浪涌抑制器件的制作方法

专利名称：浪涌抑制器件的制作方法
本申请是1992年8月31日提出的美国流水号938，111的部分继续申请，后者是1992年6月5日提出的美国流水号895，148的部分继续申请，后者是1992年4月29日提出的现在放弃了的美国流水号694，262的继续申请。
本发明涉及浪涌抑制技术，更确切地说，涉及用来减少电源线噪声和干扰的器件。
现代商用电气设备可能被经电源线传导的噪声、电压尖峰和电磁干扰(EMI)所损坏。用于抑制线路噪声的若干种现有的器件包括浪涌电压抑制器馈电条、同调箱(gang box)和有源电源调节器。一般来说，用于抑制浪涌的现有器件体积大而电子设备周围占有相当大的空间。它们一般还需要外加的电源插头、插座和包围插头、插座及抑制电路的电气外壳。这种结构的一种市场上可以买到的样品是由Archer制造的“大容量电压尖峰保护器”。
在现有技术的设计中还发现其他问题，这部分地由于这些设计采用长达几英寸的单独的引线。这些外加的导线含有相当大的不希望有的阻抗，该阻抗降低抑制的有效性。此外，现有技术结构中使用的大外壳和插头/插座硬件设计还增加生产和销售成本，并使最终用户承受空间负担的不良后果。
因而对于电源插头浪涌抑制器存在着一种改进实施概念的需要，其应消除外部的硬件并改善抑制性能。
按照本发明的技术，一个其上包含电压瞬变限制材料的器件设有一系列与配套的电气插头中的插脚对准的孔。该器件可以滑过插脚并且薄得足以让插头以正常方式与阴电源插座相配而没有来自该器件的干扰。该器件有触点实现电源插头中选定的插脚与瞬变限制材料之间的连接而不需要长引线段。
安装不需要修改主硬件，可以很快地完成并且不影响主接插件的机械或电气完整性。浪涌抑制功能限制在该器件的范围内，不像现有技术方法那样需要放在电气插头以外的外壳中的很大的功能体积。结果，本发明消除了外部零件并消除了外加的引线，因此改善了抑制性能并避免了为实现其功能对相配的插头和插座以外的空间的需要。由于消除了外部零件并大大减少了尺寸和重量，生产和销售的成本比较低。
在研究了本说明书并参照附图之后，本发明的其他优点对于本专业的技术人员将变得显而易见，附图中

图1是本发明的浪涌抑制器件、一个插头和插座的分解透视图;
图2是在交流电气插头的火线与零线插脚之间提供浪涌保护的浪涌抑制器件的一个实施例的平面图;
图3是图2的器件的分解图;
图4是沿图2的线4-4截取的剖视图;
图5是与图4类似的视图，表示夹在电气插头和相配的阴插头之间的浪涌抑制器件;
图6是用于三插脚电气插头的本发明的另一实施例的分解透视图;
图7是图6的浪涌抑制器件实施例的平面图;
图8是沿图7的线8-8截取的剖视图;
图9是本发明的浪涌抑制器件的又一实施例的透视图;
图10是图9的器件的某些部件的局部放大透视图;
图11是图9的器件设计中部件的电气原理图;
图12是又一实施例的平面图;
图13是沿图12的线13-13截取的剖视图;
以及图14是用于三脚电器插头的、与图12的实施例类似的另一实施例的平面图。
应该从一开始就指示，将结合说明在提出本申请时实现本发明的最佳方式的少数有限的例子来描述本发明。然而，在得益于研究文本、附图及在详细的说明书后面的权利要求书之后，对于本专业的技术人员来说各种修改将变得显而易见。参照通过引用而包括于本文的上文提到的美国流水号938，111还将想起外加的实施例。
图1-图5表示本发明的浪涌抑制器件的一个实施例。图1表示一个与常规的两插脚交流电源插头12和120伏交流插座14连用的浪涌抑制插入器件10。插头12可以用来经电缆26向设备28供电，设备28可以是各种政府用、工业用、商用和住宅用电气/电子子系统。例如，器件10可以很快地加设于一件工厂设备的电源电缆中以便不显露地消除由工厂内的电动机引起的电源线上的噪声。另外，浪涌抑制器件10可以加设于电动工具、便携式电子仪器和计算机而不增加过多的重量或体积。
