TW201942922A - 熱保護裝置 - Google Patents

Abstract

本發明是關於一種熱保護裝置，包含定義至少一個凹洞的殼體。在該殼體中，變阻器是部分地嵌埋。該變阻器包含接觸表面。再者，該殼體包含絕緣材料的內壁，其放置鄰接該變阻器及該變阻器的該接觸表面。可設計可移動絕緣塊以對抗故障。如果連接變鬆，則由兩個機制確保該變阻器接觸點的該連接分離。

Description

熱保護裝置

本發明是關於保護變阻器對抗過熱的熱保護裝置。

變阻器具有特定的電流-電壓特性。如果施加的電壓超過特定數值，則該變阻器從電性絕緣狀態改變至電性導通狀態。此效應是用來保護電壓敏感性電性元件。然而，如果該變阻器變成導通的，則高電流可流經它。該電流可將該變阻器加熱至爆炸點或其它損害。

為了保護該變阻器及其它電性元件對抗這種過熱，可使用如US 6,430,019 B1所描述的熱保護。這種保護的一個類型是熱熔絲(thermal fuse)。

本發明的目的是創造一種快速且可靠的熱保護裝置。更特定言之，熱保護裝置的任務，是用來因為持續高電壓施加至該變阻器達特定時間而過熱的情況下保護變阻器。

獨立申請專利範圍第1項所揭露的本發明提供此問題的解決方案。附屬申請專利範圍可引致較佳的解決方案。

本發明是關於一種熱保護裝置，包含定義至少一個凹洞的殼體。在該殼體中，變阻器是部分地嵌埋。如果施加至該變阻器的電壓達到特性數值，則該變阻器從電性絕緣狀態改變至電性導通狀態，並且允許高電流流動。該變阻器包含在一側上的接觸表面。再者，該殼體包含絕緣材料的內壁，其放置鄰接該變阻器及該變阻器的該接觸表面。有窗口設置在該內壁中，其允許在該熱保護裝置的運作狀態期間連接至該變阻器的該接觸表面。在該熱保護裝置的錯誤狀態中，該內壁中的該窗口由可移動絕緣塊覆蓋。藉此，該變阻器的該接觸表面將由該覆蓋的窗口及該內壁完全地電性絕緣。

只要有該熱保護裝置設置於其中的系統是在普通狀態，該運作狀態是該熱保護裝置的狀態。如果高電壓因為該系統中的錯誤而施加至該變阻器，則該變阻器變成電性導通。因此，高電流流經該熱保護裝置。此電流可加熱該變阻器及至它的該電性連接。該熱保護裝置是設計以保護該變阻器對抗這種加熱。因此，該變阻器與該系統之間的該電性導通連接會在加熱的情況下，被該熱保護裝置中斷。該連接的該中斷的情況是該熱保護裝置的該錯誤狀態。

該可移動絕緣塊是配置在該殼體內側。該可移動絕緣塊的功能是在該熱保護裝置的錯誤狀態期間，絕緣該窗口的區域中的該變阻器。

這種殼體對於任何內部部件提供對抗環境影響(例如，溼氣或灰塵)的最佳保護。在該變阻器的該接觸表面上的該內壁具有在其中的該窗口，在該接觸表面上定義小接觸區域，其相較於開放的接觸表面較容易由該熱保護裝置控制。在該運作狀態中，該熱保護裝置允許至該變阻器的該接觸表面的連接。由於該變阻器的可使用的接觸區域的減少，因此，較容易降低電弧的風險。在該殼體的該內壁中的該窗口的該覆蓋是安全的不 連接(disconnection)，因為該整個接觸表面將會電性絕緣。再者，該覆蓋可設計以防止電弧，其會避開該熱保護裝置的措施。

