KR101450882B1

KR101450882B1 - 리셋 모터 보호기

Info

Publication number: KR101450882B1
Application number: KR1020070129432A
Authority: KR
Inventors: 세븐 케이 설리반; 조나단 에프 코헨
Original assignee: 센사타 테크놀로지스, 인크
Priority date: 2006-12-13
Filing date: 2007-12-12
Publication date: 2014-10-14
Also published as: EP1933350A3; JP5159280B2; JP2008153216A; KR20080055674A; US7326887B1; EP1933350A2; EP1933350B1

Abstract

자기 유지식 모터 보호기(10)는 금속으로 된 개방형 하우징(12)을 구비하며, 가동 전기 접촉부(18)를 지탱하는 자동 온도 조절 디스크(14)는 상기 하우징 내에 외팔보식으로 장착된다. 히터 시트 플레이트 부재(20)는 이 히터 시트 플레이트 부재와 전기적으로 그리고 열적으로 연결되는 하우징에 장착된다. 히터 시트 플레이트 부재는 위치 설정을 위한 리세스(20a)를 구비하며, 이 리세스 내에는 히터 시트 플레이트 부재와 전기적으로 그리고 열적으로 연결되는 제1 접촉면을 이용하여 PTC 히터 요소(22)가 수납된다. 터미널 플레이트 부재(26)에는 고정 전기 접촉부(28)가 장착되며, 이 터미널 플레이트 부재는 하우징의 개구에 걸쳐 수납되지만 개스킷(24)에 의해 하우징으로부터 전기 절연된다. 전기 전도성인 스프링(30)은 터미널 플레이트 부재와 PTC 히터 요소의 제2 접촉면 사이에서 연장된다.

리셋 모터 보호기, 자동 온도 조절 디스크, 히터 시트 플레이트 부재

Description

리셋 모터 보호기{MODIFIED RESET MOTOR PROTECTOR}

본 발명은 자동차 용례에서 라디에이터 팬을 구동하는 엔진 냉각 시스템 모터와 주로 관련되며, 보다 구체적으로는 고속 회전자 구속(high-speed locked-rotor) 조건에서 상기 모터가 적정 온도를 초과하여 작동하는 것을 방지하는 장치와 관련된다.

자동차 용례에서 라디에이터 팬을 구동하는 엔진 냉각 시스템(ECS; Engine Cooling System)의 브러쉬 정류식 모터는 현재로서는 모터 권선 절연부 및 브러쉬가 효과적으로 고속 회전자 구속 조건에서 적정 온도를 초과하지 못하도록 하지 못한다. 라디에이터 팬 모터의 화재로 인한 최근의 자동차 리콜 때문에 ECS 시스템 및 모터 제작자 레벨에서 모터 보호를 위한 설계 제원이 개발되고 있다. 제작자들은, 예상치 못한 팬 블레이드의 회전에 따른 인적 피해로부터 소비자를 보호하고 150A/15V 직류 및 300A/24V 직류 조건에서 회전자 구속 이벤트의 신뢰도를 향상시키는, 개량된 리셋(SAE 타입 II) 구속 회전자의 보호를 선호하는데, 이러한 구속 회전자의 보호는 일주(trip) 후에 자동적으로 리셋되지 못한다.

이러한 목적을 위해 사용되는 임의의 보호기는 언더후드 환경 조건 하에서 견딜 수 있어야만 하고, 모터 제작자의 부가 가치를 증가시킬 뿐만 아니라 염수 분무 열화를 최소화하고 열 감도를 최적화하기 위해 모터 내의 브러쉬 카드 상에 장착되도록 되어 있는 것이 바람직하다.

보호기의 전기 접촉부가 접촉부 개방 위치에서 유지된 후 보호기로부터 전원이 제거될 때까지 과부하에 따른 부하에 대한 전류를 차단하도록 작동하는 소위 자기 유지식 보호기가 공지되어 있다. 예를 들면, 1992년 8월 12일에 공개된 영국 특허 출원 제GB 2252674A호에는, 정온도계수(PTC; Positive Temperature Coefficient)의 저항 가열 요소가 성형된 플라스틱 하우징에 수납되며, 이 하우징에는 또한 PTC 히터 요소와 열전도 관계에 있는 스냅 작동식 바이메탈 스위치 작동 요소가 장착된다. 보호기를 사용하는 장치가 과열되면, 스냅 작동식 요소는 접촉부를 개방하여 부하 전류를 차단하고, 고저항 온도(high-resistance temperature)까지 자체로 가열되는 PTC 히터 요소를 통과하여 전류가 흐르도록 함으로써, 이후에 PTC 히터 요소를 통과하는 최소의 전류를 이용하여 스냅 작동식 요소를 작동 위치로 유지한다. 이러한 장치는 자동차 언더후드 환경에서는 유용하지 않은데, 이는 여러 가지 이유 중에서도 다양한 구성요소들이 외부 환경으로부터 차폐되어 있지 않으며 염수 분무 등에 의한 열화를 겪기 때문이다.

