CN108878199A - 一种按动式多触点分合电流缓冲开关 - Google Patents

Abstract

一种按动式多触点分合电流缓冲开关，包括按动机构、动触片和静触片，按动机构包括滑块、压杆、拉伸弹簧、压缩弹簧Ⅰ和压缩弹簧Ⅱ，滑块通过滑轨安装在壳体内腔，压杆、拉伸弹簧、压缩弹簧Ⅰ和压缩弹簧Ⅱ与滑块配合安装在壳体内腔，动触片包括水平高度依次降低的动主触点、动副触点Ⅱ和动副触点Ⅰ，静触片包括与动主触点、动副触点Ⅱ和动副触点Ⅰ的投影位置一一对应的静主触点、静副触点Ⅱ和静副触点Ⅰ，一侧的静触片分别串接缓冲电阻，开关通断时开关电流可逐级跳变实现缓冲。该开关结构紧凑，制造工艺简单，成本低，易于实现小型化，无需密封气体或液体即可大幅削弱电弧和减少开关触点烧蚀，延长开关寿命。

Description

一种按动式多触点分合电流缓冲开关

技术领域

本发明涉及一种机械开关，尤其涉及一种按动式多触点分合电流缓冲开关。

背景技术

机械开关在带负载分合的过程中，由于电流突变会产生拉弧、打火现象，触点表面会被逐渐烧蚀破坏，导致开关的使用寿命缩短。

为了应对开关分合过程中的拉弧和打火，（1）最常用的方法是使用金银类导电性好、性质稳定的金属或合金作为触点接触面材料，同时再涂抹触点脂或充入绝缘灭弧流体或惰性气体加以密封，以增加触点耐烧蚀性；（2）对于瞬时大电流打火有时还会使用串接负温度系数热敏电阻的办法，来缓冲瞬时大电流峰值；（3）拉弧是对机械开关损害最大的烧蚀现象，常用的办法是使用灭弧栅结构来分割电弧，降低其烧蚀温度。以上措施存在的问题是：

1.使用金银类触点一方面成本高，另外涂抹触点脂提供有效保护时间不长，油脂层会很快地被烧蚀蒸发掉；

2．使用充绝缘灭弧流体或惰性气体加以密封，系统结构和工艺都会很复杂，成本高昂；

3．负温度系数热敏电阻性能受环境温度影响大，动作时间长、功耗大；

4．灭弧栅结构复杂体积大，且只适合高压分断环境，不适用于车用一类的低压环境。

发明内容

本发明的目的是本发明的目的是提供一种体积小、动作行程短的按动式多触点分合电流缓冲开关，以解决已有技术所存在的上述不足。

本发明采取的技术方案是：

一种按动式多触点分合电流缓冲开关，包括壳体以及安装在壳体内的按动机构、动触片和静触片，所述动触片连接在按动机构底部，静触片安装在动触片下部的壳体底面上，其位置与动触片对应，壳体底面中心设有铁片；

所述壳体为一中空绝缘体，包括上部的拉伸腔和下部的滑动腔，拉伸腔顶面中心开有导孔，拉伸腔底面开有与滑动腔相通的滑孔，滑动腔内壁开有纵向滑槽；

所述按动机构包括滑块、压杆、拉伸弹簧、压缩弹簧Ⅰ和压缩弹簧Ⅱ；

所述滑块是压杆的随动部件，其外周设有与纵向滑槽滑动配合的滑轨，滑块通过滑轨和纵向滑槽滑动安装在壳体的滑动腔内，所述滑块为一中空绝缘壳体，滑块顶面开有中心孔，其前后两侧开有长槽孔，滑块腰部设有限位部件铁梁，所述铁梁横穿过滑块前后两侧的长槽孔水平连接在滑动腔内侧，滑块底部中心安装磁铁，其位置与壳体底面中心的铁片对应，所述动触片连接在滑块底面左右两侧；

所述压杆是开关的按压动作部件，压杆腰部连接拉伸座，压杆底端连接限位圆台，所述压杆与滑块配合安装在壳体内腔，拉伸座上端的压杆穿过拉伸腔底面的滑孔和拉伸腔顶面的导孔伸出壳体上部，拉伸座限位于拉伸腔底面下部，拉伸座下端的压杆穿过滑块的中心孔伸进滑块内腔，并使限位圆台位于铁梁的上部；

