まれるその他位置に設置することができる。

発明の恩恵と利点は、記載された典型的な実施例から明らかになるはずである。

過渡電圧サージ抑制装置の１つの実施例は、非導電性の筺体及びバリスタアセンブリを有する。バリスタのアセンブリは、絶縁基本プレート及びバリスタ要素を有し、絶縁基本プレートは、筺体内に固定的に取り付けられ、絶縁プレートは、対向する第１及び第２の側面を有し、バリスタ要素は、対向する第１及び第２の側面を有し、バリスタの対向する第１及び第２の側面の１つは、プレートの対向する側面の１つに表面実装され、バリスタ要素は、印加電圧に応じて高いインピーダンスモードと低インピーダンスモードで動作可能である。

任意に、バリスタ要素は、実質上、長方形とすることができる。バリスタ要素は、酸化金属バリスタとすることができ、絶縁基本プレートは、セラミックプレートとすることができる。セラミックプレートは、アルミナセラミックを有することができる。絶縁基本プレートは、対向する側面の間で伸びる複数の導電性ビアを更に有することができる。絶縁基本プレートは、第１の側面上に備えられた第１の導電性接点と第２の側面上に備えられた第２の導電性接点を有することもでき、第１及び第２の導電性接点は、複数の導電性ビアにより電気的に相互接続される。第１の導電性接点は、バリスタ要素の第１及び第２の側面の１つと電気接続を確立することができる。装置は、バリスタ要素の第１及び第２の側面のその他と接続する第１の端子、及び第２の導電性接点に接続する第２の端子を有することもできる。第１及び第２の端子は、筺体の共通の側面から突出するブレード端子を有することができる。

基本プレート上の第１及び第２の導電性接点の各々は、実質的に平面とすることができる。第１の導電性接点は、第１の接触範囲を定義し、第２の導電性接点は、第２の接触範囲を定義することができ、第１の接触範囲は第２の接触範囲より大きい。

装置は、短絡遮断要素を更に有することができ、短絡遮断要素の一部分は、基本プレートの第２の導電性接点に表面実装される。短絡遮断要素は、複数の弱スポットと共に形成された柔軟な導体を有することができる。第１の端子は、短絡遮断要素に取り付けられ、そこから伸び、第１の端子は、筺体の側面から突出するブレード接点を有することができる。

装置は、短絡遮断要素と接続された熱遮断要素を更に有することもでき、動作の第１の遮断モードにおいて、短絡遮断要素を第２の導電性接点から切り離す。熱遮断要素は、動作の第１の遮断モードにおいて、短絡遮断要素の一部分を動かし、曲げるよう構成することができる。熱遮断要素は、バネによるバイアスをかけることができ、縦方向のスロットがそれぞれ形成された対向する側面を持つ非導電性本体を有することもできる。短絡遮断要素は、第１及び第２のレールと共に形成され、第１及び第２のレールは、熱遮断要素の第１及び第２の縦方向スロットにそれぞれ受け入れられることができる。短絡遮断要素の一部分は、低温度のはんだを用いて第１の導電性接点にはんだ付けされ、熱遮断要素は、はんだ付けされた接続が弱められるとき、第２の接点から短絡遮断要素の一部分を引き離すことが出来る。

装置の筺体は、任意に実質的に長方形にすることができ、筺体の少なくとも一部分は、透明にすることができる。短絡遮断要素はバリスタ要素に接続され、熱遮断要素は短絡遮断要素に連結することができる。短絡遮断要素及び熱遮断要素は、絶縁プレートの１つの側面上に設置することができ、バリスタは、絶縁プレートの反対側面上に設置することができる。装置は、短絡遮断要素と熱遮断要素とを相互連結する分離可能接触ブリッジを更に有することができる。接触ブリッジは、少なくとも２つの位置において、短絡遮断要素から分離可能であり、接触ブリッジは、低温度のはんだ接合でMOVに更に接合することができる。

装置は、絶縁プレートに対向するバリスタの１つに側面に取り付けられた第１の実質的に平坦な端子を任意に有することができる。第２の実質的に平坦な端子は、バリスタ要素に対向する絶縁基本プレートの側面上に伸びる。

装置は、短絡遮断要素を任意に有し、絶縁基本プレートがバリスタと短絡遮断要素との間に挟まれる。熱遮断要素は、短絡遮断要素に取り付けられ、直線軸に沿って動かすことができる。熱遮断要素の一部分は、遮断位置において、筺体の一部分を通して突き出るよう構成することができ、それにより、動作の熱遮断モードの視覚的指示を供給する。

絶縁基本プレートは、約0.75mmから約1.0mmの厚さを有することができる。短絡遮断要素もまた提供される。短絡遮断要素は、一般的に平坦であり、約0.004インチより少ない厚さを有する。装置は、バリスタを電気回路に接続するための第１及び第２の端子を有し、第１及び第２の遮断要素は、電気回路の異なる動作状態に応じてバリスタを遮断するよう動作可能である。

