一种防止触点拉弧的快速断开机械结构电气开关及方法与流程

1.本发明涉及开关，尤其是一种防止触点拉弧的快速断开机械结构电气开关及方法，可作为汽车低压大电流开关、汽车电源总开关等。


背景技术：

2.现有的手动机械式电气开关存在以下问题：1）、采用简单的凸轮结构，易磨损；2）、使用过程中触点烧蚀会引起接触不良。3）、开关断开时，拉弧时间较长。
3.目前汽车上电源总开关主要有电磁式和机械式两种。
4.电磁式是利用电磁铁吸合，使产品内部的电机接触与断开，使用小电流控制大电流。使用使需要长期给电磁铁供电，消耗电能；断开时给电磁线圈断电，复位基本靠弹簧复位，复位弹簧的大小决定了电磁铁的功率，还决定了断开时拉弧的时间，往往弹簧只能做的比较小，以降低电磁铁的功率。复位弹力减小，拉弧时间增加，产品耐久性能大大降低。
5.机械式的电源总开关多用凸轮结构进行预紧，接通电极，断开时通过弹簧弹力复位，断开电极。复位也是靠复位弹簧复位，电极脱开的时间不仅仅与弹簧弹力有关，更与操作人员操作的速度有关系，操作时动作越慢，拉弧时间越长，弹簧的反应时间远低于操作人员的操作时间，导致了操作时间是引起机械式电源总开关拉弧烧蚀，寿命降低的主要原因。
6.因此，若能将操作人员操作的速度的影响降低至最低，同时加大复位弹簧，就可以解决拉弧烧蚀的问题。增大复位弹簧很容易实现，增加后对机械开关的稳定性影响相较于电磁式开关的影响较小。如何能实现迅速断开，但不受操作人员操作快慢的影响，就成为了急需解决的技术问题。


