專利名稱：直流截止開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及直流截止開關(guān)，更具體地，涉及一種直流截止開關(guān)，通過減少高壓電流電路的觸點開啟電弧的發(fā)生時間來防止觸點的熔化并減小其損壞。
背景技術(shù)：
通常的直流電路的開關(guān)用于開啟/關(guān)閉汽車中的電氣設(shè)備、由充電電池驅(qū)動的電子產(chǎn)品等當(dāng)中。在使用了這類開關(guān)的傳統(tǒng)汽車的電氣設(shè)備中，用于驅(qū)動的電源電壓主要為DC12V或DC24V，以及使用充電電池的便攜式電子設(shè)備中所用的電源電壓也主要為DC12V。
即使需要輸出高功率的電動機驅(qū)動的工具，也可以由DC18V或24V來充分地驅(qū)動，而且傳統(tǒng)的開關(guān)已被用作這種電源單元的開關(guān)，無需任何修改，沒有任何麻煩。
然而，近來，由于汽車的高壓電氣設(shè)備、使用充電電池的設(shè)備的產(chǎn)品領(lǐng)域的擴展，以及家庭電氣設(shè)備(比如性能得到加強的電子真空吸塵器。以及比如電動機驅(qū)動的自行車等新產(chǎn)品)的發(fā)展，高功率已經(jīng)成為對這類電動機驅(qū)動設(shè)備的電源單元的需求。根據(jù)這類電源單元所需的高輸出，存在對高壓電源單元的需要。
當(dāng)前，這類產(chǎn)品所用電源單元通常所說的高壓意味著30V或更大，而且，從安全角度考慮，它在國際分級中的上限為42V。為此，把用來實現(xiàn)上述各種電氣產(chǎn)品中所需的這類驅(qū)動輸出的必要安全電源電壓考慮為30V到42V。通過整流，使這類設(shè)備中使用的AC主電源電壓所得到的直流要遠遠高得多，可達到140V或300V。
在這種電流電路開關(guān)中，存在著對付能夠用來開啟和關(guān)閉這種高壓電源單元的高電壓/大電流的需求。
上述傳統(tǒng)電流電路的開關(guān)存在的一個問題，在于因浪涌電壓所造成的觸點熔化。
譬如在直流的情況下，眾所周知的是，當(dāng)使大電流截止時，在要開啟之開關(guān)的觸點之間產(chǎn)生的電弧影響會隨著電壓單元電壓的增高而增大。例如，公知的是，如果當(dāng)電壓電壓是DC42V時，甚至當(dāng)電流大約為10A時，由傳統(tǒng)開關(guān)來關(guān)閉電源單元，則通常關(guān)閉觸點時的電壓變得高于開啟觸點時的電壓，并且趨于發(fā)生電弧。不僅趨于發(fā)生電弧，而且電弧的發(fā)生時間會變得更長。
假如即使是電壓接近于30V時，使用比如50A這樣的大電流，或者在利用比如電動機、繼電器等線圈驅(qū)動較高的感性負載時，由傳統(tǒng)開關(guān)使這樣的電流電路截止，則趨于發(fā)生電弧，并且會使發(fā)生的時間增長。這是因為假如使這樣的高電壓/大電流得以截止，會發(fā)生較高的浪涌電壓。
在使電流截止時，如果要開啟的觸點之間的距離比較短，或者如果觸點之間的電弧增加到超過極限之外，則這樣的現(xiàn)象經(jīng)常會變得顯著，并且在觸點之間所產(chǎn)生的電弧經(jīng)常不會即刻熄滅，并且會持續(xù)幾十微秒。如果電弧像這樣會持續(xù)幾十微秒，則電弧就會產(chǎn)生很高的熱量。結(jié)果，由于熔化了觸點，并且在觸點之間產(chǎn)生熔合，就會使電路發(fā)生短路。作為選擇，即使這些觸點保持開啟，在觸點周圍的介電構(gòu)件經(jīng)常會被熔化，因熱量而產(chǎn)生煙或火，這是一個問題。如果開關(guān)的觸點之間的開啟距離變寬，則至少可以解決這種觸點熔合的問題。還可以縮短電弧的發(fā)生周期。然而，即使縮短了發(fā)生周期，緊挨在開啟觸點之后，立即會發(fā)生電弧。因此，無法解決觸點熔化的問題。具體地說，每次電流截止時，觸點就發(fā)生熔化和變形，因此，縮短了開關(guān)的壽命。
加寬開關(guān)的觸點之間的開啟距離，意味著開關(guān)主體的大型結(jié)構(gòu)。在當(dāng)前使各種電子設(shè)備中的電動機驅(qū)動部分微型化的趨勢下，大型開關(guān)必須是首先要避免的。
然而，作為一種分解或抑制觸點之間火花的方法，公知的還可以在觸點之間插入電阻器。然而，足以減少電流從而分解或抑制火花的電阻器的值非常低。如果即使在開啟觸點之后，連接這樣低的電阻值，泄漏電流的積累量變得太大而無法忽略，并且也不經(jīng)濟。