在實施例中，該熱保護裝置是設計具有變阻器，其包含具有端子的第二接觸表面。具有該端子的此接觸表面可配置在上述的該變阻器的該第一接觸表面的相對側上。該第二接觸表面上的該端子可大於該變阻器的尺寸。在特別的修飾中，該第二接觸表面上的該端子可從該殼體突出。可形成從該殼體突出的該端子，以將該變阻器在電路板上插拔。藉此，該殼體以及該熱保護裝置可藉由該端子而在電路板被插拔。該變阻器可為金屬氧化物變阻器。在特定的修飾中，它是氧化鋅變阻器。該變阻器可具有、但不限於矩形形狀。該變阻器也可具有例如圓形形狀。從該殼體突出、有可能被插拔的該可能端子可改良該熱保護裝置的握持和交換。此允許容易且快速的替換。

該熱保護裝置的另一個實施例包含形成至端子的金屬接點。此金屬接點可定義彈簧端子。該彈簧端子將固定至該殼體。它可部分地配置在該殼體的該凹洞中。在該熱保護裝置的該運作狀態期間，該彈簧端子的一個末端可經由該凹洞內側的該殼體的該內壁中的該窗口而連接至該變阻器的該第一接觸表面。這種連接可在該固定的彈簧端子中引發預壓，其將引發從與該變阻器的該第一接觸表面垂直的該連接導引離開的彈簧力。該熱保護裝置的該運作狀態期間的該彈簧端子中的該可能預壓可在觸發的情況下，引致較短的響應時間。額外地，在觸發該熱保護裝置後在沒有外力的情況下，該彈簧端子將不會回復至其至該變阻器的該第一接觸表面的初始連接位置。該彈簧端子的部件可從該殼體突出。此部件可設計成可插拔(pluggable)的端子。因此，它可提供穩定地插拔的熱保護裝置。

在該熱保護裝置的實施例中，該彈簧端子與該變阻器的該第一接觸表面之間的連接在該熱保護裝置的該運作狀態期間是實作成低溫焊料接頭。其中，「低溫」可為特性溫度，該焊料接頭在該特性溫度將達到一狀態，它在該狀態將允許之前連接的金屬接點與該接觸表面因為可存在於該金屬接點中的力或預壓而分離。有可能該「低溫」是該低溫焊料的熔化溫度。由於相比於焊料的通常特性溫度，此特性溫度可能為較低數值，因此，此特性溫度將被稱為「低」。該低溫焊料的該特性溫度可在從100℃至210℃的範圍內，例如138℃。如果該低溫焊料接頭被加熱至該特性溫度，則該連接可變鬆(loose)，而該焊料可變成液體。如果該彈簧端子與該第一接觸表面之間的連接變鬆，則該兩個的分離變成容易的。這種分離將引致該熱保護裝置的錯誤狀態。其中，因為該狀態的起源所以才選用術語「錯誤」(fault)，其是有該熱保護裝置設置於其中的該系統中的錯誤。

在此實施例中，該低溫焊料接頭的加熱可由(因為該系統中的該錯誤而流經該連接的)高電流、或由(因為該焊料接頭與該變阻器直接接觸而從該變阻器輻射的)熱引發。額外地，該低溫焊料接頭的該加熱可由從該熱保護裝置外側來的任何其它來源引發。高電流或加熱的變阻器是該熱保護裝置應該保護該變阻器而對抗的情況。該低溫焊料接頭的配置可確保該熱保護裝置的短響應時間。

具有低溫焊料接頭的實施例與來自以上實施例的該彈簧端子的可能組合可引致該變阻器的該第一接觸表面的安全及快速的不連接，因為該連接的該配置接近該變阻器及該連接的彈簧端子中的該應力。

在本發明的另外實施例中，該殼體由可移動的塑膠蓋件封閉(closed)。該可移動的塑膠蓋件允許對該殼體的該凹洞中的該部件的通路。再者，有了熱的精確應用，在該熱保護裝置觸發後，於該彈簧端子與該第 一接觸表面之間重新建立該低溫焊料接頭是可能的。此將允許熟習技術者將該熱保護裝置重置為運作狀態。

