永磁式接地故障斷路器插頭及其永磁式動作機構的製作方法

2023-08-10 22:57:46 2

專利名稱：永磁式接地故障斷路器插頭及其永磁式動作機構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種插頭式接地故障斷路器，特別是一種其內部機構同樣適應於插座式接地故障斷路器、漏電斷路器等電路故障保護裝置的永磁式接地故障斷路器插頭及其永磁式動作機構。
背景技術：
接地故障斷路器的英文名為Ground fault Circuit interrupters(GFCI)，為方便起見，以下將接地故障斷路器簡稱為GFCI。
目前市面上的GFCI大都是插座式的，該種GFCI只適應於固定安裝在建築物上。而對於洗車場，野外工地等需要使用移動用電設備的場所僅有插座式GFCI是不能滿足要求的，因此急需一種可移動式接地故障斷路器來適應以上場所的使用要求。
現在世界上已有的幾款GFCI插頭在接通時要靠一個電磁線圈通電產生的電磁力來保持接通狀況，當有電路故障時GFCI內部晶片發出一個信號，使電磁線圈斷電從而GFCI分斷。由此可見這種GFCI的正常工作需要消耗電能。由於世界能源的短缺，因此迫切要求設計出一種儘量節能的GFCI產品。
另外，由於外部不良因素經常會導致GFCI某些部件失效，比如壓敏電阻，而起不到保護作用，但原有GFCI都不具備自診斷功能，以致存在替伏危險。

發明內容
本發明的目的是提供一種能夠節省能源消耗的永磁式GFCI插頭。
本發明的另一目的是提供一種節省能源消耗的帶自診斷功能的永磁式GFCI插頭。
本發明的再一目的是提供一種不僅能夠節省能源消耗，而且還能夠防水的帶自診斷功能的永磁式GFCI插頭。
本發明的又一目的是提供一種能夠節省能源消耗的永磁式動作機構。
根據本發明的第一方面，所提供的永磁式GFCI插頭，包括一個殼體；一個永磁式動作機構，固定在所述殼體內，包括一個支架組件，具有一個橫梁和位於橫梁兩側的支架壓柱和鐵芯連接柱；一個鐵芯，與所述鐵芯連接柱連接在一起，並置入線圈架內；一個彈簧，套在鐵芯連接柱上，並位於線圈架內的凸臺與支架組件橫梁下緣之間；分斷線圈和接通線圈，分別纏繞在線圈架上；一個永磁體，位於與鐵芯相對的位置；一對動觸片，位於與所述支架壓柱相對的位置，並可由支架壓柱觸壓，所述動觸片的一端設有動觸點；一對靜觸點，位於與動觸點相對的位置；其中，當接通線圈通電產生使鐵芯與永磁體分離的磁力時，在彈簧的回覆力作用下，支架組件移動並恢復到所述支架壓柱不觸壓動觸片的位置，從而使所述動觸點在動觸片彈力作用下與靜觸點接觸。
由此可見，本發明的動觸點與靜觸點的接觸是在動觸片彈力的作用下實現的，因此接通線圈只需要短時間通電，使鐵芯與用永磁體分離，從而減少了電能消耗。
其中，所述動觸點通過動觸片連接負載端。
其中，所述靜觸點通過靜觸片連接電力線。
根據本發明的第二方面，所提供的帶自診斷功能的永磁式GFCI插頭，包括一個殼體；一個永磁式動作機構，固定在所述殼體內，包括一個支架組件，具有一個橫梁和位於橫梁兩側的支架壓柱和鐵芯連接柱；一個鐵芯，與所述鐵芯連接柱連接在一起，並置入線圈架內；一個彈簧，套在鐵芯連接柱上，並位於線圈架內的凸臺與支架組件橫梁下緣之間；