在图1中，插头12包含常规的矩形阳插脚16和18，这些插脚被称为火线和零线导电插脚。阳插脚16、18一般约为0.7英寸长并且通常分别直接插入插座14中的相配的阴插孔22、24中。当直接相配时，来自插座14的电力往往有伴随着它的噪声或电压瞬变。如所周知，正常的线电压约为交流115-120伏。往往遇到称为浪涌的具有高得多的电压值的电压瞬变，而且，如果不加以抑制的话，可能损坏由插头12供电的设备28。按照本发明，器件10用来抑制这种电压瞬变。
器件10的结构细节更清楚地表示在图2-图5中。器件的整体基本上是由电压瞬变限制材料30制成的，该材料是一种能防止过高电压损坏与插头12相连的电气器件28的合成或复合材料。目前优先选取的材料是具有介电特性的材料，它包含如氧化锌之类的金属氧化物介电材料，它被设计成具有高于正常线电压(例如120伏)但又低得足以在高电压瞬变时产生保护的击穿电压。例如，由氧化锌介电材料制成的浪涌抑制器可能有约±400伏的击穿电压。这种一般类型的器件称为金属氧化物压敏电阻器(MOV)并可以从各种货源买到，如Harris半导体公司的型号V131CA32。在本实施例中的MOV体30制成薄平面垫片形状，其周边最好与插头端面32的周缘作同等延伸或小于后者。
MOV体30的主面34上有一个导电片36。同样，在体30的另一面40上形成一个导电片38。在体30内形成孔42、44以便分别容纳插头12的火线和零线插脚16、18。
采取下述措施以便在使用器件10时实现插脚16和18分别与片36和38电气接触。在所示实施例中，由导电片36形成一排可弯曲的指状触点48并伸进孔42。同样，触点50伸进孔44以实现与片38的电气接触。片36、38和触点48、50可由约5密耳(0.127毫米)厚的用焊接料之类粘合于体30的黄铜导电图形形成。
体30的外部用聚酰亚胺薄膜(Kapton)之类的适当的绝缘层52覆盖，同时把触点48和50露出来。
如图5中最好地表示那样，器件10足够薄，使插头12可以按正常方式与插座14相配而器件10夹在它们之间。一般来说，器件10的总厚度将小于约0.1英寸或小于插脚16、18长度的约15%。MOV体30本身约0.04-0.07英寸厚。
使用时，用户把器件10滑过插头12的阳插脚。可以提供一个任选的粘胶层54以便把器件粘合于插头12的端面32。于是插脚18靠触点48连接于片36。同样，插头的插脚16靠触点50连接于片38。将会看到，插脚16和18因而经由重迭片36、38通过介电体30电气上耦合在一起。于是插头12按正常方式插入插座14而器件10夹在它们之间。
当插座14提供正常线电压时，MOV体30在插脚16与18之间表现出很高的阻抗。在插脚16与18之间实际上存在一个开路，结果来自插座14的电压基本上不变地送往设备28。然而，如果遇到超过MOV体30的击穿电压(例如超过400伏)的电压冲击，则MOV击穿并在插脚16与18之间提供一个导电通路。于是，实际上存在一个在插脚16与18之间的短路，它把可能危险的电压值从设备28分流。当线电压恢复正常值(例如低于体30的击穿电压)时此导电通路消失。
图2-图5的实施例提供保护免遭出现在火线与零线插脚16与18之间的差压浪涌之害。与此不同，图6-图8的实施例为除了上述火线和零线插脚16和18外还包含地线阳插脚54的三脚电气插头提供共模保护。这样一来保护电气设备28免遭任意插脚组合之间的电压冲击之害，即在地线插脚54与火线插脚16之间、在地线插脚54与零线插脚18之间、以及在火线与零线插脚16与18之间的电压冲击。