各種用以吸收浪涌電壓(或浪涌電流)的設(shè)備也都是公知的。例如，對于浪涌電壓吸收設(shè)備，公知的有壓敏電阻、硅浪涌吸收器、利用放電的氣體警報裝置等。然而，任何一種這樣的設(shè)備，通過在緊急情況下吸收與所用電壓不同的高浪涌電壓，用來保護電路免受異常浪涌電壓，所述電路是由上述所用的電壓來驅(qū)動的，而且，最初并不被用來吸收與開啟/關(guān)閉開關(guān)時所用的電壓幾乎相同的浪涌電壓。
由于將浪涌電壓吸收設(shè)備用于這樣的目的，因此，在浪涌電壓吸收設(shè)備的功能特性中，使用電壓的范圍相對于浪涌極限電壓變窄，并將這種窄范圍的使用電壓和浪涌極限電壓之間的差別用作安全的極限。
因此，即使把浪涌電壓吸收設(shè)備插入在通常開關(guān)的觸點之間，其中所述浪涌電壓吸收設(shè)備用于在緊急情況下吸收與所用電壓不同的高電壓，而且具有將安全極限設(shè)定在使用電壓與浪涌極限電壓之間的特性，這種浪涌電壓吸收設(shè)備也不會工作，也就是說，不能夠滿足吸收浪涌電壓的功能，這是由于在開啟/關(guān)閉開關(guān)時的浪涌電壓與使用電壓幾乎相同的緣故。作為一種防止過量電流的設(shè)備，除了上述設(shè)備之外，正溫度系數(shù)(PTC)電阻也是公知的。PTC電阻有以下特性即使最初流過大電流，也會被衰減和抑制在較弱的水平。因此，PTC電阻用于防止過量電流，而且用作溫度快速上升的發(fā)熱元件。PTC電阻還用作無觸點開關(guān)，用于給僅在最初需要大電流的設(shè)備(如彩色電視機的磁中性線圈)提供電流，或者給電動機提供能量。在任何情況下，絕不曾將PTC用作使電流截止時的浪涌電壓吸收設(shè)備，也沒有過如此的考慮。
由于一般地說，浪涌電壓吸收設(shè)備的特性在于利用較高的電壓，通過自身加熱來減少電阻值，以吸收浪涌電壓，因此，如果在最差的情況下，施加了遠高得多的過量電壓，則會發(fā)生熱逸散，并引起自毀。由此，存在一種可能性，那就是使要保護的電路被短路。因此，考慮到這一點，已經(jīng)使用傳統(tǒng)的浪涌電壓吸收設(shè)備簡單地吸收遠高于開關(guān)觸點中所產(chǎn)生的電源電壓的浪涌電壓。
本發(fā)明的目的在于提出一種繼電器型或熱保護器型小型開關(guān)，，用于安全地截止具有高電壓的大直流電流，而不使其觸點熔化或受損，以解決各種傳統(tǒng)的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明優(yōu)選實施例的直流截止開關(guān)包括導(dǎo)電固定構(gòu)件和可移動構(gòu)件，它們之間插入介電構(gòu)件。所述固定構(gòu)件包括固定觸點，所述固定觸點形成在指定位置并與端子相連，以與外部電路連接。所述可移動構(gòu)件包括可移動觸點，所述可移動觸點形成于與固定觸點相對的位置上，與端子相連，以便與外部電路連接，并且所述可移動觸點被構(gòu)造成相對于固定觸點推動可移動觸點或開啟觸點。通過操作可移動觸點，從而使所述可移動觸點與可移動觸點與其接觸的固定觸點分離，用以開啟觸點，使與外部電路相連的端子之間流動的直流截止。所述直流截止開關(guān)包括非線性電阻器，采用任意柱體形狀，包括在頂部和底部每一個表面上的電極，通過這些電極與由固定觸點和可移動觸點構(gòu)成的觸點電路并聯(lián)。所述非線性電阻器具有電阻波動區(qū)，該電阻波動區(qū)表示當(dāng)通過開啟可移動觸點使直流截止時，在觸點間電壓從0V變化到電源電壓的同時的最小電阻值。
在這種直流截止開關(guān)中，就像上面所說的非線性電阻器是PTC的，并且在通過開啟上述可移動觸點使上述大直流截止時的觸點開啟電壓在28V到48V的范圍內(nèi)。
所述PTC電阻的電壓/電流特性，即不發(fā)生熱逸散范圍的上限或較低的峰值為80V或更大。在這種情況下，例如，相對于不發(fā)生熱逸散范圍的電壓的峰值電流的位置在2V到20V的范圍內(nèi)。
優(yōu)選地是，上述外部電路是具有額定DC42V的電路或驅(qū)動感性負載的電路。
上述可移動構(gòu)件可以由雙金屬驅(qū)動。在這種情況下，所述外部電路最好是28V或更大二次電池組的充電側(cè)電路，或者是充電/放電電路，也可以是額定電路，在充電時或充電/放電時，這種電路通過開啟可移動觸點產(chǎn)生的開啟電壓不超過50V。另外，在這種情況下，比如，在所述PTC電阻中最好將Tc(居里溫度)設(shè)定為高于雙金屬工作溫度的值。