다른 예는 2000년 2월 1일자로 특허 허여된 미국 특허 제6,020,807호에서 찾아볼 수 있다. 상기 미국 특허의 보호기는 캔 형상의 전기 전도성인 금속으로 된 하우징을 포함하며, 이 하우징 내에는 바이메탈 블레이드가 하우징의 하부 벽에 외팔보식으로 장착되고, 이 블레이드의 자유단에는 가동 전기 접촉부가 장착되는데, 가동 전기 접촉부는, 절연 박판을 통해 하우징 상에 장착되는 전기 전도성 커버 플레이트 상에 장착된 고정 전기 접촉부와 연결된 상태로 그리고 분리된 상태로 이동 가능하다. PTC 히터 요소는 커버 플레이트와 바이메탈 블레이드의 고정 단부 사이에 이들과 전기적으로 연결된 상태로 장착된다. 바이메탈 블레이드는 부하 전류를 전달하며, 작동되는 경우 접촉부를 개방하여 부하 전류를 차단하고, 이후 소량으로 부하 전류를 제한하는 PTC 히터 요소로부터의 열에 의해 작동 위치로 유지된다. 이러한 장치에 있어서, PTC 히터 요소와 바이메탈 블레이드 사이의 열전도는 이들 2가지 구성요소 사이에서 열적 저항이 최소화됨에 따라 최적화된다. 결과적으로, 상기 장치는 크기 및 PTC 히터 요소에 의해 발생되는 전력을 제한하여 모든 경계 조건에 상당한 영향을 주며, 주위 온도 및 전압에 대해 유용한 자기 유지 기능 범위를 제한한다.

본 발명의 목적은, 특히 회전자 구속 조건에서 자동차 엔진 냉각 시스템 모터를 보호하도록 되어 있는 자동차 모터 보호기를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 자동차 언더후드 환경에서 사용하기에 적절하며 개량된 리셋 능력을 갖춘 자동차 모터 보호기를 제공하는 것이다. 또 다른 목적은, 제작 및 조립이 용이하며, 신뢰성이 있고, 내구성이 있으며, 비교적 저렴한 자동차 모터 보호기를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 자동차 용례와 관련된 광범위한 전압 및 주위 온도 조건, 즉 대체로 섭씨 영하 40 도 내지 섭씨 110 도의 주위 온도 및 9V 직류 내지 16V 직류 전압에 걸쳐 효과적인, 개량된 리셋 능력을 갖춘 자동차 모터 보호기를 제공하는 것이다.

요약하면, 본 발명에 따라, 하우징 내에 장착된 전류 전달용 자동 온도 조절 디스크를 구비하여 열악한 주위 조건에 직접 노출되는 것을 피하고 광범위한 전압 및 외부 주위 온도 조건에 걸쳐 자동차 모터 보호기와 구성요소의 내부 분위기 온도를 효율적으로 상승시키면서 외부 환경에 대해 차폐된 자동차 모터 보호기 내에 PTC(정온도계수) 히터 요소가 배치된다. 자동차 모터 보호기는, 하부 벽 및 측벽, 그리고 바이메탈 등으로 제작된 전류 전달용 스냅 작동식 자동 온도 조절 디스크를 구비하는, 전기 전도성인 금속으로 된 하우징을 포함하며, 상기 자동 온도 조절 디스크는 자동차 모터 보호기의 스위치 챔버에서 하부 벽에 외팔보 방식으로 장착된다. 상기 자동 온도 조절 디스크의 제2 단부 부분에 장착된 가동 전기 접촉부는, 스위치 챔버를 폐쇄하는 전기 전도성인 금속으로 된 터미널 플레이트 부재 상에 장착된 고정 전기 접촉부와 연결된 상태로 그리고 분리된 상태로 이동하도록 되어 있다. 내부에 리세스를 구비한, 전기 전도성인 금속으로 된 히터 시트 플레이트 부재는 하우징의 측벽에 형성된 순부(lip)에 수납되므로, 리세스의 볼록한 쪽은 자동 온도 조절 디스크 위에 가깝게 이격되어 위치하게 된다. 히터 시트 플레이트 부재는 열적으로 그리고 전기적으로 하우징에 연결된다. 히터 시트 플레이트 부재는 가동 전기 접촉부가 장착되는 부분을 제외하고는 상기 자동 온도 조절 디스크와 대체로 같은 공간에 걸쳐있는 열 복사면을 포함하며, 상기 자동 온도 조절 디스크로의 대류 열전달을 강화시켜 히터 시트 플레이트 부재, 하우징, 스프링 및 터미널 플레이트 부재를 통한 전도 열전달을 보완함으로써 요구되는 전압 및 주위 온도 범위에 걸쳐 자기 유지 기능의 효과를 최적화한다.

대향하는 접촉면을 구비하는 정온도계수(PTC) 히터 요소는 리세스의 하부 벽과 연결된 하나의 접촉면을 이용하여 리세스에 수납된다. 전기 전도성인 스프링은, 조립된 보호기에서 PTC 히터 요소의 다른 접촉면과 탄성 결합되도록 터미널 플레이트 부재 상에 장착된다. 전기 절연 박판은 터미널 플레이트 부재와 히터 시트 플레이트 부재 사이에 개재되며, 터미널 플레이트 부재 상에서 만곡되지만 전기 절연 박판에 의해 터미널 플레이트 부재로부터 전기 절연되는 하우징의 측벽에 있는 한 쌍의 연장부에 의해 하우징에 클램핑된다.

