CN103151191A - 电气速动开关 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种新型的电气速动开关，涉及电气开关领域。本发明电气速动开关以一个新型的速动双簧片作为速动机构的核心组件，外力控制速动双簧片的动作，其动触点受速动双簧片的控制，以使动触点能够与静触点快速的断开或接通；该速动双簧片包括两个簧片，两个簧片相互按照一定的角度将两端彼此固定连接在一起，呈现镜像对称扭曲弯曲状，并且簧片中部扭曲程度最大，速动双簧片在不受外力的情况下呈现整体弯曲状；速动双簧片存在速动动作点，自身具有速动功能。

Description

电气速动开关

技术领域

本发明提供了一种新型的速动双簧片及用该速动双簧片设计的电气速动开关，涉及电气开关领域，在外力的作用下，电气速动开关的动触头受速动双簧片的控制实现开关的快速断开与闭合。

背景技术

电气速动开关是广泛使用的电路开关元件，现有的电气速动开关是依靠安装的速动弹簧或两个弯曲的速动簧片完成开关的快速断开与闭合的，速动弹簧与速动簧片自身无速动功能，必须与其它组件组合成速动机构才能具有速动功能，这样的电气速动开关结构复杂，零部件的生产和组装麻烦，用料多，所以它的生产成本一直较高。

发明内容

根据以上现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种性能优良，结构简单，生产成本很低的电气速动开关。

本发明解决其技术问题所采用的方案是：摒弃现有的速动设计思路，采用新的速动工作原理，根据新的工作原理设计出一种新型的速动双簧片，用该速动双簧片作为本发明电气速动开关的速动机构的核心组件，进而提供完整的电气速动开关。

本发明的第一个目的是根据新的工作原理提供一种新型的速动双簧片，其特征为：速动双簧片包括两个簧片，该两个簧片彼此按照一定的角度将两端彼此固定连接在一起，两个固定连接端点处无变形，此时两片相互间产生扭曲的作用力，该两个簧片在固定连接前为平直状或圆弧状，但没有扭曲，固定连接好后，在两片相互间作用力下而呈现镜像对称扭曲弯曲状，并且簧片中部扭曲程度最大，速动双簧片在不受外力的情况下呈现整体弯曲状。

本发明所述的速动双簧片存在速动动作点,其特征为：以速动双簧片的两端为参照点，当对该速动双簧片的中间部位施加向凹面方向的外力时，则速动双簧片的两个簧片同时产生对称的扭曲弯曲变形，并对外力提供阻力，当变形运动到速动动作点时，则速动双簧片会突然减小或变向输出的阻力，自动加速这样的弯曲变形运动。

本发明所述的速动双簧片是依靠外力驱动其中部或两端致使其弯曲变形工作的，基于此，速动双簧片包括单稳态型速动双簧片和双稳态型速动双簧片两种类型，其特征分别为：

单稳态型速动双簧片：构成该速动双簧片的两个簧片在固定连接前为圆弧状；当外力致使速动双簧片弯曲变形运动到速动动作点时，速动双簧片对外力的反作用力突然减小，但方向不变，从而使速动双簧片加速其弯曲变形运动，当外力消失后，速动双簧片又自动恢复到原来的弯曲状态，即该速动双簧片只有一个稳定状态，并且具有自动复位功能；

双稳态型速动双簧片：构成该速动双簧片的两个簧片在固定连接前为平直状；当外力致使速动双簧片弯曲变形运动到速动动作点时，速动双簧片对外力的反作用力突然反向，从而使速动双簧片突然加速其弯曲变形运动，速动双簧片直至达到新的弯曲状态，当外力消失后，速动双簧片仍保持这样的的弯曲状态，其相反的过程也是一样的，所以该速动双簧片有两个稳定状态，其两个稳定状态之间的转换是依靠外力的作用实现的；本发明采用复位弹簧进行自动复位。

所述的速动双簧片选用蠕变小、富于弹性的弹簧钢片制作，以满足速动双簧片工作时弹性变形的能力的需要，并且在极端情况下其承受的最大内应力不应大于其材料力学的比例极限应力，以保证其工作稳定可靠，且不至于损坏。

本发明所述的电气速动开关以所述的速动双簧片作为速动机构的核心组件。与普通的电气开关不同，其触点的断开与接通不受外力的直接控制，外力控制速动双簧片的动作，其动触点通过一根驱动连接杆受速动双簧片的控制，或者将动触点直接安装在速动双簧片的两端，以使动触点能够与静触点快速的断开或接通。