所述可移動構(gòu)件還可以由電磁線圈來驅(qū)動，比如就像權(quán)利要求8所述那樣。
所述非線性電阻器設(shè)置在固定觸點或可移動觸點和連接端子之間，比如就像權(quán)利要求9所述那樣，而且在開啟可移動觸點時，要防止在觸點間所產(chǎn)生的電弧持續(xù)兩微秒或更長時間。
所述非線性電阻器也可以是PTC的，而且也可以將通過開啟可移動觸點將在大直流截止時的觸點開啟電壓設(shè)定在130V到310V范圍內(nèi)。
如上所述，本發(fā)明由于PTC電阻(它的電壓/電流特性和溫度特性被特別設(shè)定)與開關(guān)的觸點電路并聯(lián)，形成了閉合電路，而且，即使在通過開啟開關(guān)的觸點使高電壓電流截止的情況下，也難以發(fā)生浪涌電壓。然后，PTC電阻通過最小電阻區(qū)去完成電流截止的操作。因此，可以快速和確定地截止具有30V到50V或更高的130V到310V電壓的直流，而無需將觸點間的距離設(shè)定成開啟得比較寬。因此，可以實現(xiàn)開關(guān)機構(gòu)的微型化，可以容易地實現(xiàn)電子設(shè)備的微型化，并且可以擴展其用途，這是方便的。
由于在觸點間不發(fā)生電弧，因此，可以防止觸點熔化。因此，可以提供一種可靠行高且壽命長的高電壓直流截止開關(guān)。


圖1示出本發(fā)明一種優(yōu)選實施例的作為直流截止開關(guān)的恒溫器的截面圖，以及與該恒溫器相連的外部電路；圖2是表示恒溫器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分解透視圖；圖3是表示恒溫器和外部電路之間的連接的電路圖，其中，圖3A示出開關(guān)被關(guān)閉的狀態(tài)，而圖3B示出開關(guān)被開啟的狀態(tài)；圖4是通過制造用各種PCT電阻為例并由試驗檢驗其電壓和電流間關(guān)系的開關(guān)所獲得的電壓/電流特性圖；圖5的表格以數(shù)值表示從電壓/電流特性圖中所得到的每種PTC的主要特性，以便于閱讀；圖6A示出在用傳統(tǒng)恒溫器使42V電流截止時所得到的變化的電流，其中為了比較的目的而未提供PTC電阻，圖6B示出用本發(fā)明恒溫器使42V電流截止時所得到的變化的電流，其中提供了PTC電阻；圖7是本發(fā)明另一實施例電磁繼電器的截面圖，其中，圖7A示出其觸點開啟的狀態(tài)，圖7B示出其觸點閉合的狀態(tài)；標(biāo)號1恒溫器2外殼3支撐構(gòu)件3-1斜面3-2雙金屬支點突起3-3，3-3抓鎖突起4固定板4-1連接端子單元4-2固定觸點4-3連接表面5PTC5-1，5-2電極6外部電路7(7-1，7-2)連接端子8可移動板8-1連接端子單元8-2可移動觸點8-3，8-3抓鎖切口8-4固定單元8-5折痕8-6叉狀連接單元8-7可移動單元8-8固定單元的內(nèi)端8-9連接切口
8-10雙金屬嚙合爪8-11雙金屬支點突起通孔9雙金屬10固定板10-1，10-1抓鎖切口11電源單元12負載13電源開關(guān)14表14-1取樣編號字段14-2 25℃處的電阻值字段14-3 25℃的電流字段14-4峰值電流位置字段14-5較低峰值位置字段15電弧16電磁繼電器具體實施方式
下面將參考附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。本發(fā)明的直流截止開關(guān)給PTC電阻留下特殊特性，這在后面將有描述。
圖1示出本發(fā)明一個優(yōu)選實施例作為直流截止開關(guān)的恒溫器的截面圖，以及與該恒溫器相連的外部電路。
圖2是示出恒溫器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分解透視圖。
首先，如圖1和2所示，恒溫器1包括外殼2、固定在該外殼一個內(nèi)壁表面上的框形支撐構(gòu)件3，以及固定板4，它作為插入在該支撐構(gòu)件的基部和殼體2的內(nèi)壁表面之間的感性固定構(gòu)件。在支撐構(gòu)件3的框中，容納有作為非線形電阻器的四棱柱狀PTC5。
所述PTC電阻5的形狀并不限于這種四棱柱形，而可為任意的棱柱，如三棱柱、包括五棱柱或更多棱柱的多棱柱、圓柱體等。
