专利名称：带热敏电阻的电加热器的制作方法
技术领域：
本发明一般地说涉及电加热器，更具体地说涉及热敏电阻控制的加热器。例如具有正温度系数材料的热敏电阻控制的加热器。
背景技术：
带有布置在绝缘材料上并与电极互连的热敏电阻层的电加热器是众所周知的，已在例如以“正温度系数加热器”为标题的美国专利号4,857,711和以“具有分布式加热能力的正温度系数加热器”为标题美国专利号4,931,627中公开，以上两个专利与本应用一起转让。
发明内容
本发明的一个目的是以其若干个实施例提供能克服现有技术中一些问题并予以改进的新型电加热器。
本发明的另一个目的是以其若干个实施例提供经济而可靠的新型电加热器。
本发明的再一个目的是以其若干个实施例提供具有加热温度不同区域的新型电加热器。通过其若干实施方案提供具有不同加热程度的若干区域的新型电加热器也是本发明的一个目的。
本发明的另一个目的是以其若干个实施例提供某些新型电加热器，它们的极性相反的终端部分的电极处于一个公共引线端区中，例如，在加热器的同一个角落或沿其同一侧。
本发明的另一个目的是以其若干个实施例提供形成在单一衬底上的新型电加热器。
本发明的再一个目的是以其若干个实施例提供具有多种温度配置或设定的新型电加热器。
本发明的再一个目的是以其若干个实施例提供具有多种温度配置或设定，但不需要复杂或昂贵电气控制的新型电加热器。
本发明的又一个目的是以其若干个实施例提供新型正温度系数电加热器，它们具有用一个开关控制的多个温度设定。
本发明还有一个目的是以其若干个实施例提供适合于座位加热应用的新型电加热器。
本发明的一个更具特色的目的是以其若干个实施例提供一些新型电加热器，它们包括布置在一个衬底上但相互隔开的第一和第二电极，第一和第二电极的相邻部分有从其中伸出的叉指式电极部分，第一和第二电极的其他相邻部分没有叉指式电极部分，热敏电阻材料与第一和第二电极电气互连，从其相应的电源终端部分沿第一和第二电极到第一和第二电极相邻部分的电气路程总和基本上是相同的。
本发明的另一个更具特色的目的是以其若干个实施例提供一些新型电加热器，它们包括布置在一个衬底上但相互隔开的第一和第二电极，每个第一和第二电极都有位于衬底上一个公共引线端区的极性相反的终端部分，第一和第二电极的的相邻部分具有从其中伸出的叉指式电极部分，热敏电阻材料与第一和第二电极电气互连。
本发明的又一个更具特色的目的是以其若干个实施例提供一些新型电加热器，它们包括布置在一个衬底上但相互隔开的多个第一，第二和第三电极，第二电极位于第一和第三电极之间，每个第一，第二和第三电极都有位于衬底上公共引线端区的极性相反的终端部分，热敏电阻材料与第一，第二和第三电极电气互连。
本发明的又一个更具特色的目的是以其若干个实施例提供一些新型电加热器，它们包括布置在一个衬底上但相互隔开的第一和第二电极，第一和第二电极的某些相邻部分之间的间距不同于第一和第二电极的其他相邻部分之间的间距，热敏电阻材料与第一和第二电极电气互连，从其相应于电源端部分沿第一和第二电极到第一和第二电极的相邻部分的电气路程总和基本上是相等的。
在详细研究了下面的“本发明的详细说明”和“附图”后，本发明的以上及其他目的，外观、特性和优点将成为十分明显的，为了便于理解，附图可能是不成比例的，附图中相同结构和步骤一般都用相应的数字或标记来标明。
图1是依照本发明的一个示例性电加热器和控制开关。
图2是图1示例性电加热器的多温度设定连接表。
图3是与衬底相连接的电气端子和在其上形成的电极。
图4是电加热器的一部分，这里相邻电极部分和从其中伸出的叉指部分之间的间距是变化的。
具体实施例方式
在本发明中，电加热器一般包括隔开布置在衬底上的至少两个的多个电极，在图1的示例性实施例中为三个电极，各电极通过热敏电阻材料互连。
在一个实施例中，衬底是电绝缘的，或者说不导电的材料，在其上面，例如用网板印刷工艺布置有银的或其他导电电极。在一个实施例中，热敏电阻材料是布置在电极上的正温度系数材料。