所述压缩弹簧Ⅱ安装在限位圆台与滑块顶面之间的压杆上，所述压缩弹簧Ⅰ安装在滑块顶面与拉伸座之间的压杆上，所述拉伸弹簧安装在拉伸腔内的压杆上，拉伸弹簧上端连接拉伸腔顶面，下端连接拉伸座，压杆在拉伸弹簧拉力的作用下上提并带动滑块上提；

所述动触片包括动主触点、动副触点Ⅱ和动副触点Ⅰ，动主触点、动副触点Ⅱ和动副触点Ⅰ的水平高度依次降低，所述动触片通过滑块底面的导电板连接在滑块底面左右两侧；

所述静触片包括静主触点、静副触点Ⅱ和静副触点Ⅰ，静触片分别安装在动触片下部的壳体底面左右两侧，静主触点、静副触点Ⅱ和静副触点Ⅰ的位置分别与动主触点、动副触点Ⅱ和动副触点Ⅰ的投影位置一一对应；

右侧的静主触点、静副触点Ⅰ和静副触点Ⅱ相接后接开关输入接点，左侧的静副触点Ⅰ串接电阻R1后接开关输出接点，静副触点Ⅱ串接电阻R2后接开关输出接点，静主触点直接连接开关输出接点。

其进一步的技术方案是：

所述滑块外周的滑轨为2条或4条，与之对应的滑动腔内壁的纵向滑槽为2条或4条。

更进一步：

所述滑块的形状为方形或为圆形，与之对应的壳体为方形或为圆形。

由于采用上述技术方案，本发明之一种按动式多触点分合电流缓冲开关具有以下有益效果：

1．本发明之一种按动式多触点分合电流缓冲开关动触片与静触片接触的过程中，可以为电流构建一个多通路结构，这些通路可以分别串接不同阻值的电阻并按一定顺序先后导通或分断，实现电流变化的多级缓冲，可以适应更大电流范围的应用；如使用其它元件或电路替代缓冲电阻即可获得更丰富的缓冲特性，以适应不同负载；

2．该开关无需密封气体或液体即可大幅削弱电弧，通过多触点顺序分合结构，实现了对分合过程中电流变化的多级缓冲，削弱了打火和拉弧对主触点的烧蚀，延长了触点（和开关）寿命，效果好、成本低，特别适合于如车用一类的低压大电流使用环境；

