JP2021052579A - 回路保護装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】回路保護装置を提供する。【解決手段】本発明による回路保護装置は、ケース;ケースに収容され、第1抵抗発熱体と、第1抵抗発熱体の両側に設けられた一対の電極と、一対の電極からそれぞれ引き出された第1リード線と第2リード線と、を備える第1負温度係数サーミスター;ケースに収容され、温度ヒューズ本体と、温度ヒューズ本体の両端にそれぞれ連結される第3リード線と第4リード線と、を備える温度ヒューズ;及びケースに収容され、第2抵抗発熱体と、第2抵抗発熱体の両側に設けられた一対の電極と、一対の電極からそれぞれ引き出された第5リード線と第6リード線と、を備える第2負温度係数サーミスター;を含み、ケース内で、第2リード線と第3リード線とが互いに連結され、第4リード線と第5リード線とが互いに連結される。【選択図】図2

Description

本発明は、回路保護装置に係り、より詳細には、電子製品の初期駆動時に、突入電流を制限し、内部温度の上昇や過電流による火災を防止するための回路保護装置に関する。
一般的に、エアコン、洗濯機、冷蔵庫、乾燥機のような大型電子製品の電気回路には、電源をオンにする時に発生する突入電流、内部温度の上昇、持続的な過電流などによって発生する機器故障を防止するために、電気回路の電源入力端に回路保護装置を設けて電源回路を保護している。
図1は、従来の回路保護装置の構成及び動作を示す。従来の回路保護装置は、ヒューズ抵抗器(RF)、ヒューズ抵抗器(RF)と直列連結される第1リレー(S1)、そして、ヒューズ抵抗器(RF)及び第1リレー(S1)と並列連結される第2リレー(S2)で構成される。ヒューズ抵抗器(RF)は、抵抗体(R)と温度ヒューズ(F)とを備え、抵抗体(R)と温度ヒューズ(F)は、互いに直列連結される。
回路保護装置は、電子製品の駆動時点に第1リレー(S1)は閉状態、第2リレー(S2)は開状態(a)であって、経時的に第1リレー(S1)は開状態、第2リレー(S2)は閉状態(b)に転換される。
(a)状態で、入力電流は、ヒューズ抵抗器(RF)と第1リレー(S1)とを経て電気回路に入力される。この際、抵抗体(R)が突入電流を所定電流に制限し、もし、過電流が流入される場合には、抵抗体(R)の発熱による熱が温度ヒューズ(F)に伝導されて、温度ヒューズ(F)の内部に設けられている固相の鉛または高分子ペレットからなる溶断体が溶断されて回路を短絡させることにより、家電製品の電気回路を保護する。突入電流が消え、入力電流が安定化される一定時間(例えば、約0.5秒内外)が経てば、回路保護装置は、(b)状態に転換されて、定常状態の入力電流が第2リレー(S2)を経て電気回路に入力される。
このような回路保護装置は、ヒューズ抵抗器(RF)と比較的体積が大きな第1リレー(S1)及び第2リレー(S2)の3種の部品で構成されるので、コスト高になり、空間を多く占める問題があった。そして、定常状態の入力電流は、洗濯機の場合、2〜4A以上まで至り、乾燥機の場合、7A以上になる。したがって、第1リレー(S1)と第2リレー(S2)として高電流リレーが使われなければならないが、このような高電流リレーは、コストが高いだけではなく、商用化された国産製品が不足であって、ほとんど日本などから輸入している実情である。
そして、第1リレー(S1)と第2リレー(S2)は、電子製品をオン/オフする度に、開閉動作が反復されるので、電子製品を長く使用するほど耐久性が落ちて、誤動作が発生する。第1リレー(S1)と第2リレー(S2)との誤動作は、電気回路に過電流の流入を招くか、さらには火災を誘発することもある。したがって、リレーを使用する回路保護装置は、このような危険要素を常に内在している。
本発明は、前記問題点を解決するためのものであって、本発明が解決しようとする技術的課題は、ヒューズ抵抗器(RF)、第1リレー(S1)、第2リレー(S2)で構成される回路保護装置を代替し、かつコストが節減され、空間を少なく占め、リレーを使用しない回路保護装置を提供することである。