所述的速动双簧片部分卡入其被安装体的凹槽内，该凹槽为三角形槽，且采用合理的角度，以适应速动双簧片的安装和运动特点。

再者，在速动双簧片的两个簧片的中部对应分别有一个凹槽，驱动连接杆穿过该凹槽安装速动双簧片，以很好的定位速动双簧片，防止速动双簧片在工作时产生不必要的变形和位移。

本发明所述的电气速动开关的触点系统采用双断点桥式触点，动触头与静触头间的预互压力是由速动双簧片提供的，以使触点接触得更紧密，减小接触电阻，并消除开始接触时发生的振动。

本发明所述的电气速动开关的外部有一壳体，壳体包裹并支撑其内部机构。

所述的速动双簧片的弯曲变形是有限度的，其在外力作用下的位移不可过大，所以要有一定的限位措施，本发明采用静触点或壳体的相应部位进行限位，以简化开关的结构。

本发明所述的电气速动开关所具有的有益效果为：所述的速动双簧片为一个弯曲的薄片，其自身就具有速动的功能，使用灵活，结构非常简单，用料很少，并且容易制造；本发明所述的电气速动开关采用该速动双簧片后，其结构大幅度简化，从而导致其产量大幅增加，生产成本迅速降低。

附图说明

图1a所示为组成双稳态型速动双簧片的两个簧片实施例在连接前的正视图；

图1b所示为图1a中任一个簧片的侧视图；

图1c所示为图1a中的两个簧片按照角度α将一端彼此固定连接在一起的示意图；

图1d所示为由两个独立的簧片两端相互固定连接形成的速动双簧片实施例正视图；

图1e所示为图1d的左视图；

图1f所示为图1d的俯视图；

图1g所示为图1d沿A-A方向剖视速动双簧片实施例的簧片截面视图；

图1h所示为双稳态速动双簧片的两种稳定状态形状示意图；

图2a所示为依照图1c参数设计的V形簧片实施例；

图2b所示为由V形簧片制作的速动双簧片实施例的正视图；

图2c所示为图2b的左视图；

图2d所示为图2b的俯视图；

图2e所示为图2b沿B-B方向剖视速动双簧片实施例的簧片截面视图；

图3a所示为组成单稳态型速动双簧片实施例的两个簧片在连接前的正视图；

图3b所示为图3a中任一个簧片的侧视图；

图3c所示为图3a中的两个簧片按照角度α将一端彼此固定连接在一起的示意图；

图3d所示为依照图3c参数设计的弯曲V形簧片；

图4a、图4b所示为动触头安装在双稳态速动双簧片的两端的电气速动开关实施例示意图；

图5a所示为动触头安装在动触片上然后由双稳态速动双簧片控制的电气速动开关实施例示意图；

图5b所示为在图5a基础上安装有强制断开杠杆的电气速动开关实施例示意图；

图6a、图6b所示为使用单稳态速动双簧片的电气速动双簧片实施例的示意图；

图7a、图7c分别为驱动连接杆8上要卡入双稳态、单稳态速动双簧片的凹槽示意图；

图7b、图7d分别为图7a、图7c的侧面视图；

图8a所示为图5a和图5b中一个驱动片10上要卡入双稳态速动双簧片的凹槽示意图；

图8b所示为图8a的左视图；

图9a所示为图6a中壳体之7c部分要卡入单稳态速动双簧片的凹槽示意图；

图9b所示为图9a的右视图。

其中：1、速动双簧片  2a、2b、2c、2d、动触头  3a、3b、3c、3d、电极  4a、4b、4c、4d、静触头  5、限位挡板  6、复位弹簧  7、壳体  7a、7b、7c、壳体7的局部  8、驱动连接杆  9、驱动杆  10、驱动片  11、强制挡块  12、强制杠杆  13、动触片  1a、1b、速动双簧片的两个簧片  c1-c4、小挡块  a、b、速动双簧片的两端   α、α1-α5、β、γ、夹角；

在图4a、图4b、图5a、图5b、图6a和图6b中，静触头4a、4b、4c和4d分别直接安装在相应的电极3a、3b、3c和3d上，动触头2a、2b、2c和2d安装在速动双簧片1或动触片13的两端上下。