본 발명의 특징에 따르면, 히터 시트 플레이트 부재의 리세스는, 전기 히터 요소의 대향하는 접촉면들에 실질적으로 수직하게 연장되는 측면을 구비하여 전기 히터 요소의 접촉면들을 가로질러 단락이 발생하지 않도록 하는 구조를 제공하기 위해 리세스의 내부로부터 멀어지게 기울어진 측벽을 이용하여 형성된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 히터 요소는 세라믹 또는 폴리머 PTC 재료로 형성된 정온도계수(PTC) 히터 요소이다. 본 명세서에서 설명하는 바람직한 실시예에서는, 전기 전도성 불소 중합체, 즉 ECTFE가 사용된다.

본 명세서에서 설명하는 바람직한 실시예에 있어서, PTC 히터 요소는 금속으로 된 히터 시트 플레이트 부재와 금속으로 된 하우징의 물리적인 결합을 통해 전기적으로 그리고 열적으로 자동 온도 조절 디스크에 연결된다. 바람직한 변형례에 따르면, 자동 온도 조절 디스크의 제1 단부 부분의 연장부를 포함하는 제2 경로에 의해 이러한 연결은 강화되며, 상기 연장부는 만곡되어 히터 시트 플레이트 부재와 결합되는 자동 온도 조절 디스크의 제2 단부 부분과 함께 대략 U자형 구조를 이룬다. 다른 바람직한 실시예에 따르면, 히터 시트 플레이트 부재의 스트립은 연장되어 자동 온도 조절 디스크의 부착 슬러그와 결합된 상태로 배치된다.

자동 온도 조절 디스크의 저저항 전류 경로는 정상 작동 중에 부하 전류를 전달한다. 회전자 구속 조건은 암페어 레벨을 4 내지 6 배 가량 증가시키므로 충분한 주울열(joule heat; i²r 열)을 발생시켜 자동 온도 조절 디스크를 작동시키고 접촉 시스템을 개방시키도록 한다. 이후 시스템 전압은, 충분한 전력 및 표면 온도를 발생시켜 전압이 제거될 때까지 자동 온도 조절 디스크가 리셋되지 못하도록 하는 고저항 PTC 히터 요소를 통과하면서 낮아진다.

본 발명에 따르면, 특히 회전자 구속 조건에서 자동차 엔진 냉각 시스템 모터를 보호하도록 되어 있고, 자동차 언더후드 환경에서 사용하기에 적절하며 개량된 리셋 능력을 갖추고, 제작 및 조립이 용이하며, 신뢰성이 있고, 내구성이 있으며, 비교적 저렴한 자동차 모터 보호기가 제공된다. 또한, 자동차 용례와 관련된 광범위한 전압 및 주위 온도 조건, 즉 대체로 섭씨 영하 40 도 내지 섭씨 110 도의 주위 온도 및 9V 내지 16V 직류 전압에 걸쳐 효과적인, 개량된 리셋 능력을 갖춘 자동차 모터 보호기가 제공된다.

본 발명의 전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부 도면과 함께 후술하는 상세한 설명을 읽으면 명확해질 것이고, 첨부 도면에서는 동일한 구성요소를 표시하기 위해 여러 개의 도면에서 동일한 도면부호가 사용된다.

도면, 특히 도 1 내지 도 8을 참고하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제작되어 개량된 리셋 특성을 갖는 자동차 모터 보호기(10)는, 전기 전도성인 금속으로 된 하우징(12)을 포함하고, 이 하우징은 도면에서 뒤집힌 상태로 도시되어 있으며 대략 직사각형인 하부 벽(12a) 및 측벽(12b)을 구비하여 하우징의 상부에서 개방되는 스위치 챔버(12c)를 형성한다. 측벽(12b)의 자유단은 외측으로 만곡되어 하우징 둘레 주위에 순부(12d)를 형성한다. 대향하는 제1 단부 부분(14a) 및 제2 단부 부분(14b)을 구비하는 스냅 작동식 자동 온도 조절 디스크(14) 중 제1 단부 부분(14a)은, 부착 슬러그(16)에서의 용접과 같은 방식으로, 스위치 챔버 내부로 오목하게 들어간 장착용 플랫폼(12e) 위에 있는 하우징의 하부 벽(12a)에 외팔보 방식으로 장착된다. 가동 전기 접촉부(18)는, 하부 벽(12a)을 등지고 있는 자동 온도 조절 디스크의 표면 측에 있는 제2 단부 부분(14b)에서 자동 온도 조절 디스크(14)에 장착된다.

도 8을 참고하면, 금속으로 된 히터 시트 플레이트 부재(20)는, 니켈 아연 도금 강 또는 청동과 같은 적절한 열 및 전기 전도성 재료로 형성되며, 드로잉 가공된 리세스(20a), 개구(20b), 및 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 하우징의 순부(12d)와 정합하여 상기 하우징의 순부 상에 배치되고 히터 시트 플레이트 부재(20)의 둘레 주위에서 외측으로 연장되는 순부(20c)를 구비한다. 리세스(20a)는 평평한 하부 벽(20d) 및 약간, 즉 수직에 대해 1도 넘게 경사진 측벽(20e)을 구비하며, 이 측벽은 리세스의 중앙으로부터 멀어지는 방향으로 하부 벽으로부터 연장되어 리세스 내부에 배치된 히터 요소의 단락(短絡)을 방지하는 구조적 장치를 제공하는데, 이는 후술된다. 바람직하게는, 히터 시트 플레이트 부재(20)에는 또한, 히터 시트 플레이트 부재(20)의 단부(20g)에서 개구(20b)의 측부를 형성하면서 순부(20c)로부터 하방으로 연장되는 탭(20f)이 마련되는데, 이 탭은 히터 시트 플레이트 부재(20)의 단부(20h)에 있는 리세스의 측벽(20e)과 함께, 하우징의 스위치 챔버(12c)의 개구에 수납되는 보호기를 조립하기 위한 정렬 특징부로서의 기능을 하며, 리세스(20a)의 볼록한 쪽은 스위치 챔버 내부로 연장된다.