固定板4包括連接端子單元4-1，形成為與外部電路6的連接端子7(7-1，7-2)的一個連接端子7-1相連；以及固定觸點4-2，形成于指定位置處(圖1中在與連接端子單元4-1相對的端附近)。固定板4還包括露出于框形支撐構(gòu)件3下部開口的連接表面4-3。這個連接表面4-3與PTC5的一個電極(下部)5-1相連。
在支撐構(gòu)件3的每一側(cè)(與連接固定板4的連接端子單元4-1和固定觸點4-2的線正交方向上的兩側(cè))的頂表面上形成斜面3-1，從中部朝著固定觸點4-2向下傾斜。在與該斜面3-1的末端相連的框的末端頂部表面中心處，形成雙金屬支點突起3-2。在未傾斜的兩側(cè)表面上，形成了后面有述的可移動板以及通過抓鎖箝位板而確其位置的抓鎖突起3-3。
如圖2所示，設(shè)置可移動板8，并且疊置這些固定板4、支撐構(gòu)件3和PTC電阻5，作為感性可移動構(gòu)件。可移動板8包括連接端子單元8-1，形成為與外部電路6的連接端子7的另一端7-2相連；以及可移動觸點8-2，形成在與固定板4的固定觸點4-2相對的位置處。
該可移動板8包括確定其位置的固定單元8-4；抓鎖支持構(gòu)件3之抓鎖突起3-3的抓鎖切口8-3；以及可移動單元8-7，具有通過兩個折痕處8-5與該固定單元8-4相連的叉狀連接單元8-6。
在固定單元8-4的外端，形成上述連接端子單元8-1。在可移動單元8-7的叉狀連接單元8-6的切口8-9中形成與所述突起相對的內(nèi)端8-8。該內(nèi)端8-8的底表面與PTC電阻5中的另一個表面(上表面)的電極5-2相連。
然后，在可移動單元8-7的外端，以向上和向內(nèi)折痕的形狀形成雙金屬嚙合爪8-10。在雙金屬嚙合爪附近的內(nèi)部，以向下凸出的形狀形成上述可移動觸點8-2。在其內(nèi)部較遠處，即接近于固定單元8-4，形成雙金屬支點突起通孔8-11。
由兩片一直彎曲的重疊金屬構(gòu)成雙金屬9，并且在指定的溫度下它的彎曲被反轉(zhuǎn)。在使用該恒溫器1的常溫范圍內(nèi)，雙金屬9的彎曲是凸起的。雙金屬9的一端由可移動板8的雙金屬嚙合爪8-10抓鎖。另一端由箝位板10被緊固在可移動板8的固定單元8-4上。另外，通過將抓鎖突起3-3嚙合在箝位板10的兩個抓鎖切口10-1當(dāng)中的每一個中，將雙金屬9的另一端與可移動板8的固定單元8-4一起固定在支撐構(gòu)件3的不傾斜底表面上。
在這種情況下，有如上述，在使用恒溫器1的常溫范圍內(nèi)，雙金屬9的彎曲是凸出的，如圖1所示，由雙金屬9向下推動可移動板8的雙金屬嚙合抓8-10側(cè)的一端。因此，推動可移動板8的一端處的可移動觸點8-2，從而與固定板4的固定觸點4-2接觸。換句話說，使作為開關(guān)的恒溫器1被關(guān)閉。
在這種情況下，當(dāng)有接近故障而超過使用恒溫器1的常溫范圍的溫度傳到雙金屬9時，雙金屬9的彎曲而被反轉(zhuǎn)，并且該雙金屬的形狀變?yōu)榘既搿Ｒ虼耍ㄟ^雙金屬嚙合爪8-10而使可移動板8的可移動單元6-7被上舉起，并且可移動觸點8-2與固定觸點4-2相分離。結(jié)果，觸點被開啟。
如上所述，將可移動板8構(gòu)造成，使得相對于固定觸點4-2推動可移動觸點8-2，或者將可移動觸點8-2與固定觸點4-2相分離。
與恒溫器1相連的外部電路6包括電源單元11、負載12和電源開關(guān)13，并且包括上述連接端子7(7-1，7-2)，有如圖1所一般性地表示的那樣。
圖3A是表示圖1所示恒溫器1和外部電路6之間的連接關(guān)系的電路圖，而圖3B示出恒溫器1的開關(guān)被開啟的狀態(tài)。在圖3A中，將與圖1和2所使用相同的參考符號賦予與圖1和2所使用相同的組件。由于除了開關(guān)被開啟之外，圖3B的配置與圖3A相同，因此，僅給需要描述的組件賦予了參考符號，并且省略了其他組件的參考符號。
如圖3A和3B所示，PTC電阻5通過其電極5-1與由固定觸點4-2和可移動觸點8-2構(gòu)成的觸點電路并聯(lián)。
如圖3A所示，當(dāng)關(guān)閉恒溫器1的開關(guān)時，作為非線性電阻器的所述PTC 5的兩個電極5-1之間的電壓幾乎為“0”。因此，在具有基本溫度為25℃的指定電阻值的PTC 5中沒有電流流過。
如果由于上述周圍條件的變化而開啟了恒溫器1的開關(guān)，有如圖3B所示那樣，即使觸點被開啟，整個電路也是閉合電路，因此，浪涌電壓變得難以發(fā)生，這是由于在固定觸點4-2和可移動觸點8-2之間插入了PTC 5。
