CN103617928A - 一种薄型电路保护器件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种薄型电路保护器件，包括上壳和下壳形成的中空腔体，由可动电极、动触点、静触点和固定电极串联构成的可分断电路，高分子PTC元件和双金属片，其中，上壳由上金属嵌件和上塑胶件构成，上金属嵌件上有加强筋，上塑胶件上亦设有与其配合的加强筋；下壳由设有带引出端和静触点的下金属嵌件和下塑胶件构成，下塑胶件二侧近外壁端设有二个卡槽，下金属嵌件与下塑胶件相接的三个相邻侧边围成的框形上分别设有三个嵌钩，金属嵌件与下塑胶件通过嵌钩相嵌接；在可动电极中段，在可动电极平面垂直方向上设有两个折弯，安装时，所述折弯伸入下塑胶件的卡槽内，紧抵外壁。本发明的结构强度整体得到增强，提高了产品使用的可靠性。

Description

一种薄型电路保护器件

技术领域

本发明涉及到电路保护器件，尤其是一种同时涉及到双金属片和PTC元件的薄型电路保护器件。

背景技术

一种同时包括双金属片和PTC元件的保护器件已经被应用到电子电路保护中。现有技术中的保护器件通常含有一个塑胶外壳，以及装配在塑胶外壳中的双金属片、PTC元件、触点等部件。由于电子行业日益小型化、薄型化的发展趋势，电路保护器件也面临着相同的要求。因此，电路保护器件包含的各个零部件的外形尺寸、结构设计都受到限制，例如，由于器件总厚度的限制，塑胶注塑层厚度、金属嵌件的厚度都受到限制。因此，小型化、薄型化的一个结果是带来器件结构强度的下降，尤其是在某些薄弱环节，例如，金属嵌件和塑胶的结合处。从而，在使用中，容易引起器件的破坏，降低产品应用的可靠性。

薄型电路保护器件在实际应用中，随着器件的小型化、薄型化，容易导致器件的结构强度不足，引起器件的破坏，降低产品应用的可靠性。尤其是在某些薄弱环节，例如金属嵌件和塑胶的结合处、PTC元件薄型化后的抗破碎能力、臂杆装配在器件中的抗拉出强度等等。

本申请人申请拥有一种自保持型过电流保护装置，公开号为CN102568958A，其包括塑料壳体、可分断电路、PTC元件、双金属元件四个部分，所述的可分断电路由可动电极、动触点、静触点和固定电极串联构成；所述的塑料壳体形成的中空腔体被并列分隔成两个腔体，一腔体放置PTC元件和另一腔体放置双金属片；所述的PTC元件为载流型安装，与可分断电路并联；所述的双金属片为非载流型安装，自身不连入电路，为可分断电路的分断和导通提供驱动力，在正常工作状态下，电流由动静触点和PTC元件组成的并联电路流过；在异常情况发生时，当双金属片变形时，带来可动电极的位移，从而切断可分断电路，当双金属片变形恢复时，可动电极的位移恢复，从而可分断电路导通；所述的PTC元件的常温电阻为不少于100倍可分断电路的电阻。

但上述结构进行更小型、更薄型的改变时，结构强度明显不够。因此，有必要对原结构进行改进。

另外，可动电极的引出端连接在外部电路中，在使用中易被拉出，导致触点配合不良，工作可靠性降低。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种薄型电路保护器件，能为电路提供过热或过电流双重保护，且具有自恢复功能且工作可靠。

本发明目的通过下述技术方案实现：一种薄型电路保护器件，包括上壳和下壳形成的中空腔体，由可动电极、动触点、静触点和固定电极串联构成的可分断电路，高分子PTC元件和双金属片，在所述的上壳和下壳之间自下而上至少依序包含固定电极、高分子PTC元件、双金属片、带有引出端和动触点的可动电极，所述动触点与静触点匹配，其中：

所述的上壳由上金属嵌件和上塑胶件构成，所述的上金属嵌件上有加强筋，上塑胶件上亦设有加强筋，与上金属嵌件上的加强筋配套；

所述的下壳由带引出端和静触点的下金属嵌件和塑胶下壳构成，所述的下塑胶件二侧近外壁端设有二个卡槽，所述的下金属嵌件与下塑胶件相接的三个相邻侧边围成的框形上分别设有三个嵌钩，金属嵌件与塑胶件通过嵌钩相嵌接；

