一种插头与插座的直流插接装置和方法与流程

1.本发明涉及配用电技术领域，具体涉及一种插头与插座的直流插接装置和方法。


背景技术：

2.在家电等日常用电设备中，其内部电路大部分采用直流电力驱动，用电器内部需配置电力转换电路实现交直流变换。随着电力电子技术的发展为用电设备提供稳定、可靠的直流电力已经成为可能，直流电器采用直流电直接供电可以省去能效较低的交直流变换电路，既可以节约电器制造成本，又能够节能，得到了广泛关注。然而，不同于交流电，直流电没有交变，其电流波形无过零点，工作中的直流用电设备在通过插拔方式与直流电源断开物理连接的时候，在存在一定功率的情况下，容易产生持续较长的高温电弧，从而带来火灾隐患。因此直流插拔过程中存在的电弧问题成了制约直流用电发展的一个重要因素。
3.为了抑制电器插拔过程中的直流电弧，目前常用两种方式来实现：一种是通过采用较低直流电压，以降低电弧对空气等绝缘介质的击穿作用，减少插头拔出时电弧持续时间和电弧长度；但这种方法并不能从根本上抑制直流电弧的产生，当直流电器设备插接不牢固且在较大电流下工作时依然会有燃弧发生。用电器功率较小时可以直接插拔(工作电流仅数安培时)，但用电器功率较大时，要实现用电器插头与插座安全分离，只能先关闭用电器使工作电流降低为0，再执行插拔操作；另一种是在插座中通过增设一级机械开关在电器设备进行物理拔前先行执行断开操作，如图13所示，以确保电气设备的插头拔出并与插座分离时处于断电状态，同时为了避免操作人员误操作该开关还往往与插头进行连锁设计以确保插座中的开关先断开后插头才能拔出。尽管上述两种插接方式可以在一定程度上减轻直流插拔过程中的电弧问题，然而却都依然还存在一些难以克服的问题。前者尽管因直流电压低，燃弧易熄灭，然而不能从根本上抑制直流电弧的产生，当直流电器设备插接不牢固且在较大电流下工作时依然会有燃弧风险；而后者尽管可以通过机械开关先灭弧，再实现安全拔出插头的操作，但机械开关在灭弧过程中易因电弧高温而劣化其性能，从而降低使用寿命。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种插头与插座的直流插接装置和方法，本发明能解决直流插拔过程中的易产生直流电弧的问题，并兼顾直流插拔安全与直流插头插座的使用寿命。通过合理设计电气开断与物理开断的物理机构和操作机制，实现直流插头与插座的可靠插接与安全分离，从而达到直流用电安全与确保直流插接设备使用寿命的目的。
5.本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的：
6.本发明提供了一种插头与插座的直流插接装置，包括：直流插座(1)、直流插头(2)和直流用电器(3)；
7.所述直流插座(1)内设有机械开关(4)和机械开关启动机构(7)，所述机械开关启
动机构(7)与所述机械开关(4)连接；所述直流插头(2)内设有卡锁(8)；所述直流用电器(3)内设有负荷启动机构(9)；
8.所述卡锁(8)分别与所述负荷启动机构(9)和所述机械开关启动机构(7)接触连接；
9.所述卡锁(8)通过控制所述负荷启动机构(9)的断开/闭合，和通过控制所述机械开关启动机构(7)进而控制机械开关(4)断开/闭合实现装置在插接过程中灭弧。
10.优选的，所述卡锁(8)包括：负荷开关启动机构(13)、开关(16)和第一弹簧(15)；
11.所述负荷开关启动机构(13)的一面与第一弹簧(15)固定连接；
12.所述直流插头(2)的侧壁上具有凹部，所述负荷开关启动机构(13)与第一弹簧(15)连接的一面以及所述第一弹簧(15)进入所述凹部；
13.所述负荷开关启动机构(13)通过所述开关(16)与所述负荷启动机构(9)接触连接。
14.优选的，所述开关(16)为触头开关；
15.所述负荷开关启动机构(13)与所述开关(16)的动触头连接，所述开关(16)的静触头与所述负荷启动机构(9)连接。
