CN1659667A - 直流截止开关 - Google Patents

Abstract

在使直流截止用的手动操纵开关中，借助连接单元3－1、顶部电极9－1、底部电极9－2、连接导线6a和可移动单元6，使作为非线性电阻器的PTC电阻9与由第一固定触点5－1和第一可移动触点4－1构成的接触电路并联连接。首先，开启第一固定触点5－1和第一可移动触点4－1。然而，由于PTC电阻9并联，并且接触电路形成闭合电路，难以发生浪涌电压，并且所述PTC电阻9中流过截止电流。由于PTC电阻9的瞬时发热而造成的使电阻值减小，在峰值电流通过之后，由于PTC电阻9电阻值的增大，电压返回电源电压，然后，第一固定触点5－2和第二可移动触点4－2开启。因此，电流被完全截止。

Description

直流截止开关

技术领域

本发明涉及直流截止开关，具体地说，涉及一种直流截止开关，通过消除或减少高压电流电路的触点开启电弧发生时间，以防止触点的熔化并减小其损坏，并使高压直流完全截止。

背景技术

通常的直流电路的开关用于开启/关闭汽车中的电气设备、由充电电池驱动的电子产品等当中。在使用了这类开关的传统汽车的电气设备中，用于驱动的电源电压主要为DC 12V或DC24V，以及使用充电电池的便携式电子设备中所用的电源电压也主要为DC12V。

即使需要输出高功率的电动机驱动的工具，也可以由DC18V或24V来充分地驱动，而且传统的开关已被用作这种电源单元的开关，无需任何修改，没有任何麻烦。

然而，近来，由于汽车的高压电气设备、使用充电电池的设备的产品领域的扩展，以及家庭电气设备(比如性能得到加强的电子真空吸尘器，以及比如电动机驱动的自行车等新产品)的发展，高功率已经成为对这类电动机驱动设备的电源单元的需求。根据这类电源单元所需的高输出，存在对高压电源单元的需要。

当前，这类产品所用电源单元通常所说的高压意味着30V或更大，而且，从安全角度考虑，它在国际分级中的上限为42V。为此，把用来实现上述各种电气产品中所需的这类驱动输出的必要安全电源电压考虑为30V到42V。通过整流，使这类设备中使用的AC主电源电压所得到的直流要远远高得多，可达到140V或300V。

在这种电流电路开关中，存在着对付能够用来开启和关闭这种高压电源单元的高电压/大电流的需求。

上述传统电流电路的开关存在的一个问题，在于因浪涌电压所造成的触点熔化。

然而，在直流的情况下，众所周知的是，当使大电流截止时，在要开启之开关的触点之间产生的电弧影响会随着电压单元电压的增高而增大。例如，公知的是，如果当电压电压是DC42V时，甚至当电流大约为10A时，由传统开关来关闭电源单元，则通常关闭触点时的电压变得高于开启触点时的电压，并且趋于发生电弧。在这种情况下，不仅趋于发生电弧，而且电弧的发生时间会变得更长。

假如即使是电压接近于30V时，使用比如50A这样的大电流，或者在利用比如电动机、继电器等线圈驱动较高的感性负载时，由传统开关使这样的电流电路截止，则趋于发生电弧，并且会使发生的时间增长。这是因为假如使这样的高电压/大电流得以截止，会发生较高的浪涌电压。

在使电流截止时，如果要开启的触点之间的距离比较短，或者如果触点之间的电弧增加到超过极限之外，则这样的现象经常会变得显著，并且在触点之间所产生的电弧经常不会即刻熄灭，并且会持续几十微秒。如果电弧像这样会持续几十微秒，则电弧就会产生很高的热量。结果，由于熔化了触点，并且在触点之间产生熔合，就会使电路发生短路。作为选择，即使这些触点保持开启，在触点周围的介电构件经常会被熔化，因热量而产生烟或火，这是一个问题。

如果开关的触点之间的开启距离变宽，则至少可以解决这种触点熔合的问题。还可以缩短电弧的发生周期。然而，即使缩短了发生周期，紧接在开启触点之后，立即会发生电弧。因此，无法解决触点熔化的问题。具体地说，每次电流截止时，触点就发生熔化和变形，因此，缩短了开关的寿命。

加宽开关的触点之间的开启距离，意味着开关主体的大型结构。在当前使各种电子设备中的电动机驱动部分微型化的趋势下，大型开关必须是首先要避免的。

然而，作为一种分解或抑制触点之间火花的方法，公知的还可以在触点之间插入电阻器。然而，足以减少电流从而分解或抑制火花的电阻器的值非常低。如果即使在开启触点之后，连接这样低的电阻值，泄漏电流的积累量变得太大而无法忽略，并且也不经济。

各种用以吸收浪涌电压(或浪涌电流)的设备也都是公知的。例如，对于浪涌电压吸收设备，公知的有压敏电阻、硅浪涌吸收器、利用放电的气体警报装置等。然而，任何一种这样的设备，通过在紧急情况下吸收与所用电压不同的高浪涌电压，用来保护电路免受异常浪涌电压，所述电路是由上述所用的电压来驱动的，而且，最初并不被用来吸收与开启/关闭开关时所用的电压几乎相同的浪涌电压。

