专利名称：：电路保护装置的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种电路保护装置(或者电路保护元件)。特别地，涉及一种包括双金属片开关和PTC部件的电路保护装置，以及具有这种电路保护装置的电路(或者电气设备)。这种电路保护装置可以在使用各种高电压或强电流电池的电路中用作保护装置，例如在电动车辆、无绳真空吸尘器、电动工具、无线电台等电路中。
背景技术：
：电路保护装置结合在用于各类电路的电路中，以便在高于额定电压的电压施加至该电路时，和/或在高于额定电流的电流流过该电路时，保护并入这种电路中的电气/电子设备和/或电气/电子部件。作为这种电路保护装置，已经提出了使用并联连接的双金属片开关和PTC部件(参见下面的专利文献)。采用这种电路保护装置，在正常的操作条件下，即，电压等于或小于额定电压并且电流等于或小于额定电流，基本上所有流过电路的电流都将通过双金属片开关中的触点；假如，例如存在过流，则双金属片开关的双金属片部分的温度将会升高，使得触点分离并断开，并且电流将转向PTC部件。结果，PTC部件将由于过流而变成高温、高阻状态并跳闸(trip)，从而实质上切断了流过PTC部件的电流。此时，PTC部件的高温使双金属片部件维持高温，从而双金属片开关维持开启状态。换言之，维持双金属片的锁住状态。在这种电路保护装置中，由于不必切换电流因此不会在双金属片开关的触点上产生电弧。专利文献1日本专利申请第11-5125598号公报
发明内容要解决的技术问题本发明人在密切研究上述电路保护装置后，发现在PTC部件仅仅并联连接到双金属片开关的电路保护装置中，双金属片开关的触点上可能会产生电弧，并且在最坏的情况下，触点可能会熔接。当这种熔接发生时，该装置并不能起到电路保护装置的作用，并且不能保护结合到电路中的电气/电子设备和/或电气/电子部件。因此，本发明所要解决的问题是提供一种如前面所述的电路保护装置，以进一步提高保护电路的可能性。技术方案本发明提供一种包括双金属片开关和PTC部件的电路保护装置，其特征在于双金属片开关和PTC部件并联电连接；并且PTC部件具有等于或小于将要结合有所述电路保护装置的电路的比电阻的l.l倍(即，ux)的激活后电阻，其中根据下述等式(l)，基于电路的额定电压和额定电流来计算电路的比电阻额定电压/额定电流=比电阻(1)。有益效果当根据本发明的电路保护装置并入电路时，可以进一步抑制双金属片开关触点上的熔接部分的形成。结果，电路保护装置的电路保护功能得到进一步提高。因此，本发明进--步提供一种结合了根据本发明的电路保护装置的电路。图1显示了预定电路A，该电路A中结合有预定的电气设备(或部件)B和双金属片开关C。图2显示了结合有根据本发明的电路保护装置的电路。图3显示了根据本发明的电路保护装置的更为具体的实施例的例子的示意性侧视图。图4显示了根据本发明的电路保护装置的更为具体的实施例的例子的示意性侧视图。图5显示了实施例1中所测量的电流波形和电压波形。图6显示了实施例2中所测量的电流波形和电压波形。图7显示了实施例3中所测量的电流波形和电压波形。附图标记说明1-电路保护装置2-PTC部件3-电路4-双金属片开关6-电子元件10，lO，-导线12-PTC部件16-双金属片开关18，18'-触点20-端子部分22-电极层23-PTC元件24-电极层26，26'-绝缘层30-间隙具体实施例方式5[ooo"在研究了为何会在双金属片的触点上产生熔接后，发现下述设想是可能的。然而，本发明的上述及下述内容是基于本发明人的实验验证。因此，这个设想是能够说明本发明的其中一个可能性，并且这个设想合适与否并不会不当地限制本发明的设想。宏观上，双金属片开关中的触点的开启动作是瞬时动作。