CN109888576A - 一种适用于直流电源的插座 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适用于直流电源的插座，包括插座本体以及连接供电电源的供电正电极、供电负电极，还包括灭弧正电极，灭弧负电极，第一灭弧器件，第二灭弧器件，灭弧正电极连接缓冲一部件，灭弧负电极连接缓冲二部件，缓冲一部件和缓冲二部件组成阻尼部件；在阻尼部件作用下，当外部的插头与所述插座分断时，灭弧正电极先与供电正电极电断开，同时，灭弧负电极与供电负电极电断开；在断开瞬间，插头中对应插电极与灭弧正电极以及灭弧负电极仍处于连接状态，如此能够形成的续流路径实现了能量被回馈到直流线路中，实现了负载中电感线圈储存的能量在开关断开时被无损回收，实现灭弧。

Description

一种适用于直流电源的插座

技术领域

本发明公开一种灭弧插座，尤其是涉及一种适用于直流电源的插座。

背景技术

在电气设备中，插座是最常用的电源连接件，插座又称电源插座或开关插座。传统的插座通常为交流电供电插座，由于交流电存在过零点，所以在拨插插头时，所产生的电弧在电流过零时会自动消失，交流电在早期具有极大的优势，通过升压变压器升至高压，可以实现远距离传输。但是交流电对并网发电要求极高，要求相位同步，且波形失真度要低于标准值，如低于5％，超大功率的并网发电，甚至要求相位在0.5度以内，波形失真在3％以下，多个发电厂距离较远时，由于电场每秒传输30万公里，距离产生的相移成了传统交流并网发电的痛点，这时，直流发电并网技术应用而生。甚至，小区中采用多点太阳能直流并网供电，并用直流给家庭直接供电，成了新型的高效率、环保式的供电网络。但是现有直流电源的插头拔出插座时，非常容易产生电弧。尤其是在大功率的直流电力系统中，负载往往呈现为感性的阻抗特性，在插头拔出插座时，由于感性负载内的电流不能突变，负载两端将感应一个极大的反向电动势来阻碍负载电流变化，这个感应电动势与输入电压叠加后将插头与插座导电体之间的空气间隙击穿，产生高温电弧。

电弧出现时产生的高温会烧蚀插头插座导电零件，降低插头插座的使用寿命。同时，电弧的存在还容易引起人身触电事故，甚至引起电气火灾，给人身和财产安全都带来重大隐患。所以，必须采取措施，在电源插座或开关插座使用时迅速熄灭电弧，因此电弧燃烧和熄灭过程是电源插座或开关插座研究的重要内容。

一篇公开号为107332222A，发明名称为《一种适用于大功率的直流开关灭弧装置》的中国发明专利申请，公开一种直流开关灭弧装置，该发明利用电感中的电流不能突变，通过续流二极管为电流的继续流动寻找新的路径，联动关断能够使得该续流路径实现能量被回馈到直流线路中，从而实现能量的无损回收，实现开关电源中开关应用的灭弧设计。但是在该发明的开关装置直接应用于墙面电源插座或开关插座时，都需要设置一个包括J1和J2的，同时联动的双刀开关。人们在使用过程中，在进行插头与插座拔插时无法有效判断双刀开关是处于开还是关的状态，同时人们使用双刀开关时，经常忘记或是很少会先关闭电源后进行插头开关拔插，在供电的直流电源仍处于连接的情况下，直接断开插头与插座，产生电弧的可能性极高，因此该发明应用的墙面插座在进行插头与插座连接或是断开极有可能产生电弧效应，按概率来估计，应该是存在一半的可能，无法确保该应用的开关插座能够有效避免电弧效应给家用电器产品或使用者的安全带来危害。