由于将浪涌电压吸收设备用于这样的目的，因此，在浪涌电压吸收设备的功能特性中，使用电压的范围相对于浪涌极限电压变窄，并将这种窄范围的使用电压和浪涌极限电压之间的差别用作安全的极限。

因此，即使把浪涌电压吸收设备插入在通常开关的触点之间，其中所述浪涌电压吸收设备用于在紧急情况下吸收与所用电压不同的高电压，而且具有将安全极限设定在使用电压与浪涌极限电压之间的特性，这种浪涌电压吸收设备也不会工作，也就是说，不能够满足吸收浪涌电压的功能，这是由于在开启/关闭开关时的浪涌电压与使用电压几乎相同的缘故。

作为一种防止过量电流的设备，除了上述设备之外，正温度系数(PTC)也是公知的。PTC有以下特性：即使最初流过大电流，也会被衰减和抑制在较弱的水平。因此，PTC用于防止过量电流，而且用作温度快速上升的发热元件。PTC还用作无触点开关，用于给仅在最初需要大电流的设备，如彩色电视机的磁中性线圈提供电流，或者给电动机提供能量。在任何情况下，绝不曾将PTC用作使电流截止时的浪涌电压吸收设备，也没有过如此的考虑。

由于一般地说，浪涌电压吸收设备的特性在于利用较高的电压，通过自身加热来减少电阻值，以吸收浪涌电压，因此，如果在最差的情况下，施加了远高得多的过量电压，则会发生热逸散，并引起自毁。由此，存在一种可能性，那就是使要保护的电路被短路。因此，考虑到这一点，已经使用传统的浪涌电压吸收设备简单地吸收远高于开关触点中所产生的电源电压的浪涌电压。

本发明的目的在于提出一种小型开关，不管它是手动操作型、继电器型的，抑或是热保护器型，用来使具有高电压的大直流安全地截止，而不使触点熔化或受损，以解决传统问题。

发明内容

在本发明的优选实施例中，一种直流截止开关包括：第一固定触点，形成于指定的内部位置处，并与端子单元相连以与外部电路连接；第二固定触点，形成于另一指定的内部位置处，并与端子单元相连以与外部电路连接；具有导电性的可移动单元，用于支撑分别设置在与第一和第二固定触点相对应的位置处的第一和第二可移动触点；触点按压装置，用于通过将可移动单元的第一和第二可移动触点分别按压在第一和第二固定触点上，利用第一可移动触点、可移动单元和第二可移动触点，使直流在第一和第二固定触点之间流动；触点开启装置，它首先使按压在第一固定触点上的第一可移动触点与第一固定触点相分离，然后使按压在第二固定触点上的第二可移动触点与第二固定触点相分离；以及非线性电阻器，它被插入并连接在可移动单元和第一固定触点之间。所述非线性电阻器具有电阻值波动区，该区表示在通过由所述触点开启装置使第一可移动触点与第一固定触点分离而使两个触点之间的大直流截止时，在触点间电压从0V变到电源电压同时的最小电阻值，并在通过使第二可移动触点与第二固定触点分离而使第一和第二固定触点之间的直流被完全截止之后，所述非线性电阻器与接触电路电分离。

在这种直流截止开关中，上述非线性电阻器是PTC，并且通过开启上述可移动触点，在上述大直流截止时的触点开启电压在28V到48V范围内。

例如，所述PTC的电压/电流特性，即不发生热逸散范围的上限或较低的峰值为80V或更大。例如，相对于不发生热逸散范围的电压的峰值电流的位置在2V到20V的范围内。

优选的是，上述外部电路是具有额定DC42V的电路或驱动感性负载的电路。

例如，上述可移动构件可以由双金属驱动。在这种情况下，所述外部电路最好是28V或更大的二次电池组的充电侧电路，或者是充电/放电电路，也可以是额定电路，在充电时或充电/放电时，这种电路通过开启可移动触点产生的开启电压不超过50V。另外，在这种情况下，比如，在所述PTC中最好将Tc(居里温度)设定为高于双金属的工作温度的值。

所述可移动构件也可以由电磁线圈来驱动。

将所述非线性电阻器构造成，使得在开启第一可移动触点时，避免第一可移动触点与第一固定触点间产生的电弧持续2微秒或更多。例如，也把所述非线性电阻器进行设计成，使得防止开启第一可移动触点之后的电流产生电弧，或者最好将该电流限制为1A或更小。

所述非线性电阻器也可以是PTC，而且比如也可以将通过开启可移动触点将在大直流截止时的触点开启电压设定在130V到310V范围内。

如上所述，本发明由于使PTC与开关的接触电路并联，其中，特别设置了所述PCT的电压/电流特性和温度特性，而所述开关在第一位置被开启，并且即使通过开启第一开关的触点使高电压电流截止，也会形成闭合电路，并且难以发生浪涌电压。然后，PTC通过最小电阻区，使电流几乎截止，并且还通过稍后被开启的触点完成电流截止操作。因此，可以快速和确定地截止具有30V到50V或者更高为130V到310V电压的直流，而无需将触点间的距离设定为开启得较宽。因此，可以实现开关机构的微型化，可以容易地实现最新的电子设备的微型化，并且可以扩展其用途，这是方便的。