3．该开关结构紧凑，内部动作简单，制造工艺简单，小型化难度低，只需简单增加副触点通路数量即可提高缓冲效果。

下面，结合附图和实施例对本发明之一种按动式多触点分合电流缓冲开关的技术特征作进一步的说明。

附图说明

图1～图4为本发明实施例之一种按动式多触点分合电流缓冲开关结构示意图（剖视）：

图1—主视图，图2—图1的左视图，图3—立体效果图，图4—拆分图；

图5～图7为动触片结构示意图：

图5—主视图，图6—图5的左视图，图7—图5的俯视图；

图8～图10为滑块与动触片连接结构示意图：

图8—图9之俯视图，图9—主视图，图10—图9之左视图；

图11～图13为压杆结构示意图：

图11—主视图，图12—图11之左视图，图13—图12之俯视图；

图14～图15为静触片结构示意图：

图14为左侧静触片连接示意图，图15为右侧静触片连接示意图；

图16～图17为壳体结构示意图（剖视）：

图16为主视图，图17为图16之A-A视图；

图18～图21为按压过程示意图（剖视）：

图18为初始状态，图19为压杆下压、磁铁与铁梁未分离状态，图20为压杆继续下压、磁铁铁梁分离而与铁片吸合状态，图21为压杆上提、磁铁与铁片未分离状态；

图22 为本开关使用状态电路连接图；

图23～图25为电流分级缓冲过程示意图：

图23为动副触点Ⅰ与静副触点Ⅰ接通状态（开关电流通路电阻为R1，电流大小为I₁）；

图24为动副触点Ⅱ与静副触点Ⅱ以及动副触点Ⅰ与静副触点Ⅰ同时接通状态（开关电流通路电阻为R1∥R2，电流大小为I₂）；

图25为动副触点Ⅱ与静副触点Ⅱ、动副触点Ⅰ与静副触点Ⅰ以及动主触点与静主触点同时接通状态（开关电流通路电阻为0，电流大小为I）。

图中：

01—壳体，011—拉伸腔，0111—拉伸腔顶面，0112—拉伸腔底面，012—滑动腔，013—壳体底面，014—导孔，015—纵向滑槽，016—滑孔，2—压杆，21—拉伸座，22—限位圆台，3—拉伸弹簧，4—压缩弹簧Ⅰ，5—压缩弹簧Ⅱ，6—滑块，61—中心孔，62—滑轨，63—长槽孔，7—铁梁，8—磁铁，9—铁片，10—动触片，100—导电板，1001—磁口孔，101—动副触点Ⅰ，102—动副触点Ⅱ，103—动主触点，11—静触片，111—静副触点Ⅰ，112—静副触点Ⅱ，113—静主触点， 12—负载。

具体实施方式

实施例一

一种按动式多触点分合电流缓冲开关，包括壳体01以及安装在壳体内的按动机构、动触片10和静触片11，所述动触片连接在按动机构底部，静触片安装在动触片下部的壳体底面013上，其位置与动触片对应，壳体底面中心设有铁片9；

所述壳体01为一中空绝缘体，包括上部的拉伸腔011和下部的滑动腔012，拉伸腔顶面0111中心开有导孔014，拉伸腔底面0112开有与滑动腔012相通的滑孔016，滑动腔012内壁开有纵向滑槽015；

所述按动机构包括滑块6、压杆2、拉伸弹簧3、压缩弹簧Ⅰ4和压缩弹簧Ⅱ5；

所述滑块6是压杆的随动部件，其外周设有与纵向滑槽015滑动配合的滑轨62，滑块通过滑轨和纵向滑槽滑动安装在壳体的滑动腔012内，所述滑块为一中空绝缘壳体，滑块顶面开有中心孔61，其前后两侧开有长槽孔63，滑块腰部设有限位部件铁梁7，所述铁梁横穿过滑块前后两侧的长槽孔63水平连接固定在滑动腔内侧，滑块底部中心安装磁铁8，其位置与壳体底面中心的铁片9对应，所述动触片10连接在滑块底面左右两侧；

所述压杆2是开关的按压动作部件，压杆腰部连接拉伸座21，压杆底端连接限位圆台22，所述压杆与滑块配合安装在壳体内腔，拉伸座上端的压杆穿过拉伸腔底面的滑孔016和拉伸腔顶面的导孔014伸出壳体上部，拉伸座限位于拉伸腔底面下部与滑块顶面之间，拉伸座下端的压杆穿过滑块的中心孔61伸进滑块内腔，并使限位圆台22位于铁梁7的上部；

所述压缩弹簧Ⅱ5安装在限位圆台22与滑块顶面之间的压杆上，其上端连接滑块顶面，下端连接限位圆台，所述压缩弹簧Ⅰ4安装在滑块顶面与拉伸座21之间的压杆上，其上端连接拉伸座，下端连接滑块顶面，所述拉伸弹簧3安装在拉伸腔内的压杆上，拉伸弹簧上端连接拉伸腔顶面，下端连接拉伸座，压杆在拉伸弹簧拉力的作用下上提并带动滑块上提；

所述动触片包括动主触点103、动副触点Ⅱ102和动副触点Ⅰ101，动主触点103、动副触点Ⅱ102和动副触点Ⅰ101的水平高度依次降低，主触点103、动副触点Ⅱ102和动副触点Ⅰ101通过滑块底面的导电板100连接在滑块底面左右两侧，即安装在滑块底面左侧的动触片通过导电板与安装在滑块底面右侧的动触片连通，导电板中央开有与磁铁位置对应的磁口孔1001；

所述静触片包括静主触点113、静副触点Ⅱ112和静副触点Ⅰ111，静触片分别安装在动触片下部的壳体底面013左右两侧，两侧的静主触点113、静副触点Ⅱ112和静副触点Ⅰ111的位置分别与滑块底面左右两侧的动主触点103、动副触点Ⅱ102和动副触点Ⅰ101的投影位置一一对应，即滑块下压时，动副触点Ⅰ101首先与静副触点Ⅰ111压合，滑块继续下压，动副触点Ⅱ102与静副触点Ⅱ112压合，最后动主触点103与静主触点113压合。