在这后一实施例中，金属氧化物压敏电阻材料体60分割成三个隔开的共面零件62、64和66。上导电片68分割成两个零件70和72。下导电片74分割成两个零件76和78。零件72包含一个用来实现与零线插脚18下部的电气连接的分割触点80。零件70包含一个用来实现与整个火线插脚16接触的完整触点82。另一方面，零件76带有用来实现与零线插脚18上部的电气接触的分割触点部分84。下片74的零件78包含用来与地线插脚54接合的完整触点区86。
如图6、7和8中最清楚地表示的那样，当器件90被装配在一起时在MOV体60的零件62、64和66之间有一定间隔。同样，片68的零件70与72也相互隔开。同样，片74的零件76与78也隔开。像在前面的实施例中一样，器件90的外部由绝缘涂层92所覆盖。装配时，体60中的切口96和98相配合形成零线插脚18所穿过的一个槽。切口100和102同样形成火线插脚16的穿过的一个槽104。对置的弧形凹口108和110相配合形成地线插脚54所穿过的一个孔112。
上片68包括一个切口114，该切口与触点80相配合形成零线插脚18所穿过的一个孔。切口114大得足以使插脚18不与导电零件70电气接触。而是，插脚18仅与零件72的指形触点80实现接触。另一方面，可弯曲指形触点82实现与火线插脚16完全接触。同样，可弯曲指形触点86实现与地线插脚54的电气连接。
当器件90夹在相配的插头和插座之间时，器件的多零件部件相配合提供共模保护。靠夹在经由触点82的导电零件70与经由触点86的导电零件78之间的MOV体零件66来提供防止地线对火线瞬变之害的保护。靠夹在经由分割触点区80的导电部分72与经由触点86与地线插脚54电气连接的导电零件78之间的MOV体零件64来提供地线对零线的瞬变保护。靠夹在(经由触点82的)导电零件70与导电零件76上的半触点84之间的MOV体零件62来提供火线对零线的瞬变保护。这样一来，存在着用来分别保护以防止出现在插头的阳插脚的任何组合中的电压瞬变之害的三条单独的MOV电路通路。
图9至图11的实施例包含能向用户告知浪涌抑制器件140的工作状态的视觉指示器的措施。将结合与图1-图5中所示类似的一个两插脚实施例来描述本发明的这一特征。因此，在它的描述中将使用相同的参考号。然而应该指出，这一特征可用于所有的实施例。
在图9至图11中，在器件上缘的凹陷处148中设置一个状态指示灯142、一个分立电阻器144和熔断器146。一个绝缘层150把火线插脚触点152和连接片154与在MOV体30上的火线金属层形成片156隔离。L形接片154从触点152延伸到凹陷处148中以实现与熔断件146一端的连接。熔断器146的另一端靠L形接片158连接于火线金属片156。接片158还实现与电阻器144一端的电器接触，该电阻器本身又靠接片160连接于指示灯142的一端。灯142的另一端靠焊接点162之类电气连接于零线金属片164，后者本身又耦合于零线插脚触点165。
现在应该意识到，这样描述的连接形成图11中所示的电气原理图，熔断器146标定成在比MOV体30的最大额定电流低得多的值下，例如在10安培下熔断。如果器件140承受异常大的电流，则熔断器146将熔断从而使灯142断电。于是将提供给用户一个视觉指示，即器件140不再工作。
图12-图14的实施例说明采用分立元件的结构，以便与前面各图中所示的单片方法相比较。在功能上，图12-图13的实施例与图1-图5的实施例等效。同样，图14的实施例在功能上与图6-图8的实施例等效。
图12-图13中的器件170包括一个包含一个分立的MOV圆盘174的塑料壳172。设置零线触点176以便实现与零线插脚18的电气连接，触点176靠接片178连接于MOV圆盘174的上表面。用于火线插脚16的触点182靠接片184连接于MOV圆盘174的另一表面。浪涌抑制器件170与两插脚插头12之间的几何关系表示在图12中。