該熱保護裝置的另一個實施例包含該殼體的該凹洞中的彈簧。該彈簧可為扭力彈簧。該彈簧可配置鄰接於該殼體的該內壁以相對於該變阻器。再者，此實施例的該熱保護裝置可包含該殼體的該凹洞內側鄰接該內壁的可移動絕緣塊。特定言之，該可移動絕緣塊可部分地位在該彈簧端子與該內壁之間。該彈簧和該可移動絕緣塊兩者或它們的僅一者可具有共同的旋轉中心。在此旋轉中心，鉚釘(rivet)將配置在達到該殼體的該凹洞中的該內壁上。在該鉚釘上，該彈簧和該可移動絕緣塊兩者均可被固定。

在該熱保護裝置的該運作狀態中，該彈簧可推動該可移動絕緣塊對抗該彈簧端子，其連接至該變阻器的該第一接觸表面。由該彈簧推動的該可移動絕緣塊可代表作用在該彈簧端子與該變阻器的該第一接觸表面之間的該連接上的力的來源，其中由該彈簧及該可移動絕緣塊所實施的該力將被導引平行於該內壁。該力可被導引以在該熱保護裝置的錯誤狀態中，將該彈簧端子從該變阻器的該第一接觸表面分離。

由於該彈簧端子在該熱保護裝置的運作狀態中可已經被預壓，因此，該可移動絕緣塊結合該描述的彈簧力代表進一步的分離機制。以由彈簧推動該可移動絕緣塊的形式的這種進一步的分離機制將增加該熱保護裝置的安全性，因此，如果該連接變鬆，則它確保至該第一接觸表面的該連接的分離。

由於該可移動絕緣塊可設計在該旋轉中心繞著鉚釘旋轉地移動，故不需要導引軌道。因此，該可移動絕緣塊不太可能堵住(jam)。此將改進該熱保護裝置的安全性。

在該熱保護裝置的較佳實施例中，以上所描述的該可移動絕緣塊可在該熱保護裝置的錯誤狀態的情況下，在末端位置中被該彈簧推動。這種錯誤狀態可達到，如果至該變阻器的該第一接觸表面的該連接因為該變阻器的加熱而變鬆。該可移動絕緣塊可設計以將端子從該變阻器的該第一接觸表面分離。再者，它可設計以覆蓋該殼體的該內壁中的該窗口，因此，該變阻器的該第一接觸表面將完全地電性絕緣並且因此對抗電弧。這種設計將確保該變阻器的不連接，並且防止該熱保護裝置的錯誤狀態中的閃絡(flashover)的緊急情況。

該熱保護裝置的可能實施例包含指示器，以標誌(signal)該熱保護裝置的該電流狀態。該指示器將部分地配置在該殼體中並且可包含從該殼體突出的訊號接點及配置在該殼體中的指示器觸發器。該指示器可為微開關。有可能該可移動絕緣塊在該熱保護裝置的錯誤狀態中達到該指示器的該觸發器。該可移動絕緣塊可設計以觸發該指示器，如果它在該可移動絕緣塊的該末端位置中被推動。有可能任何另外的電子元件被連接至該指示器的該訊號接點，以顯示該熱保護裝置的狀態。