然而，显微地观察这种动作时，可以将其看作这样一种动作，其中在触点的这种分离期间，触点在非常短的时间内彼此逐渐分开。在该非常短的时间的起点，额定电流在触点之间流动，并且在这种非常短的时间的终点，电流在触点之间被中断。换言之，在该非常短的时间的起点，触点之间的电阻实质上为零值状态，并且在该时间的终点，电阻增加到无限大。因此，在该非常短的时间内，电流流动并且电阻极大地增加，从而在触点之间消耗能量。在另一方面，可以认为双金属片触点在触点温度升高时所产生的熔接现象是过压和/或过流影响的结果。因此，当消耗在触点之间的能量变大时，产生熔接的危险将增大。鉴于电功率是能量的一种测量值，因此本发明人得到一个想法，即用在上述的非常短的时间内在触点之间所消耗的电功率，尤其是电功率最大值作为测量值来确定产生或不产生触点之间的熔接。可以如下面参考图1的电路所说明的那样，计算触点之间所消耗的这种电功率及其最大值。在图1中考虑了预定电路A。通常在这种电路中，结合预定的电气设备(或部件)B以使电路按照期望的那样起作用，并且该电路具有预定的电阻Rf。双金属片开关C同样被结合在电路中，从而该电路可以在向该电路施加了非正常电压和/或在该电路中流过非正常电流时开启。预定电压E施加在该电路上。如上所述，预定电路配置成将所预定电压施加在电气设备B上，从而在电路上流过预定的电流。这种电压和这种电流分别被称为额定电压Vr和额定电流Ir。这种额定电压和这种额定电流是指当电压Vr施加到电路上时，电流Ir流过电路，因此电路的电阻为Vr/Ir。因此，当Vr/lFRf时，则分别具有额定电压Vr和额定电流Ir的电路相当于其中E=Vr的这样一种电路，并且在图1中结合了以Vr/Ir的电阻值作为其电阻值(Rf)的电气设备。换言之，图1所示的电路A等效于其额定电压和其额定电流分别为Vr和Ir的电路(假定E=Vr，并且I=Ir)，并且这种电路的比电阻为Vr/Ir。在图1所示的电路中，假设电压E施加于电路，电气设备的电阻为Rf，并且双金属片开关具有作为触点之间电阻的电阻Rb。进一步假设施加于电气设备的电压为Vf，并且双金属片开关触点之间的电压为Vb。此时，当假设流过电路A的电流为I并且考虑整个电路时，就可以得到I二E/(Rf+Rb)。当假设双金属片的触点之间所消耗的电功率为P时，就可以得到-P=IXVb。由于VbE-Vf，可以得到P=IX(E-Vf)7由于电功率消耗达到最大值时P'为零，因此可以得到P'=E-2IXRf二0当假定在该点上电流I为Imax时，可以得到Imax=E/(2Rf)=(l/2)X(E/Rf)。当假定在该点上电压Vb为Vmax时，可以得到Vmax二E-Vf^E-ImaxXRf=E-[E/(2Rf)]XRf=E/2。在此，E/Rf等于Rb为零时流过电路的电流值。Rb不可能变为零。然而，当Rb与Rf相比实质上可忽略不计时，即，当双金属片开关的触点充分接触而处于闭合状态时，Rf^〉Rb，因此毫无疑问可以假设Rb实质上为零。这种状态可以认为是额定电压Vr作为电压E施加于电路A，并且额定电流Ir流过电路A的状态。因此，当双金属片开关的触点之间的电功率消耗变为最大值时，可以得到Imax=E/(2Rf)=(l/2)X(Vr/Rf)=(l/2)XIrVmax二E/2^(1/2)XVr因此，当触点之间的电功率消耗变为最大值时，触点之间所流过的电流变为额定电流的一半，BP,电流为Ir/2，并且触点之间所施加的电压变为额定电压的一半，即，电压为Vr/2。简而言之，当作为电路保护装置而串联结合到预定电路中的双金属片触点之间的电功率消耗变为最大值时，电压和电流将分别为电路的额定电压和额定电流的一半。因此，在该点上触点之间的电阻为(Vr/2)/(Ir/2)4r/Ir二额定电压/额定电流。