(57)【要約】  過熱から保護するべき電気機器（４６）のための２つの電気接続端子（３９、４０）と、少なくとも１つの温度依存スイッチ（１０；６３、６４；１１２）と、少なくとも１つのＤＣ電圧用の電子半導体スイッチ（４１；６２；９４；１０１）とを備えた過熱保護回路を開示する（図１）。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
過熱から保護するべき電気機器（４６；７８）のための２つの電気接続端子（３９、４０；５９、６０）と、少なくとも１つの温度依存スイッチ（１０；６３、６４；１１２）とを備えた過熱保護回路であって、ＤＣ電圧用の電子半導体スイッチ（４１；６２；９４；１０１）を少なくとも１つ備えることを特徴とする過熱保護回路。
【請求項２】
前記温度依存スイッチ（１０；１１２）が温度依存スイッチング機構（１１）と、接続端子（３９、４０）に接続された２つの固定接点（３１、３２）と、２つの受け接点（２７、２８）とを備え、前記受け接点が互いに電気的に接続されており、温度により前記２つの固定接点（３１、３２）と支持接触し、この接触状態において前記固定接点を電気的に互いに接続することを特徴とする請求項１に記載の過熱保護回路。
【請求項３】
前記半導体スイッチ（４１；６２；９４；１０１）が２つの電流端子（４７、４８；６９、７０；９６、９７；１０３、１０４）と制御入力（４９；６８；９５；１０２）とを備え、前期２つの電流端子（４７、４８；６９、７０；９６、９７；１０３、１０４）がそれぞれ接続端子（３９、４０；５９、６０）の一方と接続されており、少なくとも前記温度依存スイッチ（１０）が閉じているとき前記制御入力（４９；６８；９５；１０２）が前記スイッチング機構（１１）を介して前記受け接点（２７、２８）と電気的に、好ましくは直列抵抗器（７１；９８；１０５）を介して接続されていることを特徴とする請求項２に記載の過熱保護回路。
【請求項４】
２つの半導体スイッチ（９４；１０１）が備えられ、少なくとも前記温度依存スイッチ（１０）が閉じているとき前記半導体スイッチの制御入力（９５；１０２）が前記スイッチング機構（１１）を介して前記受け接点（２７、２８）と電気的に、好ましくは直列抵抗器（９８；１０５）を介して接続されており、各半導体スイッチ（９５；１０１）が、第１の電流端子（９６；１０３）及び第２の電流端子（９７；１０４）を備え、一方の半導体スイッチ（９４）の第１の電流端子（９６）はもう一方の半導体スイッチ（１０１）の第１の電流端子（１０３）と接続され、一方の半導体スイッチの第２の電流端子（９７）ともう一方の半導体スイッチ（１０１）の第２の電流端子（１０４）は接続端子（３９、４０；５９、６０）の一方と接続されていることを特徴とする請求項３に記載の過熱保護回路。
【請求項５】
前記半導体スイッチ（４１）がトランジスタ（６２）、好ましくはバイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、又は金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳ‐ＦＥＴ）を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の過熱保護回路。
【請求項６】
前記スイッチング機構（１１）が、前記電気的に相互に接続されている２つの受け接点（２７、２８）が配置されている電流伝達素子（２４；１１３）を備えることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の過熱保護回路。
【請求項７】
前記温度依存スイッチング機構（１１）がばね部（２１、２２）を備え、ばね部が前記電流伝達素子（２４）を支持してこれと電気的に導通するよう接続され、かつ少なくとも前記温度依存スイッチ（１０）が閉じているときに前記制御入力（４９）と電気的に導通するよう接続されていることを特徴とする請求項６に記載の過熱保護回路。
【請求項８】
前記スイッチ（１０）がハウジング（１２）を有し、ハウジングが前記スイッチング機構（１１）を収納し、下部（１４）及び上部（１５）を有し、上部の内側（２９）に配置された固定接点（３１、３２）を有することを特徴とする請求項７に記載の過熱保護回路。
【請求項９】
前記ばね部（２１、２２）が、少なくとも温度依存スイッチ（１０）が閉じているときに下部（１４）で支持されているバイメタルスナップアクションディスク（２２）であることを特徴とする請求項７に記載の過熱保護回路。
【請求項１０】
前記ばね部（２１、２２）が、少なくとも温度依存スイッチ（１０）が閉じているときには下部（１４）によって支持されているばねスナップアクションディスク（２１）であり、自体のスイッチング温度を超えると固定接点（３１、３２）から電流伝達素子（２４）を離れさせるバイメタルスナップアクションディスク（２２）が備えられていることを特徴とする請求項７に記載の過熱保護回路。
【請求項１１】
前記下部（１４）が導電性であることを特徴とする請求項９又は１０に記載の過熱保護回路。
【請求項１２】
前記ばね部（２１、２２）が常に下部（１４）と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１１に記載の過熱保護回路。
【請求項１３】
自己保持抵抗器（３７）が固定接点（３１、３２）の間に接続されていることを特徴とする請求項２〜１２のいずれか一項に記載の過熱保護回路。
【請求項１４】
固定接点（３１、３２）のうち１つ（３１）とそれに関連付けられた接続端子（３９）との間に加熱抵抗器（５６）が接続されていることを特徴とする請求項２〜１３のいずれか一項に記載の過熱保護回路。
【請求項１５】
電流伝達素子（２４）が、２つの受け接点（２７、２８）が配置された導電性の接点板（２４）であり、２つの受け接点が接点板（２４）を介して互いに電気的に導通するよう接続されており、接点板（２４）がスイッチング機構（１１）と電気的に導通するように接続されていることを特徴とする請求項６〜１４のいずれか一項に記載の過熱保護回路。
【請求項１６】
前記電流伝達素子（２４、１１３）が、２つの受け接点（２７、２８）が配置された導電性のばね部（１１３）であり、２つの受け接点がばね部（１１３）を介して互いに電気的に導通するように接続されていることを特徴とする請求項６に記載の過熱保護回路。
【請求項１７】
前記ばね部（１１３）がバイメタルスナップアクションディスク（１１３）であることを特徴とする請求項１６に記載の過熱保護回路。
【請求項１８】
前記ばね部（１１３）が常に前記制御入力（４９）と接続されていることを特徴とする請求項１７に記載の過熱保護回路。
【請求項１９】
２つの温度依存スイッチ（６３、６４）が備えられており、前記温度依存スイッチが２つの外部端子（７２、７３；７４、７５）間の電気的接続を温度により確立したり開いたりする温度依存スイッチング機構（７６、７７）をそれぞれ備え、それぞれの場合において、それぞれのスイッチ（６３、６４）の１つの外部端子（７２、７４）が接続端子（５９、６０）の一方に接続されているか、又はそれ自体が接続端子の役割を果たし、他方の外部端子（７３、７５）が互いに接続されていることを特徴とする請求項１、３、５、又は５のいずれか一項に記載の過熱保護回路。
【請求項２０】