1‧‧‧殼體

11‧‧‧電性連接

12‧‧‧窗口

13‧‧‧彈簧端子

14‧‧‧固定彈簧端子的特徵

15‧‧‧塑膠蓋件

16‧‧‧內壁

100‧‧‧熱保護裝置

2‧‧‧變阻器

21‧‧‧接觸表面

22‧‧‧端子

23‧‧‧變阻器的金屬化層

3‧‧‧固定指示器的特徵

31‧‧‧指示器

32‧‧‧指示器的訊號接點

33‧‧‧觸發器

41‧‧‧固定彈簧的特徵

42‧‧‧彈簧

43‧‧‧可移動絕緣塊

43a‧‧‧末端位置

在該圖式中：第1圖顯示熱保護裝置之示意透視圖。此處，該殼體是透明的。

第2圖顯示透明的殼體以將該嵌埋的變阻器帶進視圖。

第3圖呈現在運作狀態中的熱保護裝置。

第4圖呈現在錯誤狀態中的熱保護裝置。

第5圖代表金屬氧化物變阻器碟片的示意視圖。

第1圖顯示在運作狀態中的熱保護裝置100的範例實施例。在該圖式中，殼體1是呈現成透明的，以將變阻器2帶進視圖中，該變阻器2是部分地嵌埋於該殼體1中。該殼體1包含內壁16，該內壁16是配置平行於該變阻器2的接觸表面21。該殼體定義至少一個凹洞。此處，該內壁16也可為前述該凹洞的壁面。該內壁16包含窗口12，該窗口12提供形成從該凹洞中的部件至該變阻器2的該接觸表面21的連接的可能性。該變阻器2包含端子22。該端子配置在該接觸表面21的相對側面上並且從該殼體1突出。

該熱保護裝置100包含彈簧端子13，該彈簧端子13部分地配置在該殼體1的該凹洞中。該彈簧端子在其位置由該殼體1的固定特徵14所保持。該變阻器2的該彈簧端子13及該端子22的該突出部件是設計以使該熱保護裝置是可插拔的(pluggable)。在該熱保護裝置100的該運作狀態期間，該殼體1的該凹洞中的該彈簧端子13的末端是經由該殼體1的該內壁16中的該窗口12而連接至該變阻器2的該接觸表面21。該彈簧端子13與該第一接觸表面之間的該連接引發該彈簧端子中的應力(stress)，該應力從該變阻器2的該接觸表面21導向離開。為了保持該彈簧端子13與該接觸表面21之間的該連接，使用電性連接11。該電性連接11由低溫焊料接頭實現。這種低溫焊料接頭具有關鍵溫度，該焊料在該關鍵溫度變成液體。該焊料變成液體的該關鍵溫度可在100℃與210℃之間的範圍內，例如138℃。

在運作狀態中的該熱保護裝置100的顯示的實施例包含可移動絕緣塊43，該可移動絕緣塊43是配置在該殼體1的該凹洞中，並且毗連在該內壁16上。彈簧42被放置在該凹洞中，並且推動該可移動絕緣 塊43對抗靠近該電性連接11的該彈簧端子13。該彈簧42由固定彈簧的特徵41保持在適當位置，該特徵是配置在該內壁16上並且達到該殼體1的該凹洞內。在與該內壁16平行並且因此與該變阻器2的該接觸表面21平行的平面中，該可移動絕緣塊43及該彈簧42的移動的路徑是迴旋的路徑，其中心在固定該彈簧42的該特徵41處。

該熱保護裝置的實施例包含指示器31，如第1圖中所顯示的。該指示器31是部分地配置在該殼體1中並且可由該可移動絕緣塊43達到(reached)。該指示器包含訊號接點32，該訊號接點32是配置在該殼體1外側。

第2圖顯示在透明視圖中的用於熱保護裝置的該殼體1的實施例，以顯示該部分地嵌埋的變阻器2。該殼體的該顯示的實施例包含具有該窗口12的該內壁16，其中，該內壁16是配置平行於該部分地嵌埋的變阻器2的該接觸表面21，並且劃定該殼體1中的凹洞的界限。該內壁16中的該窗口12允許連接形成至該變阻器2的該接觸表面21。該內壁16內的該窗口12的形狀或配置並不受限於該圖式中所顯示的例子。該變阻器2的該端子22是位在該接觸表面21的相對側面上並且從該殼體1突出。