分斷線圈和接通線圈，分別纏繞在線圈架上；一個永磁體，位於與鐵芯相對的位置；一對動觸片，位於與所述支架壓柱相對的位置，並可由支架壓柱觸壓，所述動觸片的一端設有動觸點；一對靜觸點，位於與動觸點相對的位置；以及一個壓敏電阻，其一端連接一條電力線，其另一端通過一個負載端和斷路開關連接另一條電力線；其中，當接通線圈通電產生使鐵芯與永磁體分離的磁力時，在彈簧的回覆力作用下，支架組件移動並恢復到所述支架壓柱不觸壓動觸片的位置，從而使所述動觸點在動觸片彈力作用下與靜觸點接觸。
由此可見，本發明的動觸點與靜觸點的接觸是在動觸片彈力的作用下實現的，因此接通線圈只需要短時間通電，使鐵芯與用永磁體分離，從而減少了電能消耗。
另一方面，由於壓敏電阻不是直接並聯在電力線的輸入端，而是經由負載端和斷路開關並聯在電力線上，從而可以利用GFCI固有的漏電檢測磁環檢測壓敏電阻的失效電流，如同漏電保護一樣，當壓敏電阻的失效電流超過一定值時，使斷路開關切斷，從而實現自診斷功能，即對壓敏電阻的自診斷功能。
其中，所述動觸點通過動觸片連接負載端。
其中，所述靜觸點通過靜觸片連接電力線。
其中，所述斷路開關是由所述動觸點和靜觸點形成的開關。
根據本發明的第三方面，所提供的防水的帶自診斷功能的永磁式GFCI插頭，包括一個防水殼體，包括上蓋、下蓋，其中在上蓋與下蓋之間安裝防水橡膠圈，在上蓋的正面設有薄膜面板，在殼體的負載線連接埠處設置防水接頭；一個永磁式動作機構，固定在防水殼體內，包括一個支架組件，具有一個橫梁和位於橫梁兩側的支架壓柱和鐵芯連接柱；一個鐵芯，與所述鐵芯連接柱連接在一起，並置入線圈架內；一個彈簧，套在鐵芯連接柱上，並位於線圈架內的凸臺與支架組件橫梁下緣之間；分斷線圈和接通線圈，分別纏繞在線圈架上；一個永磁體，位於與鐵芯相對的位置；一對動觸片，位於與所述支架壓柱相對的位置，並可由支架壓柱觸壓，所述動觸片的一端設有動觸點；一對靜觸點，位於與動觸點相對的位置；以及一個壓敏電阻，其一端連接一條電力線，其另一端通過一個負載端和斷路開關連接另一條電力線；其中，當接通線圈通電產生使鐵芯與永磁體分離的磁力時，在彈簧的回覆力作用下，支架組件移動並恢復到所述支架壓柱不觸壓動觸片的位置，從而使所述動觸點在動觸片彈力作用下與靜觸點接觸。
由此可見，本發明的動觸點與靜觸點的接觸是在動觸片彈力的作用下實現的，因此接通線圈只需要短時間通電，使鐵芯與用永磁體分離，從而減少了電能消耗。
另一方面，由於壓敏電阻不是直接並聯在電力線的輸入端，而是經由負載端和斷路開關並聯在電力線上，從而可以利用GFCI固有的漏電檢測磁環檢測壓敏電阻的失效電流，如同漏電保護一樣，當壓敏電阻的失效電流超過一定值時，使斷路開關切斷，從而實現自診斷功能，即對壓敏電阻的自診斷功能。
此外，由於在上蓋與下蓋之間安裝防水橡膠圈，在上蓋的正面設有薄膜面板，在殼體的負載線連接埠處設置防水接頭，從而實現了防水和防雨功能。
其中，所述動觸點通過動觸片連接負載端。
其中，所述靜觸點通過靜觸片連接電力線。
其中，所述斷路開關是由所述動觸點和靜觸點形成的開關。
根據本發明的第四方面，所提供的永磁式動作機構，包括一個支架組件，具有一個橫梁和位於橫梁兩側的支架壓柱和鐵芯連接柱；一個鐵芯，與所述鐵芯連接柱連接在一起，並置入線圈架內；一個彈簧，套在鐵芯連接柱上，並位於線圈架內的凸臺與支架組件橫梁下緣之間；分斷線圈和接通線圈，分別纏繞在線圈架上；一個永磁體，位於與鐵芯相對的位置；一對動觸片，位於與所述支架壓柱相對的位置，並可由支架壓柱觸壓，所述動觸片的一端設有動觸點；一對靜觸點，位於與動觸點相對的位置；其中，當接通線圈通電產生使鐵芯與永磁體分離的磁力時，在彈簧的回覆力作用下，支架組件移動並恢復到所述支架壓柱不觸壓動觸片的位置，從而使所述動觸點在動觸片彈力作用下與靜觸點接觸。