前記半導体スイッチ（６２）が、２つの電流端子（６９、７０）と制御入力（６８）とを備え、前記２つの電流端子（６９、７０）がそれぞれ接続端子（５９、６０）の一方と接続されており、前記制御入力（６８）が、互いに接続されている外部端子（７３、７５）と電気的に、好ましくは直列抵抗器（７１）を介して接続されていることを特徴とする請求項１９に記載の過熱保護回路。
【請求項２１】
請求項１〜２０のいずれか一項に記載の過熱保護回路を備える電気機器（４６；７８）。
【請求項２２】
前記半導体バルブ（４１；６２）が、好ましくはプラグ（５１）を介して、温度依存スイッチ（１０；６３、６４）に着脱可能に接続されていることを特徴とする請求項２１に記載の機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過熱から保護するべき電気機器のための２つの電気接続端子を備えた過熱保護回路に関する。この過熱保護回路は少なくとも１つの温度依存スイッチを備え、この温度依存スイッチは、一実施形態において温度依存スイッチング機構と、接続端子に接続された２つの固定接点と、スイッチング機構に配置され、スイッチング機構によって動作し、互いに電気的に接続された２つの受け接点を備える電流伝達素子とを備える。これらの受け接点は、温度により２つの固定接点と支持接触し、これによって前記固定接点を互いに接続し、電気的に導通させる。
【背景技術】
【０００２】
過熱保護回路に用いることの可能な温度依存スイッチが、ＤＥ  ２６  ４４  ４１１  Ｃ２により知られている。
【０００３】
この既知のスイッチは、ハウジングの下部がカップ形状になっており、そこに温度依存スイッチング機構が収納されている。下部は上部により閉じられており、下部の直立リムが上部を支持している。下部は金属でも絶縁材料でもよいが、上部は絶縁材料で作製される。
【０００４】
上部には２本の接点リベットが配置され、その内側頭部はスイッチング機構の固定接点の役割を果たす。リベットの軸は、上部の貫通孔を通って外部へ突出して外側頭部と一体化しており、この外側頭部は外部端子接続のために用いられる。接続用のリッツ線をこれら外側頭部に直接はんだづけしてもよいが、外側頭部上に傾斜接点を置き、この傾斜接点に接続リッツ線をはんだづけ又は圧着することも知られている。
【０００５】
スイッチング機構は、接点ブリッジの形態をした電流伝達素子を有し、２つの受け接点がその上側に設けられている。これらの受け接点は、接点ブリッジを介して互いに電気的に接続されており、温度により２つの固定接点と支持接触し、その結果固定接点を互いに電気的に接続する。
【０００６】
温度依存スイッチング機構はバイメタルスナップアクションディスク及びばねスナップアクションディスクを備え、これらのディスクの中心部を貫通するピンが接点ブリッジを支持している。ばねスナップアクションディスクは、周囲をハウジングに固定されている。バイメタルスナップアクションディスクは温度により下部の肩部又はばねスナップアクションディスクのリムに支持され、その過程で接点ブリッジを２つの固定接点に支持接触させたり、接点ブリッジを受け接点から離し、結果として外部端子間の電気接続を遮断したりする。
【０００７】
この温度依存スイッチは、電気機器の過熱を防ぐ目的において既知の方法で用いられる。このために、スイッチは、保護する電気機器及びその電源電圧と直列になるよう電気的に接続され、電気機器と熱的に接触するような方法で機械的に電気機器上に配置される。
【０００８】
バイメタルスナップアクションディスクの応答温度より低い温度では、接点ブリッジは２つの固定接点に押し付けられ、その結果回路が閉じて、保護する電気機器の負荷電流はスイッチに流れる。温度が許容値を超えて上昇すると、バイメタルスナップアクションディスクは、ばねスナップアクションディスクの作用力に抗して固定接点から接点ブリッジを離れさせる。その結果スイッチが開き、保護する電気機器の負荷電流が遮断される。
【０００９】
電流が遮断されると、機器の温度は再び下がる。その過程で、機器と熱的に結合されたスイッチの温度も下がり、再度自動的に閉じる。
【００１０】
このスイッチは、接点ブリッジの寸法を必要に応じて変えることにより、保護する機器の負荷電流が、関連するバイメタルスナップアクションディスク又はばねスナップアクションディスクに直接流れるような他の温度依存スイッチよりもはるかに高い動作電流を伝導することができ、結果として消費電力の大きな大型電気機器の保護に用いることができる。
【００１１】
既に述べた通り、このスイッチは、機器が温度低下により保護された後、自動的にオンに切り替わる。このようなスイッチング応答は例えばヘアドライヤーなどを保護するには申し分ないが、保護対象の機器が損傷を避ける目的でスイッチオフされた後、再び自動的にオンされてはならない場合には、このような応答は概して望ましくない。例えば、駆動アセンブリとして用いられる電気モータなどがこれにあたる。
【００１２】
そこで、ＤＥ  １９８  ２７  １１３  Ｃ２では、いわゆる自己保持抵抗器を外部端子と電気的に並列に設けることが提案されている。自己保持抵抗器は、スイッチが開いているときには保護する機器と電気的に直列になり、自己保持抵抗器の抵抗値のために、機器に流れるのは危険のない残留電流のみとなる。しかしながら、この残留電流は、バイメタルスナップアクションディスクをスイッチング温度よりも高い温度に保つ程度に自己保持抵抗器を加熱するに足るものである。
【００１３】
ＤＥ  １９８  ２７  １１３  Ｃ２により知られているスイッチもまた、電流依存スイッチング機能を備えることができる。この目的のために加熱抵抗器が設けられ、この抵抗器は外部端子と常に直列になるよう接続されている。それにより、保護する電気機器の負荷電流は、常に加熱抵抗器を流れることになる。加熱抵抗器は、負荷電流が所定の強度を超えるとバイメタルスナップアクションディスクの温度が応答温度よりも確実に高くなるような寸法にしておくことができる。これにより、負荷電流が上昇しても、保護する電気機器が許容レベルを超えて加熱される前に、スイッチが開くことになる。
【００１４】
このようなスイッチは、日常の使用に関しては信頼性が証明されている。接点ブリッジを介して高い電流を伝導することが可能であるため、特に消費電力の高い電気機器を保護するために用いられる。スイッチがＡＣ電源電圧で動作し、ＡＣ電源電圧のゼロ交差において開かない場合、接点ブリッジが固定接点から離れたときに固定接点と受け接点との間にアークが形成され、スイッチにおける電圧降下がアーク電圧までとなる。印加されたＡＣ電源電圧の極性が変わるまで、すなわち次のゼロ交差に達するまで、電圧降下はこのレベルにとどまる。よって、アークが消去され、スイッチは確実に開く。
【００１５】
このようなスイッチング電力の高いスイッチの従来の用途では、強度の高い負荷電流は遮断する必要がある。これは、強いアークにより接点が腐食し、長期的にはスイッチング領域の形状が変化し、しばしばスイッチング応答性が損なわれることを意味している。
【００１６】
スイッチ内部でフラッシュオーバが制御されない場合、アークによりバイメタルスナップアクションディスクが損傷することもある。またアークが生じた結果、スイッチング領域の固定接点と受け接点とが、いわゆるくっついた状態となり、接点ブリッジが固定接点から離れなくなったり、十分な速さで離れなくなったりする。
【００１７】