在該殼體1中，有固定該指示器31的特徵3。此特徵3是該殼的外壁面中的凹口(notch)，其可從該殼體的上邊界達到該內壁16的程度(level)。該殼體1包含固定彈簧端子的該特徵14。該特徵14也是在該殼體1的該外壁面中的凹口。

在該殼體的該凹洞中，有固定該彈簧42的特徵41。固定該彈簧42的該特徵41是設計像是鉚釘(rivet)，其配置在該內壁16上並且達到該殼體1的該凹洞內。

第3圖代表在運作狀態中的該熱保護裝置100的可能實施例的示意綜觀圖。在此運作狀態中，該彈簧端子13是連接至該變阻器2的該接觸表面21，其是部分地嵌埋於該殼體1的凹洞中。該連接經由該殼體1的該內壁16中的該窗口12實現，並且藉由該電性連接11的方式保持。該焊料接頭在低溫是穩定的，並且該低溫焊料會持續固態，直到它的溫度達到關鍵溫度為止。該彈簧端子13是藉由固定部分地在該殼體1的該凹洞中的該彈簧端子的該特徵14而固定在該殼體1處。由於該彈簧端子13的固定及至該接觸表面21的連接，應力建立在該彈簧端子中靠近連接至該變阻器2的該接觸表面21的末端。此應力是從該接觸表面導引離開，並且如果該低溫焊料變成液體，此應力引發該彈簧端子13與該變阻器2的該接觸表面21的快速分離。

在此實施例中，該熱保護裝置100包含該可移動絕緣塊43。在該運作狀態期間，該可移動絕緣塊43是配置在該殼體1的該凹洞內側的該內壁16與該彈簧端子13之間。只要該熱保護裝置100是在其運作狀態中，該彈簧42推動該可移動絕緣塊43對抗靠近該電性連接11的該彈簧端子13。該彈簧42及該可移動絕緣塊43具有共同旋轉軸。此旋轉軸由固定該彈簧42的該特徵41定義，其係配置在該內壁16上並且達到該殼體1的該凹洞內。該扭力彈簧具有兩個臂件，其中，一個臂件是用來推動該可移動絕緣塊43，而另一個臂件則被推動以對抗該殼體1的壁面，以為了在該彈簧42中提供扭矩。

在該殼體的該凹洞內側，配置該指示器31的觸發器33。在該熱保護裝置100的該運作狀態期間，該指示器31的該觸發器33未被致動(actuated)。對應的電性訊號在該指示器31的該訊號接點32處接通，其從該殼體1突出。

第4圖顯示在錯誤狀態中的該熱保護裝置100的可能實施例的示意綜觀圖。該錯誤狀態是連鎖反應的結果，由該彈簧端子13與該變阻器的該端子22之間持續特定時間的極高電壓引發。如果這些端子之間的該電壓達到特性數值，則該變阻器2從電性絕緣狀態改變至電性導通狀態，並且允許高電流作為第一結果。該高電流可加熱該彈簧端子13與該變阻器2的該接觸表面21之間的該電性連接11。那將液化所使用的低溫焊料。藉此，因為該彈簧端子中的該應力(其將該彈簧端子13彎離該變阻器2的該接觸表面21)、或因為該彈簧42的該扭矩(其在該彈簧端子13與該內壁16之間推動該可移動絕緣塊43)，該電性連接11在該窗口12上方變鬆。由於此連鎖反應，該彈簧端子13從該變阻器2分離，而該可移動絕緣塊關閉該內壁中的該窗口12並致動該指示器31的該觸發器33。