具体实施方式

本发明电气速动开关是受鸭嘴式发夹的启发设计的，下面结合附图对本发明的实施例作进一步说明。

本发明电气速动开关采用的速动双簧片自身就具有速动的功能，可由速动双簧片直接控制动触点快速运动，实现电气速动开关的快速断开与闭合，它呈弯曲的圆弧状，包括两个相同的簧片1a和1b，该两个簧片彼此按照一定的角度α将一端彼此固定连接在一起，见图1c和图3c所示，然后将另一端以相同的方式连接在一起，两端点a、b处无变形，则两个簧片产生相互作用力，该力表现为两片间的斥力，由于这种相互影响使两簧片发生扭曲变形，且两簧片中部扭曲程度最大，其横截面翻转一个不大的角度，见图1g所示，所以两簧片必然变成呈镜像对称扭曲弯曲状，且两簧片在中部共同组成一个近似球面的形状，形成图1d至图1g所示的速动双簧片。

为简化速动双簧片的加工工艺，可将整块弹簧钢片裁切成图2a和图3d所示的V形簧片，然后V形簧片的开口两端以相同的角度α固定连接在一起，则V形簧片的两个簧片1a和1b同样会相互影响发生扭曲变形，与图1d至图1g所示的速动双簧片的形成机制相同，最终形成图2b至图2e所示的速动双簧片。

双稳态速动双簧片的两个簧片1a和1b在连接前是平直的，见图1a和图1b所示的簧片实施例示意图；单稳态速动双簧片的两个簧片1a和1b在连接前是弯曲的，见图3a和图3b所示的簧片实施例示意图。

速动双簧片是利用其两个簧片1a和1b的相互作用力产生速动动作点的，在速动动作点处，图1g和图2e所示的两个簧片1a和1b的横截面呈左右两边直线平直状，两个簧片1a和1b相互间的斥力只有一个分量即横向力分量Fx，且在一条直线上，此时速动双簧片处于不稳定的平衡状态，稍微偏离此状态，即两个簧片1a和1b的横截面开始翻转，则两个簧片1a和1b的横截面就不在一条直线上，两个簧片1a和1b相互间的斥力就会产生两个分量即横向力分量Fx和纵向力分量Fy，横向力分量Fx会改变两个簧片1a和1b间缝隙的大小，纵向力分量Fy会加速两个簧片1a和1b的横截面的翻转，从而使两个簧片1a和1b迅速扭曲弯曲变形，所以速动双簧片就会自动迅速弯曲变形。

图1h是双稳态速动双簧片的两种稳定状态示意图，这两种稳定状态之间的相互转换需借助外力才能实现，即无自复位能力，所以应用它的电气速动开关需安装复位弹簧；单稳态速动双簧片只有一种稳定的弯曲状态，具有自复位能力，所以应用它的电气速动开关无需安装复位弹簧，尽管如此，但由于其速动特性不同于双稳态速动双簧片，所以在应用时不可直接代替双稳态速动双簧片。

速动双簧片在工作时，图1g和图2e所示的两个簧片1a和1b的横截面在该平面内分别绕两个簧片1a和1b之间的簧片边相对旋转一个很小的角度，而速动双簧片的两端a和b会在图1d或图2b所示的平面内相互相对转动一定的角度。所以速动双簧片1中间部位的连接安装方式为：驱动连接杆8的一端穿过速动双簧片1的小挡块c1与c2之间的凹槽和小挡块c3与c4之间的凹槽内，且速动双簧片1要卡入驱动连接杆8的安装凹槽内，驱动连接杆8的安装凹槽的角度和深度要能适应速动双簧片的安装和变形动作的需要，对速动双簧片的正常工作与否影响很大，见图7a-7d所示，对于双稳态型速动双簧片，由于其变形状态是对称的，所以凹槽角度α1=α2，而对于单稳态型速动双簧片，其变形状态是不对称的，所以凹槽角度β＜γ；而速动双簧片1两端a和b的安装连接方式为：将速动双簧片1两端a和b分别卡入需安装的组件驱动片10或壳体7之7c部分的角形凹槽内，其凹槽见图8a至9b所示，对于双稳态型速动双簧片，凹槽角度α3=α4，对于单稳态型速动双簧片，凹槽角度α5小于90度；所有的凹槽角度和深度均应适应速动双簧片的安装和运动特点。

 复位弹簧6提供复位弹力，其方向与电气速动开关受到的外力方向相反，复位弹簧6和外力均作用于电气速动开关的同一组件上。

速动双簧片1的整体位移不可过大，否则将影响触点的可靠开闭，甚至造成开关的损坏，所以要有一定的限位措施，；在动静触头接合后，依靠限位速动双簧片1还提供预压力，使动静触头之间接触的更紧密，减少接触电阻，并消除开始接触时产生的振动。