技术实现要素：

7.本发明所要解决的技术问题是提供一种防止触点拉弧的快速断开机械结构电气开关及方法，可降低凸轮的磨损，降低凸轮的磨损。
8.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种防止触点拉弧的快速断开机械结构电气开关，包括与电极正对的动触点桥，动触点桥安装在绝缘座上，绝缘座下端通过弹簧向上顶起，绝缘座上端安装有片簧；所述绝缘座上方安装有锁止件，锁止件中心设有轴孔，轴孔内安装有手动轴；所述轴孔内壁平滑过渡有凸起，对应的手动轴侧壁设有平面；在手动轴的平面未与凸起接触时，手动轴相对锁止件转动；在手动轴的平面与凸起接触时，手动轴与锁止件同步转动。
9.所述锁止件为凸轮，凸轮左右设有斜平面。
10.所述凸轮上位于斜平面下端安装有滚轮，在凸轮旋转到合适位置时，凸轮、滚轮均与片簧接触并使动触点桥压紧电极。
11.所述凸轮、滚轮在片簧上的受力点对称分布。
12.所述凸起为倒v型，凸起左右的斜面对称布置。
13.一种防止触点拉弧的快速断开机械结构电气开关的方法，在锁止件上设置凸起的
带轴孔，在对应的手动轴侧壁设有平面，从而在手动轴转动时，锁止件既可相对手动轴静止也可相对手动轴转动；在手动轴带动凸起转动并使凸起刚要脱离片簧时，在片簧的弹力作用下，凸起快速继续转动； 同时配合利用弹簧使得动触点桥与电极快速分离。
14.一种防止触点拉弧的快速断开机械结构电气开关的方法，包括以下步骤：1）、初始状态下，动触点桥在弹簧的作用下与两个电极断开，同时被限位块阻挡，不能继续向上移动；2）、手动轴顺时针转动一定角度，平面与凸起的斜面接触，手动轴带动凸轮同步转动，凸轮上的滚轮与片簧接触；3）、手动轴带动凸轮继续顺时针转动一定角度后，动触点桥与两电极接触，继续转动手动轴，凸轮向下的压力引起片簧形变，将动触点桥紧紧压在两电极上，保证触点有良好的接触，同时补偿安装或烧蚀的间隙；4）、锁止状态时，凸轮上的滚轮与凸轮另一侧的支点，同时接触形变的片簧时，凸轮受力均衡，在非外力情况下，可实现锁止功能，保证开关的接触良好；5）、手动轴反向转动一定角度，当手动轴反向转动角度小于设计值时，凸轮不发生转动，动触点桥与两电极仍然接触状态，片簧处于形变状态； 当手动轴反向转动角度等于设计值时，凸轮与滚轮的中心连接线与弹簧的中心轴线基本重合，凸轮即将失去受力支点；当手动轴反向转动角度大于设计值时，凸轮会在手动轴逆时针转动刚超过设计转动角度值时失去受力支点，片簧会快速弹起，进而带动凸轮快速逆时针转动；同时动触点桥在弹簧的作用下迅速弹起，动触点桥与两电极脱离，从而断开两电极的连接。
15.本发明一种防止触点拉弧的快速断开机械结构电气开关及方法，具有以下技术效果：1）、采用带滚轮的凸轮结构，可降低凸轮的磨损，延长凸轮使用寿命。
16.2）、利用片簧补偿，防止装配工艺偏差及后期使用过程中触点烧蚀引起的接触不良问题，提高产品的可靠性。
17.3）、锁止状态时，凸轮上滚轮与凸轮另一侧的支点同时接触形变的片簧且保持对称状态，这样凸轮整体受力均衡，在非外力情况下，可实现锁止功能，保证开关的接触良好。
18.4）、凸轮结构与弹簧的配合作用可实现快速断开。具体地，断开时，凸轮上的滚轮运动超过手动轴中心线时，无需人为转动即可实现凸轮结构自动快速弹起，而后期在弹簧的作用下迅速弹起，断开电极连接，减少开关断开拉弧时间，提高产品寿命。由于片簧弹起引起凸轮结构转动的灵敏程度相对人为转动使得凸轮结构转动的灵敏度要大得多，理论上可将拉弧时间由500毫秒降低至20~50毫秒之间。
附图说明
19.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：图1为本发明的主剖视图。
20.图2为本发明的结构示意图。
21.图3为本发明中凸轮的主视图。
22.图4为本发明中手动轴的结构示意图。
23.图5为本发明的初始状态的示意图。
24.图6为本发明中手动轴转动一定角度后的状态示意图。
25.图7为本发明中锁止状态示意图。
26.图8为本发明中手动轴反向转动30度的状态示意图。
27.图9为本发明中手动轴反向转动38度的状态示意图。
28.图10为本发明中手动轴反向转动39度的状态示意图。
29.图11为本发明中开关断开的状态示意图。
30.图中：滚轮1，销钉2，手动轴3，凸轮4，限位块5，片簧6，绝缘座7，动触点桥8，电极9，弹簧10，轴孔11，凸起12，平面13。
具体实施方式
31.如图1
‑
4所示，一种防止触点拉弧的快速断开机械结构电气开关，包括与电极9正对的动触点桥8，动触点桥8安装在绝缘座7上。绝缘座7下端通过弹簧10向上顶起，并使得动触点桥8远离电极9。绝缘座7上部横向安装有片簧6，片簧6上方设有限位块5，限位块5对绝缘座7、片簧6的位置进行限位。在绝缘座7上方合适位置设有凸轮4，凸轮4安装在手动轴3上。凸轮4中心设有轴孔11，轴孔11内安装有手动轴3；所述轴孔11内壁平滑过渡有凸起12，凸起12为倒v型，凸起12左右的斜面对称布置。凸起12形成的夹角为150
°
。对应的手动轴3侧壁设有平面13，在手动轴3安装在轴孔11内时，平面13与凸起12的斜面接触。由于存在凸起12与平面13，这样在手动轴3的平面13未与凸起12接触时，手动轴3转动，凸轮4不动。在手动轴3的平面13与凸起12接触时，手动轴3与凸轮4同步转动。
32.而凸轮4的左右两侧则通过销钉2对称安装有滚轮1。在凸轮4旋转到合适位置时，凸轮4、滚轮1均与绝缘座7接触并使动触点桥8紧压在两电极9上。
33.工作原理及过程：1）、如图5所示，初始状态下，动触点桥8在弹簧10的作用下与两个电极9断开，同时被限位块5阻挡，不能继续向上移动，此时假设平面13处于竖直状态，而平面13与凸起12的斜面之间的夹角为15
°
。
34.2）、如图6所示，手动轴3顺时针转动一定角度（大于15
°
），平面13与凸起12的斜面接触，手动轴3带动凸轮4同步转动，凸轮4上的滚轮1与片簧6接触，动触点桥8开始在凸轮4的作用下向下运动。
35.3）、如图7所示，手动轴3带动凸轮4顺时针转动一定角度后，动触点桥8与两电极9接触，继续转动手动轴3，凸轮4向下的压力引起片簧6形变，将动触点桥8紧紧压在两电极9上，保证触点有良好的接触，同时补偿安装或烧蚀的间隙。
36.4）、如图7所示，锁止状态时，凸轮4上的滚轮1与凸轮4另一侧的支点，同时接触形变的片簧6时，凸轮4受力均衡，在非外力情况下，可实现锁止功能，保证开关的接触良好。
37.5）、如图8所示，手动轴3反向转动30
°
，凸轮4不发生转动，动触点桥8与两电极9仍然接触状态，片簧6处于形变状态。
38.6）、如图9所示，手动轴3继续反向转动8
°
，凸轮4随手动轴3转动8
°
，凸轮4与滚轮的中心连接线与弹簧中心轴线基本重合，凸轮即将失去受力支点。
39.7）、如图10
‑
11所示，由于人为继续转动的角度会大于8
°
，这样凸轮4会在手动轴3逆时针转动刚超过38
°
时失去受力支点，片簧6会快速弹起，进而带动凸轮4快速逆时针转
动；同时动触点桥8在弹簧10的作用下迅速弹起，动触点桥8与两电极9脱离，从而断开两电极的连接。