由此可見，本發明的動觸點與靜觸點的接觸是在動觸片彈力的作用下實現的，因此接通線圈只需要短時間通電，使鐵芯與用永磁體分離，從而減少了電能消耗。
下面結合附圖對本發明進行詳細說明。


圖1A和圖1B分別是GFCI插頭的外觀圖；圖2是GFCI插頭的分解視圖；圖3是永磁式動作機構的直觀圖；圖4是永磁式動作機構的分解視圖；圖5A是永磁式動作機構分斷時的效果圖，其中圖5B是圖5A的A向部分視圖；圖6A是永磁式動作機構接通時的效果圖，其中圖6B是圖6A的A向部分視圖；。
圖7是本發明的電路原理圖。
具體實施例方式
參見圖1至圖6，本發明的永磁式GFCI插頭，包括殼體和永磁式動作機構。
殼體包括上蓋102，103、下蓋106。該殼體可以製成防水殼體。作為防水殼體，該防水殼體包括薄膜面板101，前上蓋102、後上蓋103、防水接頭104、防水橡膠圈105和下蓋106，其中薄膜面板101包括指示燈顯示窗口1013、分斷按鍵1011、復位按鍵1012。
在上蓋與下蓋之間安裝防水橡膠圈105，在上蓋的正面設有薄膜面板101，在殼體的負載線連接埠處設置防水接頭104，由此實現防水和防雨功能。
永磁式動作機構固定在防水殼體內，包括一個支架組件218，具有一個橫梁和位於橫梁兩側的支架壓柱和鐵芯連接柱；一個鐵芯204，與所述鐵芯連接柱連接在一起，並置入線圈架209內；一個彈簧208，套在鐵芯連接柱上，並位於線圈架209內的凸臺與支架組件橫梁下緣之間；分斷線圈211和接通線圈210，分別纏繞在線圈架209上；一個永磁體212，位於與鐵芯相對的位置；一對動觸片206，位於與所述支架壓柱相對的位置，並可由支架壓柱觸壓，所述動觸片的一端設有動觸點205；一對靜觸點303，位於與動觸點205相對的位置。
當接通線圈210通電產生使鐵芯204與永磁體212分離的磁力時，在彈簧的回覆力作用下，支架組件218移動並恢復到所述支架壓柱不觸壓動觸片206的位置，從而使所述動觸點205在動觸片206彈力作用下與靜觸點303接觸。
參見圖2、圖4，永磁式動作機構通過螺釘306固定在防水殼體內。永磁式動作機構包括支架組件218、動觸銀點205、動觸片206、鉚釘207、彈簧208、線圈架209、分斷線圈211、接通線圈210、永磁體212、屏蔽罩213、分斷輕觸開關215、接通輕觸開關216、磁環架217和電路板214，其中支架組件218由支架體202、支架壓塊203、壓塊螺釘201和鐵芯204組合在一起形成。
參見圖5A、圖6A，支架組件218的橫截面為「門」型，即包括一個橫梁和位於橫梁兩側的支架壓柱(如圖5A、圖6A所示，位於支架組件的左側)和鐵芯連接柱(如圖5A、圖6A所示，位於支架組件的右側)。支架壓柱與支架壓塊203固定連接，或者形成一體。鐵芯連接柱與鐵芯204連接在一起，例如注塑在一起，並置入線圈架209內。彈簧208套在鐵芯連接柱上，並位於線圈架209內的凸臺與支架組件橫梁下緣之間(參見圖5A、圖6A)。
兩個動觸片206的一端分別固定在電路板214上，其另一端設有動觸銀點205，並延伸到與支架壓塊203相對應的位置(參見圖3)。
左、右靜觸片302、301的前端是電源插腳，其後端設有靜觸銀點303(參見圖2)。組裝時，左、右靜觸片302、301被固定在殼體上(參見圖1B)，使靜觸銀點303位於與動觸銀點205相對的位置，以形成觸點對(參見圖5B、圖6B)。此外，還設有地線連接片304、地線插腳305、接線端子307、壓線鏍釘308和壓線板309。