일반적으로 평평한 직사각형의 플레이트 재료로 구성되는 PTC 히터 요소(22)는 히터 시트 플레이트 부재의 리세스(20a)의 하부 벽(20d)의 형상에 상응하지만 하부 벽보다는 약간 작다. PTC 히터 요소는 제1 접촉면(22a) 및 제2 접촉면(22b)(도 4 참조)에 실질적으로 수직인 측벽을 구비하고, 이 측벽 상에는 전기 전도층이 배치되며, 히터 시트 플레이트 부재의 경사진 측벽(20e)을 구비하는 리세스(20a) 내부에 배치되는 경우에는 접촉면들 사이의 단락 가능성이 실질적으로 없어진다. PTC 히터 요소는 당업계에 공지된, 희토류가 도핑된 티탄산바륨과 같은 세라믹 또는 폴리머 PTC 재료로 형성될 수 있다. 본 실시예에 있어서, PTC 히터 요소는 PPTC(Polymer Positive Temperature Coefficient)로 형성되며, 이러한 재료는 세라믹 계열 재료에 비해 대량 제작 및 물리적 특성에 있어서 여러 가지 장점을 갖는다. 예를 들면, PPTC 히터 요소는 제작 비용이 저렴하고, 낮은 저항율로 저전압 조건에서 요구되는 전력을 발생시킬 수 있으며, 세라믹 요소에 비해 열충격 균열 발생에 덜 민감하다.

PPTC 히터 요소를 자동 온도 조절 디스크로부터 이격시켜 배치하면, 섭씨 영하 40 도의 분위기 및 9V 직류 전원 조건에서 디스크가 리셋되지 못하도록 하기 위해 유지되어야만 하는 열 구배가 나타난다. 자동차 용례에 있어서 통상적인 PPTC 보호 장치는 전기 전도성 폴리머인 HDPE(high density polyethylene)를 이용하여 섭씨 120 내지 137 도로, 그리고 전기 전도성 폴리머인 PVDF(polyvinylidene fluoride)를 이용하여 섭씨 134 내지 169 도로 작동하도록 설계된다. 자동 온도 조절 디스크의 최저 리셋 온도는 자동차 제작자 명세서 및 보호 장치 작동 요구사항에 따라 일반적으로 섭씨 70 도이다.

바람직한 실시예와 관련하여 전술한 열 구배의 발생은, 대만의 Polytronics Incorporated사로부터 입수 가능한, 선택된 전기 전도성 불소 중합체 조성을 이용하여 얻은 섭씨 180 내지 260 도 사이의 스위칭 온도 및 그 관련 용융 온도를 이용하여 조절될 수 있다. 예를 들면, 이러한 재료에는 용융 온도가 섭씨 260 도인 전기 전도성 폴리머 ETFE[ethylene tetrafluoroethylene, 예컨대 플루온(Fluon)], 용융 온도가 섭씨 240 도인 전기 전도성 폴리머 ECTFE[ethylene chloro-trifluoroethylene, 예컨대 할라(Halar)], 및 용융 온도가 섭씨 210 도인 전기 전도성 폴리머 PCTFE[polychlorotrifluoroethylene, 예컨대 네오플론(Neoflon)]가 포함된다.

바람직한 실시예의 PPTC 히터 요소(22)는 전기 전도성이면서 부분적으로 교차 결합된 ECTFE 재료 시스템을 포함하며, 이 시스템은 섭씨 약 240 도에서 전환되고 섭씨 영하 40 도에서 바람직하지 않은 전기 접촉 리셋이 일어나지 않도록 하는 반면에, 또한 절연 재료의 열적 열화를 유발하지 않으면서도 후술하는 통상적인 노멕스(Nomex) 개스킷 전기 절연재를 사용할 수 있도록 한다. PPTC 히터 요소(22)는 대향하는 제1 접촉면(22a) 및 제2 접촉면(22b) 상에 니켈과 같은 전도성 재료로 코팅된 탄소 충전 폴리머층을 포함한다. PPTC 히터 요소(22)는 섭씨 25 도의 온도에서 약 0.3 내지 0.5 Ω의 저항을 갖는다. 앞서 언급한 노멕스와 같은 적절한 재료로 된 전기 절연성의 개스킷(24)은 하우징(12)과 히터 시트 플레이트 부재(20)를 터미널 플레이트 부재(26)로부터 전기 절연시키는 데 사용된다. 개스킷(24)은 컷아웃 윈도우(24a, 24b)가 개스킷의 기부(24d)에 있으며, 바람직하게는 평평한 기부(24d)로부터 상방으로 연장되도록 사전에 만곡된 2개의 대향하는 플랩(24c)을 구비하는 대략 직사각형인 박판의 형태이다. 개스킷은 히터 시트 플레이트 부재의 순부(20c) 상에 위치하며, 2개의 대향하는 단부 위에서 순부보다 약간 위로 연장되는 반면, 플랩(24c)은 하우징(12)의 대응하는 플랩 연장부(12f)(도 4에 하나의 연장부가 도시됨)를 넘어 측부를 따라 상방으로 연장된다. 후술할 스프링 접촉부 및 고정 접촉부를 위해 스위치 챔버(12c)에 액세스하기 위해 컷아웃 윈도우(24a) 및 컷아웃 윈도우(24b)가 마련된다.