由于触点间不发生电弧，因此，可以防止触点熔合。相应地，可以提供可靠性高、寿命长的高电压直流截止开关。

附图说明

图1A是表示作为第一优选实施例直流截止开关的按钮型手动操作开关结构的截面图，其中图1B和1C与图1A一起示出该手动操作开关的工作状态；

图2A、2B和2C典型地示出与图1A、1B和1C相应的手动操作开关的电路结构，以及外部电路结构；

图3是通过制造用各种PCT为例并由试验检验其电压和电流间关系的开关所获得的电压/电流特性图；

图4的表格以数值表示从电压/电流特性图中所得到的每种PTC的主要特性，以便于阅读；

图5A表示在用传统恒温器使42V的电流截止时所得到的变化的电流，其中为了比较的目的而未提供PTC，图5B示出用本发明恒温器使42V的电流截止时所得到的变化的电流，其中提供了PTC；

图6A、6B和6C表示作为本发明第二实施例的直流截止开关的电磁继电器的结构；

图7A、7B和7C表示作为第三优选实施例的直流截止开关的恒温器结构；

图8表示其他示例，其中接触电路包括PCT。

标号

1 手动操作开关

2 外壳

2-1 确定位置的突起部分

3-1，3-2 外部连接端子

4-1 第一固定触点

4-2 第二固定触点

5-1 第一可移动触点

5-2 第二可移动触点

6 可移动单元

6-1 抓锁孔

6a 连接导线

7 弹簧板

8 触点操作装置

8-1 上升/下降部分

8-1-1 抓锁突起部分

8-2 系锁部分

8-3 按钮

9 PTC

9-1 顶部电极

9-2 底部电极

10 外部电路

11-1 连接端子

11-2 连接端子

12 表

12-1 采用编号字段

12-2 25℃下的电阻值字段

12-3 25℃下的电流字段

12-4 峰值电流位置字段

12-5 较低峰值位置字段

13 电弧

15 电磁继电器

16 外壳

17 支撑构件

18 电磁体

18-1 线圈

18-2 铁心

19 可移动构件

21 弹簧板

21-1 一个尖端

21-2 另一尖端

22-1 第一可移动触点

22-2 第二可移动触点

23-1，23-2 端子单元

24 连接构件

25-1 第一固定触点

25-2 第二固定触点

26 弹簧构件

27 PTC

30 恒温器

31-1，31-2 端子单元

31-1-1 内部端子

32 外壳

33-1 第一固定端子

33-2 第二固定端子

34 双金属

36-1，36-2 双金属啮合爪

36 可移动板

37-1 第一可移动端子

37-2 第二可移动端子

38 固定单元

39 PTC

41-1 第一可移动端子

41-2 第二可移动端子

42 PTC

具体实施方式

下面将参考附图描述本发明的优选实施例。本发明的直流截止开关给PTC留下特殊特性，这在后面将有描述。

图1A是表示作为第一优选实施例的直流截止开关的按钮型手动操作开关结构的截面图，其中图1B和1C与图1A一起示出该手动操作开关的工作状态。

图2A、2B和2C典型地示出与图1A、1B和1C相应的手动操作开关的电路结构，以及外部电路结构；

图1A和2A所示的手动操作开关1包括第一固定触点4-1，设置并形成在图1A所示外壳2的指定位置处(图1A中对于中心的右侧)，并与连接部分3-1相连，以与图2A所示外部电路10的连接端子11-1相连；还包括第二固定触点4-2，设置并形成在所述外壳2的另一指定位置处(图1A中对于中心的左侧)，并与连接部分3-2相连，以与图2A所示的外部电路10的连接端子11-2相连。手动操作开关1还包括第一可移动触点5-1和第二可移动触点5-2，分别设在与第一固定触点4-1和第二固定触点4-2相对的位置；以及具有导电性的可移动单元6，用于支撑第一可移动触点5-1和第二可移动触点5-2。

如图1A所示，在所述可移动单元6上面，将向上凸出的弹簧板7安装到突起并设在顶板(ceiling)上的确定位置突起部分2-1中(尽管由于位于图1A上部被称为顶板，但实际上，它是该开关的安装表面，并且大多数情况下，它实际上被水平或向下设置。此后，同样各位置都参考附图所示)，并通过开启并设在其中心处的通孔而被定位且被设置。所述弹簧板7的每一端被按压在可移动单元6的每一端上，并且弹簧板7向下按压可移动单元6的每一端，即由可移动单元6的每一端的底表面所支撑的第一可移动触点5-1和第二可移动触点5-2，作为触点按压装置。因此，弹簧板7总是将第一可移动触点5-1和第二可移动触点5-2分别按压到第一固定触点4-1和第二固定触点4-2上，并且通过具有导电性的可移动单元6在第一固定触点4-1和第二固定触点4-2之间，即在第一可移动触点5-1和第二可移动触点5-2之间，流过直流。