分斷輕觸開關215和接通輕觸開關216分別為觸摸開關，它們分別相當於圖7中的開關TEST和開關K3。
此外，本發明的永磁式GFCI插頭還設有一個壓敏電阻(參見圖7)，其一端連接一條電力線，其另一端通過一個負載端和斷路開關連接另一條電力線。
由於壓敏電阻不是直接並聯在電力線的輸入端，而是經由負載端和斷路開關並聯在電力線上，這樣可以利用GFCI固有的漏電檢測磁環檢測壓敏電阻的失效電流，如同漏電保護一樣，當壓敏電阻的失效電流超過一定值時，使斷路開關切斷，從而實現自診斷功能，即對壓敏電阻的自診斷功能。
其中，所述動觸點205通過動觸片206連接負載端。所述靜觸點303通過靜觸片301，302連接電力線。而所述斷路開關是由所述動觸點和靜觸點形成的開關。
下面參照圖1-圖7說明書本發明的工作原理。
GFCI的靜觸片301、302和地線插腳接入電源後電路板214將帶電處於工作狀態，這時按下接通按鍵1012，接通輕觸開關216也隨之被壓下而導通，即圖7中的K3被導通，由圖7可以看出K3的一端經二極體D1電阻R5和線圈J2(分斷線圈211)與電源相線連接。K3的另一端經電阻R4，電容C7和電阻R3與電源的零線連接。當K3導通時電阻R3的上端產生一個脈衝信號，此脈衝信號使可控矽VD5導通，這時便有較大的電流通過VD5和與VD5連接的線圈J1(接通線圈210)，通電線圈產生的電磁力使支架組件218隨之向上運動，向上運動的結果就是使支架組件不再壓住動觸片206。這樣動觸片在自身反彈力的作用下向上運動。動觸銀點205與靜觸301，302上的銀點303接觸，也就是說這時電源可以通過靜觸銀點303與動觸銀點205的連接而傳遞到負載端(Load)。
圖6A、圖6B是GFCI接通後的效果圖，從圖上可以看出，銀點303與銀點205已經通過，支架組件218與動觸片206已經分開，支架組件218的鐵芯204端與永磁體212已經分開，並且彈簧208的反作用力將這種分開狀態保持住。
GFCI分斷後的效果圖如圖5A和圖5B所示，這時支架組件218的鐵芯204端與永磁體212已經結合在一起，另一端向下壓住動觸片206使動觸銀點205與靜觸銀點303分離，並且用永磁體212與支架組件中的鐵芯204間的吸合力保持這種分斷狀況直到再次按下接通按鍵1012。
GFCI的分斷是由於線路自身存在漏電故障或中性線接地故障或人為的按下分斷按鍵。
線路存在漏電故障或中性線接地故障時(圖7所示)檢測磁環N1可以檢測到該種故障並將檢測結果送到IC(集成塊)的2腳和3腳，經IC放大，此放大的信號一旦達到設定的門限值時，IC的7腳便輸出一個脈衝信號，該信號直接被送到可控矽VD7的觸發端使VD7導通。導通後便有一個較大的電流通過VD7和與VD7相連的線圈J2(分斷線圈211)。分斷線圈211通電產生的電磁力使支架組件218向下運動。同時壓住動觸片206一起向下運動直至使動觸銀點205與靜觸銀點303完全分開，並且此時的永磁體已牢牢的吸住支架組件中鐵芯204將這種斷開狀態保持住。
當人為按下分斷按鍵1011時，位於分斷按鍵1011下方的分斷輕觸開關215也隨之下移，至使圖7中的TEST開關閉合。此TEST開關的一端與負載端的相線連接，另一端通過R0與電源端的零線相連。閉合的結果就使得該迴路上有一個電流通過，此電流就是模擬漏電故障的一個電流，該漏電流產生的結果就使得GFCI分斷。分斷的原理與上段文字中說明的一致。GFCI的分斷就正好能說明該裝置處於良好狀態，達到了檢測GFCI是否正常的目的。