目前存在的直流电源插座要么没有进行灭弧设计，要么带有灭弧设置，但是设计复杂、实现成本高，不利于插座产品的应用。特别是在大功率负载的应用情形中，灭弧的设计难度更是难以解决。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种用于直流电源的插座。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种适用于直流电源的插座，包括插座本体，以及连接供电的直流电源的供电正电极、供电负电极，至少还包括灭弧正电极，灭弧负电极，第一灭弧器件，第二灭弧器件，每个灭弧器件都包括两个端子：正端子和负端子，第一灭弧器件的正端子连接供电正电极，第一灭弧器件的负端子连接灭弧负电极；第二灭弧器件的正端子连接灭弧正电极，第二灭弧器件的负端子连接供电负电极；灭弧正电极连接缓冲一部件，灭弧负电极连接缓冲二部件，缓冲一部件和缓冲二部件组成阻尼部件；阻尼部件确保外部的插头与所述插座连接时，先接触到灭弧正电极和灭弧负电极，并在阻尼部件作用下，灭弧正电极再与供电正电极电连接，同时，灭弧负电极与供电负电极电连接；阻尼部件确保外部的插头与所述插座分断时，灭弧正电极先与供电正电极电断开，同时，灭弧负电极与供电负电极电断开；在断开瞬间，插头中对应插电极与灭弧正电极以及灭弧负电极仍处于连接状态，继而插头中对应插电极与灭弧正电极以及灭弧负电极完全断开。

优选地，缓冲一部件和缓冲二部件为弹簧，垂直或呈八字型或呈倒八字型连接。

优选地，弹簧为非金属弹簧。

优选地，作为第一灭弧器件和第二灭弧器件的具体实施方式，第一灭弧器件和第二灭弧器件均为二极管；且所述的正端子为二极管的阴极，所述的负端子为二极管的阳极。

优选地，作为第一灭弧器件和第二灭弧器件另一种具体实施方式，第一灭弧器件和第二灭弧器件均为电容。

优选地，所述的电容为电解电容，所述的正端子为电解电容的正极，所述的负端子为电解电容的负极。

优选地，作为插座的一种改进方案，灭弧正电极与供电正电极之间并联一个由第一电阻和第三电容构成的串联电路；灭弧负电极与供电负电极之间之间并联一个由第二电阻和第四电容构成的串联电路。

优选地，作为插座的另一种改进方案，灭弧正电极与供电正电极之间并联有第三电容；灭弧负电极与供电负电极之间之间并联有第四电容。

优选地，作为插座的第三种改进方案，插座还包括灭弧接地极和连接供电的直流电源的地的供电接地极，灭弧接地极连接缓冲三部件，缓冲三部件与缓冲一部件和缓冲二部件一起组成阻尼部件。

优选地，作为插座一种实施拓展，本发明还提供一种灭弧插座，插座由N个上述的插座级联而成，其中N为大于等于1的自然数。

本发明由于采用了以上结构，与现有技术相比，具有的有益效果为：通过上述方案，插座中设置由缓冲部件组成的阻尼部件，在直流电力系统的插头拔出插座时，插头与插座进行分断时，在阻尼部件的作用下，灭弧正电极、灭弧负电极先分别与供电正电极、负电极断开，在断开瞬间，插头中对应插电极还分别与灭弧正电极、灭弧负电极仍处于连接状态，如此能够形成的续流路径实现能量被回馈到直流线路中，用以实现负载中电感线圈储存的能量在插头与插座断开时被无损回收，具有良好的灭弧效果，且可靠性高，结构简单，体积小，成本低。