右侧的静主触点、静副触点Ⅱ和静副触点Ⅰ相接后接开关输入接点，左侧的静副触点Ⅰ111串接电阻R1后接开关输出接点，静副触点Ⅱ112串接电阻R2后接开关输出接点，静主触点113直接连接开关输出接点。

所述滑块6外周的滑轨62为4条，与之对应的滑动腔012内壁的纵向滑槽015为4条。

所述滑块6的形状为方形，与之对应的壳体01为方形。

作为上述实施例的变换，所述滑块外周的滑轨为2条（至少2条，3条也可以），与之对应的滑动腔012内壁的纵向滑槽015为2条。

所述滑块的形状为圆形，与之对应的壳体也为圆形。

动作原理

开关处于未按动时的初始状态时，拉伸弹簧3的上拉力使压杆在无外部按压力时始终处于提起状态并将滑块整体提起，滑块底部内嵌的磁铁与铁梁吸合（从而限定滑块提起的高度）；压缩弹簧Ⅰ4、压缩弹簧Ⅱ5略微压缩，提供舒张力稳定滑块（如附图18所示）；

当压杆受到按压时，随着压杆的下移，拉伸弹簧3被大幅拉伸，由于磁铁与铁梁吸合，其吸合力阻止滑块随压杆向下移动，于是压缩弹簧Ⅰ4被大幅压缩直到极限，压缩弹簧Ⅱ5处于完全舒张状态（如附图19所示）；

当压杆继续下压，其下按压力超过磁铁与铁梁的吸合力，滑块与铁梁分离，压缩弹簧Ⅰ得到释放，滑块在压缩弹簧Ⅰ4舒张力的作用下快速向下推到底，直至滑块底部的磁铁与壳体底面的铁片吸合，滑块上的左、右动触片的动副触点Ⅰ101、动副触点Ⅱ102和动主触点103依次与静副触点Ⅰ111、静副触点Ⅱ112和静主触点113压合接触，开关实现导通（图20）。

当按压力消失后，压杆开始在拉伸弹簧的收缩作用下上移，由于磁铁与底座铁片吸合，其吸合力阻止滑块随压杆向上移动，压缩弹簧Ⅱ被大幅压缩直到极限，压缩弹簧Ⅰ处于完全舒张的状态（图21），当拉伸弹簧3的收缩力大于磁铁与底座铁片的吸合力时，滑块与壳体底面分离释放，在压缩弹簧Ⅱ5的舒张力作用下被快速向上推，直至磁铁与铁梁重新吸合，恢复到初始状态（图18）。

电流分级缓冲原理

动触片与静触片接触的过程中，可以为电流构建一个多通路结构，这些通路可以分别串接不同阻值的电阻并按一定顺序先后导通或分断，实现电流变化的多级缓冲。

动触片三组触点相互之间存在高度差，三者连接成一体，动主触点是主要的电流承载通路，动副触点Ⅰ、动副触点Ⅱ是电流缓冲通路，它们按位置的高低排列次序为：动主触点、动副触点Ⅱ、动副触点Ⅰ。

压杆下压时，动触片随滑块下落，三组触点的导通的先后次序为：动副触点Ⅰ、动副触点Ⅱ和动主触点依次与静副触点Ⅰ、静副触点Ⅱ和静主触点压合接通：

当动触片下降到动副触点Ⅰ与静副触点Ⅰ接通时，开关电流通路电阻为R1，电流大小为I₁；

当动触片下降到动副触点Ⅱ与静副触点Ⅱ也接通时，开关电流通路电阻为R1∥R2、即R1与R2并联后的电阻，电流大小为I₂，由于(R1∥R2) < R1，所以I₂ > I₁；