换言之，该电阻为该电路的比电阻。假设，在该电阻值附近时，触点之间的电功率消耗变为最大值，结果，很可能在触点之间产生电弧，从而增加了触点熔接的可能性，因此，该电阻(=Vr/Ir)暂时也称为"电弧电阻"。要说明的是，使用在本说明书中所用的术语"电弧电阻"仅仅是为了方便，需要记住的是，虽然假设与触点之间所产生的电弧存在某些关联，但是不能必然地假设一旦出现所述电弧触点之间的电阻就会变成这个电弧电阻。本发明人己经进行进一步实验研究并发现，当与双金属片开关并联电连接的PTC部件的电阻等于或小于电弧电阻时，触点之间产生熔接的可能性会降低。这里所述的"PTC部件的电阻"为PTC部件与双金属片开关并联连接之后的电阻(电气电阻)。当使用焊锡将市售PTC部件连接到双金属片开关时，PTC部件处于这样的状态下，其中PTC部件由于焊接连接所产生的热量己经跳闸过一次(即，在热跳闸之后的状态中)，本说明书中称这种状态下的PTC部件的电阻为"PTC部件的电阻"。这个电阻在与本发明相关的
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中还称为"激活后电阻(resistanceafteractivation)"。要说明的是，当使用电气熔接来将PTC部件连接到双金属片开关时，很可能传导到PTC部件的热量不足以引起跳闸。在这种情况下，PTC部件将在PTC部件中首次发生过流时第一次跳闸(即，PTC部件电跳闸)，之后的电阻对应于前面所述的"激活后电阻"。因此，在本发明中，"激活后电阻"意思是指市售PTC部件首次热或电跳闸之后的电阻。焊接连接之前的PTC部件(即，市售的PTC部件本身)的电阻小于这种电阻(这种更小的电阻在相关技术中也被称为"基本(或基准)电阻")。如上所述，当在预定电路中结合其中双金属片开关和PTC部件并联连接的电路保护装置时，在双金属片开关开启时，流过双金属片开关的电流能够分流到PTC部件中。例如，当PTC部件的电阻与电路的比电阻(或电弧电阻)的比值等于或小于1.1，优选为等于或小于1.0，更优选为等于或小于0.9，最优选为等于或小于0.4，特别是等于或小于0.3，并且最好是等于或小于0.2，以及例如等于或小于0.15时，当触点之间的电功率消耗变为最大值时，可使不存在PTC部件时触点之间所流过的电流的一半分流到PTC部件上。结果，降低了触点之间产生电弧的可能性。在最优选的实施例中，PTC部件的电阻与电路的比电阻(或电弧电阻)的比值等于或小于0.2，以及例如等于或小于0.15。要说明的是，在根据本发明的电路保护装置中，PTC部件的基本电阻优选等于或小于比电阻(或电弧电阻)的4/5，更优选为等于或小于比电阻(或电弧电阻)的2/3，以及例如等于或小于比电阻的1/2。相反地，当PTC部件的电阻大于电路的电弧电阻，例如为电弧电阻的两倍时，即使PTC部件己经结合到电路中，也不足以抑制电弧的产生，而可能产生熔接。在根据本发明的电路保护装置中，电路保护装置中所使用的双金属片开关为使用双金属片元件的开关，并且可以使用熟知的开关。这是一种按下述方式配置的开关，即，当流过双金属片开关的电流超过预定的电流值并且过大时，则彼此接触的触点将通过所产生的热量而分开。在这种双金属片开关中，给出了那些例如使用铂、金、银、铜、碳、镍、锡、铅、或这些金属的合金(例如锡-铅合金)作为其接触材料的可以作为特别优选用于根据本发明的电路保护装置的例子。其中，使用银作为接触材料的双金属片开关是特别优选的。要说明的是，在触点之间具有相对窄的间隙的双金属片开关可以适用于本发明的电路保护装置中。这种具有优选0.4-4mm，特别是等于或小于2mm，更优选为0.7-2mm，特别优选为0.8-1.5mm，以及例如大约lmm间隙的双金属片开关可以适用于电路保护装置。