在所述的可动电极中段，在可动电极平面垂直方向上设有两个折弯，安装时，所述折弯伸入下塑胶件的卡槽内，紧抵外壁，该外壁抵顶可动电极的折弯，防止其被拉出。

自下而上依塑胶下壳、金属嵌件、高分子PTC元件、双金属片、可动电极和上壳的顺序安装。

本发明在实现薄型化和小型化的同时，改善了器件由于薄型化和小型化带来的机械强度不足，克服了器件在使用中易被破坏的问题，提高了器件使用的可靠性。是一种包括双金属片和PTC元件、能为电路提供过热或过电流双重保护的且具有自恢复功能的安全器件。一种这种器件可以使用在电子电路保护中尤其是在大电流电池电路保护中，例如智能手机、平板电脑及笔记本电脑的电池。

在上述方案基础上，为了提高本发明的抗变形能力，所述的上金属嵌件的加强筋数目为2～6条。

在上述方案基础上，所述的下金属嵌件中至少与可动电极长度方向垂直的嵌钩的长度不大于下金属嵌件该侧边长度的2/3。方便排线，并为注胶工艺提供足够的空隙。三条嵌钩皆可以比所在侧边长度短。

在上述方案基础上，所述的高分子PTC元件（4）的厚度为0.1～0.3mm。较陶瓷PTC元件相比，高分子PTC元件具有更好的韧性，制作成薄型状后，仍可有效抗变形。

本发明的提供一种薄型电路保护器件的制造方法，分别制备上壳和下壳，其中，

将带引出端和静触点的下金属嵌件嵌入下塑胶件后，进行注塑，使下金属嵌件上的三侧嵌钩被包埋在下壳的塑胶中，一侧留有引出端，制成下壳；

将高分子PTC元件安装入下壳，在高分子PTC元件上放置双金属片后，用可动电极覆盖于双金属片上，可动电极上的动触点与下金属嵌件上的静触点匹配放置，同时可动电极上的折弯卡入下塑胶件的卡槽内，同侧留有引出端，最后用上壳封闭整个薄型电路保护器件。

当可动电板受向外的拉力时，可动电极的两个折弯部分被塑胶壳体的外壁挡住，从而，难以被拉出，保证器件的结构完整。

本发明工作原理是：

正常情况下，可动电极上的动触点与下壳金属嵌件上的静触点相互接触，可分断电路导通，与高分子PTC 元件形成并联电路，流经器件的电流同时从动静触点和高分子PTC 元件流过。同时，由于高分子PTC 元件的常温电阻远远大于可分断电路的电阻，绝大部分电流依次通过可动电极、动触点、静触点、下金属嵌件的引出端流出，只有极小部分的电流经过可动电极、高分子PTC 元件、下金属嵌件流出；

在过流或过热发生时，双金属片发生翘曲变形，双金属片与可动电极相接触并带来可动电极的动触点端垂直向上的位移，从而使动触点和静触点相互分离，流经器件的电流全部依次经过可动电极、高分子PTC 元件、下金属嵌件流出。此时，高分子PTC元件会迅速动作而呈现高阻态并产生热量，维持双金属片保持在反转状态，直至故障排除电路自行导通。

由于采用了上述技术方案，本发明有以下优点：

（1）当PTC元件厚度只有0.1～0.3mm时，陶瓷PTC由于其脆性大极易破碎，而高分子PTC具有良好的韧性，在很薄的情况下也不会发生破碎。特别是在双金属片的弹力反复作用在PTC元件上或器件抗跌落试验中受较大冲击力这两种情况下，本发明器件具有明显优势；

（2）下金属嵌件的三侧嵌钩嵌入塑胶，极大的提高了金属嵌件和塑胶件的结合力，在使用中不会发生脱开的现象；

（3）塑胶上壳中的金属嵌件包含加强筋，当器件受压时，抗变形能力增强；

（4）可动电极的引出端连接在外部电路中，在使用中易被拉出，导致触点配合不良，是器件面临的主要强度风险之一。通过折弯和卡槽的配合，大幅增大了可动电极被拉出的阻力，提高了可靠性。

因此，与现有技术相比，本发明的结构强度整体得到增强，提高产品使用的可靠性。

附图说明

图1为本发明结构分解示意图；

图2为上金属嵌件示意图；

图3为含有上金属嵌件的上壳示意图；

图4为可动电极示意图；

图5为下金属嵌件示意图；

图6为含有下金属嵌件的下壳俯视图；

图7为含有下金属嵌件的下壳侧视示意图；

图8为下壳中与可动电极两个折弯相配合的卡槽示意图；

图9为可动电极中两个折弯与卡槽的配合示意图。

附图中标号说明：

1——上壳；

11——上金属嵌件；     111、112、113、114——上金属嵌件加强筋；

12——上塑胶件；       121、122、123、124——上塑胶件加强筋；

2——可动电极；

21——可动电极引出端； 221、222——左右折弯；   23——动触点；

3——下壳；

31——下金属嵌件；     311——下金属嵌件引出端；

32——下塑胶件；

331、332、333——嵌钩；

341、342——左右卡槽；

35——静触点；                  36——外壁；

4——高分子PTC元件；          5——双金属片。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明进一步进行描述。