在可移动单元6下方，设置作为触点开启装置的触点操作单元8，由上升/下降部分8-1、系锁部分8-2和按钮8-3构成。触点操作单元8的上升/下降部分8-1被设置为相对于系锁部分8-2的中心离第一可移动触点5-1稍近，通过相对于其中心离第一可移动触点5-1稍近设置的可移动单元6上形成的抓锁孔6-1，插入在该上升/下降部分8-1的顶部突起和设置的抓锁突起部分8-1-1。从而，使可移动单元6和触点操作单元8相啮合。

将四棱柱PTC9定位并设在从外部插入到外壳2内部的外部连接端子3-1的底表面与外壳的底表面之间，作为非线性电阻器。该PTC 9的形状并不限于所述的四棱柱，而可以是任意的棱柱，例如三棱柱、多棱柱(包括五棱柱等)、圆柱体等。

PTC9的顶表面和底表面中的每一个上形成电极，并且顶部电极9-1和底部电极9-2分别与外部连接端子3-1的底表面和从可移动单元6中引出的连接导线6a相连。于是，有如图2A所示那样，PTC 9与由第一可移动触点5-1和第一固定触点4-1组成的接触电路并联。

按照上述结构，当在壳体2的内部按下(图2A中向上按)触点操作单元8的按钮8-3时，通过系锁部分8-2，将该推动传递到上升/下降部分8-1，并使上升/下降部分8-1上升。通过该上升/下降部分8-1的上升，可移动单元6被向上推，并试图向上移动。

如上所述，由于上升/下降部分8-1和可移动单元6的啮合点位于对于中心离第一可移动触点5-1稍近的位置处，如果把该啮合点用作支点，则与其离支点距离较短的第一可移动触点5-1处相比，在离支点距离较长的第二可移动触点5-2处，从弹簧板7加给可移动单元6各端的推动转矩更强。

因此，如图1B和图2B所示，当通过上升/下降部分8-1的上升向上推并试图向上移动的可移动单元6时，首先，其向下推动转矩相对较弱的第一可移动触点5-1侧向上移动。换句话说，第一可移动触点5-1与第一固定触点4-1首先分离，并使流过这些触点的电流截止。

这里，描述了与由第一可移动触点5-1和第一固定触点4-1构成的接触电路并联的PTC 9的功能。如图1A和2A所示，当由第一可移动触点5-1和第一固定触点4-1组成的开关关闭时，在作为该非线性电阻器的PTC 9中，顶部电极9-1和底部电极9-2之间的电压几乎为“0”，并且，在具有25℃下指定电阻值的PTC 9中没有电流流过。

在这种情况下，即使如图1B和2B那样，当第一可移动触点5-1和第一固定触点4-1的开关被开启，由于PTC 9并行地插入并连接在第一可移动触点5-1和第一固定触点4-1之间，整个电路是闭合的，因此，难以发生浪涌。

然而，在触点被开启之后，由于电源电压被加给PTC 9，因此PTC9瞬时地发热，并且根据PTC 9的特性，这种热量使它的电阻值减小，一直减小到在其上流过指定的峰值电流时的值。因此，变得难以发生浪涌电压。

因此，由于浪涌电压的缘故，在被开启的第一可移动触点5-1和第一固定触点4-1之间没有电流流过。换句话说，在被开启的第一可移动触点5-1和第一固定触点4-1之间不产生电弧。

由于电流持续在PTC 9中流动，因此，PTC 9进一步发热，并且这时电阻值增大。在这种情况下，在电源电压条件下，仅有非常小并且是可忽略的电流流过。然后，在本优选实施例中，通过进一步推动按钮8-3，使上升/下降部分8-1上升。结果，如图1C和2C所示，可移动单元6的第二可移动触点5-2侧也发生移动。具体地说，在第一可移动触点5-1首先与第一固定触点4-1分离之后，继而，第二可移动触点5-2与第二固定触点4-2分离。

因此，使通过第一可移动触点5-1、可移动单元6和第二可移动触点5-2，在第一固定触点4-1和第二固定触点4-2之间流动的大直流被完全截止。在完成所述电流的截止之后，PTC 9与这些接触电路发生电分离，并且在PTC 9中保持该状态。

如上所述，手动操作开关能够使高压直流完全被截止。另外，在手动操作开关使具有30V到42V这样高的电压(有些情况下为50V)的直流快速并被完全截止的同时，触点间不发生电弧，因此，没有触点发生熔化。

图3是通过制造试验用的开关所得到的电压/电流特性图，利用每一个各有不同特性的各种PTC作为示例以获得具有上述电压特性的PTC9，同时，通过试验来检验它们的电压和电流之间的关系，并绘出检验结果。水平轴和垂直轴分别表述电压(V)和电流(A)。水平和垂直轴的各自的刻度按对数表示。

图3所示电压/电流特性图的每一条特性曲线左端处的电阻值表示在25℃下的电阻值。在25℃的周围温度条件下的电阻值用作指定和识别作为非线性电阻器的PTC的基准。

图4的表格以数值表示从电压/电流特性图中所得到的每种PTC的主要特性，以便于阅读。如图4中表12在25℃下电阻值采样编号12-1的字段和字段12-2所示，在图3所示电压/电流特性图的每一条特性曲线的左端，对采样编号1到采样编号11中每一个PTC分别赋予电阻值7Ω、15Ω、30Ω、50Ω、30Ω、50Ω、100Ω、200Ω、300Ω、5k(5000)Ω和10k(10,000)Ω。