由于將電源電壓加給PTC電阻5，因此，PTC電阻5瞬時地產(chǎn)生熱量，并且這種熱量使其電阻值一直降到在根據(jù)PTC電阻5的特性指定峰值電流流過該處時的值。因此，變得難以發(fā)生浪涌電流。
于是，由于浪涌電壓之故，固定觸點4-2與可移動觸點8-2之間沒有電流流過。換句話說，在固定觸點4-2和可移動觸點8-2之間不會發(fā)生電弧。
當(dāng)電流繼續(xù)流入而沒有改變化，PTC 5進一步產(chǎn)生熱量，此時，電阻值升高。
圖4是通過制造利用各有不同特性的各種PTC為例以獲得具有上述特性(電壓/電流特性)之PTC電阻5并由試驗查驗其電壓和電流之間關(guān)系的開關(guān)所得到的電壓/電流特性圖，并繪出了查驗結(jié)果。水平軸和垂直軸分別表示電壓(V)和電流(A)。水平軸和垂直軸各自的刻度以對數(shù)來表示。
圖5的表格以數(shù)值表示從電壓/電流特性圖所得到的每個PTC的主要特性，以便于閱讀。圖4所示電壓/電流特性圖的各條特性曲線的左端處所示的電阻值表示在25℃下的電阻值。在25℃的周圍溫度條件下的電阻值用作指定和區(qū)分作為非線性電阻器的PTC的基準(zhǔn)。
對于圖4所示電壓/電流特性圖的各條特性曲線的左端處所示的每一個PTC的電阻值7Ω、15Ω、30Ω、50Ω、30Ω、50Ω、100Ω、200Ω、300Ω、5k(5000)Ω和10k(10,000)Ω，賦予取樣編號1到取樣編號11之一，如圖5所示。
這里，描述了PTC電阻的特性，包括熱逸散。作為PTC電阻的特性，如果電源電壓是100V或200V，則使用大約5kΩ到10kΩ的初始電阻。在這種情況下，PTC電阻具有以下特性在電壓/電流特性方面，與不發(fā)生熱逸散范圍內(nèi)峰值電流相應(yīng)的電壓是50V或更大。如果將這樣的PTC電阻用于具有高電壓(30-42V)的直流，則電阻的減小并不伴隨有在發(fā)生所述截止時所產(chǎn)生的電弧，并且發(fā)生與連接固定電阻時幾乎相同的狀態(tài)。在這種情況下，由于在由負載電阻分割的恒溫器的每一端處的電壓未減少這樣多，因此，不能夠減少電弧。
然而，在PTC中，把電壓/電流特性設(shè)定在上述直流電壓下不發(fā)生熱逸散范圍內(nèi)的峰值電流位置所對應(yīng)的電壓，也就是低于50V的值，即比產(chǎn)生最小電阻值的電壓高的電源電壓，加給處于恒溫器截止時的PTC電阻。在這種情況下，將該PTC并行地插入在觸點之間，用以使電源截止，并在短時間內(nèi)，使恒溫器各端子之間的電壓從0V下降到減去因負載所致的下降而得到的電壓。
具體地，即使恒溫器各端子之間的一部分受到PTC的箝位，并且電路被截止，同時，所述電路保持為沒有開啟部分的閉合電路，并且變得難以發(fā)生過度的浪涌電流。此外，所述PTC的一部分具有最小電阻值，同時每一端各自的電壓發(fā)生變化，并且流過該PTC的電流也具有峰值。
即使在300Ω這樣相當(dāng)高的電阻情況下，電壓/電流特性的峰值位于10V周圍。在這種情況下，盡管按照該統(tǒng)計的特性，在42V處的電流為0.015A，但到那時，電流通過0.045A的峰值。盡管根據(jù)圖4所示的曲線，在截止的過程中，計算該電阻約為222Ω的最小電阻值，該電阻與電弧相關(guān)連，并且電阻值具有最小值。因此，難以發(fā)生浪涌電壓，并且也停止了電弧的連續(xù)性。因此，電弧在截止的過程中熄滅。
然而，如果兩個12V的系統(tǒng)電池串聯(lián)，則最大電壓是28V。如果三個12V的系統(tǒng)電池串聯(lián)，則最大電壓是42V。當(dāng)所說的28V是下限時，如果把上述峰值電流設(shè)定在低于28V的電壓處，特別是在達到20V的范圍內(nèi)，其是有效的。如果減少了電阻值，該能力可以增強。然而，如果將過量電壓施加到PTC，特別是如果施加了自控之外的電壓，則電流快速增加并進入熱逸散區(qū)。
具體地說，有一點，即如果在圖4所示的電壓/電流特性圖中，將過量的電壓施加到其中電阻隨著電壓增加而增加的區(qū)域(右下)，則曲線變?yōu)樯仙?高電壓側(cè)的曲線變化部分；雖然在圖4中這一部分看來幾乎是水平的，但實際上該部分的右端上升了一點)。這一點被稱為較低峰值或壓力臨界點。由于一旦超過這一點，PTC進入上述熱逸散區(qū)，并引起自毀，該點也被稱為熱逸散產(chǎn)生點。