第5圖顯示該變阻器2的範例實施例。該變阻器包含在該變阻器2的一個側面上的該接觸表面21。該接觸表面21是配置在該變阻器2的金屬化層23上。此金屬化層23可在該變阻器2的一個側面上方部分地或完全地延伸。該變阻器2在相對於該接觸表面21的相對側面上包含具有該端子22的另外接觸表面。該變阻器2的該端子22在該變阻器2的尺寸上方突出。在可能的實施例中，該端子22是設計成它達到該殼體1外。該變阻器可設計成金屬-氧化物變阻器。如果電壓施加在該兩個接觸表面之間，這種金屬-氧化物變阻器具有特性電性行為。如果該施加的電壓達到特定數值，則該變阻器電阻會從絕緣狀態快速地改變至導通狀態。

Claims (12)

1. 一種熱保護裝置(100)，包含：殼體(1)；變阻器(2)，部分地嵌入於該殼體(1)中，以電性絕緣該變阻器(2)，其中，該變阻器(2)包含部分地未絕緣的接觸表面(21)；絕緣材料的內壁(16)，其配置鄰接至該變阻器(2)的該接觸表面(21)；窗口(12)，在該內壁(16)中，以允許在該熱保護裝置(100)的運作狀態中的該變阻器(2)的該接觸表面(21)的電性連接(11)；以及可移動絕緣塊(43)，配置以覆蓋該內壁(16)中的該窗口(12)，以絕緣該熱保護裝置(100)的錯誤狀態中的該內壁(16)的該窗口(12)的區域中的該變阻器(2)。
2. 如申請專利範圍第1項所述之熱保護裝置(100)，其中，金屬接點定義彈簧端子(13)，以使該彈簧端子(13)在該熱保護裝置(100)的運作狀態期間經由該窗口(12)而電性連接(11)至該變阻器(2)的該接觸表面(21)。
3. 如申請專利範圍第2項所述之熱保護裝置(100)，其中，該金屬接點在該熱保護裝置(100)的運作狀態期間經受遠離該接觸表面的方向作用的預壓。
4. 如申請專利範圍第2或3項所述之熱保護裝置(100)，其中，在該變阻器(2)的該接觸表面(21)與該彈簧端子(13)之間的該電性連接(11)在該熱保護裝置(100)的運作狀態期間包含低溫焊料接頭，其中，該低溫是特性溫度，該焊料接頭在該特性溫度達到一狀態，它在該狀態允許該預壓以中斷與該接觸表面的該接觸。
5. 如申請專利範圍第4項所述之熱保護裝置(100)，其中，該特性溫度是該焊料的熔化溫度，其在從180℃至210℃的範圍內，例如200℃。
6. 如申請專利範圍第2、3、4或5項所述之熱保護裝置(100)，其中，該可移動絕緣塊(43)在該熱保護裝置(100)的運作狀態期間，由來自彈簧(42)的彈簧力壓制以抵抗該彈簧端子(13)。
7. 如申請專利範圍第1至6項中任一項所述之熱保護裝置(100)，其中，該可移動絕緣塊(43)是設計成在末端位置(43a)被該彈簧(42)推動，並且藉此在該熱保護裝置(100)的錯誤狀態中覆蓋該內壁(16)的該窗口(12)。
8. 如申請專利範圍第1至7項中任一項所述之熱保護裝置(100)，其中，該殼體(1)在前側上包含指示器(31)，以使該指示器(31)的訊號接點(32)達到該殼體(1)外，並且指示器觸發器(33)達到該殼體(1)內。
9. 如申請專利範圍第8項所述之熱保護裝置(100)，其中，該指示器(31)是微開關。
10. 如申請專利範圍第8或9項所述之熱保護裝置(100)，其中，該可移動絕緣塊(43)是設計成在其末端位置(43a)被該彈簧(42)推動，並且藉此在該熱保護裝置(100)的錯誤狀態中運作該指示器(31)的該指示器觸發器(33)。
11. 如申請專利範圍第1至10項中任一項所述之熱保護裝置(100)，其中，該變阻器(2)具有矩形形狀或圓形形狀。
12. 如申請專利範圍第1至11項中任一項所述之熱保護裝置(100)，其中，該變阻器(2)包含設置有端子(22)的第二接觸表面。