，在根据本发明的电路保护装置中并联连接在双金属片开关上的PTC部件可以是常规的PTC部件，它本身用作电路保护装置，并且它的导电元件可以由陶瓷或聚合物材料制成。特别优选的PTC部件为称为聚合物PTC部件的部件，并且可以适当地使用具有导电聚合物元件的PTC部件，其中在导电聚合物元件中，导电填充物(例如碳、镍或镍-钴填充物)分散在聚合物材料中(例如聚乙烯、聚偏二氟乙烯等)。10当根据本发明的电路保护装置结合在预定电路并且正常地执行其预期功能时，所有流过电路的电流基本上将通过双金属片开关。因此，在本发明的电路保护装置中，PTC部件的电阻的阻值为双金属片开关本身具有的电阻(通常为0.5-20毫欧)的至少10倍，优选为至少50倍，更优选为至少100倍，并且特别优选为至少300倍。图2显示了电路3，其中并入了根据本发明的电路保护装置l。电路3具有预定的电气元件(如电气/电子装置或部件等)6，并且电路保护装置1串联连接到该元件。电气元件6用一个电阻符号标出，但是这表示包括在电路3中的单个电气元件或多个电气元件的组。这种电气元件的电阻显示为Rf，其为电路3的比电阻，并且具体由电路3的(额定电压(Vr)/额定电流(Ir))计算出。图2显示了结合在其中的安培表A和电压表V，它们用于下面例子中所说明的测量。根据本发明的电路保护装置1包括PTC部件2和双金属片开关4，它们并联电连接，或者如果未并联电连接，则配置成可以这样连接。PTC部件2的电阻与电路3的比电阻Rf的比值例如为一或更小，优选为二分之一或更小，更优选为1/3或更小，例如1/4或更小，并且特别为1/8或更小。此外，PTC部件的电阻例如为双金属片4本身具有电阻的至少10倍，优选为至少100倍。图3显示了在根据本发明的电路保护装置中双金属片开关激活使得双金属片开关的触点开启之前和之后(图3(a)和图(3b))的状态，该电路保护装置具有PTC部件12和双金属片16，并且己经结合在电路中(只显示了电路的导线10和10')。导线10和10'在它们的端部分别具有端子部分20和20'。端子部分20连接到双金属片的端子部分17。当电路正常操作并且其中流过适当的电流时，即，当电流经由双金属片开关16流动时，端子部分20，与双金属片开关16的触点18接触，如图3(a)所示。此时，基本上所有(或大部分)电流经由双金属片16从导线IO流到导线10'。在图示的实施例中，PTC部件12包括PTC元件23和设置在其两端的电极层22与24，绝缘层26设置在PTC部件12和导线之间。PTC元件和其两端的电极层可以与已知的PTC部件中所使用的相同，并且电极层可以在它们的外表面上具有导线。在这种实施例中，取代图示的PTC元件23，这种PTC元件与PTC元件两侧的电极层(优选为金属箔电极)一起形成PTC部件，并且同样取代图示的电极层22与24，在前面所述的外表面上形成导线，这些导线分别连接到导线IO和10'上。通过将PTC部件12和双金属片开关16按照前面所述的方式结合在电路中，电路就能配置成使这些元件以并联的关系电连接。要说明的是，在所示的实施例中，另一个绝缘层26'设置在双金属片开关16和导线16'之间。当电路中流过异常电流从而双金属片开关16的温度升高时，触点18和端子部分20'之间的接触状态解除。此时，流过电路的电流瞬时从导线10流到PTC部件的电极层22，并在之后经由PTC元件23和电极层24分流到导线10'。在这种情况下，当PTC部件的激活后电阻等于或小于电路比电阻的1.1倍(Xl.l)时，相当大比例的异常电流能够在双金属片开关开启的时候分流到PTC部件上,从而极大地降低双金属片触点附近的电弧的产生、熔接的产生等。