如图1为本发明结构分解示意图所示，一种薄型电路保护器件，包括上壳1和下壳3形成的中空腔体，由可动电极2、动触点23、静触点35和固定电极串联构成的可分断电路，高分子PTC元件4和双金属片5，在所述的上壳1和下壳3之间自下而上至少依序包含固定电极、高分子PTC元件4、双金属片5、带有引出端21和动触点23的可动电极2，所述动触点23与静触点匹配，其中：

如图2为上金属嵌件示意图和图3为含有上金属嵌件的上壳示意图所示，所述的上壳1由上金属嵌件11和上塑胶件12构成，为了提高本发明的抗变形能力，所述的上金属嵌件11上有四根上金属嵌件加强筋111、112、113、114，所述的上塑胶件12上亦设有与四根上塑胶件加强筋121、122、123、124，与上金属嵌件加强筋111、112、113、114匹配套接；

如图5为下金属嵌件示意图、图6为含有下金属嵌件的下壳俯视图和图7为含有下金属嵌件的下壳侧视示意图所示，所述的下壳3由设有带下金属嵌件引出端311和静触点35的下金属嵌件31和下塑胶件32构成，所述的下塑胶件32二侧近外壁36端设有左右卡槽341、342，所述的下金属嵌件31与下塑胶件32相接的三个相邻侧边围成的框形上分别设有三个嵌钩331、332、333，下金属嵌件31与下塑胶件32通过嵌钩331、332、333相嵌接；如图6，所述的下金属嵌件31中至少与可动电极2长度方向垂直的嵌钩333的长度不大于下金属嵌件31该侧边长度的2/3。而其二侧的左右嵌钩331、332的长度与所在边长度相同，其目的在于留有空隙，为本发明在使用中可能产生的排线、注胶工艺留有空间；

如图4为可动电极示意图所示，在所述的可动电极2中段，在可动电极2平面垂直方向上分设左右折弯221、222，安装时，所述左右折弯221、222伸入下塑胶件32的左右卡槽341、342内，紧抵外壁36，该外壁36抵顶可动电极的左右折弯221、222，防止可动电极2被拉出。

当上壳承受压力时，会引起上壳的变形，从而影响到器件内部零件的配合关系，引起器件故障。通常的为了增强上壳的抗变形能力，上壳中使用一个金属嵌件增强。本发明是在这一基础上，通过增设加强筋13，进一步强化了这种增强作用，有效提高了器件的抗变形能力。

图8为下壳中与可动电极两个折弯相配合的卡槽示意图和图9为可动电极中两个折弯与卡槽的配合示意图所示，本发明在使用时，可动电极引出端21和下金属嵌件引出端311连接在外部电路中。因此，两侧的可动电极引出端21和下金属嵌件引出端311在实际使用过程中会受到不同程度的拉力。由此而导致的一个问题，本发明的可动电极的折弯结构设计及与壳体的卡扣抵顶，可以有效避免可动电极2从壳中被拉出，保证器件不被损坏。

如图9所示，可动电极2中含有左右折弯221、222，同时在下壳3内设有与可动电极2两个折弯相配合的左右卡槽341、342。在器件组装后，可动电极2中的左右折弯221、222与左右卡槽341、342形成配合，当可动电极2受向外的拉力时，可动电极2的左右折弯221、222被下壳3的外壁36挡住，难以被拉出，防止器件因动、静触点错位而失效。

在上述方案基础上，所述的高分子PTC元件的厚度为0.1～0.3mm。较陶瓷PTC元件相比，高分子PTC元件具有更好的韧性，制作成薄片状后，仍可有效抗变形。

本发明的安装方法为：

分别制备上壳1和下壳3，其中：

将带下金属嵌件引出端311和静触点35的下金属嵌件嵌入下塑胶件后，进行注塑，使下金属嵌件31上的三侧嵌钩331、332、333被包埋在下壳的塑胶中，一侧留有引出端，制成下壳3；

将高分子PTC元件4安装入下壳3，在高分子PTC元件4上放置双金属片5后，用可动电极2覆盖于双金属片5上，可动电极2上的动触点与下金属嵌件31上的静触点35匹配放置，同时可动电极2上的折弯卡入下塑胶件32的左右卡槽341、342内，同侧留有引出端，最后用上壳1封闭整个薄型电路保护器件。