本发明的电气速动开关采用双断点桥式触点，动触片13采用良导体制作，动触头2a、2c与静触头4a、4c组成常开触点，动触头2b、2d与静触头4b、4d组成常闭触点。

图4a和图4b所示为动触头直接安装在双稳态速动双簧片上的电气速动开关实施例，两图的区别是复位弹簧6的安装位置不同，但工作原理是相同的。当外力克服复位弹簧6的阻力使驱动连接杆8向下移动时，速动双簧片1中部则受到向下的压力，由于静触头4b、4d的阻碍，产生伸直倾向的变形，当其变形达到速动双簧片1的速动动作点时，速动双簧片1迅速自动产生凹面向上的弯曲变形，使速动双簧片1带动动触头2b和2d与静触头4b和4d脱离接触、动触头2a和2c与静触头4a和4c相接触，完成常闭触点的快速断开与常开触点的快速闭合；当外力消失后，复位弹簧6产生向上的恢复力，使驱动连接杆8向上移动，速动双簧片1中部则受到向上的压力，由于静触头4a、4c的阻碍，产生伸直倾向的变形，当其变形达到速动双簧片1的速动动作点时，速动双簧片1迅速自动产生凹面向下的弯曲变形，使速动双簧片1带动动触头2b和2d与静触头4b和4d相接触、动触头2a和2c与静触头4a和4c脱离接触，完成电气速动开关的快速自动复位；该实施例采用双断点桥式触点，但其动触头的运动轨迹是弧形的，使触点开闭时动触头能沿静触头滚动并带一点滑动，可清除触头上的杂物；其上限位依靠速动双簧片1的中间凸面上端与壳体7之7a部分下端面相接处完成，其下限位依靠壳体7之7b部分上端面与驱动连接杆8或限位挡板5的下面相接触完成。

在图5a所示实施例中，驱动连接杆8的下端连接动触片13，其上端安装在双稳态速动双簧片1的中部，驱动连接杆8可以壳体7之7b部分中间的缝隙为导轨上下移动，速动双簧片1的两端安装在驱动片10的凹面内侧上，驱动杆9连接驱动片10，复位弹簧6作用于驱动杆9与壳体7之7a部分上端面之间，驱动杆9穿过壳体7之7a部分中间的缝隙，可以该缝隙为导轨上下运动。当外力克服复位弹簧6的阻力使驱动杆9向下移动时，驱动片10带动速动双簧片1向下移动，由于受到常闭触点的阻碍，使速动双簧片1的中部受到向上的阻力，从而导致速动双簧片1的两个簧片1a和1b产生扭曲变形，当达到速动双簧片1的速动动作点时，速动双簧片1迅速自动产生凹面向上的弯曲变形，使速动双簧片1通过驱动连接杆8带动动触片13快速向上移动，使动触头2b和2d与静触头4b和4d脱离接触、动触头2a和2c与静触头4a和4c相接触，完成常闭触点的快速断开与常开触点的快速闭合；当外力消失后，复位弹簧6产生向上的恢复力，此时由于受到常闭触点的阻碍，使速动双簧片1的中部受到向下的阻力，从而导致速动双簧片1的两个簧片1a和1b产生扭曲变形，当达到速动双簧片1的速动动作点时，速动双簧片1迅速自动产生凹面向下的弯曲变形，使速动双簧片1通过驱动连接杆8带动动触片13快速向下移动，使常开触点断开、常闭触点闭合，完成开关的快速复位；该实施例采用双断点桥式触点，但触头的运动轨迹为上下直动；其上限位依靠驱动片10的上端面与壳体7之7a部分的下端面相接触完成，其下限位依靠驱动片10的下端与壳体7之7b部分的上端面相接触完成。

图5b是在图5a所示实施例的基础上添加了常闭触点强制断开机构实现的，其速动动作原理与图5a相同，当某原因使常闭触点无法打开时，驱动片10向下按压强制杠杆12的一端，则强制杠杆12的另一端向上翘起推动强制挡块11向上移动，强制挡块11与驱动连接杆8固定相连，从而带动动触片13向上移动，使常闭触点断开。