图14中表示出既包括差模保护又保护共模保护的一种浪涌抑制器件186。它包括装在塑料壳194中的三个单独的MOV圆盘188、190和192。设置触点196、198和200以便实现与零线、火线和地线插脚的电气连接。接片202实现零线触点196与MOV188的一个表面之间的电气接触。接片204实现MOV188的另一表面与火线触点198之间的电气连接。接片206实现MOV192的一个表面与火线触点198之间的电气连接。接片208实现MOV192的另一表面与地线插头触点200之间的电气连接。接片210实现地线触点200与MOV190的一个表面之间的电气连接。接片212实现MOV190的另一表面与零线触点196之间的电气连接。器件186与三脚插头12′之间的几何关系也表示在图14中。
本专业的技术人员现在可以意识到，本发明提供胜任先有技术的浪涌抑制器件的显著的优越性。它可以迅速而方便地安装。它消除了外部的和体积大的零件，结果大大减小了尺寸和重量。从审美的观点来说，比任何现有的其他方案都更不显眼地实现浪涌抑制功能，因为其功能包含在一个基本上集中于插头周缘的范围之内的器件中。此外，本设计还消除了外部引线段，从而改善了性能。
正像从一开始就指出的那样，已经结合几个具体的例子描述了本发明。然而，在得益于研究说明书、附图及随后的权利要求书之后，对于本专业的技术人员来说，各种修改和其他应用将变得显而易见。
权利要求
1.一种用来保护电气设备免遭损坏的浪涌抑制器件，该电气设备由一个带有与一个阴电气插座中的插孔相配的一组阳插脚的插头来供电，所述器件包括一个构件，它足够薄以致装在该插头与阴插座之间，同时允许它们之间的相配接合；所述构件上带有与该插头中的这些插脚对齐的一些孔，该构件可以套在这些插脚上以便这些插脚伸过这些孔；用来当这些插脚之一伸过该构件中的一个孔时实现与该插脚的电气接触的第一触点装置；用来当第二插脚伸过该构件中的第二孔时实现与第二插脚的电气接触的第二触点装置；所述构件包含由电压瞬变限制材料制成的带有对置的第一和第二表面的一个体；所述第一触点装置电气连接于所述的第一表面；所述第二触点装置电气连接于所述的第二表面；以及借此该器件可以套在该阳插头的这些插脚上并且当该插头与该阴插座相配时该体为所述电气设备提供浪涌抑制保护。
2.根据权利要求1所述的器件，其中所述体由金属氧化物压敏电阻材料制成。
3.根据权利要求2所述的器件，其中所述的材料为氧化锌。
4.根据权利要求1所述的器件，它还包括一个在该体的所述第一表面上的第一片和一个在该体的所述第二表面上的第二片。
5.根据权利要求4所述的器件，其中所述的第一和第二片基本上与该体的所述的第一和第二表面作同等延伸。
6.根据权利要求5所述的器件，其中至少一个孔穿过该体和至少一个片。
7.根据权利要求6所述的器件，其中该体的这些表面被绝缘材料覆盖。
8.根据权利要求1所述的器件，其中该器件基本上保持与该插头的所述片平齐。
9.根据权利要求1所述的器件，它还包括用来把该器件的一个表面粘合固定于该插头的一个端面的粘合装置。
10.根据权利要求1所述的器件，其中该构件包括一个由电气瞬变限制材料制成的平面垫片，该垫片基本上对应着该插头的周边形状并且具有小于该插头的这些插脚长度的15%左右的厚度。
11.根据权利要求1所述的器件，其中所述触点装置包括一组可弯曲的指形触点。
12.根据权利要求1所述的器件，它还包括用来指示该器件可工作的视觉装置。
13.根据权利要求12所述的器件，其中该视觉装置包括连接在这些触点装置之一与该体的一个表面之间的一个熔断器和一个灯。
14.根据权利要求1所述的器件，其中所述的第一和第二触点装置包括一组伸进这些孔以便实现这些插脚摩擦接触的可弯曲的指形触点。