これらの問題は、スイッチングサイクル数が増えるにつれて増加し、その結果、時間の経過とともにスイッチング応答性が損なわれる。このような背景から、このようなスイッチの寿命すなわち許容されるスイッチングサイクル数が限定されることになり、寿命もまたスイッチング電力、すなわち切り替えられる電流の電流強度に依存すると言える。
【００１８】
出願人による一般的なタイプのスイッチの場合、例えばＡＣ電源電圧が２５０ボルトであれば、負荷電流１０アンペアにおける典型的な寿命は１００００スイッチングサイクルであり、負荷電流２５アンペアにおける寿命は２０００スイッチングサイクルである。
【００１９】
これに対して、既知のスイッチをＤＣ電源電圧で動作させた場合、ＤＣ電源電圧は、ＡＣ電源電圧においてアーク消去をもたらすゼロ交差を有さないため、形成されるアークは概して消去されない。
【００２０】
開いたスイッチにおけるＤＣ電源電圧の降下が著しく、その電源電圧が、とりわけスイッチの構成によって決まる最小アーク降下電圧の範囲にある場合、アーク消去は起こらない。
【００２１】
ＤＣ電圧回路に用いる温度依存スイッチにおいて、アークの発生を確実に防止しなければならない。
【００２２】
このような既知のスイッチをＤＣ電圧回路に用いる場合、開いたスイッチにおける電圧降下は、構成によって決まるアーク降下電圧よりも低いということに注意しなければならない。そのため、用途によっては、スイッチの開放状態において接点ブリッジと固定接点との間隔が広く確保され、そのため寸法が大きくなるような温度依存スイッチを用いることが必要となる。
【００２３】
さらに、迅速な切り換え動作、すなわち、接点ブリッジを閉じた位置から、固定接点までの距離が最大となる開いた位置に迅速に動かすことが必要となる。それによって、最小アーク降下電圧も大きくなり得る。しかしながら、この迅速な切り換えは、それに応じて設計されたばね及び／又はバイメタルスナップアクションディスクを必要とし、コストも大きくなり、寸法がより大きくなる。
【００２４】
しかしながら、寸法が大きくなると、スイッチの構成が複雑になり、コストが増大し、また不都合に広い取り付けスペースが必要となるため、望ましくない場合が多い。
【００２５】
一方、所望されるような寸法の小さい既知の温度依存スイッチの場合、最大許容ＤＣスイッチング電圧（これは、構成によって決まる最小アーク降下電圧に依存する）が低い。
【００２６】
中継器及び接触器との接続に関して、アークは交流電磁場の影響を受け、ＡＣ回路の容量性部品及び誘導性部品によって消去できることが知られている。さらに、アークを素早く消去できるように、接触器で発生するアークをいわゆる永久磁石を用いた吹き消しによって導くことが知られている。
【００２７】
さらに、ＤＥ  ３１  ３２  ３３８  Ａ１には、２つの固定接点と、固定接点に接続された半導体バルブの電流端子によって直線状に動作可能な接点ブリッジとを備えた接触器にトライアックなど制御可能なＡＣ電圧用の半導体バルブを並列に接続することが開示されている。トライアックの制御入力は、直列抵抗器及び接触器内部に引き込まれたフレキシブルな線を介して接点ブリッジの端子と接続されている。この端子は、固定接点と接触する２つの接点の間に位置している。
【００２８】
接触器が閉じているとき、２つの接触点間の電圧降下を非常に小さくして、制御端子と２つの電流端子の一方にあたる基準端子との間でトライアックの有効制御電流が生じないようにする必要がある。このときトライアックは開き、電流は遮断されたままとなる。
【００２９】
外部駆動の結果接触器が開くと２つのアークが発生するが、そのアーク電圧は、トライアックをトリガすることのできる直列抵抗器に制御電流が流れるまでの間、十分な時間にわたって接点ブリッジが基準端子に対して十分な電位差を有することになるような高い電圧でなくてはならない。一旦トライアックがトリガされ、開くと、トライアックは接触器に流れる負荷電流を取り込み、アークは消去される。
【００３０】
接点ブリッジの急速な電磁駆動により、ＡＣ電源電圧のゼロ交差において一旦負荷電流が遮断されると、トライアックの再トリガが起きないほど迅速に、接点ブリッジは固定接点から十分に離れる。
【００３１】
したがって、この方法には３つの不可欠な条件が存在する。接点間における電圧降下は、スイッチが閉じているときは大き過ぎてはならず、またスイッチが開いている一定時間の間は小さ過ぎてはならない。また、トライアックを再トリガしない程度に、電流の遮断速度は速くなくてはならない。さらに、フレキシブルな線を接触器内部に引き込む必要があることは、少なくとも設計上の問題となる。
【００３２】
ＤＥ  ２２  ５３９  ７５  Ａには、ＡＣ電圧回路において温度依存スイッチが開くとき又は閉じるときに形成されるアークを、スイッチと並列に接続したトライアックにより消去する回路が開示されている。この回路で用いられる温度依存スイッチは、中央に端子を有するチェンジオーバースイッチであり、温度により、保護する機器の負荷回路に配置された主接点又はトライアックの制御入力に接続されている補助接点に接続されている。補助接点が閉じると、残留電流が常に流れるようになり、その結果電力を損失する。
【００３３】
ＪＰ  Ｈ０１  ３０３  ０１８  Ａ、ＧＢ  ２  ４５８  ６５０  Ａ、及びＤＥ  ２０  ３２６  ３３  Ａには、機器の動作電流を伝導するトライアックが、ＡＣ電圧回路の温度依存スイッチを介してトリガ又はオフされる回路が開示されている。
【００３４】
出願人によるＤＥ  ２０  ２０１３  １００  ５０９  Ｕ１には、驚くべきことに上述のＤＥ  ３１  ３２  ３３８  Ａ１に記載されているＡＣ電源電圧に関するアーク消去の原理が、既存の温度依存スイッチにも使用可能であることが開示されている。すなわち、半導体バルブの制御入力が好ましくは下部を介してスイッチのスイッチング機構に接続され、スイッチング機構を介して電流伝達素子の受け接点に接続されていると、ＤＥ  ２６  ４４  ４１１  Ｃ２により知られているスイッチの場合、ばねスナップアクションディスク及び／又はバイメタルスナップアクションディスクを介して接点ブリッジに電気的に接続され、接点ブリッジを介して受け接点に電気的に接続されることになる。この場合、接点ブリッジ自体が導電性であるため、制御入力は接点ブリッジに設けられた２つの受け接点に接続され、２つの受け接点と同じ電位となる。
【００３５】
しかしながら、接点ブリッジ自体が導電性である必要はない。接点ブリッジに設けられた受け接点が互いに電気的に接続され、かつスイッチング機構と電気的に接続されていればよい。その結果、スイッチング機構は受け接点と同じ電位を有することになる。
【００３６】
温度依存スイッチが閉じているとき、この電位は、半導体バルブの基準電流端子のＡＣ電源電圧の電位に相当する。その結果、半導体バルブのための制御電流は生じない。温度依存スイッチが開くと、接点ブリッジが固定接点から離れたときにアークが形成され始め、アーク電圧はすぐさま１０ボルトに達する。その結果、半導体バルブを制御するための十分に高く十分長く持続する電流が生じ、半導体バルブはトリガされて開く。
【００３７】
半導体バルブは、トリガされるとただちに負荷電流を取り込み、温度依存スイッチの電流は遮断される。結果としてアークは消去される。ＡＣ動作電圧がゼロ交差に達すると、半導体バルブは再び閉じる。この間、接点ブリッジは固定接点から十分に離れているため、フラッシュオーバやアークの再形成が起こることはない。
【００３８】