바람직하게는 낮은 전력 등급을 위해 니켈 아연 도금 강, 청동, 또는 스테인레스 강과 같은 통상적인 히터 재료로 형성되는 터미널 플레이트 부재(26)는, 스위치 챔버에 걸쳐 연장되도록 그리고 개스킷(24)의 기부(24d) 상에 수납 가능하도록 구성되며, 하우징(12)의 순부(12d) 및 히터 시트 플레이트 부재(20)의 순부(20c)에 정렬된다. 고정 전기 접촉부(28)는 용접과 같은 방식으로 터미널 플레이트 부재 상에서, 고정 전기 접촉부와 전기적으로 연결된 상태로 그리고 분리된 상태로 이동하게 되어 있는 가동 전기 접촉부(18)에 그리고 개스킷(24)의 컷아웃 윈도우(24b)에 정렬되도록 선택된 소정 위치에 장착된다. 또한, 터미널 플레이트 부재(26) 상에 장착된 스프링(30)은 스테인레스 강과 같은 적절한 전기 전도성 스프링 재료로 형성된다. 상기 스프링은 기부(30a)로부터 상방으로 연장되는 한 쌍의 윙(30b)을 구비한다. 측방향으로 연장되는 용접 돌출부(26a)는 터미널 플레이트 부재(26) 상에 형성되며, 용접과 같은 방식으로 스프링의 기부(30a)가 터미널 플레이트 부재에 부착된다. 스프링(30)은 개스킷의 컷아웃 윈도우(24a)를 통해 연장되며, 이후에 터미널 플레이트 부재를 클램핑하도록 하우징의 플랩 연장부(12f)를 접어 겹치게 함으로써 조립을 완료하고, 상기 스프링은 개스킷(24)을 통해 PPTC 히터 요소(22)와 결합된다. 터미널 부분(26b)은 길이방향으로 연결용 플레이트로부터 전기 회로까지 연장되며, 하우징(12)의 대응하는 터미널 플레이트(12g)와 함께 연장된다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 단순화된 회로도는, 자동차의 전원(P)이 엔진 냉각 시스템의 모터(M)에 직렬로, PPTC 히터 요소(22)에 병렬로, 그리고 자동 온도 조절 디스크(14), 가동 전기 접촉부(18)와 고정 전기 접촉부(28) 및 터미널 플레이트 부재(26)에 직렬로 연결되어 있음을 도시하고 있다. 도 9의 회로도는 정상 작동 중의 회로를 도시하고 있으며, 도 10은 회전자 구속 조건에서의 회로를 도시하고 있다. 이후의 예는 30 암페어를 전달하는 400 와트급 엔진 냉각 시스템(ECS)에 대한 것이다. 저항이 작은 자동 온도 조절 디스크(14) 및 터미널 플레이트 부재의 경로(약 2 mΩ)는 약 400 mΩ인 PPTC 히터 요소의 비교적 큰 저항 때문에 부하 전류를 전달한다. 회전자 구속 조건은 135 암페어의 회전자 구속 전류를 약 80 % 정도 발생시킴으로써 모터의 임피던스를 낮춘다. 이는 자동 온도 조절 디스크를 작동시키기에 충분한 주울열(i²r 열)을 발생시키므로, 가동 전기 접촉부(18) 및 고정 전기 접촉부(28)를 개방시킨다. 이후에 시스템 전압이 PTC 히터 요소에 인가되어 스위칭 온도까지 PPTC 히터 요소(22)의 온도를 높이며, 이 온도에서 PPTC 히터 요소의 저항은 약 44 Ω까지 기하급수적으로 증가하므로 자동 온도 조절 디스크가 리셋 온도를 초과한 상태로 유지되도록 하는 4.5 와트의 전력을 발생시킨다. 부하 전류는 동시에 0.32 암페어까지 낮아지고, 모터 내부 구성요소가 적정 온도를 초과하는 상황은 배제된다.

바람직한 실시예에서는 통상적인 자동 온도 조절 디스크(14)가 사용되며, 이는 도 11에 도시되어 있다. 가동 전기 접촉부(18) 및 부착 슬러그(16)는 디스크의 대향하는 제2 단부 부분(14b) 및 제1 단부 부분(14a)에 각각 용접된다. 용접된 구성요소들 사이의 중앙 부분(14c)을 공지된 방식으로 변형하여 스냅 작동식 사이클과 관련된 피로 응력을 최소화하도록 부착 슬러그 및 가동 전기 접촉부 부근에서는 재료가 형성되지 않게 한 자동 온도 조절 디스크 조립체를 제조한다.