15.根据权利要求1所述的器件，与带有零线、火线和地线插脚的一个三插脚插头合用，所述器件还包括多个由金属氧化物压敏电阻(MOV)制成的隔开的体;多个在这些MOV体的对置表面上的隔开的片;以及用来提供共模保护免遭出现在这些插脚的任何组合之间的电压瞬变之害的连接装置。
16.根据权利要求15所述的器件，其中该连接装置包括一种分割触点布置，其中同一插脚电气连接于一个MOV体的一个表面上的一个片并电气连接于另一个MOV体的一个对置表面上的另一个片。
17.一种用来保护电气设备免遭损坏的浪涌抑制器件，该电气设备由一个带有与一个阴电气插座中的插孔相配的一组阳插脚的插头来供电，所述器件包括一个由金属氧化物压敏电阻(MOV)材料制成的平面体，所述的体带有第一和第二对置的主表面，所述的体带有与该插头中的这些插脚对齐的一组孔;该MOV体的所述第一表面上的用来当这些插脚之一伸过该体中的一个孔时实现与该插脚的电气接触的第一触点装置;该MOV体的所述第二表面上的用来当第二插脚伸过该体中的第二孔时实现与第二插脚的电气接触的第二触点装置;该MOV体的所述第一表面上的与所述第一触点装置电气连接的一个第一金属片;该MOV体的所述第二表面上的与所述第二触点装置电气连接的一个第二金属片;以及所述器件足够薄以便装在该插头与阴插座之间，同时在所述阳插头的插脚伸过该器件中的这些孔的情况下允许它们之间相配接合，借此当该插头与该阴插座相配时该器件为所述电气设备提供浪涌抑制保护。
18.根据权利要求17所述的器件，其中该器件基本上保持与该插头的一个端面平齐并且带有基本上与该插头的周边同等延伸的周边。
19.根据权利要求17所述的器件，它还包括用来提供有关该器件的工作状态的信息的指示装置。
20.根据权利要求19所述的器件，其中所述指示装置包括一个熔断器和一个指示灯，该指示灯在该器件正确工作期间点亮，当该器件承受异常电流值时熔断器熔断而把灯熄灭。
21.根据权利要求20所述的器件，其中所述的熔断器和灯电气连接于所述第一与第二触点装置之间。
22.一种用来保护电气设备免遭损坏的浪涌抑制器件，该电气设备由一个带有与一个阴电气插座中的插孔相配的一组阳插脚的插头来供电，所述器件包括一个不导电的、大体上扁平的壳体，它足够薄以致装在该插头与该阴插座之间，同时允许它们之间相配接合，所述壳体上带有与该插头中的这些插脚对齐的一些孔，而壳体可以套在这些插脚上以使这些插脚伸过这些孔;至少一个在该壳体中的由电压瞬变限制材料制成的体;用来当这些插脚之一伸过该壳体中的一个孔时实现该插脚与由电压瞬变限制材料制成的该体的一个表面之间的电气接触的第一触点装置;用来当一个第二插脚伸过该壳体中的一个第二孔时实现第二插脚与电压瞬变限制材料体的另一表面之间的电气接触的第二触点装置;以及其中该壳体可以套在该阳插头的这些插脚上并且当该插头与该阴插座相配时由电压瞬变限制材料制成的该体为所述电气设备提供浪涌抑制保护。
23.根据权利要求22所述的器件，它还为该电气设备提供差模和共模浪涌抑制，所述器件还包括装在该壳体内的由金属氧化物压敏电阻(MOV)材料制成的第一、第二和第三单独的圆盘;该壳体中的三个孔，该插头的火线、零线和地线插脚伸过这些孔;用来当所述零线插脚伸过一个孔时实现与该零线插脚的电气接触的零线触点装置;用来当所述火线插脚伸过一个第二孔时实现与该火线插脚的电气接触的火线触点装置;用来当所述地线插脚伸过一个第三孔时实现与该地线插脚的电气接触的地线触点装置;用来实现所述零线触点装置与一个第一MOV圆盘的一个表面之间的电气连接的第一导电装置;用来实现所述第一MOV圆盘的另一表面与该火线触点装置之间的电气连接的第二导电装置;用来实现所述火线触点装置与所述第二MOV圆盘的一个表面之间的电气连接的第三导电装置;用来实现所述第二MOV圆盘的另一表面与该地线触点装置之间的电气连接的第四导电装置;用来实现该地线触点装置与所述第三MOV圆盘的一个表面之间的电气连接的第五导电装置;以及用来实现所述第三MOV圆盘的另一表面与该零线触点装置之间的电气连接的第六导电装置。