附图说明

图1为本发明第一实施例插座中各电极连接的结构示意图；

图2为本发明第一实施例插座中各电极连接结构对应的等效电路原理图；

图3为本发明第一实施例插座中各电极与插头对应插电极进行连接的结构示意图；

图4为本发明第一实施例插座中各电极与插头对应插电极连接结构对应的等效电路原理图；

图5为本发明第一实施例插座中灭弧电极与阻尼部件具体连接方式的结构示意图；

图6为本发明第一实施例插座中灭弧电极与阻尼部件另一种具体连接方式基本视图中的主视图；

图7为本发明第二实施例插座中各电极连接的结构示意图；

图8为本发明第二实施例插座中各电极连接结构等效的电路原理图；

图9为本发明第三实施例插座中各电极连接的结构示意图；

图10为本发明第三实施例插座中各电极与插头对应插电极进行连接的结构示意图；

图11为本发明第四实施例插座中各电极连接的结构示意图；

图12为本发明第四实施例插座中各电极与插头对应插电极进行连接的结构示意图；

图13为本发明第五实施例插座中各电极连接结构的等效电路图；

图14为本发明第五实施例插座中各电极连接结构的另一种实施方式的等效电路图。

具体实施方式

为更好理解本发明的插座结构，需要对本发明所示附图进行说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

第一实施例

图1为本实施例插座中各电极的结构示意图，如图所示，包括与供电的直流电源连接的供电正电极4和供电负电极5，还包括灭弧正电极2，灭弧负电极3，第一二极管6，为第一灭弧器件，第二二极管7，为第二灭弧器件，供电正电极4与直流电源正极相连，供电负电极极5与直流电源负极相连；第一二极管6的阴极为第一灭弧器件的正端子，与供电正电极 4相连；第一二极管6的阳极为第一灭弧器件的负端子，与灭弧负电极3相连，第二二极管7 的阴极为第二灭弧器件的正端子，与灭弧正电极2相连，第二二极管7的阳极为第二灭弧器件的负端子，与供电负电极5相连。

图2为本实施例插座中各电极连接结构等效的电路原理图，电路包括：输入正端Vin+、输入负端Vin-、输出正端Vout+、输出负端Vout-、负载L，直流开关J1，直流开关J2，二极管D1和二极管D2，其连接关系为：直流开关J1一端4连接输入电压正端Vin+、二极管 D1阴极，直流开关J1另一端2连接二极管D2阴极、输出正端Vout-，电阻L并联在输出正端Vout+与输出负端Vout-之间，输出负端Vout-连接直流开关J2一端3、二极管D1阳极，直流开关J2另一端5连接二极管D2阳极、输入正端Vin+。

为了方便理解本实施例插座各电极连接的具体结构，结合图1和图2进行说明，图1结构与其等效电路图2的对应关系为：图2中，输入正端Vin+对应图1直流电源正极，输入负端Vin-对应图1直流电源负极，直流开关J1左端4对应于图1中的供电正电极4，图2中的直流开关J1右端2对应于图1中的灭弧正电极2，图2中的直流开关J2左端5对应于图1中的供电负电极5，图2中的直流开关J2右端3对应于图1中的灭弧负电极3，图2中的二极管D1对应于图1中的第一二极管6，图2中的二极管D2对应于图1中的第二二极管7，图2中的负载可对应外部插头连接装置所带负载。

图3为外部的插头对应插电极与本实施例插座电极进行连接的结构图，图4为图3的等效电路原理图，结合图3与图4，可知，图3中的插头对应插电极可等效于图4中的开关S1与开关S2，当插头对应插电极未与灭弧正电极以及灭弧负电极之间设置有连接或当插头对应插电极与灭弧正电极以及灭弧负电极完全分断，图4中开关S1视为断开，同时开关S2视为断开；当插头对应插电极与插座灭弧正电极连接，同时与灭弧负电极连接时，图4中开关S1视为闭合，同时开关S2视为闭合。

图5所示为本实施例灭弧正电极以及灭弧负电极分别与缓冲一部件、缓冲二部件进行连接的结构图，图中所示，缓冲一部件为非金属弹簧，以垂直的方式与灭弧正电极2进行连接，同时缓冲二部件为非金属弹簧，以垂直的方式与灭弧负电极3进行连接，缓冲一部件与缓冲二部件同时构成插座的阻尼部件，用以在插头对应插电极与插座进行连接时，阻尼部件能够提供一衰减插头所承受的促使插头对应插电极与插座对应电极连接所作用力的反阻力，确保插头对应插电极先与灭弧正电极和灭弧负电极设置有连接，继而灭弧正电极和灭弧负电极再分别与供电正电极和供电负电极进行电连接；用以在插头对应插电极与插座分断时，阻尼部件能够提供一衰减插头对应插电极与插座灭弧电极分离的缓冲力，确保在断开瞬间，插头对应电极与灭弧正电极和灭弧负电极之间仍处于连接状态，直至插头对应插电极与灭弧正电极和灭弧负电极完全断开。