도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 변형례(10')에 따른 자동 온도 조절 디스크(14')는 부착 슬러그(16) 너머로 연장되어 긴 스트립(14d)을 형성한다. 스트립(14d)은 U자형이 되도록 14e 및 14f에서 후방으로 만곡되며, 외측 레그는 열전달을 향상시키고 리셋 작동을 개량하도록 개선된 열 경로를 형성하는 히터 시트 플레이트 부재(20)의 리세스(20a)의 볼록한 쪽에 결합된다.

도 14에 도시된 다른 변형례(10")에 따르면, 활 모양의 스트립(20k)은 부착 슬러그(16)와 결합되도록 리세스(20a)의 2개의 대향하는 단부 부분에서 하부 벽(20d)으로부터 연장되며, 부착 슬러그는 열적으로 그리고 전기적으로 접촉하게 슬러그와 결합되어 열전달이 향상되고 리셋 작동이 향상된다. 활 모양의 특징부는 스프링과 같이 작용하며, 보호기의 조정 시에 하우징 및 자동 온도 조절 디스크 조립체가 12e에서 편향됨에 따라 부착 슬러그(16)가 활 모양의 특징부를 향해 눌러질 때 변형된다.

따라서, 본 발명에 따르면, 자동 온도 조절 전류 경로는 정상 작동 중에 부하 전류를 전달한다. 회전자 구속 조건은 암페어 레벨을 4 내지 6 배 정도 증가시킨다. 자동 온도 조절 디스크는, 자동 온도 조절 디스크의 온도를 높여 자동 온도 조절 디스크가 접촉부 개방 위치까지 스냅식으로 움직이게 하는 주울열(i²r 열)의 결과로 작동된다. 이후에 시스템 전압은, 저항이 큰 PPTC 히터 요소를 통과하면서 낮아지는데, 이 PPTC 히터 요소는 전압이 제거될 때까지 자동 온도 조절 디스크가 리셋되지 못하도록 충분한 전력과 표면 온도를 발생시킨다.

본 발명에 따른 개량된 리셋 자동차 모터 보호기는 최대 크기의 PTC 히터 요소 및 최대의 전력 발생을 제공하여 전체 조립체의 온도를 높이고, 자동차 용례와 관련된 광범위한 전압 및 주위 온도 조건, 즉 일반적으로 섭씨 영하 40 도 내지 섭씨 110 도 및 9 내지 16V의 직류 전압을 갖는 작동 조건에서 자동 온도 조절 디스크를 유지시킨다. 이러한 구조는 자동 온도 조절 디스크가 가혹한 조건에서 리셋되지 못하도록 전도 열전달(히터 시트 플레이트 부재, 하우징, 스프링 및 터미널 플레이트 부재)뿐만 아니라 대류 열전달(하우징 내부의 공기)도 최적화한다.

또한, 본 발명의 구조는 쉽게 큰 체적의 조립체로 제작되며, 히터 시트 플레이트 부재의 에어 갭을 사용하면 부착 슬러그 위치에서 하우징의 소성 변형에 의해 자동 온도 조절 디스크를 편리하게 조절할 수 있고, 이는 전술한 미국 특허 제6,020,807호의 종래 기술 구성에서는 가능하지 않았던 것이다.

본 발명을 설명하고자 바람직한 실시예에 대해 설명하였지만, 본 발명은 언급한 실시예의 다양한 변형과 등가물을 포함한다는 점을 이해해야 한다. 본 발명은 첨부된 청구범위에 속하는 개시된 실시예의 모든 변형 및 등가물을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제작된 자동차 모터 보호기의 평면도이다.

도 2는 도 1의 선 2-2를 따라 취한 입단면도이다.

도 3은 도 1의 선 3-3을 따라 취한 입단면도이다.

도 4는 도 1의 자동차 모터 보호기의 정면 분해도이다.

도 5는 도 1의 자동차 모터 보호기에 사용되는 PTC 히터 요소에 접촉하는 스프링의 사시도이다.

도 6은 도 1의 자동차 모터 보호기에 사용되는 전기 절연 박판의 사시도이다.

도 7은 도 1의 자동차 모터 보호기에 사용되는 터미널 플레이트 조립체의 사시도이다.

도 8은 도 1의 자동차 모터 보호기에 사용되는 히터 시트 플레이트 부재의 사시도이다.

도 9는 폐회로 정상 작동 조건에서의 자동 온도 조절 디스크와 함께 도시된, 본 발명에 따라 제작된 자동차 전기 시스템, 모터 및 보호기의 단순화된 회로도이다.

도 10은 개회로 회전자 구속 조건에서의 자동 온도 조절 디스크와 함께 도시된, 도 9에 도시된 바와 같은 회로도이다.

도 11은 도 1의 자동차 모터 보호기에 사용된 자동 온도 조절 디스크 조립체의 사시도이다.

도 12는 본 발명의 바람직한 변형례에서 사용되는 자동 온도 조절 디스크의 사시도이다.

도 13은 도 12의 자동 온도 조절 디스크를 채용한 변형례를 도시하는, 도 2와 유사한 확대 단면도이다.