因此，該PTC具有與電壓有關(guān)的上限條件，并且該上限條件變?yōu)榍€的上述較低峰值(熱逸散產(chǎn)生點)。至少，需要通過將該曲線的較低峰值電壓設(shè)定為所用的正常電壓的兩倍那樣高，以確保安全，并且80V是指導(dǎo)。如果在低于2V的關(guān)于電壓一側(cè)的特性中，由電壓/電流特性的峰值電流值指定了該條件，則在高電壓側(cè)上的壓力特性是不充分的。因此，該條件可以被限制為大約2V到20V的范圍。
有如表14中的較低峰值位置14-5的字段中所示那樣，對于圖5所示的取樣編號1和取樣編號2，較低峰值位置低于2V，并且由于有如上述那樣并不保證在所用電壓處的安全，所以它在高電壓側(cè)的壓力特性是不充分的。因此，從要采用的目標(biāo)中排除取樣編號1和取樣編號2。
峰值電流位置14-4的字段中所示的峰值電流的位置(V)表示的電壓位置，其中流過PTC的初始電流變?yōu)樽畲笾?。最好使緊接在圖3B所示的開關(guān)之后流過PTC 5的電流變?yōu)樽畲笾怠榱耸咕o接在開關(guān)之后流過PTC 5的電流最大，峰值電流的位置(值)(V)應(yīng)該盡可能小，這是由于緊接在圖3A所示的開關(guān)之前施加給PTC 5的電壓幾乎為“0”。
然后，由于取樣編號1和取樣編號2已被排除，因而，檢查其余的取樣編號3到取樣編號11。結(jié)果，由于發(fā)現(xiàn)取樣編號3到取樣編號9的峰值電流的各個位置(值)(V)是一個單值數(shù)，并且取樣編號10和取樣編號11的峰值電流的各個位置(V)高于所用電壓(本例中為48V或更少)，所以，從要采用的目標(biāo)中排除取樣編號10和取樣編號11。因此，作為要采用的目標(biāo)，僅剩下取樣編號3到取樣編號9。
于是，確定在目標(biāo)電壓(48V或更少)下不會引起的熱逸散并且能夠安全使用的PTC是取樣編號3到取樣編號9。這樣的PTC當(dāng)中的每一個的電壓/電流特性在于，它們的峰值電流位置位于2V到20V范圍內(nèi)。
在圖5所示的表14的較低峰值位置14-5的字段中，取樣編號3到取樣編號9中任一個的較低峰值位置位于60V和170V之間，即42V或更大。更具體地，由于取樣編號3到取樣編號5各PTC的較低峰值位置中的每一個為80V或更大，幾乎是上述電源電壓的額定電壓42V的兩倍，因此，它們中的每一個都具有很好的特性。可以看出，它們當(dāng)中的每一個都適合作為與外部電路6并聯(lián)的PTC 5，如圖3A和3B所示那樣，作為恒溫器1的開關(guān)。
在圖5中，特別由于取樣編號3和取樣編號4每一個的較低峰值位置都位于100V和170V之間，可以看出，即使電源單元的額定電壓是50V，它們也是適用的。
PTC電阻有一個溫度區(qū)起始點，在所述溫度區(qū)中，電阻值突然增大，這個溫度被稱為居里溫度(Tc)。這個溫度被定義為與兩倍最小電阻值的電阻值所對應(yīng)的溫度。最小電阻值是圖5所示峰值電流的位置(V)。
因此，需要從取樣編號3到取樣編號9中選擇，并取用其中居里溫度被設(shè)定為高于操作溫度的值的那一個，以便在它工作并且它的觸點被開啟之前通過最小電阻區(qū)。
通過不僅改變上述電壓/電流特性并改變其溫度特性，可以獲得所需的PTC。
圖6A示出當(dāng)由傳統(tǒng)恒溫器使42V的電流截止時所得到的變化電流，其中，為了比較的目的未給出PTC電阻，而圖6B示出當(dāng)由本發(fā)明的恒溫器使42V的電流截止時所得到的變化電流，其中給出PTC電阻。
在圖6A和6B中，水平和垂直軸分別表示時間和電壓。圖6A和6B的水平軸上的單位時間刻度分別是20微秒和兩微秒。
在圖6A中，在開關(guān)的觸點被開啟和42V的電流被截止時的時間t0與在觸點之間電流完全截止且電壓變?yōu)?(在這種情況下，意味著此后的電流為0)的時間t1之間，過去70微秒多一點的時間。具體地說，在這段周期期間，觸點之間發(fā)生了電弧15，并且電弧15的產(chǎn)生持續(xù)70微秒或更多。如果電弧持續(xù)發(fā)生70微秒或更多，則易于熔化的各觸點由于熔合等而短路，并且毀壞了開關(guān)。
然而，在圖6B所示的示例中，在開關(guān)的觸點被開啟并且42V電流被截止時的時間T1與在觸點之間電流被完全截止并且電壓變?yōu)?的時間T2之間，僅過去了一微秒。換句話說，本發(fā)明的開關(guān)能夠確定地比傳統(tǒng)開關(guān)快70或更多倍使高電壓的直流截止。另外，由于不發(fā)生電弧，所以沒有觸點熔化，并使開關(guān)的壽命被顯著延長。