适合用于本发明的衬底，电极和热敏电阻材料的这些和其它，本技术领域中的一般技术人员是知道的，例如，在前面已提到的以“正温度系数加热器”为标题的美国专利号4,857,711和以“具有分布加热能力的正温度系数加热器”为标题的美国专利号4,931,627中已公开的那些材料。
在另一种特别适用于座位加热器及相关应用的实施例中，衬底是用正温度系数材料包围或者说覆盖的纤维板，在其上形成或沉积或用其他方法布置有多个电极，使正温度系数材料与电极互连。
在图1中的示例性实施例中，衬底2被热敏电阻材料4所覆盖，在其上，相隔离布置有第一，第二和第三电极10，20和30。多个电极的每个电极都有一个或一个以上相应的电极部分与一个或一个以上其他电极的电极部分相邻。
热敏电阻材料4提供了彼此隔开的电极之间的电连接，尤其是其相邻电极部分之间的电气连接，并在电压施加于电极时，将根据它的具体特性而产生热量。
电极也是一个热源，较窄的电极比较宽的电极产生更多热量，但是一般来说，用热敏电阻材料产生热量比用电极更为有效。因此，电极是据此构成的。
在某些实施例中，电极的几何形状做成使它们所耗散的热量大致与热敏电阻材料所耗散的热量相等，因此形成相对均匀的加热。而在另一些实施例中，则根据所期望的加热性能，电极也可以成形为使其比热敏电阻材料产生多或者少的热量。
在该示例性实施例中，电极10，20和30是按大致长方形，盘旋型式布置的，而其相邻的电极部分则主要是直线和平行的。
在图1的示例性实施例中，第一、第二和第三电极10，20和30基本上是并列的连续狭条，第二电极20布置在第一和第三电极10和30之间。第一、第二和第三电极的相邻部分按嵌套盘旋式布置。
然而，在另一些实施例中，相邻的电极部分可以是曲线的，其间的间距沿电极长度也可以是变化的。例如，在图4中，电极40具有弧形部分42，其中，曲线部分42和另一个相邻电极50间的间距是变化的。
每个电极包括相应的极性相反的电极终端部分，它们最好布置在衬底的一个公共终端区域上，例如沿着衬底的公共一侧或在同一角落，以方便电源连接。
在该示例性实施例中，第一电极10具有相应的极性相反的端部12和14，第二电极20具有相应的极性相反的端部22和24，第三电极30则具有相应的极性相反的端部32和34。电极的极性相反的端部位于衬底的同一端或同一侧。。
例如来自电压源的电源的被加到至少两个电极的端部之一，这在后面将更充分地予以说明。最好是例如用一个开关，通过连接至电极相应电压施加端的端部来加电源。
每个电极的至少一个端部，而最好是它的二个端部，被连接至相应的接线端子，这些接线端子也最好固定在衬底的公共引线端区内，这样，按照所期望的加热配置，就可将电源，例如通过对开关的重新组合，加到电极的任一端部。
每个接线端子，例如，可以是有刀片和插孔的模压金属件的形式，也可以是垫圈或U型环或可电气连接至相应电极的其他结构。
在图3的示例性实施例中，电气接线端子包括一个刀片60，它由导电件62固定到衬底2上并电连接到第一电极10上，导电件62穿过衬底2和电极10并由端部63固定到其上。也可以使用各种其他的电气接线端子和连接方法。在某些实施例中，接线端子也可以焊接到电极上。
图1的电加热器可以通过给两个或两个以上电极的端部施加适当的电源而配置为运行于不同温度。在图1中，示例性开关70可选择性地将电源加到两个或两个以上电极端部中的任一个上。
图2是图1中示例性三电极加热器的多温度设定或配置的电压连接表。在低温运行模式下，正电压V1+加到第一电极的第一端部12上，负电压V1-(其幅值最好与电压V1+相等)加到第三电极的第二端部34上。所产生的热量通常沿着第一和第三电极10和30的盘旋型路径和在其间的热敏电阻材料内。
按照这个示例性配置和运行模式，沿第一和第三电极从其相应的端部12和34到沿电极的相邻部分的电气路程总和基本上是相等的。电压V1+和V1-加在端部12和34上，换言之，第一和第三电极10和30两端的电压在其极性端之间的任何地方都大致是相等。