本発明の解決しようとする課題は、前述した課題に限定されず、言及されていないさらに他の課題は、下記の記載から当業者に明確に理解されるであろう。
本発明による回路保護装置は、ケース;前記ケースに収容され、第1抵抗発熱体と、前記第1抵抗発熱体の両側に設けられた一対の電極と、前記一対の電極からそれぞれ引き出された第1リード線と第2リード線と、を備える第1負温度係数サーミスター;前記ケースに収容され、温度ヒューズ本体と、前記温度ヒューズ本体の両端にそれぞれ連結される第3リード線と第4リード線と、を備える温度ヒューズ;及び前記ケースに収容され、第2抵抗発熱体と、前記第2抵抗発熱体の両側に設けられた一対の電極と、前記一対の電極からそれぞれ引き出された第5リード線と第6リード線と、を備える第2負温度係数サーミスター;を含み、前記ケース内で、前記第2リード線と前記第3リード線とが互いに連結され、前記第4リード線と前記第5リード線とが互いに連結される。
前記回路保護装置は、前記第1リード線に連結される第1ピン;及び前記第6リード線に連結される第2ピン;をさらに含み、前記ケースには、前記第1ピンが前記ケースの外部に引き出されるように案内する第1案内溝と、前記第2ピンが前記ケースの外部に引き出されるように案内する第2案内溝と、が形成されうる。
前記第1ピン及び前記第2ピンは、それぞれ、一側が前記第1リード線及び前記第6リード線と連結される板状のボディーと、前記ボディーの他側から前記ボディーよりも狭幅をもって延びる少なくとも1つの延長部と、を備えることができる。
前記第1ピン及び前記第2ピンの前記ボディーは、それぞれ、一側が前記第1リード線及び前記第6リード線と連結され、前記第1案内溝及び前記第2案内溝に挿入される第1パートと、前記第1パートの他側から前記第1パートよりも広幅をもって延びて、前記ケースの外部に引き出される第2パートと、を備えることができる。
前記ケースは、前記ケースの内部壁から延び、前記第1抵抗発熱体及び前記第2抵抗発熱体と前記温度ヒューズ本体との間に配される隔壁を備えることができる。
前記回路保護装置は、一端が前記第1リード線と連結される第1ケーブル;及び一端が前記第6リード線と連結される第2ケーブル;をさらに含み、前記ケースには、前記第1ケーブルが前記ケースの外部に引き出されるように案内する第1案内溝と、前記第2ケーブルが前記ケースの外部に引き出されるように案内する第2案内溝と、が形成されうる。
本発明による回路保護装置は、ヒューズ抵抗器(RF)、第1リレー(S1)、第2リレー(S2)で構成される回路保護装置を代替し、かつコストが比較的安価の負温度係数サーミスターと温度ヒューズとで構成されるので、コストが節減され、負温度係数サーミスターと温度ヒューズは、リレーに比べて体積が小さくて、空間を少なく占め、リレーを使用しないので、リレーの誤動作による過電流や火災の危険を根本的に除去することができる。
本発明の効果は、前述した効果に限定されず、言及されていないさらに他の効果は、下記の記載から当業者に明確に理解されるであろう。
従来の回路保護装置の構成及び動作を示す図面である。 本発明の第1実施形態による回路保護装置の斜視図である。 図2に示された第1負温度係数サーミスター20のA−A線及びB−B線に沿って見た断面図である。 図2に示された第2負温度係数サーミスター40のC−C線及びD−D線に沿って見た断面図である。 図2に示された負温度係数サーミスター20、40と温度ヒューズ30などがケース10に収容された後、充填材が充填された状態の斜視図である。 本発明の第1実施形態による回路保護装置が回路基板に装着された形状を示す図面である。 本発明の第2実施形態による回路保護装置の斜視図である。 図7に示された負温度係数サーミスター20、40と温度ヒューズ30などがケース10に収容された後、充填材が充填された状態の斜視図である。
以下、図面を参照して、本発明の望ましい実施形態を詳しく説明する。以下、説明及び添付図面で実質的に同じ構成要素は、それぞれ同じ符号で示すことにより、重複説明を省略する。また、本発明を説明するに当って、関連した公知の機能あるいは構成についての具体的な説明が、本発明の要旨を不明にする恐れがあると判断される場合、それについての詳細な説明は省略する。