24.一种用来保护电气设备免遭出现在与一个阴插座中的插孔相配的火线、零线和地线插脚的任何组合之间的差模和共模电压瞬变之害的浪涌抑制器件，所述器件包括由金属氧化物压敏电阻(MOV)材料制成的第一、第二和第三隔开的体;用来把相互邻近的这些体保持成隔开的共面关系的，在所述第一、第二和第三体的对置的表面上的第一和第二绝缘层;所述这些体带有用来容纳所述插头的所述零线、火线和地线插脚的一组通孔;用来当该零线插脚伸过一个孔时实现与该零线插脚的电气接触的零线触点装置;用来当该火线插脚伸过一个第二孔时实现与该火线插脚的电气接触的火线触点装置;用来当该地线插脚伸过一个第三孔时实现与该地线插脚的电气接触的地线触点装置;用来实现该零线触点装置与所述第一MOV体的一个表面之间的电气连接的第一导电装置;用来实现所述第一MOV体的另一表面与该火线触点装置之间的电气连接的第二导电装置;用来实现该火线触点装置与所述第二MOV体的一个表面之间的电气连接的第三导电装置;用来实现所述第二MOV体的另一表面与该地线触点装置之间的电气连接的第四导电装置;用来实现该地线触点装置与所述第三MOV体的一个表面之间的电气连接的第五导电装置;用来实现所述第三MOV体的另一个表面与该零线触点装置之间的电气连接的第六导电装置;以及所述器件足够薄以致可装在该插头与该阴插座之间，同时允许它们之间相配接合，借此当该插头与该插座相配时为由该插座供电的电气设备提供差模和共模浪涌抑制保护。
25.根据权利要求24所述的器件，它还包括在这些MOV体的一侧上的第一和第二金属片，所述第一片有一个用来接合该零线插脚的下部的分割触点，所述第一片位于所述第一MOV体上，所述第二片跨在所述第二和第三MOV体上，所述第二片包含一个用来实现与该火线插脚电气连接的触点;以及在这些MOV体的另一侧上的第二和第三导电片，所述第三片位于所述第二MOV体上并带有一个用来实现与该零线插脚的上部电气连接的分割触点，该第四片跨在所述第二和第三MOV体上，而且所述第四片包含一个用来实现与该地线插脚电气连接的触点。
26.一种防止电压瞬变损坏电气设备的方法，所述电气设备由一个带有与一个阴电气插座中的插孔相配的一组阳插脚的插头来供电，所述方法包括提供一个其中带有一系列与该阳接插件中的这些插脚相对应的孔的器件，所述器件含有一个夹在第一与第二片之间的由电压瞬变限制材料制成的体;把该器件插到所述插头的一个端面，使这些插脚伸过这些孔，同时一个插脚电气连接于一片而另一插脚连接于该第二片;把该阳插头插入所述阴插座，同时该器件处于它们之间;以及利用这种体材料的特性有选择地分流这些插脚之间的过高电压值，借此防止电气设备的损坏。
27.根据权利要求26所述的方法，其中所述材料是一种金属氧化物压敏电阻。
28.根据权利要求26所述的方法，其中该器件的周边基本上处于该插头的一个端面的周边范围之内。
全文摘要
一种浪涌抑制器件，它装在一个电气插头的端部并允许该插头与阴插座正常相配。在最佳实施例中，该器件包含一个由金属氧化物压敏电阻(MOV)材料制成的体，其中一个插脚连接于MOV上的一个片而另一个插脚连接于MOV上的一个对置的片。当承受过高电压值时MOV体击穿以便分流在插头插脚之间的可能有破坏性的电压，借此防止尖峰达到所保护的设备。
文档编号H01R13/66GK1110835SQ94105240
公开日1995年10月25日 申请日期1994年4月28日 优先权日1994年4月28日
发明者威利·克里斯托福·基塞尔, 凯文·格尔·福尔曼, 保尔·杰·米勒 申请人:Trw公司