このように、ＤＥ  ２０  ２０１３  １００  ５０９  Ｕ１における思想は、アークの形成をなお容認し、ＡＣ電源電圧が、いずれにせよアークが消去されることになる次のゼロ交差に達する前に、ＡＣ切り換え動作によってアークを消去することにある。これによって、温度依存スイッチの寿命及び／又はスイッチング電力が増加する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３９】
このような従来技術を根幹とし、本発明は、冒頭で述べた過熱保護回路において、温度依存スイッチの最大許容ＤＣスイッチング電圧を、安価かつ設計の簡単な方法で増加することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００４０】
本発明において、上記目的は、冒頭で述べた過熱保護回路を用いて達成される。この過熱保護回路は、温度依存スイッチで生じるアークを消去するために、ＤＣ電圧用の電子半導体スイッチを少なくとも１つ備える。この温度依存スイッチは、好ましくは２つの電流端子と１つの制御入力とを備え、２つの電流端子はそれぞれ接続端子の一方に接続されており、少なくとも温度依存スイッチが閉じているとき制御入力は、スイッチング機構を介して電流伝達素子の相手側接点と電気的に、好ましくは直列抵抗器を介して接続されている。
【００４１】
本願の発明者らは、電子半導体スイッチへの外部配線によって、既存の温度依存スイッチにおいて構成の変更を必要とすることなく、最大許容ＤＣスイッチング電圧を増加できることを見出した。
【００４２】
本発明による、従来技術の教示には反する発明思想は、ＤＣ電圧回路に挿入された温度依存スイッチにおける、増加したＤＣスイッチング電圧によるアークの形成は許容しつつ、形成されたアークを電子半導体スイッチによって消去することにある。
【００４３】
この場合、可動ケーブルをスイッチ内部の電流伝達素子まで引き込む必要がない上に、予期せぬようなかたちで、温度依存スイッチング機構が半導体スイッチの制御入力と電流伝達素子上の受け接点との間に電気的接続を確立することができることは設計上の利点と言える。
【００４４】
本発明によって電子半導体スイッチを用いると、驚くべきことに、高いＤＣスイッチング電圧により形成されるアークが素早く消去されるため、スイッチの内部に損傷を生じず、スイッチの寿命が短くなることはない。
【００４５】
スイッチが開く間、最初に、このように高いＤＣ電圧が降下することで、スイッチにおいて、接点ブリッジと固定接点との間にアークが形成される。このようなアークは半導体スイッチを接続して導通させるため、温度依存スイッチは短絡し、電流が遮断される。これにより、アークは消去される。
【００４６】
このように、本発明によれば、アーク降下電圧を大きく上回るＤＣ電圧を、既存のスイッチを用いて安全にスイッチオフすることができる。
【００４７】
このように、冒頭で述べたタイプの既存の温度依存スイッチは、何ら設計を変更することなく、アーク消去半導体スイッチのない過熱保護回路の場合に比べてより高いスイッチング電力で用いることができる。
【００４８】
ある構成において、これら既存のスイッチは、バイメタル部品から作製可能なばねスナップアクションディスクを有する。このばねスナップアクションディスクは電流伝達素子を支持し、機械的かつ電気的に下部と常に接続されている。この場合、導電性の電流伝達素子は、半導体スイッチの制御入力と常に接続されている。
【００４９】
しかしながら、バイメタルばねスナップアクションディスクを用いた設計では、少なくともスイッチが完全に開いた後、ばねスナップアクションディスクが凸状から凹状に変化するため、下部との電気的な接続を失うことも知られている。スイッチが開き始めると、ばねスナップアクションディスクは下部に接したリムでさらに内向きに力を加えるものの、バイメタルスナップアクションディスクはすでにばねスナップアクションディスクの力に抗して固定接点から電流伝達素子を離し始めている。この過程で、ばねスナップアクションディスクは押されて徐々に平らになり、アークが形成される。
【００５０】
バイメタルスナップアクションディスクに押されて十分に平らになると、ばねスナップアクションディスクはスナップオーバーする。しかしながら、この時点まで、ばねスナップアクションディスクは下部と電気的に接続されており、制御電流は制御入力に流れる。驚くべきことに、このスナップオーバーまでの時間は、半導体スイッチをスイッチングして導通させ、アークを消去するのに十分な時間である。
【００５１】
したがって、温度依存スイッチのＤＣ電圧回路で生じるアークを消去する半導体スイッチを本発明によって用いる場合、制御入力がスイッチング機構と常に電気的に接続されている必要はない。ただし、スイッチが閉じてその後半導体スイッチが閉じ、アークを消去するまでこの接続が存続することが重要である。
【００５２】
本願の発明者らは、ある種の既存の温度依存スイッチが電流伝達素子上の受け接点と下部との間の電気的接続を確立し、スイッチが開く動作の開始時に少なくともアーク形成により半導体スイッチを閉じるのに十分な時間の間、その接続が維持されることを初めて突き止めた。
【００５３】
これには、半導体スイッチが給電ラインによって適切な位置で温度依存スイッチと並列に接続されているだけでよい。これに加えて必要となるのは、制御入力からスイッチング機構への制御ラインのみである。この場合、半導体スイッチは、必要なスペースさえあればどこにでも取り付け可能である。また、取り付けスペースは、半導体スイッチがコイル巻線内に配置されないよう選択してよいが、半導体スイッチの機能が損なわれない比較的低温の場所が有利である。
【００５４】
したがって、半導体スイッチを機器に直接配置する必要はない。よって、温度依存スイッチが機器に取り付けられ、かつ機器が含浸されている場合（これは、特に電気モータ及びコイル線の場合に有利である）に限って、半導体スイッチを、例えばプラグなどによって機器に取り付けることもできる。
【００５５】
この方法において、例えば半導体スイッチをいつでも後付け及び／又は交換できることは有利である。
【００５６】
したがって、本発明はまた、新規な過熱保護回路を備えた電気機器に関し、この過熱保護回路においては、前記半導体スイッチが、好ましくはプラグによって、温度依存スイッチに着脱可能に接続されていることが好ましい。
【００５７】
本発明はまた、設計が簡単であり、そのため安価な温度依存スイッチを、半導体スイッチの追加なしでは適合しないようなスイッチング電力に用いることを、初めて可能にした。
【００５８】
これにより、温度依存スイッチを高いＤＣスイッチング電圧に信頼性をもって用いることが初めて可能となった。このスイッチは、電流伝達素子として接点板ではなくばね部を備え、このばね部は２つの受け接点を支持又は具現化する。ばね部はバイメタル部品、特にバイメタルスナップアクションディスクであってもよい。バイメタルスナップアクションディスクは、温度依存スイッチング機能を提供するだけでなく、スイッチが閉じると導通する。
【００５９】
本発明によれば、温度依存スイッチが開くとともに２つの受け接点で形成されるアークは半導体スイッチによって非常に素早く消去されるため、スイッチが開く際のバイメタルディスクの損傷は皆無又はごくわずかである。そのため、非常に簡単な構成のこれら温度依存スイッチの寿命、及び、何よりも、許容されるスイッチング電力が、半導体スイッチなしの使用と比べて顕著に増加する。