図2ないし図5は、本発明の第1実施形態による回路保護装置の構成を示す図面であって、図2は、第1実施形態による回路保護装置の斜視図であり、図3は、図2に示された第1負温度係数サーミスター20のA−A線及びB−B線に沿って見た断面図であり、図4は、図2に示された第2負温度係数サーミスター40のC−C線及びD−D線に沿って見た断面図であり、図5は、図2に示された負温度係数サーミスター20、40と温度ヒューズ30などがケース10に収容された後、充填材が充填された状態の斜視図である。
本発明の第1実施形態による回路保護装置は、ケース10、第1負温度係数サーミスター20、温度ヒューズ30、第2負温度係数サーミスター40、第1ピン50_1、第2ピン50_2を含む。
ケース10は、例えば、セラミック材であって、両側壁11と前面壁12、背面壁13、そして、床壁14を備え、これらによって第1負温度係数サーミスター20、温度ヒューズ30、第2負温度係数サーミスター40が収容される収容溝が形成され、上面は開放される。背面壁13には、第1ピン50_1と第2ピン50_2とがそれぞれケース10の外部に引き出されるように案内する第1案内溝15_1と第2案内溝15_2とが形成される。
図2及び図3に示したように、第1負温度係数サーミスター20は、第1抵抗発熱体21と、第1抵抗発熱体21の両側に設けられた一対の電極22、23と、一対の電極22、23からそれぞれ引き出された第1リード線25と第2リード線26と、を備え、これらは、コーティング材24でコーティングされる。
サーミスターは、熱的に抵抗値が敏感に変化する抵抗素子であり、特に、自体温度または周囲温度の変化によって電気的抵抗値が変化する特性がある。サーミスター中で負の温度係数を有するサーミスターを負温度係数サーミスター(Negative temperature coefficient Thermistor)と称する。このような負温度係数サーミスターは、自体温度または周辺温度の上昇によって抵抗値が減少する。
温度ヒューズ30は、温度ヒューズ本体31と、温度ヒューズ本体31の両端にそれぞれ連結される第3リード線32と第4リード線33と、を備える。典型的に、温度ヒューズ本体31は、所定長さの絶縁性セラミックロッドと溶断体とで構成され、第3リード線32と第4リード線33は、セラミックロッドの両端にそれぞれ設けられる導電性キャップに連結される。
図2及び図4に示したように、第2負温度係数サーミスター40は、第2抵抗発熱体41と、第2抵抗発熱体41の両側に設けられた一対の電極42、43と、一対の電極42、43からそれぞれ引き出された第5リード線45と第6リード線46と、を備え、これらは、コーティング材44でコーティングされる。
図2に示したように、第1負温度係数サーミスター20の第2リード線26と温度ヒューズ30の第3リード線32は、互いに連結される。第2リード線26は、温度ヒューズ30の第3リード線32と連結されるように折り曲げられて延びる。また、温度ヒューズ30の第4リード線33と第2負温度係数サーミスター40の第5リード線45は、互いに連結される。第5リード線45は、第4リード線33と連結されるように折り曲げられて延びる。第2リード線26と第3リード線32との連結、第4リード線33と第5リード線45との連結は、ソルダリング、アーク溶接、スポット溶接、レーザソルダリング、クランピングなどによってなされうる。
一方、回路基板に連結されて、回路と回路保護装置との電気的連結を成すための導電性材質の第1ピン50_1と第2ピン50_2とが設けられる。第1ピン50_1は、一端がケース10内で第1負温度係数サーミスター20の第1リード線25と連結され、第1案内溝15_1を通じて延びて、他端がケース10の外部に引き出される。第2ピン40_2は、一端がケース10内で第2負温度係数サーミスター40の第6リード線46と連結され、第2案内溝15_2を通じて延びて、他端がケース10の外部に引き出される。