本發明還提供了GFCI自診斷功能。由於GFCI經常會因使用環境或不正當使用造成損壞，而這種損壞若不及時發現就有可能造成嚴重後果，例如壓敏電阻的失效保護。本發明的壓敏電阻跨接在電源相線與負載端零線上。正常時由於壓敏電阻本身可視作斷路狀況其漏電流在μA級不會影響GFCI正常工作。但因不良因素影響壓敏的漏電流達到5mA時GFCI的檢測磁環便會檢測到這個微小電流並傳送到IC使GFCI分斷(其分段原理與漏電保護相同)。同時又使壓敏電阻斷開與電源的連接，保證了壓敏和GFCI本身不會產生嚴重的後果。
權利要求
1.一種永磁式GFCI插頭，包括一個殼體；一個永磁式動作機構，固定在所述殼體內，包括一個支架組件(218)，具有一個橫梁和位於橫梁兩側的支架壓柱和鐵芯連接柱；一個鐵芯(204)，與所述鐵芯連接柱連接在一起，並置入線圈架(209)內；一個彈簧(208)，套在鐵芯連接柱上，並位於線圈架(209)內的凸臺與支架組件橫梁下緣之間；分斷線圈(211)和接通線圈(210)，分別纏繞在線圈架(209)上；一個永磁體(212)，位於與鐵芯相對的位置；一對動觸片(206)，位於與所述支架壓柱相對的位置，並可由支架壓柱觸壓，所述動觸片的一端設有動觸點(205)；一對靜觸點(303)，位於與動觸點(205)相對的位置；其中，當接通線圈(210)通電產生使鐵(204)與永磁體(212)分離的磁力時，在彈簧的回覆力作用下，支架組件(218)移動並恢復到所述支架壓柱不觸壓動觸片(206)的位置，從而使所述動觸點(205)在動觸片(206)彈力作用下與靜觸點(303)接觸。
2.根據權利要求1所述的GFCI插頭，其中，所述動觸點(205)通過動觸片(206)連接負載端。
3.根據權利要求1所述的GFCI插頭，其中，所述靜觸點(303)通過靜觸片(301，302)連接電力線。
4.一種帶自診斷功能的永磁式GFCI插頭，包括一個殼體；一個永磁式動作機構，固定在所述殼體內，包括一個支架組件(218)，具有一個橫梁和位於橫梁兩側的支架壓柱和鐵芯連接柱；一個鐵芯(204)，與所述鐵芯連接柱連接在一起，並置入線圈架(209)內；一個彈簧(208)，套在鐵芯連接柱上，並位於線圈架(209)內的凸臺與支架組件橫梁下緣之間；分斷線圈(211)和接通線圈(210)，分別纏繞在線圈架(209)上；一個永磁體(212)，位於與鐵芯相對的位置；一對動觸片(206)，位於與所述支架壓柱相對的位置，並可由支架壓柱觸壓，所述動觸片的一端設有動觸點(205)；一對靜觸點(303)，位於與動觸點(205)相對的位置；以及一個壓敏電阻，其一端連接一條電力線，其另一端通過斷路開關連接另一條電力線；其中，當接通線圈(210)通電產生使鐵芯(204)與永磁體(212)分離的磁力時，在彈簧的回覆力作用下，支架組件(218)移動並恢復到所述支架壓柱不觸壓動觸片(206)的位置，從而使所述動觸點(205)在動觸片(206)彈力作用下與靜觸點(303)接觸。
5.根據權利要求4所述的GFCI插頭，其中，所述動觸點(205)通過動觸片(206)連接負載端。
6.根據權利要求4所述的GFCI插頭，其中，所述靜觸點(303)通過靜觸片(301，302)連接電力線。
7.根據權利要求4所述的GFCI插頭，其中，所述斷路開關是由所述動觸點和靜觸點形成的開關。