之后，PTC部件将处于跳闸状态并且实质上切断电流的流动。在图3中，围绕本发明的电路保护装置的虚线表示围绕电路保护装置的元件，例如机壳、外壳等。优选地，根据本发明的保护装置进一步具有这样一种元件，它在防止来自双金属片开关和PTC部件的热量(由异常电流所产生)的消散方面非常有用，从而可以维持双金属片开关的锁住状态。此外在所示的实施例中，由于PTC部件12和双金属片开关16是相邻但是由相对窄的间隙30隔开的，从而PTC部件由于异常电流而导致跳闸时热量能够轻易地影响双金属片开关，这种相邻情况在维持双金属片开关的锁住状态时是非常有利的。图4同样显示了根据本发明的电路保护装置处于双金属片开关激活之前状态的另一个实施例。在这个实施例中，双金属片开关16和PTC部件彼此分离。导线10'以及绝缘层26与26'设置在双金属片开关16和PTC部件12之间，因此，与图3的实施例相比，PTC部件12和双金属片开关16隔得更开，从而双金属片开关更不容易受前面所说明的热量的影响。然而，由于双金属片部件和PTC部件仅仅配置为一个重叠在另一个之上，这对于制造该装置是很有利的。实施例1使用市售的及下文所述的PTC部件、双金属片开关和电气元件(电阻，其阻值Rf=2.67Q)，可以构造图2所示的电路，同时将电路保护装置并入电路中PTC部件泰科电子瑞侃公司制造(TycoElectronicsRaychem)，商品名称RXE010，基本电阻2.6Q，激活后电阻4.21Q。双金属片开关森萨塔科技公司(SensataTechnologies)制造，商品名称9700K21-215热保护装置，触点间隙lmm，双金属片开关的电阻11.66Q。施加DC48V/18A(因此比电阻《.67Q-Rf),其为双金属片开关的最大触点额定值(contactrating)的两倍，并且这时的电流(流过双金属片开关的电流)波形和电压(双金属片开关两端之间的电压，即，通过双金属片的电压降)波形用结合在图2所示的电路中的安培表A和电压表V来测量。图5显示了所测量的电流和电压的波形(要说明的是振荡波形显示为己被平滑)。在图5的图表中，纵轴表示电压和电流值，每个刻度(双端箭头的长度)为5A和10V，而横轴表示时间，每个刻度为40ms(毫秒)。13从图5可以看出，在双金属片开关触点开启动作开始时(时间=0)约经过146ms之后，电流和电压值返回触点开启之前的值。这样，在本实施例中，电路保护装置不发挥其功能。当检查双金属片开关时，发现触点中产生熔接。实施例2除了所使用的市售PTC部件更换成下面所示的另一种PTC部件之外，重复实施例1:PTC部件泰科电子瑞佤公司制造(TycoElectronicsRaychem)，商品名称RXE025，基本电阻1.5Q，激活后电阻2.31Q。图6显示了所测量的电流和电压的波形图。在图6的图表中，纵轴表示电压和电流，每个刻度(双端箭头的长度)为5A和IOV，而横轴表示时间，每个刻度为100us。从图6可以看出，流过双金属片部件的电流瞬时减小，换言之它转向了PTC。因此，在本实施例中，电路保护装置发挥其功能。实施例3除了所使用的市售PTC部件更换成下面所示的再一种PTC部件之外，重复实施例1:PTC部件泰科电子瑞伲公司制造(丁ycoElectronicsRaychem)，商品名称RXE040,基本电阻0.67Q，激活后电阻L02Q。图7显示了所测量的电流和电压的波形图。在图7的图表中，纵轴表示电压和电流，每个刻度(双端箭头的长度)为5A和10V，而横轴表示时间，每个刻度为100us。从图7可以看出，流过双金属片部件的电流瞬时减小，换言之它转向了PTC。这样，在本实施例中，电路保护装置发挥其功能。