本発明の実施形態において、第1ピン50_1と第2ピン50_2は、回路と回路保護装置との電気的連結を成す役割だけではなく、回路保護装置で発生する熱を放出する役割と、回路保護装置が回路基板に装着される時、ケース10を回路基板から一定間隔離隔させる役割と、を果たす。
第1ピン50_1と第2ピン50_2は、板状のボディー51_1、51_2と、ボディー51_1、51_2からボディー51_1、51_2よりも狭幅をもって延びる延長部52_1、52_2と、を備えることができる。大体、延長部52_1、52_2は、回路基板のホールに挿入され、ソルダリングされて電気的連結を成す部分であり、ボディー51_1、51_2は、熱を放出すると共にケース10を回路基板から一定間隔離隔させるための部分である。
具体的に、第1ピン50_1は、一側が第1リード線25と連結されるボディー51_1と、ボディー51_1の他側からボディー51_1よりも狭幅をもって延びる延長部52_1と、を備えることができる。第2ピン50_2は、一側が第6リード線46と連結されるボディー51_2と、ボディー51_2の他側からボディー51_2よりも狭幅をもって延びる延長部52_2と、を備えることができる。第1リード線25及び第6リード線46とボディー51_1、51_2との連結は、ソルダリング、アーク溶接、スポット溶接、レーザソルダリング、クランピングなどによってなされうる。
また、ボディー51_1、51_2は、比較的幅が狭い第1パート51a_1、51a_2と比較的幅が広い第2パート51b_1、51b_2とを備えることができる。大体、第1パート51a_1、51a_2は、リード線25、46と連結され、案内溝15_1、15_2に挿入される部分であり、第2パート51b_1、51b_2は、ケース10の外部に引き出されてケース10を回路基板から一定間隔離隔させるための部分である。また、第2パート51b_1、51b_2には、1つ以上の突出部51c_1が形成されるが、このような突出部51c_1は、放熱性能を向上させる。
具体的に、第1ピン50_1のボディー51_1は、一側が第1リード線25と連結され、第1案内溝15_1に挿入される第1パート51a_1と、第1パート51a_1の他側から第1パート51a_1よりも広幅をもって延びて、ケース10の外部に引き出される第2パート51b_1と、を備える。第2ピン50_2のボディー51_2は、一側が第6リード線46と連結され、第2案内溝15_2に挿入される第1パート51a_2と、第1パート51a_2の他側から第1パート51a_2よりも広幅をもって延びて、ケース10の外部に引き出される第2パート51b_2と、を備える。
一方、ケース10の内部の密閉された空間に負温度係数サーミスター20、40と温度ヒューズ30とが隣接して配されることによって、回路保護装置またはその周辺温度は、温度ヒューズ30が短絡されてはならない状況にも拘わらず、負温度係数サーミスター20、40の発熱によって温度ヒューズ30が短絡される恐れがある。したがって、負温度係数サーミスター20、40の抵抗発熱体21、41と温度ヒューズ本体31との間隔が一定間隔以上保持されるように、抵抗発熱体21、41と温度ヒューズ本体31との間に隔壁16が設けられる。隔壁16は、ケース10の内部壁、例えば、背面壁13から延びる。隔壁16は、第2リード線26と第3リード線32とが延びる通路と第4リード線33と第5リード線45とが延びる通路とを形成できるように、抵抗発熱体21、41が収容される空間と温度ヒューズ本体31が収容される空間とを完全に分離しないように設けられる。一実施形態において、隔壁16は、背面壁13から延びる第1隔壁16aと、第1隔壁16aの先端から両側に延び、その幅がほぼ温度ヒューズ本体31の長さに相応する第2隔壁16bと、からなる。
図5を参照すれば、ケース10に負温度係数サーミスター20、40と温度ヒューズ30などが収容された状態で充填材80が充填される。充填材80は、負温度係数サーミスター20、40と温度ヒューズ30とを収容溝の内部で支持するだけではなく、負温度係数サーミスター20、40と温度ヒューズ30とから放熱が効果的になされるようにする。したがって、充填材80としては、放熱特性に優れた材質が使われることが望ましい。
図6は、本発明の第1実施形態による回路保護装置が回路基板(P)に装着された形状を示す。