盡管在上述優(yōu)選實施例中，利用恒溫器作為示例進行了描述，但是所述開關(guān)并不限于恒溫器，比如，還可以使用電磁繼電器。下面將描述利用電磁繼電器作為開關(guān)的另一優(yōu)選實施例。
圖7A和7B是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的電磁繼電器的截面圖。圖7A示出它的開啟觸點的狀態(tài)，而圖7B示出它的關(guān)閉觸點的狀態(tài)。如圖7A和7B所示的作為直流截止開關(guān)的電磁繼電器16，它受到支撐構(gòu)件18的支撐，所述支撐構(gòu)件18占據(jù)殼體17的大部分內(nèi)部。設(shè)置由線圈19-1和鐵心19-2構(gòu)成的電磁體19。
可移動構(gòu)件20的長鉤狀軸的一端與鐵心19-2的引力端相對，所述可移動構(gòu)件20的截面成形為鉤狀。利用支撐臂22，給可移動構(gòu)件20的短鉤狀軸的另一端提供可移動觸點21。另外，利用彈簧23和連接板24提供連接端子單元25，以與短鉤狀軸的同一個所述另一端電連接。連接端子單元25的連接端子25-1通過外殼17的基面向外突起。
設(shè)在固定構(gòu)件26的頂表面上的固定觸點27被提供在與其相對的可移動觸點21下。固定構(gòu)件26包括通過外殼17的基面并向外突起的連接端子單元。固定構(gòu)件26還包括連接板29，設(shè)置為接近于外殼17的內(nèi)基面。通過支撐臂22和彈簧23，將PTC 30插入在這個連接板29與一個跟可移動觸點21電連接的連接板24之間。所述連接板24和29分別與PTC30頂表面和底表面上的電極相連。
如果給電磁體19提供能量，使其受到驅(qū)動，如圖7A所示那樣，則該電磁繼電器通過將長軸的一端吸引到鐵心19-2的吸引端，利用作為支點的長軸和短軸之間的邊界，反時針旋轉(zhuǎn)。因此，使可移動觸點21壓在固定觸點27上。
在這種狀態(tài)下，通過將連接端子28和25-1與圖1所示的外部電路6的連接端子7-1和7-2分別相連，可以形成與圖3A所示相同的電路。
如果使去往電磁體19的電流截止，則使可移動觸點21與固定觸點27分離，并且通過由彈簧23的推力，利用長軸和短軸之間的邊界順時針推動可移動構(gòu)件20，使兩個觸點都被開啟。在這種情況下，形成與圖3B所示相同的電路。
由于PTC 30與由可移動觸點21和固定觸點27構(gòu)成的觸點電路并聯(lián)，在這種情況下，在開啟的可移動觸點21和固定觸點27之間不發(fā)生電弧，至少在兩微秒內(nèi)電流截止。
如果使用大約5KΩ到10KΩ的初始電阻，如取樣編號10和取樣編號11所示，在電壓/電流特性方面，相對于不發(fā)生熱逸散范圍中電壓的峰值電流位置是500V或更大。如果這樣的PTC用于具有高電壓(30-42V)的直流，電阻減小將不會伴隨著發(fā)生在所述截止時產(chǎn)生的電弧和與連接固定電阻時幾乎相同的情況。因此，不降低開關(guān)電壓，就不能夠減小電弧。然而，僅當(dāng)吧PTC用在30V到42V的高電壓時，情況才如此。
如果使用大約5KΩ到10KΩ的初始電阻，比如取樣編號10和取樣編號11所示，則峰值電流的位置位于40V到60V的范圍內(nèi)，并且較低峰值位于250V到350V的范圍內(nèi)。因此，對于通過整流設(shè)備內(nèi)所用的AC主電源電壓獲得的高直流電壓140V到300V而言，可以相對于30V到42V的高電壓，按照與取樣編號3到取樣編號9(優(yōu)選地，直到取樣編號5)相同的方式使PTC與開關(guān)并聯(lián)，并且能夠獲得相同的效果。
工業(yè)應(yīng)用性如上所述，本發(fā)明的直流截止開關(guān)用于在開啟高電壓電流電路的觸點時減小電弧發(fā)生的時間，防止觸點熔化和減少損壞?？