本实施例在正常使用情况下，可动电极2上的动触点23与下壳金属嵌件31上的静触点311相互接触，可分断电路导通，与高分子PTC元件4形成并联电路，流经器件的电流同时从动静触点23和高分子PTC元件4流过。同时，由于高分子PTC元件4的常温电阻远远大于可分断电路的电阻，电流的绝大部分依次通过可动电极2、动触点23、静触点35、从下金属嵌件引出端311流出，只有极小部分的电流经过可动电极2、高分子PTC元件4、下金属嵌件31流出。在过流或过热发生时，双金属片5发生翘曲变形，双金属片5与可动电极2相接触并带来可动电极2的动触点23端垂直向上的位移，从而使动触点23和静触点35相互分离，流经器件的电流的全部依次经过可动电极2、高分子PTC元件4、下金属嵌件31流出。此时，高分子PTC元件4会迅速动作而呈现高阻态并产生热量，维持双金属片5保持在反转状态，直至故障排除电路自行导通。

本发明中当下金属嵌件31的三侧嵌钩331、332、333，在注塑完后，嵌钩331、332、333包埋在塑胶件32中，如图7所示。从而，下金属嵌件31和下塑胶件32的结合强度得到增强。当双金属片5反转时，其传递过来的弹力难以造成下壳金属嵌件31和塑胶件32的脱开。

在上述方案基础上，当使用陶瓷PTC时，由于其脆性大，在超薄形状下极易破碎。而高分子PTC具有良好的韧性，在很薄的情况下也不会发生破碎。特别是出于器件工作原理的要求，双金属片5的弹力会反复作用在PTC元件上，同时在实际使用中器件会承受各种外部冲击力，例如，模拟电池从高度坠落时接触地面时的冲击力。

本发明与现有技术相比，通过以下的实验数据可进一步证明本发明的优越性：   

（1）将按照本发明中所提到的下壳，以及下金属嵌件三侧没有嵌钩嵌入塑胶的下壳，用顶针顶在塑胶框体内的圆孔处的下金属嵌件上，施加压力直至金属嵌件从塑胶中脱出。测试金属嵌件和塑胶的结合强度。测试数据如下：

（2）将按照本发明中所提到的外壳和可动电极装配体，以及可动电极不含折弯、下壳不含卡槽的装配体，用拉力机对装配体两侧端子施加拉力，直至可动电极从塑胶中脱出，测试拉力强度。测试数据如下：

（3）将含有本发明中所提到的高分子PTC元件，以及含有相同尺寸陶瓷PTC元件。将器件装在200g的重物下，从2m高度自由落体至水泥地面上，冲击100次。观察CPTC的抗冲击破碎能力，测试数据如下：

（4）将按照本发明中所提到的上壳，以及不含金属加强筋的上壳，用顶针对上壳施加150N压力，观察上壳的抗压变形能力。测试数据如下：

。

Claims (5)

1.一种薄型电路保护器件，包括上壳和下壳形成的中空腔体，由可动电极、动触点、静触点和固定电极串联构成的可分断电路，高分子PTC元件和双金属片，在所述的上壳和下壳之间自下而上至少依序包含固定电极、高分子PTC元件、双金属片、带有引出端和动触点的可动电极，所述动触点与静触点匹配，其特征在于：

所述的上壳由上金属嵌件和上塑胶件构成，所述的上金属嵌件上有加强筋，所述的上塑胶件上亦设有加强筋，与上金属嵌件上的加强筋配套；

所述的下壳由设有带引出端和静触点的下金属嵌件和下塑胶件构成，所述的下塑胶件二侧近外壁端设有二个卡槽，所述的下金属嵌件与下塑胶件相接的三个相邻侧边围成的框形上分别设有三个嵌钩，金属嵌件与下塑胶件通过嵌钩相嵌接；

在所述的可动电极中段，在可动电极平面垂直方向上设有两个折弯，安装时，所述折弯伸入下塑胶件的卡槽内，紧抵外壁。

2.根据权利要求1所述的薄型电路保护器件，其特征在于：所述的上金属嵌件的加强筋数目为2～6条。

3.根据权利要求1所述的薄型电路保护器件，其特征在于：所述的下金属嵌件中至少与可动电极长度方向垂直的嵌钩的长度不大于下金属嵌件该侧边长度的2/3。

4.根据权利要求1所述的薄型电路保护器件，其特征在于：所述的高分子PTC元件的厚度为0.1～0.3mm。

5.根据权利要求1至4之任一项所述的薄型电路保护器件的制造方法，包括下述步骤：

分别制备上壳和下壳，其中，

将带下引出端和静触点的下金属嵌件嵌入下塑胶件后，进行注塑，使下金属嵌件上的三侧嵌钩被包埋在下壳的塑胶中，一侧留有引出端，制成下壳；

将高分子PTC元件安装入下壳，在高分子PTC元件上放置双金属片后，用可动电极覆盖于双金属片上，可动电极上的动触点与下金属嵌件上的静触点匹配放置，同时可动电极上的折弯卡入下塑胶件的卡槽内，同侧留有引出端，最后用上壳封闭整个薄型电路保护器件。

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