図6を参照すれば、回路保護装置のピン50の延長部52が回路基板(P)に形成されたホール(H)を貫通するように挿入され、ソルダリングされることにより、回路保護装置が回路基板(P)に固定され、回路基板(P)上の電気回路と電気的に連結される。したがって、延長部52の長さ(d)は、回路基板(P)の厚さ(d)よりも大きく形成される。
一方、洗濯機や乾燥機のように、水が供給されるか、発生する電子製品の場合、回路基板(P)を水分から保護するために、回路基板(P)は、ウレタンのような防水材のモールディング部(M)でモールディングされる。このようなモールディング部(M)は、比較的熱に脆弱であるために、回路保護素子から発生する熱がモールディング部(M)に直接伝達される場合、モールディング部(M)が溶けて防水性能に差し支えを与える。したがって、回路保護素子のケース10は、回路基板(P)またはモールディング部(M)から一定間隔離隔して設けられる必要がある。ピン50からケース10の外部に引き出されるボディー51の第2パート51bは、回路保護素子のケース10を回路基板(P)またはモールディング部(M)から一定間隔離隔して設置させる。ケース10は、第2パート51bの高さ(d)ほど回路基板(P)から離隔する。モールディング部(M)の厚さをdとすれば、ケース10は、d−dほどモールディング部(M)から離隔する。したがって、dは、dよりも大きいものが望ましい。また、モールディング部(M)は、回路保護素子からの熱を拡散させるので、放熱に役に立つ。
図7及び図8は、本発明の第2実施形態による回路保護装置の構成を示す図面であって、図7は、第2実施形態による回路保護装置の斜視図であり、図8は、図7に示された負温度係数サーミスター20、40と温度ヒューズ30などがケース10に収容された後、充填材が充填された状態の斜視図である。
第2実施形態は、第1実施形態と比較する時、第1ピン50_1と第2ピン50_2とをそれぞれ第1ケーブル60_1と第2ケーブル60_2とに代替したものである。すなわち、第2実施形態は、回路保護装置を回路基板に直接設置するものではなく、回路保護装置を回路基板と別途に設置し、第1ケーブル60_1と第2ケーブル60_2とによって回路基板の当該端子に連結するように具現される。便宜上、第2実施形態において、第1実施形態と重複説明は省略する。
第1ケーブル60_1と第2ケーブル60_2は、導線61_1、61_2と導線61_1、61_2を取り囲む被覆62_1、62_2と、からなる。第1ケーブル60_1と第2ケーブル60_2は、ハーネスケーブルである。
第1ケーブル60_1は、導線61_1の一端がケース10内で第1負温度係数サーミスター20の第1リード線25と連結され、第1案内溝15_1を通じて延びて、他端がケース10の外部に引き出される。第2ケーブル60_2は、導線61_2の一端がケース10内で第2負温度係数サーミスター40の第6リード線46と連結され、第2案内溝15_2を通じて延びて、他端がケース10の外部に引き出される。
第2実施形態による回路保護装置は、回路基板と別途に設けられるので、回路保護装置で発生する熱が回路基板に全く伝達されないという長所がある。
本発明の実施形態によれば、負温度係数サーミスター20、40は、常温または比較的低い温度では大きな抵抗値を有し、自体温度または周辺温度の上昇によって抵抗値が減少するので、駆動時点では、大きな抵抗値で突入電流を所定電流に制限し、経時的に温度上昇によって低くなった抵抗値で定常状態の入力電流を保持させる。同時に、温度ヒューズ30は、回路内異常現象によって過電流が流入されて、これによる負温度係数サーミスター20、40の過熱時または周辺温度の異常上昇時に短絡されて、電流流入を遮断することにより、火災を防止する。したがって、実施形態による回路保護装置は、図1のような従来の回路保護装置を代替しうる。また、負温度係数サーミスター20、40は、高電流リレーに比べて比較的体積が小さく、コストが安いので、回路保護装置のコストが節減され、空間を少なく占める長所があり、リレーを使用しないので、リレーの誤動作による危険要素を根本的に除去することができる。