这里，描述了PTC的特性，包括热逸散。对于PTC的特性，如果电源电压是100V或200V，则使用大约5kΩ到10kΩ的初始电阻。在这种情况下，PTC的特性在于：在电压/电流特性中，相对于不发生热逸散范围内电压的峰值电流位置是50V或更大。如果把这样的PTC用于具有高电压(30-42V)的直流，则电阻减小，并不伴随发生在截止时所产生的电弧以及与连接固定电阻时几乎相同的状态。在这种情况下，由于在由负载电阻所分割之恒温器每一端处的电压并不减少这样多，因此，不能使电弧减少。

然而，在PTC中，将电压/电流特性中相对于不发生热逸散的峰值电流位置设定在低于上述直流电压时的值，即50V，则在通过开启开关的端子使电流截止时，将把产生最小电阻值的电压高的电源电压加给PTC。在这种情况下，将该PTC并行地插入并连接在触点之间，而且开关端子之间的电压在短时间内下降到自0V减去因负载引起的电压降而获得的电压。

具体地说，即使开关端子之间的一部分受到PTC箝位并且电路被截止，所述电路保持为闭合电路，而没有开启部分，并且变得难以发生过渡的浪涌电流。此外，这种PTC的一部分具有最小电阻值，并且流过该PTC的电流也具有峰值。

即使在300Ω这种相当高的电阻情况下，电压/电流特性的峰值位于10V附近。在这种情况下，虽然按照统计特性，在42V下的电流为0.015A，在这样的周期内，电流通过0.045A的峰值。虽然根据图3所示的曲线，在截止的过程中，所述电阻被计算为大约222Ω的最小电阻，该电阻与电弧相连，并且电阻值具有最小值。因此，难以发生浪涌电压，并且也使连续电弧受到抑制。因此，在截止的过程中电弧熄灭。

然而，如果将两个12V的系统电池串联，则最大电压是28V。如果将三个12V的系统电池串联，则最大电压是42V。当把所述的28V设置为下限时，如果把上述峰值电流设置在低于28V的电压处，特别是在直至20V的范围内，它是有效的。如果使电阻值减小，这种能力可以增强。然而，如果将过量电压施加给PTC，特别是如果加给超过自控的电压，则电流快速增加，并进入热逸散区。

具体地说，存在一点，如果在图3所示的电压/电流特性图中，将过量电压加给其中电阻随着电压增加而增加的区域(右下)，则曲线变为上升(高电压侧的曲线变化部分；虽然图3中的该部分看来几乎是水平的，但实际上该部分的右端上升了一点)。这一点被称为较低峰值或压力极限点。由于在超过该点时，PTC进入上述热逸散区并引起自毁，所述该点还被称为热逸散产生点。

因此，该PTC具有相对于上限条件的电压，并且该上限条件变为曲线的上述较低峰值(热逸散产生点)。至少，需要通过将该曲线的较低峰值电压设置为所用正常电压的两倍那样高，以确保安全，并且80V是指导。如果在低于2V的电压侧的特性中，由电压/电流特性的峰值电流值指定了这一条件，则高电压侧的压力特性是不充分的。因此，所述条件可以被限制为大约2V到20V的范围。

如表12中的较低峰值位置12-5的字段中所示，对于图4所示的取样编号1和取样编号2，较低峰值的位置低于2V，并且它在高电压侧的耐压特性是不充分的，而且有如上述那样，并不能确保所用电压下的安全。因此，从要采用的目标中排除取样编号1和取样编号2。

峰值电流位置12-4字段中所示的峰值电流的位置(V)表示其中流过PTC的初始电流变为最大值的电压的位置。如图1A和2B所示，最好是使紧接在开启开关之后立即流过PTC中的电流变为最大值。为了使在开关被开启之后立即在PTC中流过的电流最大，应该使峰值电流的位置(值)(V)尽可能小，这是由于有如图1A和2A所示那样，在开关被开启之前立即加给PTC9的电压几乎为“0”。

于是，由于已经排除取样编号1和取样编号2，因此检查其余的取样编号3到取样编号11。结果，由于发现取样编号3到取样编号9各自峰值电流的位置(值)(V)是一个单值数，并且取样编号10和取样编号11各自峰值电流的位置(V)高于所用的电压(该示例中为48V或更少)，从要采用的目标中排除取样编号10和取样编号11。因此，仅剩下取样编号3到取样编号9，作为要采用的目标。

因此，确定不会引起目标电压(48V或更少)处的热逸散，并且能够安全使用的PTC是取样编号3到取样编号9。每一个这样的PTC的电压/电流特性都是峰值电流位置在2V到20V范围内。