バリスタアセンブリは、第１の側面と第２の側面を有し、筺体は、バリスタアセンブリの第１の側面を実質的に内に含み、バリスタアセンブリの第２の側面を実質的に露出する。バリスタ要素はカプセル化されない。

バリスタアセンブリは、複数の弱スポットと共に形成される短絡遮断要素を任意に有し、複数のはんだアンカーが短絡遮断要素を絶縁基本プレートに接合する。複数のはんだアンカーの少なくとも幾つかは、短絡遮断要素の隣接する弱スポットの間に位置することができる。

この記載は、最良モードを含む発明を開示するために、また任意の装置やシステムを製作し使用し、あるいは任意の組み合わせた方法を実行することを含んで、当業者が発明を実施することを可能とするために、例を用いている。本発明の特許の範囲は、請求項により定義され、当業者が思い付くその他の例を含むことができる。そのようなその他の例は、請求項の文字言語とは異ならない構造要素をそれらが有する場合、又は請求項の文字言語とはごくわずかに異なる同等の構造要素をそれらが有する場合、特許請求の範囲内に含まれるものとする。

Claims

過渡電圧サージ抑制装置であって、
非導電性筺体と、
バリスタアセンブリと、
を有し、
前記バリスタアセンブリは、
前記筺体内に固定的に取り付けられ、対向する第１及び第２の主側面を有する絶縁基本プレートと、
対向する第１及び第２の主側面を有するバリスタ要素と、
短絡遮断要素と、
を有し、
前記バリスタ要素の前記対向する第１及び第２の主側面の１つは、前記絶縁基本プレートの前記対向する第１及び第２の主側面の１つに表面実装され、
前記バリスタ要素は、印加電圧に応じて、高インピーダンスモードと低インピーダンスモードで動作可能であり、
前記絶縁基本プレートは、前記バリスタ要素と前記短絡遮断要素との間に挟まれる、過渡電圧サージ抑制装置。
前記短絡遮断要素は、複数の弱スポットを伴い形成される柔軟な導体を有する、請求項１に記載の過渡電圧サージ抑制装置。
前記短絡遮断要素に取り付けられ、そこから伸びる第１の端子を更に有する、請求項２に記載の過渡電圧サージ抑制装置。
前記第１の端子は、前記筺体の１つの側面から突出するブレード接点を有する、請求項３に記載の過渡電圧サージ抑制装置。
前記短絡遮断要素に連結され、動作の第１の遮断モードにおいて動作可能な熱遮断要素を更に有する、請求項１に記載の過渡電圧サージ抑制装置。
前記熱遮断要素は、動作の前記第１の遮断モードにおいて、前記短絡遮断要素の一部分を動かして、曲げるよう構成される、請求項５に記載の過渡電圧サージ抑制装置。
前記熱遮断要素は、バネによりバイアスがかけられる、請求項５に記載の過渡電圧サージ抑制装置。
前記熱遮断要素は、対向する側面を持つ非導電性の本体を有し、該対向する側面には各々縦方向のスロットが形成され、前記短絡遮断要素は、第１及び第２のレールを伴い形成され、前記第１及び第２のレールは、第１及び第２の前記縦方向のスロットの各々に受け入れられる、請求項５に記載の過渡電圧サージ抑制装置。
前記絶縁基本プレートは、導電性接点を備え、前記短絡遮断要素の一部分は、低温度のはんだを用いて前記導電性接点にはんだ付けされ、前記はんだ付けされた接続が弱められるとき、前記熱遮断要素は、前記短絡遮断要素の一部分を前記導電性接点から引き離す、請求項５に記載の過渡電圧サージ抑制装置。
前記短絡遮断要素に取り付けられ、直線軸に沿って移動可能な熱遮断要素を更に有する、請求項１に記載の過渡電圧サージ抑制装置。
前記熱遮断要素の一部分は、遮断位置にあるとき、前記筺体の一部分を通して突出するように構成され、動作の熱遮断モードの視覚的表示を提供する、請求項１０に記載の過渡電圧サージ抑制装置。
前記絶縁基本プレートは、約0.75 mmから約1 mmの厚さを有する、請求項１に記載の過渡電圧サージ抑制装置。
前記短絡遮断要素は、一般的に平面であり、約0.004インチより少ない厚さを有する、請求項１に記載の過渡電圧サージ抑制装置。
前記バリスタアセンブリは、第１の側面及び第２の側面を有し、前記筺体は、前記バリスタアセンブリの前記第１の側面を実質的に内包し、前記バリスタアセンブリの前記第２の側面を実質的に露出する、請求項１に記載の過渡電圧サージ抑制装置。
前記バリスタ要素は、カプセル化されない、請求項１に記載の過渡電圧サージ抑制装置。