【００６０】
このように、発明者らは、従来技術のたどった道、すなわち最小アーク降下電圧を高めることに関して、既知のスイッチの設計をさらに最適化するという方法ではなく、一見したところ従来とは異なる、成功が約束されていない道、すなわち半導体スイッチを追加して使用するという方法を、コストの増加にもかかわらず選択した。
【００６１】
しかしながら、発明者らの知見によると、既存のスイッチが予想に反して高いスイッチング電力においても使用可能になっただけでなく、既存の温度依存スイッチの寿命が延びたという事実は、増加したコストを吸収して余りあるものである。
【００６２】
発明者らは、ＤＣ電圧回路においてバイメタルスイッチング機構を有する温度依存スイッチでの電子アーク消去効果を発揮する回路を提供した。
【００６３】
本発明の基礎をなす目的は、このようにして完全に達成される。
【００６４】
本発明において「ＤＣ電圧用の電子半導体スイッチ」は、半導体部品を意味するものと理解されたい。制御電圧が印加されると、この半導体部品は、制御入力における制御信号なしに、電流端子に印加されるＤＣ電圧を遮断し、オンに切り替わる、すなわち導通する。
【００６５】
本発明による過熱保護回路は、過熱から保護する電気機器のＤＣ電源回路に接続される。この保護回路では、前記半導体スイッチと少なくとも１つの温度依存スイッチとが２つの接続端子間で相互に接続されている。
【００６６】
一実施形態では、２つの半導体スイッチが備えられ、少なくとも温度依存スイッチが閉じているとき、半導体スイッチの制御入力はスイッチを介して受け接点と電気的に、好ましくは直列抵抗器を介して接続されている。各半導体スイッチは、第１の電流端子及び第２の電流端子を備え、一方の半導体スイッチの第１の電流端子はもう一方の半導体スイッチの第１の電流端子に接続され、一方の半導体スイッチの第２の電流端子及びもう一方の半導体スイッチの第２の電流端子は接続端子のうち１つと接続されている。
【００６７】
よって、半導体スイッチは直列に接続されておらず、一方の半導体スイッチがＤＣ電源電圧の１つの極性でアーク消去効果を発揮し、もう一方の半導体スイッチがＤＣ電源電圧の逆の極性でアーク消去効果を発揮する。
【００６８】
このように、ＤＣ電源電圧がスイッチオフされるとき、形成されたアークがＤＣ電源電圧の極性に関係なく確実に消去されるよう、加熱保護回路は単極となるよう設計されている。
【００６９】
本発明によって用いられる半導体スイッチの一実施形態はトランジスタであり、特に、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、及び金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳ‐ＦＥＴ）、特にそれらのセルフロッキングタイプからなる群から選択されるトランジスタである。
【００７０】
この場合、温度依存スイッチング機構がばね部を備え、ばね部は電流伝達素子を支持し、これと電気的に導通するよう接続され、かつ少なくとも温度依存スイッチが閉じているとき制御入力と電気的に接続されることが好ましい。
【００７１】
このスイッチはハウジングを有し、ハウジングはスイッチング機構を収納し、下部及び上部を備え、上部の内側に固定接点が配置されていることが好ましい。
【００７２】
ばね部は、細長いバイメタルアーム又はばねアームであってもよい。このアームはその自由端において電流伝達素子を支持し、他端がハウジングに固定されて制御入力のための端子を形成する。ばね部がばねアームである場合、バイメタル部がばね部に関連づけられている。このバイメタル部は、ばねアームの自由端を温度により固定接点から離し、スイッチを開く。これらの実施形態では、制御入力は温度依存スイッチング機構に常に接続されている。
【００７３】
しかしながら、ばね部は好ましくはバイメタルスナップアクションディスクである。バイメタルスナップアクションディスクは、その中心部で電流伝達素子を支持し、少なくとも温度依存スイッチが閉じているときは下部に支持されている。
【００７４】
あるいは、ばね部は、少なくとも温度依存スイッチが閉じているときは下部で支持されるばねスナップアクションディスクであって、ここにバイメタルスナップアクションディスクが設けられ、バイメタルスナップアクションディスクのスイッチング温度より高い温度になると固定接点から電流伝達素子を離れさせる。
【００７５】
これらの手段は、既存のスイッチを温度依存スイッチとして使用できるため、設計上有利である。
【００７６】
接触圧力を生じて温度によりスイッチを確実に開けるバイメタルスナップアクションディスクのみを設ければ十分であるが、ばねスナップアクションディスクによって、温度が低い状態の位置にあるバイメタルスナップアクションディスクが機械的負荷から解放されるようにしてもよい。このばねスナップアクションディスクは、バイメタルスナップアクションディスクとともに、あるいはそれ自体で、接触圧力を発揮し、スイッチング応答性の長期的安定性に大きく寄与する。
【００７７】
出願人による初期耐久テストによれば、半導体スイッチをスイッチングするのに必要な低い電流は、ばねスナップアクションディスク及びバイメタルスナップアクションディスクのいずれによっても伝導することができる。
【００７８】
下部を作製する材料は、導電材料であっても絶縁材料であってもよい。絶縁材料から作製される場合、下部はその底部に電極を有し、その電極がバイメタルスナップアクションディスク及び／又はばねスナップアクションディスクを支持し、電極は下部から出て制御入力に接続されている。
【００７９】
一方、下部自体が導電性である場合、制御入力は下部の外側に接続されていればよい。これは設計上有利である。
【００８０】
ばね部が常に下部と電気的に接続されている場合、スイッチが開く動作中に生じるアークを、設計が簡単かつ安価な方法で確実に制御入力への制御電流とすることができる。
【００８１】
自己保持抵抗器が受け接点間に接続されていることは、さらに好ましい。加熱抵抗器が固定接点の１つと関連する接続端子との間に接続されていることが好ましい。
【００８２】
自己保持スイッチ及び／又は所定の電流依存を有するスイッチを使用できることは、有利である。本願の発明者らの試験によれば、予想に反し、自己保持抵抗器及び／又は加熱抵抗器が本発明による半導体スイッチの使用を損なわないことが確認された。
【００８３】
電流伝達素子が導電性の接点板であり、この接点板上に２つの受け接点が配置され、これら２つの受け接点が接点板を介して互いに電気的に接続され、接点板がスイッチング機構と電気的に導通するよう接続されていることがさらに好ましい。
【００８４】
この手段も同様に、設計上有利である。接点板はその上側に受け接点を有してもよく、受け接点は接点板上部の２つのコーティングされた接点領域により形成してもよい。接点板の上側自体が受け接点を形成してもよく、またＤＥ  １０  ２０１１  ０１６  １４２  Ａ１に記載されているように、接点領域として連続的に形成されていてもよい。
【００８５】
接点板は、円形の接点ディスクであってもよく、細長い接点ブリッジの形態であってもよい。
【００８６】
すでに述べたように、電流伝達素子はばね部を兼ねていてもよく、このばね部は特にバイメタルスナップアクションスプリングであって、ばね部により互いに電気的に導通している受け接点が配置あるいは具現化されていてもよい。