도 14는 금속 터미널 플레이트 부재를 하우징에 클램핑하기 위해 플랩(24c)을 구부리기 이전의 상태로 도시된, 본 발명의 바람직한 다른 변형례를 약간 확대한 입단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 모터 보호기

12 : 하우징

14 : 자동 온도 조절 디스크

16 : 슬러그

18 : 가동 전기 접촉부

20 : 히터 시트 플레이트 부재

22 : PTC 히터 요소 또는 PPTC 히터 요소

24 : 개스킷

26 : 터미널 플레이트 부재

28 : 고정 전기 접촉부

30 : 스프링

Claims

언더후드에 배치되어 작동 중에 리셋 작동을 개선하기 위한 자동차 모터 보호기로서,

하부 벽 및 이 하부 벽으로부터 연장되는 측벽을 구비하여 스위치 챔버를 형성하는, 금속 하우징으로서, 상기 측벽은 하부 벽으로부터 이격되어 선택된 위치까지 연장되고 측방향 외측으로 연장되어 챔버에 대한 개구 둘레에 지지용 제1 순부(lip)를 형성하는 것인, 금속 하우징;

스위치 챔버 내에서 상기 하부 벽 상의 일단부에 외팔보식으로 장착되는 제1 단부 및 제2 단부가 마련되는 전류 전달용 자동 온도 조절 디스크로서, 가동 전기 접촉부가 자동 온도 조절 디스크 상에서 제2 단부에 이웃하게 장착되는 것인, 자동 온도 조절 디스크;

지지용 제1 순부 상에 수납되고, 변형되어 제2 하부 벽 및 이 제2 하부 벽으로부터 연장되는 측벽에 의해 한정되는 리세스를 형성하는 금속 히터 시트 플레이트 부재로서, 상기 측벽은 제2 하부 벽으로부터 선택된 거리만큼 연장되고 선택된 거리에서 측방향 외측으로 만곡되어 지지용 제1 순부 상에 수납되는 지지용 제2 순부를 형성하며, 자동 온도 조절 디스크의 제2 단부에 정렬되는 개구를 구비하도록 형성되고, 상기 제2 하부 벽의 볼록한 외면은 상기 자동 온도 조절 디스크를 향하는 것인, 금속 히터 시트 플레이트 부재;

대향측에 이격된 제1 접촉면 및 제2 접촉면을 구비하는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 히터 요소로서, 상기 PTC 히터 요소는 리세스의 상기 리세스 내에 배치되며, 상기 제1 접촉면 및 제2 접촉면 중 하나는 상기 제2 하부 벽과 결합되는 것인, PTC 히터 요소;

지지용 제2 순부 상에 배치되며, 관통하는 선택된 개구가 마련되는 전기 절연 박판; 및

고정 전기 접촉부 및 이 고정 전기 접촉부로부터 이격된 금속 스프링이 표면에 장착되는 터미널 플레이트 부재로서, 이 터미널 플레이트 부재는 전기 절연 박판에 수납되며, 지지용 제1 순부와 지지용 제2 순부 상에 놓이고, 고정 전기 접촉부 및 금속 스프링은 가동 전기 접촉부 및 PTC 히터 요소에 각각 정렬되어 배치되며, 상기 금속 스프링은 PTC 히터 요소의 제2 접촉면과 연결되는 것인, 터미널 플레이트 부재

를 포함하고, 상기 금속 하우징의 측벽에는 지지용 제1 순부로부터 연장되는 제1 연장부 및 제2 연장부가 형성되고, 상기 금속 하우징의 측벽은 스프링을 이용하여 전기 절연 박판을 통해 터미널 플레이트 부재와 클램핑식으로 결합되도록 만곡되고, 상기 스프링은 상기 PTC 히터 요소의 제2 접촉면과 전기적으로 연결되고, 상기 리세스의 제2 하부 벽에 대해 PTC 히터 요소를 바이어스시키며, 상기 가동 전기 접촉부는 고정 전기 접촉부와 연결된 상태 및 분리된 상태로 이동 가능하고,

제1 터미널 부분 및 제2 터미널 부분이 상기 하우징 및 터미널 플레이트 부재에 각각 형성되며, 상기 하우징 및 터미널 플레이트 부재로부터 각각 연장되고,

상기 금속 히터 시트 플레이트 부재의 리세스의 측벽은 상기 리세스의 내부로부터 멀어지도록 경사지고, 상기 PTC 히터 요소의 형상은 상기 리세스의 제2 하부 벽의 형상에 대응하고, 상기 리세스의 제2 하부 벽이 상기 PTC 히터 요소의 제1 접촉면 및 제2 접촉면 중 하나에 전기적으로 접속되어, 상기 리세스의 제2 하부 벽은 상기 PTC 히터 요소와 같은 공간에 걸쳐있는 열 복사면을 포함하는 것인 자동차 모터 보호기.
제1항에 있어서, 상기 리세스가 드로잉 가공에 의해 직사각형으로 형성되고, 상기 PTC 히터 요소가 직사각형을 갖는 것인 자동차 모터 보호기.
제1항에 있어서, 대향되어 리세스를 한정하는 오목한 면과 볼록한 면을 형성하는 제1 대향 표면 및 제2 대향 표면이 금속 히터 시트 플레이트 부재에 마련되며, 자동 온도 조절 디스크의 제1 단부에는 연장부가 형성되고, 이 연장부는 뒤로 만곡되며, 이 연장부의 일부분이 볼록한 면 상에서 금속 히터 시트 플레이트 부재와 결합되는 것인 자동차 모터 보호기.
제1항에 있어서, 자동 온도 조절 디스크는 부착 슬러그를 이용하여 하우징에 부착되며, 열 전도성 재료의 연신된 스트립이, 자동 온도 조절 디스크에 부착된 상기 부착 슬러그와 열적으로 그리고 전기적으로 연결되도록 제2 하부 벽으로부터 연장되는 것인 자동차 모터 보호기.
제1항에 있어서, PTC 히터 요소는 ECFTE, ETFE 및 PCTFE 재료 시스템으로 이루어진 군으로부터 선택된, 전기 전도성이고 부분적으로 교차 결합된 불소 중합체를 포함하는 것인 자동차 모터 보호기.
제1항에 있어서, PTC 히터 요소는 희토류가 도핑된 티탄산바륨을 포함하는 것인 자동차 모터 보호기.
언더후드에 배치되어 리셋을 개선하는 자동차 모터 보호기로서,