当动触片继续下降到动主触点与静主触点也接通时，开关电流通路电阻为0，电流大小为I，显然 I₁< I₂<I。

可以看到这样的多触点先后顺序闭合的方式，将传统开关电流由0到I的跳变，变为了0、I₁、I₂、I的逐级跳变提升，实现了开关闭合过程的电流缓冲。

同理当开关分离时，动、静触片的主触点、副触点Ⅱ、副触点Ⅰ依次分离，电流经理I、I₂、I₁、0的顺序逐级跳变下降，实现了开关分离过程中的电流缓冲。

如需增加缓冲效果，只需增加副触点通路数量，即可增加缓冲的级数。

Claims (3)

1.一种按动式多触点分合电流缓冲开关，包括壳体（01），其特征在于：包括安装在壳体内的按动机构、动触片（10）和静触片（11），所述动触片连接在按动机构底部，静触片安装在动触片下部的壳体底面（013）上，其位置与动触片对应，壳体底面中心设有铁片（9）；

所述壳体（01）为一中空绝缘体，包括上部的拉伸腔（011）和下部的滑动腔（012），拉伸腔顶面（0111）中心开有导孔（014），拉伸腔底面（0112）开有与滑动腔（012）相通的滑孔（016），滑动腔内壁开有纵向滑槽（015）；

所述按动机构包括滑块（6）、压杆（2）、拉伸弹簧（3）、压缩弹簧Ⅰ（4）和压缩弹簧Ⅱ（5）；所述滑块（6）是压杆的随动部件，其外周设有与纵向滑槽（015）滑动配合的滑轨（62），滑块通过滑轨和纵向滑槽滑动安装在壳体的滑动腔（012）内，所述滑块为一中空绝缘壳体，滑块顶面开有中心孔（61），其前后两侧开有长槽孔（63），滑块腰部设有限位部件铁梁（7），所述铁梁横穿过滑块前后两侧的长槽孔（63）水平连接在滑动腔内侧，滑块底部中心安装磁铁（8），其位置与壳体底面中心的铁片（9）对应，所述动触片（10）连接在滑块底面左右两侧；

所述压杆（2）是开关的按压动作部件，压杆腰部连接拉伸座（21），压杆底端连接限位圆台（22），所述压杆与滑块配合安装在壳体内腔，拉伸座上端的压杆穿过拉伸腔底面的滑孔（016）和拉伸腔顶面的导孔（014）伸出壳体上部，拉伸座限位于拉伸腔底面下部，拉伸座下端的压杆穿过滑块的中心孔（61）伸进滑块内腔，并使限位圆台（22）位于铁梁（7）的上部；

所述压缩弹簧Ⅱ（5）安装在限位圆台（22）与滑块顶面之间的压杆上，所述压缩弹簧Ⅰ（4）安装在滑块顶面与拉伸座（21）之间的压杆上，所述拉伸弹簧（3）安装在拉伸腔内的压杆上，拉伸弹簧上端连接拉伸腔顶面，下端连接拉伸座，压杆在拉伸弹簧拉力的作用下上提并带动滑块上提；

所述动触片包括动主触点（103）、动副触点Ⅱ（102）和动副触点Ⅰ（101），动主触点（103）、动副触点Ⅱ（102）和动副触点Ⅰ（101）的水平高度依次降低，所述动触片通过滑块底面的导电板（100）连接在滑块底面左右两侧；

所述静触片包括静主触点（113）、静副触点Ⅱ（112）和静副触点Ⅰ（111），静触片分别安装在动触片下部的壳体底面（013）左右两侧，静主触点（113）、静副触点Ⅱ（112）和静副触点Ⅰ（111）的位置分别与动主触点（103）、动副触点Ⅱ（102）和动副触点Ⅰ（101）的投影位置一一对应；

右侧的静主触点、静副触点Ⅱ和静副触点Ⅰ相接后接开关输入接点，左侧的静副触点Ⅰ串接电阻R1后接开关输出接点，静副触点Ⅱ串接电阻R2后接开关输出接点，静主触点直接连接开关输出接点。

2.根据权利要求1所述的一种按动式多触点分合电流缓冲开关，其特征在于：所述滑块（6）外周的滑轨（62）为2条或4条，与之对应的滑动腔（012）内壁的纵向滑槽（015）为2条或4条。

3.根据权利要求2所述的一种按动式多触点分合电流缓冲开关，其特征在于：所述滑块（6）的形状为方形或为圆形，与之对应的壳体为方形或为圆形。