在图4所示表12的较低峰值位置12-5字段中，取样编号3到取样编号9中任一个各自的较低峰值位置位于60V和170V之间，即42V或更大。更具体地，由于取样编号3到取样编号5每一个PTC各自的较低峰值位置为80V或更大，这几乎是上述电源电压的额定电压42V的两倍，因此，它们中的每一个都具有理想的特性。发现它们当中的每一个都适于作为要被并行地插入并连接在与外部电路10相连之手工操纵开关1的第一可移动触点和第一固定触点之间的PTC 9，如图2A、2B和2C所示。

在图4中，由于更具体地，取样编号3和取样编号4每一个各自的较低峰值位置均位于110V和170V之间，可以发现，即使电源单元的额定电压是50V，它们也是适合的。

PTC具有电阻值突然增加的温度区的起始点，并且该温度被称为“居里温度”(Tc)。该温度被定义为与最小电阻值的两倍的电阻值相应的温度。最小电阻值是图4所示的峰值电流的位置(V)。

因此，必须从取样编号3到取样编号9中选择并采用其居里温度设置为高于操作温度值的一个，从而在它工作并且其触点被开启之前，通过最小电阻区。

通过不仅改变其上述电压/电流特性而且改变其温度特性，可以获得所需的PTC。

图5A示出当用传统开关使42V电流截止时所得到的变化的电流，其中为了比较的目的没有设置和提供PTC。图5B示出当用本发明的开关配置使42V的电流截止时所得到的变化的电流，其中设置并提供有PTC。

在图5A和5B中，水平轴和垂直轴分别表示时间和电压。在图5A和5B的水平轴上的单位时间刻度分别是20微秒和两微秒。

在图5A中，在开关(由第一可移动触点5-1和第一固定触点4-1构成的开关，以后也是如此)的触点被开启和42V的电流被截止时的时间t0与触点之间的电流被完全截止且电压变为0(这种情况下，以后表示电流为0)的时间t1之间，过去了70微秒多一点的时间。具体地说，在这一周期期间，触点之间发生了电弧13，并且电弧13的产生能持续70微秒或略长一点。如果电弧持续发生70微秒或更多，则易熔化的触点会因熔合等而短路，并且毁坏了开关。

然而，在图5B所示的示例中，在开关的触点被开启且42V电流被截止时的时间T1与触点之间电流被完全截止且电压变为0的时间T2之间，仅过去了一微秒。换句话说，本发明的开关能够确定地使高电压直流70截止，或者比传统开关快更多倍。另外，由于不发生电弧，没有触点熔化，并且开关的寿命被显著延长。

尽管在上述优选实施例中，利用手动操纵开关作为示例进行了描述，但所述开关并不限于手动操纵开关，比如，也可以使用电磁继电器。下面将描述利用电磁继电器作为开关的另一优选实施例。

图6A、6B和6C示出本发明第二实施例中作为直流截止开关的电磁继电器的结构。图6A的上部示出图6B的A-A’截面图，而下部示出其底视图。图6B的上部示出图6A的B-B’截面图，而下部示出其底视图。图6C是开启的开关的截面图。

如图6A和6B所示，电磁继电器15受到占据壳体16内部大部分的支撑构件17的支撑，并且在电磁继电器15中设置和提供由线圈18-1和铁心18-2构成的电磁体。

在铁心18-2的吸引端附近设置一个长臂端，其截面呈钩状的可移动构件19形状，并与吸引端相对。图6B示出将钩状可移动构件19的一个长臂端吸引到铁心18-2的吸引端的状态。

在钩状可移动构件19的另一短臂端上，固定并提供有弹簧板21。在该弹簧板的叉状尖端21-1之一的底表面上，固定和设置第一可移动触点22-1，并在另一尖端的底表面上，固定和设置第二可移动触点22-2。

在第一可移动触点22-1的下方，在与该第一可移动触点22-1相对的位置上设置并提供第一固定触点25-1。该第一固定触点25-1通过连接构件24与穿过外壳16的基面并向外突起的端子单元23-1相连，以便与外部电路相连。

在第二可移动触点22-2的下方，在与该第二可移动触点22-2相对的位置上设置并提供了第二固定触点25-2。该第二固定触点25-2与穿过外壳16的基面并向外突起的端子单元23-2的内部端子直接相连，以便与外部电路相连。

在其上固定有弹簧板21之可移动构件19的另一短臂端，安装有截面形状为U字符的弹簧构件26。水平U形弹簧构件26的顶表面固定在可移动构件19的另一短臂端的底表面上，U字符的开口端朝向触点，并将作为非线性电阻器的PTC 27插入并安装在水平U形弹簧构件26的底表面与第一固定触点25-1的连接构件24之间。PTC 27的顶部电极表面与水平U形弹簧构件26的底表面相连，并且PTC 27的底部电极表面与连接板29相连。

当给电磁体18提供能量并使之受到驱动时，如图6A和6B所示，该电磁继电器通过将可移动构件19的长臂端吸引到铁心18-2的吸引端，利用长臂和短臂之间的边界为支点，相对于弹簧构件26的推力，反时针旋转。然后，利用在弹簧板21的一个尖端21-1的推力，将第一可移动触点22-1按压在第一固定触点25-1上，并且利用在弹簧板21的另一尖端21-2的推力，将第二可移动触点22-2按压在第二固定触点25-2上。