图6为缓冲一部件和缓冲二部件分别与灭弧正电极和灭弧负电极设置连接的另一种实施方案的基本视图中的主视图，缓冲一部件与缓冲二部件均为非金属弹簧，呈八字型与灭弧正电极、灭弧负电极连接，图6所示结构的阻尼部件能够实现图5所示结构的同等效果；此外，缓冲一部件与缓冲二部件还可呈倒八字型进行连接，该连接方式同样能够实现图5所示结构的同等效果；上述三种阻尼部件的连接方式均为优选，并不限制阻尼部件的设置方式，同时也可以是其他有利于实现插头对应电极与插座连接或断开时能够实现上述效果的结构。

以下将结合图3与图4对实施例的插座的具体实施过程进行说明：

当直流电力系统中的负载需要直流电源供电时，插头1受外力使其对应的插电极将插入插座中：在此过程中，由于缓冲一部件与缓冲二部件所组成的阻尼部件的作用下，提供一个阻止插头对应插电极与插座的电极进行连接的反阻力，插头1的两个插电极(等效于图4中的开关S1和开关S2)将克服阻尼部件的作用力，其中一插电极先与灭弧正电极2连接，同时另一插电极与灭弧负电极3连接，连接瞬间，即等效于图4中的开关S1和开关S2同时闭合连接，开关S1与灭弧正电极2连通，同时，开关S2与灭弧负电极3接通，此时插头1的两插电极尚未完全插入插座，此时视为灭弧正电极2与供电正电极4未连通设置电连接，同时，灭弧负电极3与供电负电极5未连通设置电连接，即等效为图4中直流开关J1和直流开关 J2同时处于断开状态，开关S1、灭弧正电极2、直流开关J1、供电正电极4、直流电源正极所构成电流通路不导通，同时，开关S2、灭弧负电极3、直流开关J2、供电负电极5、直流电源负极所构成的电流通路不导通；继而插头1的两插电极克服阻尼部件的作用力，灭弧正电极2再与供电正电极4电连接，同时，灭弧负电极3与供电负电极5电连接，此刻等效图4中的直流开关J1和直流开关J2同时闭合连接，开关S1、灭弧正电极2、直流开关J1、供电正电极4、直流电源正极所构成电流通路导通，同时，开关S2、灭弧负电极3、直流开关 J2、供电负电极5、直流电源负极所构成的电流通路导通；直流电源开始给负载供电，插头1 与插座完全连通，此时第一二极管6以及第二二极管7作为钳位二极管。

当直流电力系统中的负载需要与直流电源断开时，插头1受外力使其对应的插电极将分离插座：在此过程中：插头1的两个插电极(等效于图4中的开关S1和开关S2)将与插座的供电正电极4以及供电负电极5同时断开，灭弧正电极2与供电正电极4断开无电连接，同时，灭弧负电极3与供电负电极5断开无电连接，由于缓冲一部件和缓冲二部件所组成的阻尼部件的作用下，提供灭弧正电极2以及灭弧负电极3与插头对应插电极之间的分离缓冲，减慢插头对应插电极与灭弧正极2以及灭弧电极3的分离；在灭弧正电极2与供电正电极4断开，同时灭弧负电极3与供电正电极5断开的瞬间，插头1的两个插电极与灭弧正电极2以及灭弧负电极3仍处于连接状态，此时可等效图4中：直流开关J1左右两端断开，直流开关J2左右两端断开，开关S1仍闭合，开关S1与灭弧正电极2连接，开关S2仍闭合，开关S2与灭弧电极插孔负极3连接；即开关S1、灭弧正电极2、直流开关J1、供电正电极4、直流电源正极所构成电流通路不导通，同时，开关S2、灭弧负电极3、直流开关J2、供电负电极5、直流电源负极所构成的电流不导通，此时由于负载具有感性的阻抗特性，通过负载的电流不能突变，将在负载两端感应出反向的电动势。该状态下由于插头1的两个插电极(开关S1和开关S2)分别与灭弧正电极2、灭弧负电极3是处于连接状态的，负载两端的能量依次通过开关S2、灭弧负电极3、第一二极管6的阳极、第一二极管6的阴极、供电正电极4、直流电源正极、直流电源负极、供电负电极5、第二二极管7的阳极、第二二极管7的阴极、灭弧正电极2、开关S1形成的闭合回路回馈到直流电源中，将能量进行释放，这个过程既实现了灭弧设计，又实现了能量的无损回收；继而阻尼部件不再作用，插头1的两个插电极分别与灭弧正电极2、灭弧负电极3同时分离，等效图4中开关S1和开关S2同时断开，此时插头1 即完全分离插座。整个过程能够有效避免电弧的产生。