只要其电极间的间隔相等和电极间的电压沿电极保持恒定，如图1所示，与第一和第三电极互连的热敏电阻材料沿其极性相反端部之间的盘旋路径所产生的热量就基本上相等。
在某些实施例中，希望在衬底的某些区域产生较多或较少热量，这可通过改变相邻电极部分间的间距和/或通过增加盘旋型电极部分和/或改变电极的尺寸来达到，这一点将在下面进一步予以说明。
在中温运行模式，即图2的中设定下，正电压V1+加到第一电极10的第一端部12上，负电压V2-加到第二电极20的第二端部24上。所产生的热量一般是沿着第一和第二电极10和20的盘旋型路径和在其间的热敏材料内。
在高温运行模式，即图2的高设定下，正电压V2+加到第二电极的第一端部22上，负电压V1-和V3-分别加到第三和第一电极的第二端部34和14。因此，热量是由第一、第二和第三电极之间的热敏材料和电极本身产生的。
为获得低、中和高温度设定而施加于图1的第一、每二和第三电极10，20和30的电压可用开关70简单而可靠地予以控制，无需昂贵的电子控制，例如，通过改变电压和/或电流来控制加到电极上的电源的电路。
在图1的示例性实施例中，开关70是多极，多位置的开关，例如TPTT开关，它有三个极和三个开关位置。该示例性多极，多位置开关使得能够选择要加电压的具体电极和其具体端部而不需要昂贵的电子控制。一般来说，所要求的开关位置和极的数目取决于所需要的电极和温度设定的数目。例如，双温度设定加热器可以用一个DPDT开关，即具有二个极和二个位置的开关。
在其它实施例中，也可以用其它的控制或切换方案来使加热器运行。例如，其它各种结构中的闭锁型开关(Latching Switch)和/或逻辑电路和/或瞬时开关和继电器的组合都是可用的。本发明的加热器也可以用基于微处理器的控制器，例如基于处理器的汽车电路系统中的控制器来控制。
在示例性座位加热器应用中，来自汽车电路系统的DC电压加到电极上。所加的电压最好具有基本相同的幅值。电压的标志极性可以颠倒。
在具有三个或更多电极的实施例中，希望中间的电极比外边的电极更宽些。例如，在图1的示例性实施例中，第二电极20比第一和第三电极10和30宽。这种结构使加热器运行在由图2的电压连接表所表明的高设定模式时，中间的第二电极20可以更好地向每一和第三电极输送或从它们那里吸收(取决于电压的极性)电流。
在图4的示例性实施例中，电极40和电极50与52之间的间距沿其长度是变化的。一般来说，电极之间的距离越小，则当电压加于电极上时，其间的热敏电阻材料所产生的热量就越多。这样，改变衬底上电极相邻部分间的间距就可以控制衬底上所产生的热量，特别是由布置在其间的热敏电阻材料所产生的热量。
也可以通过设置从电极相邻部分突出的叉指式电极部分来产生不同的热量，从而可根据叉指式部分来产生不同中的热量，从而可根据叉指式部分的位置和密度，在衬底上形成产生较多或较少热量的区域。在图4中，相邻的电极部分40和50包括从其上突出的多个叉指式电极部分44和53(只有其中几个用数字标出)。
前面已经说明了，电极的构造使得沿相邻电极从其电压施加端部分到沿叉指式电极部分的相邻部分的电气路程总和是基本相等的，因此，提供的相邻叉指式电极部分两端的电压沿电极全路径是基本相等的。
在某些实施例中，例如汽车座位加热应用中，希望能在座位的不同部分提供较多或较少的热量。此类目标可以通过一个座位加热器而既方便又经济地达到，例如，图1的示例性多温度座位加热器，它的电极具有通常用图4说明的可变间距和/或叉指式电极部分。
虽然前面所给出的对本发明的说明可以使一般技术人员制作和使用被认为是目前的最佳模式，但是，一般技术人员也会意识到此处所给出的具体示例性实施例可以有各种变异，组合，和等价物。因此，本发明不应限于此处的示例性实施例，而应包括在所附权利要求书的范围和精神之内的所有实施例。
权利要求
1.一种电加热器，包括衬底；布置在衬底上并相互隔离开的第一和第二电极；第一和第二电极的第一相邻部分具有从其中伸出的相应叉指式电极部分，第一和第二电极的另一相邻部分没有叉指式电极部分；热敏电阻材料与第一和第二电极电气互连；沿第一和第二电极从其相应的电源施加至第一和第二电极的相邻部分的电气路程总和基本相等。