16.优选的，所述直流插座(1)还包括第二弹簧(14)；所述第二弹簧(14)固定连接于所述机械开关启动机构(7)与所述直流插座(1)底部外壳内壁之间；
17.所述直流插座(1)插口的大小与所述直流插头(2)的大小相适应，且所述插口处的外壳上具有与所述卡锁(8)的第一凹槽(132)相匹配的第一凸部(133)，用于在直流插头(2)完全插入时，锁死卡锁(8)；
18.所述机械开关启动机构(7)与第二弹簧(14)设置于所述直流插座(1)的插口内，且位于所述第一凸部(133)下方，当所述第二弹簧(14)处于自由状态时，所述第一凸部(133)与所述机械开关启动机构(7)的接触。
19.优选的，所述机械开关(4)为触点插头；
20.所述机械开关(4)的动触头与所述机械开关启动机构(7)固定连接；所述机械开关(4)的静触头与电源连接。
21.优选的，所述负荷开关启动机构(13)的第一边(131)长度大于所述机械开关(4)的静触头和动触头的最大距离。
22.基于同一设计思想，本发明还提供了一种基于灭弧状态下插头插入直流插座的方法，包括：
23.随着直流插头(2)的插入，直流插头(2)上的卡锁(8)控制直流用电器(3)由连通到断开；
24.所述卡锁(8)控制直流插座(1)中的机械开关启动机构(7)动作，进而控制所述机械开关(4)由断开到闭合；
25.随着所述直流插头(2)继续插入直到完全推进到位，卡锁(8)连通所述直流用电器(3)，同时所述卡锁(8)触发负荷启动机构(9)闭合，直流用电器(3)通电。
26.优选的，所述直流插头(2)上的卡锁(8)控制直流用电器(3)由连通到断开，包括：
27.卡锁(8)进入直流插头(2)侧壁上的凹部中，对第一弹簧(15)进行压缩，同时带动开关(16)由闭合到断开；
28.此时直流用电器(3)中回路关闭，并且机械开关(4)处于断开状态。
29.优选的，所述(8)控制直流插座(1)中的机械开关启动机构(7)动作，进而控制所述机械开关(4)由断开到闭合，包括：
30.随着直流插头(1)的进入，卡锁(8)推动机械开关启动机构(7)向第二弹簧(14)方向前进，对第二弹簧(14)进行压缩的同时带动机械开关(4)闭合。
31.优选的，随着所述直流插头(2)继续插入直到完全推进到位，(8)连通所述(3)，同时所述卡锁(8)触发负荷启动机构(9)闭合，包括：
32.所述直流插头(2)继续插入直到完全推进到位，此时直流插座(1)的第一凸部(131)进入卡锁(8)的第一凹部(132)，第一弹簧(15)恢复原长，并在弹出负荷开关启动机构(13)的同时带动开关(16)由断开到闭合，触发负荷启动机构(9)控制直流用电器(3)直流用电器的回路通电。
33.基于同一设计思想，本发明还提供了一种基于灭弧状态下插头从直流插座拔出的方法，包括：
34.随着直流插头(2)的拔出，直流插头(2)上的卡锁(8)控制直流用电器(3)由连通到断开；
35.所述卡锁(8)控制直流插座(1)中的机械开关启动机构(7)动作，进而控制所述机械开关(4)由闭合到断开；
36.随着所述直流插头(2)继续拔出直到完全分离，卡锁(8)触发负荷启动机构(9)控制直流用电器(3)由断开到连通。
37.优选的，所述直流插头(2)上的卡锁(8)控制与直流用电器(3)由连通到断开，包括：
38.卡锁(8)进入直流插头(2)侧壁上的凹部中，对第一弹簧(15)进行压缩，同时带动开关(16)由闭合到断开；
39.此时直流用电器(3)回路关闭，并且机械开关(4)处于闭合状态。
40.优选的，所述卡锁(8)控制直流插座(1)中的机械开关启动机构(7)动作，进而控制所述机械开关(4)由闭合到断开，包括：
41.随着直流插头(1)的拔出，第二弹簧(14)恢复原长，并在弹出机械开关启动机构(7)的同时带动机械开关(4)由闭合到断开。
42.优选的，所述随着所述直流插头(2)继续拔出直到完全分离，卡锁(8)触发负荷启动机构(9)控制直流用电器(3)由断开到连通，包括：
43.所述直流插头(2)与所述直流插座(1)完全分离，第一弹簧(15)恢复原长，并在弹出负荷开关启动机构(13)的同时带动开关16由断开到闭合，进而触发负荷启动机构(9)控制直流用电器(3)由断开到连通。