蓪⒈景l(fā)明用在利用直流截止開關(guān)使直流截止的任何工業(yè)當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種直流截止開關(guān)，設(shè)置有導(dǎo)電固定構(gòu)件和可移動構(gòu)件，它們之間插入有介電構(gòu)件，所述固定構(gòu)件包括固定觸點，所述固定觸點形成在指定位置處并與端子相連，以便與外部電路連接；并且所述可移動構(gòu)件包括可移動觸點，所述可移動觸點形成于與固定觸點相對的位置，與端子相連，以便與外部電路連接，并且所述可移動觸點被構(gòu)造為相對于固定觸點推動可移動觸點或者開啟觸點，用以通過操作可移動觸點，從而使所述可移動觸點與跟可移動觸點接觸的固定觸點分離，以開啟觸點，使與外部電路相連的端子之間流動的直流截止，其中，所述直流截止開關(guān)包括非線性電阻器，采用任意柱體形狀，包括在頂部和底部每一個表面上的電極，通過這些電極與由固定觸點和可移動觸點構(gòu)成的觸點電路并聯(lián)；所述非線性電阻器具有電阻波動區(qū)，該電阻波動區(qū)表示當(dāng)通過開啟可移動觸點使直流截止時，相互接觸的電壓從0V變化到電源電壓的同時的最小電阻值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流截止開關(guān)，其中，所述非線性電阻器是正溫度系數(shù)(PTC)的，并且在通過開啟可移動觸點使大直流截止時的觸點開啟電壓在28V到48V范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的直流截止開關(guān)，其中，所述PTC電阻的電壓/電流特性，即不發(fā)生熱逸散范圍的上限或較低的峰值為80V或更大。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直流截止開關(guān)，其中，所述PTC電阻的電壓/電流特性，即相對于不發(fā)生熱逸散范圍的電壓的峰值電流的位置位在2V到20V的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的直流截止開關(guān)，其中，所述外部電路是具有額定DC42V的電路或驅(qū)動感性負載的電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的直流截止開關(guān)，其中，所述可移動構(gòu)件由雙金屬驅(qū)動；并且所述外部電路是28V或更大二次電池組的充電側(cè)電路，或者是充電/放電電路；以及額定電路，在充電時或充電/放電時，這種電路通過開啟可移動觸點產(chǎn)生的開啟電壓不超過50V。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的直流截止開關(guān)，其中，在所述PTC電阻中，將居里溫度(Tc)設(shè)置為高于雙金屬工作溫度的值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流截止開關(guān)，其中，所述可移動構(gòu)件由電磁線圈來驅(qū)動。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到8任一項所述的直流截止開關(guān)，其中，所述非線性電阻器設(shè)置在固定觸點或可移動觸點和連接端子之間，并且在開啟可移動觸點時，防止在觸點間所產(chǎn)生的電弧持續(xù)兩微秒或更長時間。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流截止開關(guān)，其中，所述非線性電阻器是正溫度系數(shù)(PTC)的，并且通過開啟可移動觸點使大直流截止時的觸點開啟電壓在130V到310V的范圍內(nèi)。
全文摘要
直流截止開關(guān)1中，作為非線性電阻器的PTC 5通過電極5－1與由固定觸點4－2和可移動觸點8－2構(gòu)成的觸點電路并聯(lián)。當(dāng)開關(guān)關(guān)閉時，由于兩個電極5－1之間的電壓幾乎為“0”，具有25℃下指定電阻值的PTC 5中沒有電流流過。當(dāng)為使電流截止而開啟開關(guān)時，由于PTC 5被并行地插入在固定觸點4－2和可移動觸點8－2之間，這些觸點形成閉合電路。為此，難以發(fā)生浪涌電壓，并且在兩個觸點之間難以發(fā)生電弧。由于通過的電流瞬時PTC 5發(fā)熱，使電阻值和通過的峰值電流減小。然后，電阻值上升并穩(wěn)定在較高值處，從而在作為額定電壓的42V條件下的弱電流是可以忽略的。因此，使電流實質(zhì)上被截止。
文檔編號H01H9/54GK1659668SQ0381328
公開日2005年8月24日 申請日期2003年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月11日
發(fā)明者武田秀昭 申請人:打矢恒溫器株式會社