【００８７】
したがって、ばね部は半導体スイッチの制御入力と常に接続されていることが好ましい。この接続は、温度依存スイッチの下部が導電性であることによって、あるいは中央でバイメタルスナップアクションスプリングを支持し、温度依存スイッチのハウジングから突出して制御入力と接続されているさらなる支持電極によって達成できる。
【００８８】
双極常閉接点の形態をした２つの固定接点を有する温度依存スイッチの代わりに、それぞれ２つの外部端子を有する２つの単極温度依存スイッチを過熱保護回路に用いることもできる。これらのスイッチは、それぞれ１つの外部端子を介して電気的に直列に接続されており、各スイッチのもう１つの外部端子が過熱保護回路の接続端子の役割を果たす。この配置は、ツイン配置とも呼ばれる。このツイン回路では、単極常閉接点を有する従来のあらゆる温度依存スイッチを使用できる。
【００８９】
本発明によれば、電子アークを確実に消去するため、半導体スイッチの電流端子は２つの接続端子に接続され、制御入力は外部端子に接続され、外部端子は互いに接続されている。
【００９０】
２つの温度依存スイッチが開くと、形成されたアークのアーク電圧が半導体スイッチを閉じ、その結果アークが消去される。
【００９１】
このような背景下、本願はまた、保護する機器のための２つの電気接続端子を備えた過熱保護回路に関し、この過熱保護回路は、温度により２つの外部端子間の電気的接続を確立したり開いたりする温度依存スイッチング機構をそれぞれ有する２つの温度依存スイッチを備え、それぞれの場合において一方のスイッチの１つの外部端子が接続端子の１つに接続されているか、あるいは接続端子としての役割を果たし、もう一方の外部端子が互いに接続されており、２つの電流端子と制御入力とを備える電子半導体スイッチが設けられ、２つの電流端子はそれぞれ、接続端子の一方に接続され、制御入力は外部端子と電気的に接続され、外部端子は互いに接続されている。
【００９２】
このように、本願は、保護対象である機器を接続するための２つの電気接続端子を備え、かつ温度依存スイッチが開く際に生じるアークを電気的に消去するため少なくとも１つの温度依存スイッチを備えた過熱保護回路における電子半導体スイッチの使用に基づく。
【００９３】
本発明の利点は、使用する温度依存スイッチの高いスイッチング電力及び長い寿命に加え、半導体スイッチが、アークが生じた際に負荷電流を短時間導通するのみであり、半導体スイッチの過熱が起きないことである。そのため半導体スイッチを冷却する必要はない。
【００９４】
「正常」な連続運転では、負荷電流は温度依存スイッチを通るが、温度依存スイッチを冷却する必要もない。
【００９５】
本発明は、概して、電気機器を過熱から保護するための過熱保護回路を提供し、この過熱保護回路は保護する電気機器のための２つの接続端子と少なくとも１つの温度依存スイッチと１つの電子半導体スイッチとを備える。
【００９６】
さらなる利点について、添付の図面を参照しつつ説明する。
【００９７】
言うまでもないが、上述の、あるいは以下で説明する特徴は、個々に言及した組み合わせだけでなく、他の組み合わせにおいても、あるいはそれら自体でも、本発明の特許請求の範囲を逸脱することなく適用可能である。
【００９８】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】図２に示すスイッチを用いた、新規な過熱保護回路の第１の実施形態の概略を示す。
【図２】図１に示す新規な過熱保護回路において用いることができる温度依存スイッチの第１の実施形態の縦方向断面の概略（原寸比とは異なる）を示す。
【図３】図４に示す単極温度依存スイッチを２つ用いた、図１に示す過熱保護回路の第２の実施形態を示す。
【図４】図３に示す過熱保護回路に用いられる単極温度依存スイッチを示す。
【図５】図１又は図３に示す半導体スイッチの配線の一実施形態を示す。
【図６】図１又は図３に示す加熱保護回路における２つの半導体スイッチの配線の一実施形態を示す。
【図７】図１に示す新規な過熱保護回路において用いることができる温度依存スイッチの第２の実施形態の縦方向断面の概略（原寸比とは異なる）を示す。
【発明を実施するための形態】
【０１００】
図２において、１０は、ハウジング１２に収納された温度依存スイッチング機構１１を備えた温度依存スイッチを示す。
【０１０１】
ハウジング１２は、導電材料から成る下部１４と、絶縁材料から成る上部１５とを備える。上部１５は下部１４を封止し、下部１４上に下部１４のフランジリム１６により保持されている。下部１４と上部１５との間には、リング１７が配置されている。リング１７は、下部１４の肩部１８で支持され、スイッチング機構１１のばねスナップアクションディスク２１のリムを固定している。これによりばねスナップアクションディスクは、常に電気的に導通する状態で下部１４に接続されている。
【０１０２】
スイッチング機構１１は、ばねスナップアクションディスク２１に加えて、バイメタルスナップアクションディスク２２を備える。バイメタルスナップアクションディスク２２及びばねスナップアクションディスク２１の中央にはピン状のリベット２３が通り、このリベットによって、これら２つのスナップアクションディスクは、機械的かつ電気的に、導電材料で作製された接点板２４の形態をした電流伝達素子に接続されている。リベット２３は、第１肩部２５及び第２肩部２６を有し、第１肩部２５には、バイメタルスナップアクションディスク２２が半径方向及び軸方向に遊びのある状態で載置され、同様に第２肩部２６には、ばねスナップアクションディスク２１が半径方向及び軸方向に遊びのある状態で載置されている。
【０１０３】
バイメタルスナップアクションディスク２２は、下部１４の内側で周縁により支持されている。
【０１０４】
接点板２４は、上部１５の側に、面積の大きい２つの受け接点２７、２８を有する。受け接点２７、２８は、接点板２４を介して互いに電気的に接続され、上部１５の内側２９に配置された２つの固定接点３１、３２と相互作用する。固定接点３１、３２は、接点リベット３３、３４の内側頭部である。接点リベット３３、３４は、上部１５を貫通しており、外部端子３５、３６としての役割を果たす外側頭部を有している。
【０１０５】
図２に示すスイッチ位置では、ばねスナップアクションディスク２１及びバイメタルスナップアクションディスク２２は、接点板２４を固定接点３１及び３２に押しつけ、受け接点２７、２８を介して固定接点を互いに接続している。このように、スイッチ１０は閉じている。
【０１０６】
バイメタルスナップアクションディスク２２の温度が応答温度を超えて上昇すると、バイメタルスナップアクションディスク２２は図示した凸状から凹状に反転する。その過程において、バイメタルスナップアクションディスク２２のリムはリング１７の領域で支持されており、ばねスナップアクションディスク２１の力に抗して接点板２４を固定接点３１、３２から引き離す。このようにして、スイッチ１０は開く。
【０１０７】
このようなスイッチは、ＤＥ  ２６  ４４  ４１１  Ｃ２及びＤＥ  １９８  ２７  １１３  Ｃ２により知られている。温度が下がると、ＤＥ  ２６  ４４  ４１１  Ｃ２のスイッチは、再度反転して図２に示す閉じた状態に戻る。
【０１０８】