44.与最接近现有技术相比，本发明的有益效果在于：
45.1、本发明提供的一种插头与插座的直流插接装置，包括：直流插座(1)、直流插头(2)和直流用电器(3)；直流插座(1)内设有机械开关(4)和机械开关启动机构(7)，机械开关启动机构(7)与机械开关(4)连接；直流插头(2)内设有卡锁(8)；直流用电器(3)内设有负荷启动机构(9)；卡锁(8)分别与负荷启动机构(9)和机械开关启动机构(7)接触连接；卡锁(8)通过控制负荷启动机构(9)的断开/闭合，和通过控制机械开关启动机构(7)进而控制机械
开关(4)断开/闭合实现装置在插接过程中灭弧；本发明实现了插头与插座的无弧插接与分离，避免了电弧烧灼，延长直流插头和插座的使用寿命。
46.2、本发明提供的一种基于灭弧状态下插头插入直流插座的方法，包括：随着直流插头(2)的插入，直流插头(2)上的卡锁(8)控制直流用电器(3)由连通到断开；所述卡锁(8)控制直流插座(1)中的机械开关启动机构(7)动作，进而控制所述机械开关(4)由断开到闭合；随着所述直流插头(2)继续插入直到完全推进到位，卡锁(8)连通所述直流用电器(3)，同时所述卡锁(8)触发负荷启动机构(9)闭合，直流用电器(3)通电；本方法实现了插头与插座的无弧插接，避免了插头插入插座时电弧烧灼，延长了直流插头和插座的使用寿命。
47.3、本发明提供的一种基于灭弧状态下插头从直流插座拔出的方法，包括：随着直流插头(2)的拔出，直流插头(2)上的卡锁(8)控制直流用电器(3)由连通到断开；所述卡锁(8)控制直流插座(1)中的机械开关启动机构(7)动作，进而控制所述机械开关(4)由闭合到断开；随着所述直流插头(2)继续拔出直到完全分离，卡锁(8)触发负荷启动机构(9)控制直流用电器(3)由断开到连通；本方法实现了插头与插座的无弧分离，避免了在插头拔出插座时电弧烧灼，延长了直流插头和插座的使用寿命。
附图说明
48.图1：本发明的插头与插座的直流插接装置示意图；
49.图2：本发明的插头与插座的直流插接装置实施示意图；
50.图3：本发明的基于灭弧状态下插头插入直流插座的方法示意图；
51.图4：本发明的基于灭弧状态下插头插入直流插座的方法实施示意图；
52.图5：本发明的基于灭弧状态下插头从直流插座拔出的方法示意图；
53.图6：本发明的基于灭弧状态下插头从直流插座拔出的方法实施示意图；
54.图7：本发明的插头与插座的直流插接装置的应用装置示意图；
55.图8：本发明的插头与插座的直流插接装置的应用装置第一状态示意图；
56.图9：本发明的插头与插座的直流插接装置的应用装置第二状态示意图；
57.图10：本发明的插头与插座的直流插接装置的应用装置第三状态示意图；
58.图11：本发明的插头与插座的直流插接装置的应用装置第四状态示意图；
59.图12：本发明的插头与插座的直流插接装置的应用装置第五状态示意图；
60.图13：现有技术单纯采用插座机械开关的插接方法示意图；
61.附图标记：
62.1-直流插座，2-直流插头，3-直流用电器，4-机械开关，5-插头导电插片，6-插座插孔接触片，7-联动开关启动机构，8-卡锁，9-负荷启动机构，10-直流电器负荷，11-直流导线，12-负荷启动控制回路导线，13-负荷开关启动机构，14-第二弹簧，15-第一弹簧，16-开关，131-第一边，132第一凹槽，133-第一凸部。
具体实施方式
63.为了更好地理解本发明，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
64.实施例1
65.本发明提供了一种插头与插座的直流插接装置，如图1所示，在插座中设置机械开关4，并通过机械启动机构7进行开闭控制；在直流用电器中设置可控制负荷10启动与关闭的电子开关机构9；与通电器通过直流导线11连接的插头中设置带卡锁功能的联动开关8，可一并控制插座中的机械开关4和直流用电器的负荷10，并通过相互卡锁实现插头与插座的可靠插接，避免因插接不紧密造成接触不良进而产生电弧危害用电安全。