第二实施例

图7为本实施例插座中各电极的结构示意图，图8为本实施例结构等效的电路原理图；与第一实施例相比，不同的是，本实施例的第一灭弧器件与第二灭弧器件同时为电解电容，其中，第一灭弧器件与第二灭弧器件的正端子为电解电容的正极，第一灭弧器件与第二灭弧器件的负端子为电解电容的负极，插座电极结构的连接关系为：供电正电极10与直流电源正极相连，供电负电极11与直流电源负极相连；第一电容12的正极为第一灭弧器件的正端子，与供电正电极10相连；第一电容12的负极为第一灭弧器件的负端子，与灭弧负电极9相连；第二电容13的正极为第二灭弧器件的正端子，与灭弧正电极8相连，第二电容13负极为第二灭弧器件的负端子，与供电负电极11相连。本实施例的其他结构及实施原理均与第一实施例相同，本实施例的插座能够实现与第一实施例相同的功能效果，在此不再累述。

需要说明的是，本实施例中的作为灭弧器件的电解电容的容值不可取得太小，在电路实际应用中根据需求选取合适的电解电容容值，在插头对应插头与插座对应电极分断时，电解电容可充当滤波电容，并确保在电解电容两端不会产生负电压。

第三实施例

图9为本实施例插座中各电极的结构示意图，本实施例是第一实施例的其中一种推广设计，本实施例在第一实施例的结构基础上增加带有地线的灭弧设计，如图9所示，相比于图1的结构，本实施例的插座还包括灭弧接地极12，与直流电源地线相连的供电接地极13；同时，灭弧接地极12连接第三缓冲部件，第三缓冲部件将与第一缓冲部件和第二缓冲部件一起构成该插座的阻尼部件，第三缓冲部件的结构及连接关系与第一缓冲部件和第二缓冲部件均相同，不再进行说明。图10为本实施例的插座与三脚式插头进行连接的结构图，本实施例的插座结构能够匹配三脚插头对应插电极的使用。与图1的结构相比，图9中的插座多了地线连接，通过增设接地线连接，能够有效防止漏电、外壳带电等多发用电事故，特别是在大功率用电器中有效增加用电安全。

需要说明的是，第二实施例中第一灭弧器件与第二灭弧器件的实施方式同样适用本实施例的设计。

第四实施例

图11为本实施例插座各电极的结构示意图，本实施例为第一实施例的另一种推广设计，本实施例的插座由2个或2个以上第一实施例所示的插座级联构成。图11所示为由3个相同的独立的插座各电极相互级联所构成的插座电极结构，各级的供电正电极并联，各级的供电负电极并联。图12为本实施例的插座与适配的插头对应插电极进行连接的结构图，本实施例的插座能够同时匹配多个插头的使用，使用方便。

需要说明的是，第二实施例中第一灭弧器件与第二灭弧器件的实施方式，与第三实施例的拓展实施同样适用本实施例，这里不再赘述。

第五实施例

图13为本实施例插座电极结构等效的电路原理图，与第一实施例插座电极的等效电路图图2相比，它的不同之处在于：直流开关J1两端并联有由第一电容R1和第三电容C3组成的串联电路，直流开关J2两端并联有由第二电阻R2和第四电容C4组成的串联电路。对应到具体结构中，在第一实施例的插座的结构基础上，在灭弧正电极与供电正电极之间再连接由第三电容和第二电阻组成的串联电路，在灭弧负电极与供电负电极之间再连接由第四电容和第二电阻构成的串联电路。