实施例4除了所使用的市售PTC部件更换成下面所示的另一种PTC部件并且额定电压/电流为48V-DC/20A(因此，比电阻为2.4Q)之外，重复实施例1:PTC部件泰科电子瑞佩公司制造(TycoElectronicsRaychem)，商品名称RXE135,基本电阻0.18Q，激活后电阻0.3Q。同样在本实施例中，得到类似于实施例3的电流和电压的测量结果。因此，在本实施例中，电路保护装置发挥其功能。实施例5除了所使用的市售PTC部件更换成下面所示的另一种PTC部件之外，重复实施例l:PTC部件泰科电子瑞促L公司制造(TycoElectronicsRaychem)，商品名称RXE020，基本电阻1.8Q，激活后电阻2.82Q。同样在本实施例中，得到类似于实施例3的电流和电压的测量结果。因此，在本实施例中电路保护装置发挥其功能。上述实施例的结果整理在下面的表1中表l<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>工业应用性根据本发明的电路保护装置能够降低双金属片开关的触点附近产生电弧及产生熔接的可能性。如本领域技术人员所知，双金属片幵关是一种根据热量而以它的触点开启的方式起作用的开关，其包括由热敏材料制成的双金属片元件和至少一对机械触点。因此，根据以上描述，本领域技术人员可以理解的是，，具有触点的其它机械开关，例如继电器(特别是电磁继电器)能够用来代替根据本发明的电路保护装置中的双金属片开关。因此，在本发明的最大的保护范围中，本发明提供了一种包括具有触点的机械开关(例如，继电器、双金属片开关等)和PTC部件的电路保护装置，其特征在于具有触点的机械开关和PTC部件并联电连接；并且PTC部件具有等于或小于将要结合有电路保护装置的电路的比电阻的l.l倍(即，i.ix)的激活后电阻，其中基于电路的额定电压和额定电流，按照下述等式(l)来计算电路的比电阻额定电压/额定电流=比电阻(1)。权利要求1.一种包括双金属片开关和PTC部件的电路保护装置，其特征在于双金属片开关和PTC部件并联电连接；并且PTC部件具有等于或小于将要结合有所述电路保护装置的电路的比电阻的1.1倍的激活后电阻，其中根据下述等式(1)，基于电路的额定电压和额定电流来计算电路的比电阻额定电压/额定电流＝比电阻(1)。2.如权利要求1所述的电路保护装置，其特征在于，PTC部件具有等于或小于比电阻的0.9倍的激活后电阻。3.如权利要求2所述的电路保护装置，其特征在于，PTC部件具有等于或小于比电阻的0.4倍的激活后电阻。4.如权利要求1-3任意一项所述的电路保护装置，其特征在于，PTC部件具有等于或小于比电阻的三分之二的基本电阻。5.如权利要求1-4任意一项所述的电路保护装置，其特征在于，PTC部件具有至少为双金属片开关的电阻的十倍的基本电阻。6.如权利要求5所述的电路保护装置，其特征在于，PTC部件具有至少为双金属片开关的电阻的100倍的基本电阻。7.如权利要求l-6任意一项所述的电路保护装置，其特征在于，PTC部件为聚合物PTC部件。8.—种包括如权利要求l-7任意一项所述的电路保护装置的电路。全文摘要本发明提供一种能够进一步提高保护电路的可能性的电路保护装置。在电路保护装置(1)中，包括双金属片开关(4)和PTC部件(2)，双金属片开关和PTC部件并联电连接，并且PTC部件具有等于或小于将要结合有所述电路保护装置的电路的比电阻的1.1倍的激活后电阻，其中根据下述等式(1)，基于电路的额定电压和额定电流来计算电路的比电阻额定电压/额定电流＝比电阻(1)。文档编号H02H7/00GK101647168SQ200880008578公开日2010年2月10日申请日期2008年3月11日优先权日2007年3月16日发明者铃木克彰申请人:泰科电子瑞侃株式会社