66.具体的，如图2所示，一种插头与插座的直流插接装置，包括：直流插座1、直流插头2和直流用电器3；直流插座1内设有机械开关4和机械开关启动机构7，机械开关启动机构7与机械开关4连接；直流插头2内设有卡锁8；直流用电器3内设有负荷启动机构9；卡锁8分别与负荷启动机构9和机械开关启动机构7接触连接；卡锁8通过控制负荷启动机构9的断开/闭合，和通过控制机械开关启动机构7进而控制机械开关4断开/闭合实现装置在插接过程中灭弧。
67.卡锁8包括：负荷开关启动机构13、开关16和第一弹簧15；负荷开关启动机构13的一面与第一弹簧15固定连接；直流插头2的侧壁上具有凹部，负荷开关启动机构13与第一弹簧15连接的一面以及第一弹簧15进入凹部；负荷开关启动机构13通过开关16与负荷启动机构9接触连接。
68.开关16为触头开关；负荷开关启动机构13与开关16的动触头连接，开关16的静触头与负荷启动机构9连接。
69.直流插座1还包括第二弹簧14；第二弹簧14固定连接于机械开关启动机构7与直流插座1底部外壳内壁之间；直流插座1插口的大小与直流插头2的大小相适应，且插口处的外壳上具有与卡锁8的第一凹槽132相匹配的第一凸部133，用于在直流插头2完全插入时，锁死卡锁8；机械开关启动机构7与第二弹簧14设置于直流插座1的插口内，且位于第一凸部133下方，当第二弹簧14处于自由状态时，第一凸部133与机械开关启动机构7的接触。
70.机械开关4为触点插头；机械开关4的动触头与机械开关启动机构7固定连接；机械开关4的静触头与电源连接。
71.负荷开关启动机构13的第一边131长度大于机械开关4的静触头和动触头的最大距离。
72.实施例2
73.一种基于灭弧状态下插头插入直流插座的方法，如图3所示，包括：
74.步骤一：随着直流插头2的插入，直流插头2上的卡锁8控制直流用电器3由连通到断开；
75.步骤二：卡锁8控制直流插座1中的机械开关启动机构7动作，进而控制机械开关4由断开到闭合；
76.步骤三：随着直流插头2继续插入直到完全推进到位，卡锁8连通直流用电器3，同时卡锁8触发负荷启动机构9闭合，直流用电器3通电。
77.步骤一包括：卡锁8进入直流插头2侧壁上的凹部中，对第一弹簧15进行压缩，同时带动开关16由闭合到断开；此时直流用电器3中回路关闭，并且机械开关4处于断开状态。
78.步骤二包括：随着直流插头1的进入，卡锁8推动机械开关启动机构7向第二弹簧14方向前进，对第二弹簧14进行压缩的同时带动机械开关4闭合。
79.步骤三包括：直流插头2继续插入直到完全推进到位，此时直流插座1的第一凸部
131进入卡锁8的第一凹部132，第一弹簧15恢复原长，并在弹出负荷开关启动机构13的同时带动开关16由断开到闭合，触发负荷启动机构9控制直流用电器3直流用电器的回路通电。
80.具体的，如图4所示，当直流用电器插头与直流电源插座连接时：在插头2插入插座1插孔前，插座1内部机械联动开关4处于断开状态；随着插头推入插孔，首先卡锁8触发联动开关启动机构7使得机械联动开关4闭合，插座输出直流电压；随着插头2完全推进到位，卡锁8落锁卡住实现直流插头2与直流插座1的可靠连接，并触发负荷启动机构9开启负荷10，负荷电源回路接通使负荷回路通电，直流导线11可流通直流电流。
81.实施例3
82.一种基于灭弧状态下插头从直流插座拔出的方法，如图5所示，包括：
83.步骤a：随着直流插头2的拔出，直流插头2上的卡锁8控制直流用电器3由连通到断开；
84.步骤b：卡锁8控制直流插座1中的机械开关启动机构7动作，进而控制机械开关4由闭合到断开；
85.步骤c：随着直流插头2继续拔出直到完全分离，卡锁8触发负荷启动机构9控制直流用电器3由断开到连通。
86.步骤a包括：卡锁8进入直流插头2侧壁上的凹部中，对第一弹簧15进行压缩，同时带动开关16由闭合到断开；此时直流用电器3回路关闭，并且机械开关4处于闭合状态。