この所望しない動作を防止するため、略図に示す自己保持抵抗器３７が上部１５の内側に設けられている。この自己保持抵抗器は、２つの固定接点３１、３２の間に電気的に直列に接続されており、スイッチ１０が開くと、残留電流を伝導し、バイメタルスナップアクションディスク２２を復帰温度よりも高い温度に保つ程度にスイッチを加熱する。
【０１０９】
図示した実施形態の接点板２４は、円形のばねスナップアクションディスク２１及び円形のバイメタルスナップアクションディスク２２を備える温度依存スイッチング機構１１によって動かされるが、ばねスナップアクションディスクを省いてバイメタルスナップアクションディスク２２のみを用いて接点板２４を動かすこともできる。また、円形の接点板２４に代えて、細長い接点ブリッジを用いることもできる。
【０１１０】
図示した実施形態において、接点板２４は、その中央部がバイメタルスナップアクションディスク２２及びばねスナップアクションディスク２１により支持されているが、一端を固定し、固定されていない他端で接点ブリッジを支持する細長いバイメタルスプリングを用いることもできる。このような細長いバイメタルスプリングは、例えば、ＤＥ  １０  ２００４  ０３６  １１７  Ａ１により知られている。
【０１１１】
図１では、２つの接続端子３９、４０の間において、図２の温度依存スイッチ１０が電子半導体スイッチ４１と相互に接続され、破線で囲んだ過熱保護回路４２を形成している。この過熱保護回路は、接続端子３９、４０を介して、ＤＣ電源４５及び保護する電気機器４６を含む直列回路に接続されている。
【０１１２】
図１では、スイッチ１０は概略的にのみ示している。その設計上の特徴には、図２と同じ参照符号を付している。２本の接続ライン４３、４４は、スイッチ１０の２つの外部端子３５、３６に接続され、外部端子３５、３６は固定接点３１、３２に接続されている。固定接点３１、３２は、図２に示すスイッチ位置ではスイッチング機構１１に支持された接点板２４を介して短絡している。外部端子３５、３６はそれぞれ、過熱保護回路４２の接続端子３９及び４０に接続されている。
【０１１３】
接点板２４は、スイッチング機構１１（この場合はばねスナップアクションディスク２１）を介して下部１４と電気的に接続されている。下部１４は、図１では端子として丸印で表されている。半導体スイッチ４１は、２つの電流端子４７、４８を有し、これらの電流端子はそれぞれ接続ライン４３、４４に接続されている。また、半導体スイッチ４１は、制御入力４９を有し、制御入力４９は制御ライン５０を介して下部１４に接続されている。
【０１１４】
接続ライン４３、４４及び制御ライン５０の波形部分５１は、半導体スイッチ４１を任意適切な位置で接続ライン４３、４４に接続できることを示している。波形部分５１はプラグとして具現化でき、これによって半導体スイッチ４１を電気機器４６に接続し、後に随時交換できるようにすることができる。
【０１１５】
ＤＣ電源４５及び電気機器４６とスイッチ１０との既存又は恒久的配線を用いることにより、半導体スイッチ４１を接続ライン４３、４４又は外部ライン５３、５４に所望通りに接続できる。この目的のためにこれらのラインを新たに設ける必要はなく、電流端子４７、４８との接続のために適切な位置で絶縁材を剥ぎ取りさえすればよい。制御ライン５０のみ、スイッチ１０まで配線し、下部１４の外部に接続する必要がある。その結果、スイッチング機構１１との接続、及びスイッチング機構を介した接点板２４との接続が確立される。
【０１１６】
このように、既存のスイッチ１０を半導体スイッチ４１に接続することができ、この半導体スイッチ４１は、冒頭で簡単に述べたように、スイッチ１０が開く際に受け接点２７、２８と固定接点３１、３２との間に形成されるアークを素早く消去する。これらのアークは、図１では略図的に参照符号５５で示している。図１には、接点板２４がまさに固定接点３１、３２から離れようとする状態にあるスイッチ１０を示している。
【０１１７】
温度依存スイッチ１０が開く際、図１に示すように、接点板２４が固定接点３１、３２から離れる時点でアーク５５が発生し始め、アーク電圧が急速に高まる。その結果、半導体スイッチ４１にとって十分に高く、かつ長く持続する制御電流が生じる。この電流は接点板２４、ばねスナップアクションディスク２１、及び下部１４を通じて制御ライン５０へ、そして制御入力４９へ流れる。わずか数マイクロ秒で半導体スイッチの残留容量が放電されることにより、制御電流はマイクロアンペア域である残留電流まで低下し、半導体スイッチ４１は閉じる。
【０１１８】
半導体スイッチ４１は、閉じるとただちに負荷電流を取り込み、温度依存スイッチ１０の電流は遮断される。その結果、アーク５５は消去され、半導体スイッチ４１は再び開く。
【０１１９】
ここで自己保持抵抗器３７は残留電流を取り込む。この残留電流により、機器４６の温度が下がった後も、スイッチ１０は開いた状態に保たれる。
【０１２０】
図１にはまた、加熱抵抗器５６を示している。加熱抵抗器５６は固定接点３１と外部端子３５、すなわち過熱保護回路４２の接続端子の１つとの間に直列に接続されている。
【０１２１】
自己保持抵抗器３７も加熱抵抗器５６も、本発明において用いられるスイッチ１０と半導体スイッチ４１との相互作用を損なうことはない。
【０１２２】
図２に示すスイッチ１０の場合、下部１４は導電性であるが、絶縁材料から作製することもできる。スイッチング機構１１を制御入力４９に接続するには、スイッチング機構１１との接続を確立するためのさらなる電極が必要となる。このさらなる電極は、図１に示す設計の場合、肩部１８の側面から突き出た突起であってもよい。
【０１２３】
接点板２４がバイメタルスプリングの自由端に配置されている場合、これはバイメタルスプリングの他端、すなわち固定されている端部と接続された電極であってもよい。
【０１２４】
２つの外部端子３５及び３６はまた、それぞれ接続端子３９及び４０を兼ねていてもよい。外部ライン５３、５４は、それぞれ接続ライン４３及び４４であってもよい。この目的のために、接続ライン４３及び４４は機器４６及びＤＣ電源４５に接続されている。
【０１２５】
２対の同時に開く接点２７／３１及び２８／３２を有するスイッチ１０に代えて、例えば、ＤＥ  ２１  ２１  ８０２  Ａ及び出願人が所有するその他の知的所有権に記載されているように、２つの単極温度依存スイッチを用いることもできる。
【０１２６】
図３には、２つの接続端子５９、６０間に接続された過熱保護回路６１を示している。過熱保護回路６１には、Ｎチャネル型バイポーラトランジスタ６２の形態をした半導体スイッチが、２本の接続ライン６５、６６及び制御ライン６７を介して２つの単極温度依存スイッチ６３、６４に接続されている。スイッチ６３及び６４は、いわゆるツインとして相互に接続されている。
【０１２７】
トランジスタ６２は、制御入力として機能するベース６８と、電流端子として機能するコレクタ６９及びエミッタ７０とを備える。ベース６８は、直列抵抗器７１を介して制御ライン６７に接続されている。
【０１２８】
スイッチ６３、６４は、それぞれ２つの外部端子７２、７３及び７３、７４を有する。外部端子７３及び７５は、互いに接続され、制御ライン６７を介して直列抵抗器７１に、直列抵抗器７１を介してベース６８に接続されている。外部端子７２及び７４はそれぞれ、接続端子５９及び６０と、接続ライン６５及び６６とに接続されている。
【０１２９】