在这种状态下，通过将上述连接端子23-1和23-2分别与图2A所示外部电路10的连接端子11-1和11-2相连，形成如图2A所示的相同电路。

如图6A所示，将第一可移动触点22-1和第一固定触点25-1的触点位置设置得比第二可移动触点22-2和第二固定触点25-2的高度低a。尽管有如图6B所示那样，使接触面产生推力的弹簧板21的尖端21-1和21-2具有相同的推力，但是，支持第一可移动触点22-1的尖端21-1比尖端21-2下降了高度a。

因此，如果有如图6C所示那样，使到电磁体18去的电流截止，则可移动构件19首先使第一可移动触点22-1与降低了高度a的第一固定触点25-1相分离，而且由于弹簧构件26以长臂和短臂的边界为支点反时针推动它们，所以这些触点被开启。在这种情况下，电路状态变得与图2B所示相同。

由于PTC 27与由第一可移动触点22-1和第一固定触点25-1构成的接触电路并联，在这种情况下，接触电路形成闭合电路，并且难以发生浪涌电压。换句话说，在这种情况下，如图5B所示，不发生电弧，并且在至少两微秒内电流就截止。

另外，第二可移动触点22-2也与第二固定触点25-2分离。因此，电流截止完成，之后，PTC 27继续相对于这些接触电路进行电分离。

如上所述，该电池继电器15使高压直流完全截止。另外，由于在触点间不发生电弧，并因此而在具有30V到42V(有些情况为50V)的高电压的直流快速并完全截止的同时，不会使触点熔合，由此，可以实现小型电磁继电器，其中能够将触点设置得相当近。

图7A和7B和7C示出第三优选实施例作为直流截止开关的恒温器结构。图7A、7B和7C分别是外壳顶部的平面透视图、图7A的A-A’截面图和图7A的B-B’截面图。

如图7A、7B和7C所示，恒温器30设有两个端子单元31-1和31-2，它们通过外壳32并内部向外部突出，以与外部电路相连。在外壳32的底端的顶表面上，在端子单元31-2和31-2上分别形成第一固定端子33-1和第二固定端子33-2。

在外壳32中，设置并提供双金属34和可移动板36，它的一端以双金属啮合爪为支点，随着该双金属34的弯曲垂直振动。可移动板36的这个垂直振动端是叉状的，并在与叉状端的底表面上的第一固定端子33-1和第二固定端子33-2相对的位置上，分别形成第一可移动端子37-1和第二可移动端子37-2。

双金属34由两片总是弯曲的重叠金属构成，并在指定的温度下，它的弯曲被反转。在使用这种恒温器30的常温范围内，双金属34的弯曲是向上凸出的。双金属34的一端啮合在可移动板36的一个双金属啮合爪36-1中，另一端也啮合在可移动板36的另一双金属啮合爪36-2中。

可移动板36的双金属啮合爪36-1的端部固定在导电固定单元38上，并且PTC 39插入并安装在该固定单元38与具有第一固定端子33-1的端子单元31-1的内部端子31-1-1之间。

因此，该恒温器30的端子单元31-1和31-2分别与图2A所示的外部电路的连接端子11-1和11-2相连，并形成如图2A所示相同的整个电路。

由于在这种状态下，有如上述那样，在使用恒温器30的常温范围内，双金属34弯曲为凸出，于是，如图7B和7C所示那样，通过双金属34向下推动可移动板36的双金属啮合爪36-2侧上的一端，从而，分别将第一固定触点33-1和第二固定触点33-2按压在可移动板36的相关端部处的第一可移动触点37-1和第二可移动触点37-2上。换句话说，关闭了作为开关的恒温器30。

在这种情况下，当在附近区域发生一些故障，并将超过使用恒温器30的常温温度传递到双金属34时，双金属34的弯曲被反转，并且该双金属的形状变为向上凸出。因此，使可移动板36在双金属啮合爪36-2一侧的一端上举。

如图7B所示，在这种情况下，将第一可移动触点37-1和第一固定触点33-1的触点位置设置得比第二可移动触点37-2和第二固定触点33-2的高度低b，并且第一可移动触点37-1比第二可移动触点37-2下降了高度b。因此，当可移动板36的双金属啮合爪36-2一侧的一端上举时，第一可移动触点37-1较早地与第一固定触点33-1分离。因此，电路状态变为与图2B所示相同。

由于PTC39与由第一可移动触点37-1和第一固定触点33-1构成的接触电路并联，在这种情况下，接触电路形成了闭合电路，并且在第一可移动触点37-1和第一固定触点33-1之间难以发生浪涌电压。具体地说，在这种情况下不发生电弧，如图5B所示。因此，在至少两微秒内电流就截止。

另一方面，然后，第二可移动触点37-2也与第二固定触点33-2分离。因此，电流截止完成，随后，PTC 39继续与这些接触电路实行电分离。

如上所述，该恒温器30使高压直流完全截止。另外，由于在触点之间不发生电弧，因此，在具有高电压的直流完全并快速截止的同时，不会使触点熔合，因此，可以实现小型电磁继电器，其中可将触点设置得相当近。