以上、本発明について、その望ましい実施形態を中心に説明した。当業者ならば、本発明が、本発明の本質的な特性から外れない範囲で変形された形態として具現可能であるということを理解できるであろう。したがって、開示された実施形態は、限定的な観点ではなく、説明的な観点で考慮されなければならない。本発明の範囲は、前述した説明ではなく、特許請求の範囲に示されており、それと同等な範囲内にあるあらゆる差異点は、本発明に含まれたと解釈しなければならない。
10 :ケース
11 :両側壁
12 :前面壁
13 :背面壁
14 :床壁
15_1 :第1案内溝
15_2 :第2案内溝
16 :隔壁
16a :第1隔壁
16b :第2隔壁
20 :負温度係数サーミスター
21 :抵抗発熱体
22,23 :電極
24 :コーティング材
25,26 :リード線
30 :温度ヒューズ
31 :温度ヒューズ本体
32,33 :リード線
40 :負温度係数サーミスター
40_2 :第2ピン
41 :抵抗発熱体
42,43 :電極
44 :コーティング材
45,46 :リード線
50_1 :第1ピン
50_2 :第2ピン
51_1 :ボディー
51a_1 :第1パート
51b_1 :第2パート
51_2 :ボディー
51a_2 :第1パート
51b_2 :第2パート
51c_1 :突出部
52,52_1,52_2 :延長部
60_1 :第1ケーブル
60_2 :第2ケーブル
61_1,61_2 :導線
62_1,62_2 :被覆
80 :充填材

Claims (6)

  1. ケースと、
    前記ケースに収容され、第1抵抗発熱体と、前記第1抵抗発熱体の両側に設けられた一対の電極と、前記一対の電極からそれぞれ引き出された第1リード線と第2リード線と、を備える第1負温度係数サーミスターと、
    前記ケースに収容され、温度ヒューズ本体と、前記温度ヒューズ本体の両端にそれぞれ連結される第3リード線と第4リード線と、を備える温度ヒューズと、
    前記ケースに収容され、第2抵抗発熱体と、前記第2抵抗発熱体の両側に設けられた一対の電極と、前記一対の電極からそれぞれ引き出された第5リード線と第6リード線と、を備える第2負温度係数サーミスターと、を含み、
    前記ケース内で、前記第2リード線と前記第3リード線とが互いに連結され、前記第4リード線と前記第5リード線とが互いに連結される回路保護装置。
  2. 前記第1リード線に連結される第1ピンと、
    前記第6リード線に連結される第2ピンと、をさらに含み、
    前記ケースには、前記第1ピンが前記ケースの外部に引き出されるように案内する第1案内溝と、前記第2ピンが前記ケースの外部に引き出されるように案内する第2案内溝と、が形成される請求項1に記載の回路保護装置。
  3. 前記第1ピン及び前記第2ピンは、それぞれ、一側が前記第1リード線及び前記第6リード線と連結される板状のボディーと、前記ボディーの他側から前記ボディーよりも狭幅をもって延びる少なくとも1つの延長部と、を備える請求項2に記載の回路保護装置。
  4. 前記第1ピン及び前記第2ピンの前記ボディーは、それぞれ、一側が前記第1リード線及び前記第6リード線と連結され、前記第1案内溝及び前記第2案内溝に挿入される第1パートと、前記第1パートの他側から前記第1パートよりも広幅をもって延びて、前記ケースの外部に引き出される第2パートと、を備える請求項3に記載の回路保護装置。
  5. 前記ケースは、前記ケースの内部壁から延び、前記第1抵抗発熱体及び前記第2抵抗発熱体と前記温度ヒューズ本体との間に配される隔壁を備える請求項1に記載の回路保護装置。
  6. 一端が前記第1リード線と連結される第1ケーブルと、
    一端が前記第6リード線と連結される第2ケーブルと、をさらに含み、
    前記ケースには、前記第1ケーブルが前記ケースの外部に引き出されるように案内する第1案内溝と、前記第2ケーブルが前記ケースの外部に引き出されるように案内する第2案内溝と、が形成される請求項1に記載の回路保護装置。
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