하부 벽 및 이 하부 벽으로부터 연장되는 측벽을 구비하여 개구를 갖춘 스위치 챔버를 형성하는 전기 전도성 금속 하우징으로서, 상기 측벽은 하부 벽으로부터 연장되어 개구를 갖춘 스위치 챔버를 형성하고, 상기 측벽의 원위 자유 단부는 스위치 챔버의 개구 둘레에 형성된 지지용 제1 순부로부터 측방향으로 연장되도록 형성되는 것인 금속 하우징;

제1 단부 및 제2 단부를 구비하며, 제1 단부에서 하우징의 하부 벽에 외팔보식으로 장착되고, 제2 단부에는 가동 전기 접촉부가 장착되는 것인 전류 전달용 스냅 작동식 자동 온도 조절 디스크;

제2 하부 벽 및 이 제2 하부 벽으로부터 연장되는 측벽에 의해 한정되는 리세스 부분이 형성되어 있으며, 둘레에는 측방향으로 연장되는 지지용 제2 순부가 형성되는 전기 전도성 금속 히터 시트 플레이트 부재로서, 지지용 제2 순부는 지지용 제1 순부와 정합하는 구조이면서 지지용 제1 순부와 열 및 전기 전도 관계를 가지면서 지지용 제1 순부 상에 수납되며, 리세스 부분은 대향하는 오목한 면 및 볼록한 면을 형성하고, 볼록한 면은 자동 온도 조절 디스크를 향하는 것인 전기 전도성 금속 히터 시트 플레이트 부재;

지지용 제2 순부 상에 수납되고, 하우징과 상기 금속 히터 시트 플레이트 부재로부터 전기 절연된 고정 전기 접촉부가 표면에 장착되는 전기 전도성 금속 터미널 플레이트 부재로서, 고정 전기 접촉부와 연결된 상태로 그리고 분리된 상태로 가동 전기 접촉부가 이동하도록 되어 있는 것인 전기 전도성 금속 터미널 플레이트 부재;

상기 오목한 면 상에 수납되면서 대향하는 제1 접촉면 및 제2 접촉면을 갖는 PTC 히터 요소; 및

제1 접촉면이 금속 히터 시트 플레이트 부재의 오목한 면과 전기적으로 연결되어 있는 상태에서 금속 터미널 플레이트 부재와 PTC 히터 요소의 제2 접촉면 사이에 배치되는 것인 전기 전도성 스프링

을 포함하고, 상기 금속 히터 시트 플레이트 부재의 리세스의 측벽은 상기 리세스의 내부로부터 멀어지도록 경사지고, 상기 PTC 히터 요소의 형상은 상기 리세스의 제2 하부 벽의 형상에 대응하고, 상기 리세스의 제2 하부 벽이 상기 PTC 히터 요소의 제1 접촉면 및 제2 접촉면 중 하나에 전기적으로 접속되어, 상기 리세스의 제2 하부 벽은 상기 PTC 히터 요소와 같은 공간에 걸쳐있는 열 복사면을 포함하는 것인 자동차 모터 보호기.
제7항에 있어서,

상기 금속 히터 시트 플레이트 부재와 자동 온도 조절 디스크의 부착 슬러그 사이에 배치된 전기 전도성 스프링

을 더 포함하는 자동차 모터 보호기.
제7항에 있어서, 상기 리세스가 드로잉 가공에 의해 직사각형으로 형성되고, 상기 PTC 히터 요소가 직사각형을 갖는 것인 자동차 모터 보호기.
제7항에 있어서, 대향되어 리세스를 한정하는 오목한 면과 볼록한 면을 형성하는 제1 대향 표면 및 제2 대향 표면이 상기 금속 히터 시트 플레이트 부재에 마련되며, 자동 온도 조절 디스크의 제1 단부에는 연장부가 형성되고, 이 연장부는 뒤로 만곡되며, 이 연장부의 일부분이 볼록한 면 상에서 금속 히터 시트 플레이트 부재와 결합되는 것인 자동차 모터 보호기.
제7항에 있어서, 열전도성 재료로 된 긴 스트립이 자동 온도 조절 디스크의 부착 슬러그와 열적으로 연결되도록 제2 하부 벽으로부터 연장되는 것인 자동차 모터 보호기.
제7항에 있어서, PTC 히터 요소는 ECTFE 폴리머를 포함하는 것인 자동차 모터 보호기.
제7항에 있어서,

상기 금속 히터 시트 플레이트 부재 상에 형성되어 상기 금속 히터 시트 플레이트 부재를 자동차 모터 보호기의 조립체 내에 자체 정렬하게 하는 정렬면

을 더 포함하는 자동차 모터 보호기.