スイッチ６３、６４はそれぞれ、スイッチング機構７６及び７７を有する。スイッチング機構７６及び７７は、外部端子７３及び７５を介してトランジスタ６２に接続されている。接続端子５９、６０に接続された機器７８の過熱の結果、スイッチング機構７６、７７が開くと、図２に示す過熱保護回路４１の場合に匹敵する機能が得られる。外部ライン８０は、過熱保護回路６１、機器７８、及びＤＣ電源７９を直列に接続するために用いられる。
【０１３０】
本発明において用いられるトランジスタ６２の保護機能により、非常に簡単な設計の温度依存スイッチ６３、６４を、図３に示す過熱保護回路６１に用いることができる。これらのスイッチは、実際は低いスイッチング電力のみを意図して設計されたものである。上述のように、トランジスタ６２により、生じたアークが非常に素早く確実に消去されるため、これらのスイッチを比較的高いスイッチング電力に用いることが可能となり、また、その寿命も比較的長い。
【０１３１】
２つの外部端子７２及び７４は、それぞれ接続端子５９及び６０としての役割も果たす。外部ライン８０もまた接続ライン６５及び６６によって兼ねることができる。この目的のために、接続ライン６５及び６６は機器７８及びＤＣ電源７９に接続されている。
【０１３２】
図４に、一例として簡単な単極温度依存スイッチ６３を示す。このスイッチは、ベース電極８１を有する。ベース電極８１は、射出成形によりプラスチック製の支持部８２で封止されている。支持部８２にカバー電極８３が載置されて支持部８２の熱圧縮リム８４によって保持されている。
【０１３３】
カバー電極８３及びベース電極８１は、それぞれ外部端子７２及び７３を備える。
【０１３４】
この場合、温度依存スイッチング機構７６は、バイメタル材料から作製されたばね舌片８５を備え、上記のように形成されたスイッチ６３のハウジング内に配置されている。
【０１３５】
ばね舌片８５は、その自由端８７で可動接点部８６を支持している。可動接点部８６は、ベース電極８１の凸状湾曲部８８と相互に作用する。凸状湾曲部８８は固定接点部として作用し、接点部８６及び凸状湾曲部がスイッチング接点を形成する。
【０１３６】
ばね舌片８５は、その後端部８９が中間部９１を介してカバー電極８３に接続されている。
【０１３７】
スイッチ６３内の温度がばね舌片８５の応答温度を超えて上昇すると、ばね舌片の自由端８７は図４において上向きに移動する。その結果、可動接点部８６が持ち上がり、凸状湾曲部８８から離れる。このようにして生じたアークは、上述のようにトランジスタ６２により消去される。
【０１３８】
図５に、半導体スイッチ４１としてセルフロッキングタイプのＮチャネル型ＭＯＳ‐ＦＥＴ９４を示す。このＭＯＳ‐ＦＥＴ９４は、制御入力としてゲート電極９５を、電流端子としてドレイン電極９６及びソース電極９７を備える。ＭＯＳ‐ＦＥＴ９４は、図１の過熱保護回路４２へ半導体スイッチ４１として挿入してもよく、図３の過熱保護回路６１にトランジスタ６２の代わりに挿入してもよい。
【０１３９】
この場合、ゲート電極９５は、直列抵抗器９８を介して制御ライン５０及び６７に接続され、ドレイン電極９６及びソース電極９７は、接続ライン４３及び４４又は接続ライン６６及び６５にそれぞれ接続される。
【０１４０】
温度依存スイッチ１０、６３、６４が開くと、ゲート−ソース間のアーク電圧が半分に降下し、これによりＭＯＳ‐ＦＥＴ９４が通じるようスイッチングされる。ＭＯＳ‐ＦＥＴ９４は負荷電流を取り込み、アークは消去され、ＭＯＳ‐ＦＥＴ９４は再び開く。
【０１４１】
この回路では、ＤＣ電源電圧４５、７９に対してＭＯＳ‐ＦＥＴ９４の極性が合うよう留意しなければならない。機器４６、７８が容量性負荷又は誘導性負荷を有する場合、ＭＯＳ‐ＦＥＴはフリーホイールダイオードの代わりをすることもできる。
【０１４２】
直列抵抗器７１、９８の抵抗値は、トランジスタ６２、９４のスイッチング速度を制限する。
【０１４３】
図６は、図５と同様の図であるが、この回路では、過熱保護回路において両方向の電流に対してアークを消去するために、ゲート電極１０２、ドレイン電極１０３及びソース電極１０４を備えた第２のＭＯＳ‐ＦＥＴ１０１を使用している。
【０１４４】
ＭＯＳ‐ＦＥＴ９４、１０１は、ドレイン電極９６及び１０３が互いに接続され、かつソース電極１０４及び９７が接続ライン４４（６６）及び４３（６７）にそれぞれ接続されるよう、２つの接続ライン４４（６６）及び４３（６７）の間に逆直列に接続されている。ゲート電極９５及び１０２は、直列抵抗器９８及び１０５を介して、互いに接続され、かつ接続ライン５０（６７）に接続されている。
【０１４５】
ＤＣ電源電圧４５及び７９の極性が図１及び図３に示す通りである場合、極性が逆の場合も同様であるが、温度依存スイッチ１０、６３、６４が開く際に形成されるアークは、まず、２つのＭＯＳ‐ＦＥＴ９４及び１０１のうち１つがスイッチングされて通じるよう作用する。これにより、通じるようスイッチングされたＭＯＳ‐ＦＥＴ９４又は１０１と、もう一方のＭＯＳ‐ＦＥＴ１０１及び９４とを介して、電流が流れる。すなわち、後者の基板電極には、ドレイン‐ソース間の電流の流れる方向とは反対の方向に電流が流れる。これにより、再びアークは消去され、その結果、通じるようスイッチングされたＭＯＳ‐ＦＥＴ９４及び１０１は再び開く。
【０１４６】
図６の回路を使用する場合、過熱保護回路４２、６１は、結果として逆極性に対して保護されている。一方、図５の回路を使用する場合は、機器４６、７８及びＤＣ電源電圧４５、７９を有する回路において過熱保護回路４２、６１の極性が合うよう留意しなければならない。
【０１４７】
図７に、別の温度依存スイッチ１１２の、図２と同じような略断面図を示す。温度依存スイッチ１１２は図１の過熱保護回路４２に用いることができる。スイッチ１０と同様に、スイッチ１１２は、内部に２つの固定接点３１、３２を備えた上部１５を備え、固定接点３１、３２は２つの外部端子３５、３６に接続されている。
【０１４８】
温度依存スイッチング機構１１は、その上側１１４に２つの受け接点２７、２８を有するバイメタルスナップアクションディスク１１３を備える。バイメタルスナップアクションディスク１１３自体が導電性であるため、最も簡単な場合、上側１１４自体が受け接点２７、２８となっている。ばね部としてのバイメタルスナップアクションディスク１１３は、接点板２４の役割を果たし、したがって電流伝達素子の役割をも果たす。
【０１４９】
バイメタルスナップアクションディスク１１３は、中央において、導電性ボルト１１５により導電性支持電極１１７の内側端部１１６に接続されており、支持電極の外側端部１１８は図１の制御ラインに接続されている。この実施形態では、下部１４も上部１５と同様に絶縁材料で作製されている。
【０１５０】
これに対して、下部１４が導電性である場合、下部１４を制御入力４９との恒久的な電気的接続に用いることができるよう、ボルト１１６の下部を、下部１４の内部底面に直接接続することができる。
【０１５１】
バイメタルスナップアクションディスク１１３の温度が応答温度を超えて上昇すると、矢印１２０で示すように、そのリム１１９が図７において下向きに移動する。この動作の間に、受け接点２７、２８は固定接点３１、３２から離れ、アークは形成されるものの、上述したように半導体スイッチ４１によってただちに消去される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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