图8A、8B和8C示出另一示例，所述接触电路包含PTC。在这样的连接下，通过减小电弧所得到的效果较小。具体地说，如果像图8B所示那样，使第一可移动触点41-1与第一固定触点42-1分离，则由PTC 43使电源侧电路成为闭合电路。于是，在这种情况下，难以发生浪涌电压。然而，PTC 43也已被提供给能量，并且其电阻值增大。因此，效果小于图2所得到的效果。如图8A所示，当开关关闭时，尽管是可以忽略的，但有漏电流流到PTC 43中。即使在这种情况下，只要充分考虑了要连接的目标设备以及电源电压，本发明也可以得到满意的应用。

以上已经描述了在初始电阻为5kΩ到10kΩ的PTC中，如取样编号10和11所示，在电压/电流特性中不发生热逸散的范围内，相对于电流峰值位置的电压是50V或更大。在这种情况下，如果在30V到40V的高电压下使用PTC，则状态变为与其中连接固定电阻器的情况相同，这是由于电阻减小没有伴随着截止时所产生的电弧。因此，开关的电压不会下降太多，因此，不能使电弧减小。不管，仅对于使用30V到42V高电压的情况，才是如此。

在初始电阻是5kΩ到10kΩ的PTC中，如取样编号10和11所示，峰值电流的位置位于40V到60V范围内，并且较低峰值位于250V到350范围内。因此，对于通过整流设备内所用的AC主电源电压而获得的高直流电压140V到300V，PTC可以相对于30V到42V的高电压，按与取样编号3到取样编号9(优选是直到取样编号5)相同的方式在PTC中与开关并联，并能获得与上述相同的效果。

工业应用性

如上所述，按照本发明的直流截止开关，能防止高压直流电路的触点开启发生的电弧，或者减少电弧发生的时间，避免触点熔合和损坏，并使高压直流完全截止。因此，可将本发明用于利用直流截止开关使直流截止的所有工业中。

Claims (11)

1.一种直流截止开关，包括：

第一固定触点，形成在指定内部位置处，并且与端子单元相连，以与外部电路连接；

第二固定触点，形成在另一指定内部位置处，并且与端子单元相连，以与外部电路连接；

具有导电性的可移动单元，用于支撑分别设在与所述第一和第二固定触点相对应位置处的第一和第二可移动触点；

触点按压装置，用于借助第一可移动触点、可移动单元和第二可移动触点，通过将可移动单元的第一和第二可移动触点分别按压在第一和第二固定触点上，使直流在第一和第二固定触点之间流动，

触点开启装置，用于首先使按压在第一固定触点上的第一可移动触点与第一固定触点分离，然后再使按压在第二固定触点上的第二可移动触点与第二固定触点分离；以及

非线性电阻器，插入并且连接在可移动单元和第一固定触点之间；

所述非线性电阻器具有电阻值波动区，表示当通过由所述触点开启装置使第一可移动触点与第一固定触点分离分离而使两个触点间的大直流截止时，在触点间电压从0V变化到电源电压同时的最小电阻值，并且在通过使第二可移动触点与第二固定触点分离而使第一和第二固定触点之间的直流被完全截止之后，所述非线性电阻器与接触电路电分离。

2.根据权利要求1所述的直流截止开关，其中，

所述非线性电阻器为正温度系数(PTC)的，并且由开启第一可移动触点而使大直流截止时的触点开启电压在28V到48V的范围内。

3.根据权利要求1或2所述的直流截止开关，其中，

所述PTC电阻的电压/电流特性，即不发生热逸散范围的上限或较低的峰值为80V或更大。

4.根据权利要求3所述的直流截止开关，其特征在于：

所述PTC的电压/电流特性，相对于不发生热逸散范围的电压的峰值电流的位置在2V到20V的范围内。

5.根据权利要求3或4所述的直流截止开关，其中，

所述外部电路是具有额定DC42V的电路或驱动感性负载的电路。

6.根据权利要求4所述的直流截止开关，其特征在于：

所述可移动构件由双金属驱动，以及

所述外部电路是28V或更大二次电池组的充电侧电路，或者是充电/放电电路，也可为额定电路，在充电时或充电/放电时，这种电路通过开启可移动触点产生的开启电压不超过50V。

7.根据权利要求6所述的直流截止开关，其特征在于：

在所述PTC中，将居里温度(Tc)设定为高于双金属的工作温度的值。

8.根据权利要求1所述的直流截止开关，其中，

所述可移动构件由电磁线圈驱动。

9.根据权利要求1到8任一项所述的直流截止开关，其中，

所述非线性电阻器防止在开启第一可移动触点时在第一可移动触点和第一固定触点之间产生的电弧持续两微秒或更多。

10.根据权利要求1到9任一项所述的直流截止开关，其中，

所述非线性电阻器表示用来把第一可移动触点被开启之后的电流限制在不会产生电弧的电流，或者优选为1A或更小电流的电阻值。

11.根据权利要求1所述的直流截止开关，其特征在于：

所述非线性电阻器是PTC，并且通过开启可移动触点使大直流截止时流过的触点开启电压在130V到310V范围内。

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