需要说明的是，上述由电阻R1和电容C3构成的串联电路、电阻R2和电容C3构成的串联电路可以分别省略电阻R1和电阻R2，即，灭弧正电极与供电正极之间连接有第三电容，灭弧负电极与供电负电极之间连接有第四电容，其等效的电路原理图如图14所示，为本实施例可等效替换的实施方案，同样可以实现本实施例的目的。

本实施例的插座的结构、具体实施过程均与第一实施例类似，这里也不再赘述。

需要说明的是，第二实施例中第一灭弧器件与第二灭弧器件的实施方式，与第三实施例、第四实施例的拓展实施同样适用本实施例，这里不再赘述。

上述对实施例的描述只是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以对这些实施例做出简单的修改，并不必经过创造性劳动把本发明说明的一般原理应用到其它实施例中。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明做出的不脱离本发明范畴的改进和修改都在本发明的保护范围之内。专利中涉及到的所有“电联接”、“接”和“连接”关系，均并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构，本发明中明确用“电联接”的地方只是为了强调此含义，但并不排除用“接”和“连接”的地方也具备这样的含义。

Claims (10)

1.一种适用于直流电源的插座，包括插座本体，以及连接供电的直流电源的供电正电极、供电负电极，其特征在于：至少还包括灭弧正电极，灭弧负电极，第一灭弧器件，第二灭弧器件，每个灭弧器件都包括两个端子：正端子和负端子，第一灭弧器件的正端子连接供电正电极，第一灭弧器件的负端子连接灭弧负电极；第二灭弧器件的正端子连接灭弧正电极，第二灭弧器件的负端子连接供电负电极；灭弧正电极连接缓冲一部件，灭弧负电极连接缓冲二部件，缓冲一部件和缓冲二部件组成阻尼部件；阻尼部件确保外部的插头与所述插座连接时，先接触到灭弧正电极和灭弧负电极，并在阻尼部件作用下，灭弧正电极再与供电正电极电连接，同时，灭弧负电极与供电负电极电连接；阻尼部件确保外部的插头与所述插座分断时，灭弧正电极先与供电正电极电断开，同时，灭弧负电极与供电负电极电断开；在断开瞬间，插头中对应插电极与灭弧正电极以及灭弧负电极仍处于连接状态，继而插头中对应插电极与灭弧正电极以及灭弧负电极完全断开。

2.根据权利要求1所述的插座，其特征在于：缓冲一部件和缓冲二部件均为弹簧，垂直或呈八字型或呈倒八字型连接。

3.根据权利要求2所述的插座，其特征在于：弹簧为非金属弹簧。

4.根据权利要求1所述的插座，其特征在于：第一灭弧器件和第二灭弧器件均为二极管；且所述的正端子为二极管的阴极，所述的负端子为二极管的阳极。

5.根据权利要求1所述的插座，其特征在于：第一灭弧器件和第二灭弧器件均为电容。

6.根据权利要求5所述的插座，其特征在于：所述的电容为电解电容，所述的正端子为电解电容的正极，所述的负端子为电解电容的负极。

7.根据权利要求1所述的插座，其特征在于：灭弧正电极与供电正电极之间并联一个由第一电阻和第三电容构成的串联电路；灭弧负电极与供电负电极之间之间并联一个由第二电阻和第四电容构成的串联电路。

8.根据权利要求1所述的插座，其特征在于：灭弧正电极与供电正电极之间并联有第三电容；灭弧负电极与供电负电极之间之间并联有第四电容。

9.根据权利要求1所述的插座，其特征在于：还包括灭弧接地极和连接供电的直流电源的地的供电接地极，灭弧接地极连接缓冲三部件，缓冲三部件与缓冲一部件和缓冲二部件一起组成阻尼部件。

10.一种适用于直流电源的插座，其特征在于：插座由N个权利要求1至9任一项所述的插座级联而成，其中N为大于等于1的自然数。