图6a和图6b是使用单稳态速动双簧片的电气速动开关实施例，两图的区别是速动双簧片1和触点系统的安装位置不同，但工作原理相同。驱动连接杆8连接动触片13，速动双簧片1通过其中部安装在驱动连接杆8上，驱动连接杆8可以壳体7的缝隙为导轨上下运动，速动双簧片1的两端安装在壳体7之7c部分的内侧。当驱动连接杆8受到向下的外力向下移动时，动触片13立即向下移动，使常闭触点断开，同时速动双簧片1的中部受到向下的压力而使其两个簧片产生扭曲变形，当达到速动双簧片1的速动动作点时，速动双簧片1对外力的阻力突然减小许多，从而使动触片13突然加速快速向下移动，使常开触点迅速闭合；当外力消失后，速动双簧片1在自身恢复力的作用下带动驱动连接杆8和动触片13向上移动，使常开触点断开，当速动双簧片1达到其速动动作点时，速动双簧片1向上的恢复力突然增大许多，使动触片13突然加速快速向上移动，使常闭触点快速闭合；从该实施例的工作原理可见，该实施例具有触点闭合速度快于触点断开速度的特点；该实施例采用动触头与相对应的静触头相接触完成限位，由静触头限制动触头的行程，进而达到对速动双簧片变形运动限位的目的。

当然，在不脱离本发明的框架的情况下，还可以有其它的选择和发展以及我们能够预想得到的等效装置。

Claims (9)

1.一种电气速动开关装置，包括一个速动双簧片（1）、开关触点系统、驱动连接部件、限位装置、必要的复位装置和壳体（7）六部分：

所述的速动双簧片（1）通过其中间的缝隙安装在驱动连接杆（8）的一端，动触片（13）安装在驱动连接杆（8）的另一端，驱动杆（9）固定连接安装两驱动片（10），在两驱动片（10）之间安装速动双簧片（1），速动双簧片（1）的两端（a）和（b）分别嵌入两驱动片（10）的安装凹槽内；动触头（2a）、（2b）、（2c）和（2d）分别安装在速动双簧片（1）的两端（a）和（b）处或安装在动触片（13）的两端，静触头（4a）、（4b）、(4c)和（4d）分别设置在其相应的电极（3a）、（3b）、（3c）和（3d）上；动触头（2a）、（2b）、（2c）和（2d）的动作受速动双簧片（1）的直接控制，外力作用于驱动连接杆（8）和两驱动片（10），以致使速动双簧片（1）作快速弯曲变形运动；

复位弹簧（6）设置在驱动连接杆（8）或驱动杆（9）与壳体（7）之间。

2.根据权利要求1所述的电气速动开关，其特征在于：使用壳体（7）之（7a）和（7b）部分或静触头（4a）、（4b）、（4c）和（4d）进行速动双簧片（1）的行程限位控制。

3.根据权利要求1所述的电气速动开关，其特征在于：所述的速动双簧片（1）包括两个簧片（1a）和（1b），簧片（1a）的两端分别以角度α与簧片（1b）的两端相固定连接形成一个不可分割的整体，两簧片（1a）和（1b）为镜像对称扭曲弯曲状，且中间扭曲弯曲量最大。

4.根据权利要求3所述的电气速动开关，其特征在于：所述的速动双簧片（1）在不受外力作用的情况下，其整体呈弯曲状。

5.根据权利要求3所述的电气速动开关，其特征在于：所述的速动双簧片（1）的内侧有四个凸起的小挡块（c1）、（c2）、（c3）和（c4），驱动连接杆（8）穿过小挡块（c1）与（c2）之间的凹槽和小挡块（c3）与（c4）之间的凹槽内，以防速动双簧片（1）在工作时与驱动连接杆（8）之间产生不必要的位移或变形。

6.根据权利要求3所述的电气速动开关，其特征在于：所述的速动双簧片（1）采用富于弹性的弹簧钢片制作，且其承受的最大内应力不超过其材料力学的比例极限应力。

7.根据权利要求1所述的电气速动开关，其特征在于：速动双簧片（1）部分卡入其被安装体驱动连接杆（8）、驱动片（10）和壳体(7)之(7c)部分的角形凹槽内，且每个卡入速动双簧片（1）的被安装体的凹槽是镜像对称的，且为三角形凹槽；对于安装双稳态型速动双簧片的凹槽，驱动连接杆（8）上的凹槽角度α1=α2，驱动片（10）上的凹槽角度α3=α4；对于安装单稳态型速动双簧片的凹槽，驱动连接杆（8）上的凹槽角度β＜γ，壳体(7)之(7c)部分的凹槽角度α5小于90度。

8.根据权利要求1所述的电气速动开关，其特征在于：触点系统采用双断点桥式触点。

9.根据权利要求1所述的电气速动开关，其特征在于：动触头与静触头间的预互压力是由速动双簧片提供的，以使触点接触得更紧密。

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