87.步骤b包括：随着直流插头1的拔出，第二弹簧14恢复原长，并在弹出机械开关启动机构7的同时带动机械开关4由闭合到断开。
88.步骤c包括：直流插头2与直流插座1完全分离，第一弹簧15恢复原长，并在弹出负荷开关启动机构13的同时带动开关16由断开到闭合，进而触发负荷启动机构9控制直流用电器3由断开到连通。
89.具体的，如图6所示，当直流用电器插头与直流电源插座分离时：在插头2拔出插入插座1插孔前，插座1内部机械联动开关4处于闭合状态；若拔出插头2需脱离卡锁8，随着卡锁8的脱锁，负荷启动机构9触发关闭负荷10，负荷回路关闭，直流导线11电流降为0；随着插头2外拔，卡锁8触发联动开关机构7使得机械联动开关4断开，插座无直流电压输出；继续外拔插头2直到安全的与直流插座1完全分离。
90.实施例4
91.如图7所示，为本发明的插头与插座的直流插接装置的应用装置，通过卡锁8与2个开关启动机构7、13共同配合实现对直流电器负荷10与插座机械联动开关4的有序控制。
92.位于直流插头2上有一个机械开关形式的负荷开关启动机构13，其由一个弹簧提供向外的力使其在自然状态下向外伸出，并使得开关16处于闭合状态下，从而使得负荷启动机构9开放，通过负荷启动控制回路导线12控制直流电器回路使得直流电器负荷10处于可工作的状态。当按压负荷开关启动机构13的时候，开关16打开，相应的直流负荷10不可工作，不会产生负荷电流。
93.位于直流插座1上卡锁8处有一个联动开关启动机构7，其亦由一个弹簧提供向外的力使其在自然状态下向外伸出，并使得机械联动开关4处于开断状态。当按压联动开关启动机构7的时候，机械联动开关4闭合，相应的插座插孔接触片6带电并输出直流电压。
94.本应用装置由五个工作状态，具体包括：
95.如图8所示，装置处于第一状态时，直流插头2与直流插座1位于分离状态，直流插座1无直流电压输出，直流负荷处于可工作状态，无电弧风险；
96.如图9所示，装置处于第二状态时，直流插头2开始插入直流插座1，负荷开关启动机构13需被按压以使得直流插头2越过卡锁8与直流插座1连接，此时直流负荷处于不可工作状态，且直流插座无直流电压输出，无电弧风险；
97.如图10所示，装置处于第三状态时，直流插头2越过卡锁8并按插座上的压联动开关启动机构7，使得机械联动开关4闭合，此时直流插座插孔接触片6带电而直流负荷处于不可工作状态，无直流电流输出，亦无电弧风险；
98.如图11所示，装置处于第四状态时，直流插头2越过卡锁8并与直流插座1可靠连接，插头导电插片5与插座插孔接触片6可靠接触，插头上负荷开关启动机构13处于按压状态，此时直流负荷带电且处于不可工作状态，无直流电流输出，无电弧风险；
99.如图12所示，装置处于第五状态时，直流插头2越过卡锁8并与直流插座1可靠连接，插头导电插片5与插座插孔接触片6可靠接触，插头上负荷开关启动机构13被弹簧15弹出，此时直流负荷带电且处于可工作状态。
100.基于图8至图12所述的直流插头与插座的插接状态，对于实施例2所示的一种基于灭弧状态下插头插入直流插座的方法，其过程状态为：图8
→
图9
→
图10
→
图11
→
图12；对于实施例3所示的一种基于灭弧状态下插头从直流插座拔出的方法，其过程状态为：图12
→
图11
→
图10
→
图9
→
图8。
101.本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
102.本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
103.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
104.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
105.以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。