2.如权利要求1的加热器，热敏电阻材料包括一种正温度系数材料。
3.如权利要求2的加热器，每个第一和第二电极都具有位于衬底上公共引出端区的极性相反的端部，每个电极的一个端部对应于其电源施加端部。
4.如权利要求3的加热器，其衬底是用正温度系数材料覆盖的纤维板，第一和第二电极布置在其上。
5.如权利要求1的加热器，第一和第二电极的第一部分之间的间距大于第一和第二电极的部分之间的间距。
6.一种电加热器，包括衬底；布置在衬底上并相互隔开的第一和第二电极；每个第一和第二电极都有位于衬底上公共引出端区的极性相反的端部；第一和第二电极的相邻部分具有从其中伸出的叉指式电极部分；热敏电阻材料与第一和第二电极电气互连；
7.如权利要求6的加热器，沿第一和第二电极从其相应端部之一到第一和第二电极的相邻部分的电气路程总和基本上是相等的。
8.一种电加热器，包括衬底；布置在衬底上并相互隔开的第一、第二和第三多个电极；第二电极位于第一和第三电极之间；第一、第二和第三电极的每个电极都有位于衬底公共区中的极性相反的终端分；热敏电阻材料与第一、第二和第三电极电气互连。
9.如权利要求8的加热器，其热敏电阻材料包括一种正温度系数材料。
10.如权利要求8的加热器，一个多极，多位置的开关与第一、第二和第三电极的极性相反的终端部分电气连接。
11.如权利要求8的加热器，多个电气接线端子固定在衬底的公共引线端区，第一、第二和第三电极的每个极性相反的终端部分都与多个电气接线端子中的一个相连接。
12.如权利要求8的加热器，沿第一和第三电极从其相应端部中的一个到第一和第三电极的相邻部分的电气路程总和基本相等。
13.如权利要求12的加热器，沿第一和第二电极从其相应端部中的一个到第一和第二电极的相邻部分的电气路程总和基本相等。
14.如权利要求13的加热器，沿第二和第三电极从其相应端部中的一个到第二和第三电极的相邻部分的电气路程总和基本相等。
15.如权利要求14的加热器，第一、第二和第三电极的相邻部分是以大致为盘旋型式排列在衬底上的。
16.如权利要求8的加热器，第二电极较第一和第三电极宽。
17.如权利要求8的加热器，第一、第二和第三电极中至少两个的相邻部分具有从其中伸出的叉指式电极部分。
18.如权利要求17的加热器，第一、第二和第三电极中至少二个的相邻部分之间的间距是变化的。
19.如权利要求8的加热器，叉指式电极部分从第一、第二和第三电极中至少二个的相邻部分伸出。
20.如权利要求8的加热器，其衬底是用正温度系数材料覆盖的纤维板，第一、第二和第三电极用网板印刷在其上。
21.一种电加热器，包括衬底；布置在衬底上并相互隔开的第一和第二电极；第一和第二电极的某些相邻部分间的间距不同于第一和第二电极的其他相邻部分间的间距；热敏电阻材料与第一和第二电极电气互连；沿第一和第二电极从其相应电源施加端部至第一和第二电极的相邻部分的电气路程总和基本相等。
22.如权利要求21的加热器，第一和第二电极的每一个都有位于衬底公共引线端区的相应极性相反的终端部分，第一和第二电极的一个终端部分对应于其电源施加端部。
23.权利要求22的加热器，第一和第二电极的某些相邻部分具有从其上伸出的叉指式部分，第一和第二电极的其它相邻部分没有叉指式部分。
全文摘要
一种电加热器，具有以相互隔开的关系相邻布置在衬底上并用热敏电阻材料，例如正温度系数材料互连的多个电极。每个电极至少有一个端部，最好是二个极性相反的端部与处于衬底上公共引线端区的相应电气端子连接。相邻电极之间的距离可以是变化的，并且相邻电极可包括叉指式部分，以改变在衬底的被选择部分上所产生的热量。
文档编号H05B3/14GK1393117SQ01803030
公开日2003年1月22日 申请日期2001年9月28日 优先权日2000年10月6日
发明者爱德华·巴尔盖耶韦斯基, 拉里L·夏普 申请人:伊利诺斯器械工程公司