8.一種帶自診斷功能的永磁式GFCI插頭，包括一個防水殼體，包括上蓋(102，103)、下蓋(106)，其中在上蓋與下蓋之間安裝防水橡膠圈(105)，在上蓋的正面設有薄膜面板(101)，在殼體的負載線連接埠處設置防水接頭(104)；一個永磁式動作機構，固定在防水殼體內，包括一個支架組件(218)，具有一個橫梁和位於橫梁兩側的支架壓柱和鐵芯連接柱；一個鐵芯(204)，與所述鐵芯連接柱連接在一起，並置入線圈架(209)內；一個彈簧(208)，套在鐵芯連接柱上，並位於線圈架(209)內的凸臺與支架組件橫梁下緣之間；分斷線圈(211)和接通線圈(210)，分別纏繞在線圈架(209)上；一個永磁體(212)，位於與鐵芯(204)相對的位置；一對動觸片(206)，位於與所述支架壓柱相對的位置，並可由支架壓柱觸壓，所述動觸片的一端設有動觸點(205)；一對靜觸點(303)，位於與動觸點(205)相對的位置；以及一個壓敏電阻，其一端連接一條電力線，其另一端通過斷路開關連接另一條電力線；其中，當接通線圈(210)通電產生使鐵芯(204)與永磁體(212)分離的磁力時，在彈簧的回覆力作用下，支架組件(218)移動並恢復到所述支架壓柱不觸壓動觸片(206)的位置，從而使所述動觸點(205)在動觸片(206)彈力作用下與靜觸點(303)接觸。
9.根據權利要求8所述的GFCI插頭，其中，所述動觸點(205)通過動觸片(206)連接負載端。
10.根據權利要求8所述的GFCI插頭，其中，所述靜觸點(303)通過靜觸片(301，302)連接電力線。
11.根據權利要求8所述的GFCI插頭，其中，所述斷路開關是由所述動觸點和靜觸點形成的開關。
12.一種永磁式動作機構，包括一個支架組件(218)，具有一個橫梁和位於橫梁兩側的支架壓柱和鐵芯連接柱；一個鐵芯(204)，與所述鐵芯連接柱連接在一起，並置入線圈架(209)內；一個彈簧(208)，套在鐵芯連接柱上，並位於線圈架(209)內的凸臺與支架組件橫梁下緣之間；分斷線圈(211)和接通線圈(210)，分別纏繞在線圈架(209)上；一個永磁體(212)，位於與鐵芯相對的位置；一對動觸片(206)，位於與所述支架壓柱相對的位置，並可由支架壓柱觸壓，所述動觸片的一端設有動觸點(205)；一對靜觸點(303)，位於與動觸點(205)相對的位置；其中，當接通線圈(210)通電產生使鐵芯(204)與永磁體(212)分離的磁力時，在彈簧的回覆力作用下，支架組件(218)移動並恢復到所述支架壓柱不觸壓動觸片(206)的位置，從而使所述動觸點(205)在動觸片(206)彈力作用下與靜觸點(303)接觸。
全文摘要
本發明公開了一種帶自診斷功能的永磁式GFCI插頭，包括一個殼體和一個永磁式動作機構。永磁式動作機構固定在所述殼體內，包括一個支架組件，具有一個橫梁和位於橫梁兩側的支架壓柱和鐵芯連接柱；一個鐵芯，與所述鐵芯連接柱連接在一起，並置入線圈架內；一個彈簧，套在鐵芯連接柱上，並位於線圈架內的凸臺與支架組件橫梁下緣之間；分斷線圈和接通線圈，分別纏繞在線圈架上；一個永磁體，位於與鐵芯相對的位置；一對動觸片，位於與所述支架壓柱相對的位置，並可由支架壓柱觸壓，所述動觸片的一端設有動觸點；一對靜觸點，位於與動觸點相對的位置；一個壓敏電阻，其一端連接一條電力線，其另一端通過斷路開關連接另一條電力線。
文檔編號H01H83/02GK1828801SQ20051005123
公開日2006年9月6日 申請日期2005年3月2日 優先權日2005年3月2日
發明者陳伍勝, 戴勇, 李小勇 申請人:希珂爾電氣有限公司