CN101651273A - 单磁式漏电保护插座 - Google Patents

Abstract

一种单磁式漏电保护插座，采用单磁式电磁脱扣装置和与其适配的标准辅助电路，当插座本身或其负载端发生漏电、或零线断线、中性线断线故障时，所述的脱扣装置都会在辅助电路的控制下自动跳闸、切断电源，跳闸速度可小于25ms，漏电电流的门限小于6mA。本发明的漏电保护插座不仅安全保护功能齐全，而且脱扣机构使触点接触压力大、接触电阻小，不易发热，分断电流的能力大，能达到一般漏电保护器脱扣力的2～3倍，当相线中线接反时不能复位，相线、中线掉线立即跳闸或不能复位，对小电流家用电器起到很好的保护作用，是一种工作更可靠、更稳定的小型电源插座。

Description

单磁式漏电保护插座

技术领域

本发明涉及一种电源插座式漏电保护器，特别是涉及具有多种人身及用电器安全保护功能的单磁式漏电保护插座。

背景技术

电源插座广泛应用于三种情况：一种为电网的终端电器，如墙壁插座；第二种为用电设备接入电源的接口，如设置在电器外壳上的接线插座；第三种为电源插线板，它用作墙壁插座与电器之间的电连接。现有技术的电源插座大多没有安全保护功能，当插座负载端的电气出现漏电故障时，则引发人生安全事故。

在插座上增设漏电安全保护功能以提高用电安全等级的设想由来已久，但由于存在以下技术难题，所以现有技术的具有漏电保护功能的电源插座的使用效果仍不能令人满意：首先是插座的跳闸速度比其上一级的保护器(如断路器)的跳闸速度还慢，根本起不到安全保护作用。其次是漏电的门限30mA远大于人体绝对安全电流(约10mA)，无法保护人身安全。第三是漏电安全保护功能的种类要求越来越多和复杂，如零线带电保护、零线断线保护、中线断线保护等；第四是插座下级的负载情况复杂，要求插座在额定功率下对各种类型的负载具有良好的适应性和稳定性。插座是电网的终端电器，所以它必须符合电网的要求标准，而各个国家的标准差异很大，如美国、英国、中国的标准存在很大的不同，因此，插座产品的另一个技术难题是不仅在结构上要能广泛适应使用各国电网标准的要求，而在保护功能上也要适应使用各国电网的标准要求。以英国为例，漏电标准要求零线有电跳闸，中线N相线L接反跳闸且不能复位，中线掉线立即跳闸或不能复位，地线掉线立即跳闸或不能复位。

申请人先前提出的申请号为200610052071.1的中国发明专利申请公开了一种双磁式高灵敏度漏电保护器，这种漏电保护插座没有磨损部件，不会产生磨损和滑扣现象，脱扣速度快，可靠性高。为了开发出性能更好的新产品，发明人又开发出工艺简单，工序少，成本更低的单磁无扣式漏电保护插座。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单磁式漏电保护插座，脱扣灵敏度高、使用寿命长、安全性能好，而且体积小、重量轻、结构简单、制造成本低，可适用频繁通/断操作、支持接入多种安全保护电路和控制电路。

为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案。

单磁式漏电保护插座包括：固定于所述的插座的绝缘外壳内的控制电路板、安装在所述控制电路板上的零序互感器L1和单向可控硅5，该插座还包括一个可选配至少一个辅助电路(200)的电磁脱扣装置(100)，电磁脱扣装置包括：一个与所述控制电路板一体构成的安装固定在绝缘外壳上的基板(3)，一对分别安装固定在基板(3)上的带有静触点(12)的静触片(10)和一对带有动触点(14)的动触片(18)，一个安装固定在基板(3)上的可套装至少一个脱扣线圈的线圈骨架(17)，一个以可滑动方式插装在所述线圈骨架(17)内桶内的动铁芯(13)，一个套装在动铁芯(13)上的复位弹簧(7)，一个安装固定在动铁芯(13)一端的复位按钮(6)，一个分别与两个动触片(18)固定的绝缘板(4)和一个安装固定在绝缘板(4)上的能与所述动铁芯(13)的下端面(132)吸合的动磁铁(15)，一个安装固定在绝缘外壳上的能与动磁铁(15)吸合的静铁芯(16)以及一个能控制辅助电路(200)中的常开开关K1通/断的试验按钮(2)。

当按下和放松复位按钮(6)时，可通过动磁铁(15)的磁力和复位弹簧(7)的弹力操作动触点(14)与静触点(12)由分断状态转换为闭合状态；当按下试验按钮(2)使常开开关K1接通时，可通过辅助电路(200)的控制操作动触点(14)与静触点(12)由闭合状态转换为分断状态；当插座本身发生过热和/或插座负载端发生故障时，脱扣线圈内的脱扣电流增大使动铁芯(13)产生排斥动磁铁(15)的磁力，该磁力驱动动触点(14)与静触点(12)由闭合状态自动转换为分断状态。

所述动触片18的一端以可弹性变形的方式固定安装在基板3上，所述动触点14与设置在基板3上的静触片10一端上的静触点12对应设置在动触片18的自由端上，动触片18的另一端分别与主电路的相、中线两极L、N连接。所述绝缘板4固定设置在所述动触片18的中心位置上，动磁铁15固定安装在绝缘板4的能与所述静铁芯(16)吸合的位置上，使所述动触点14与静触点12的接触力由安装在基板3上的复位弹簧7的弹性力和所述动磁铁15的磁力提供。当插座负载端发生故障时，所述的辅助电路200控制动磁铁15与动铁芯13配合，使动触片18随绝缘板4一起联动向静铁芯16摆动动作，驱动所述动、静触点(12，14)同时分断，从而自动快速切断电源。

所述的一对静触片(10)的两个固定端分别与主电路的电源端的相L和中N两极的节点La和Na连接，该连接点也是连接所述接线端子的节点。动触片18的摆动行程应满足使动触点14与静触点12之间的爬电距离大于3mm的要求。在所述动铁芯(13)上设有凸起(131)，通过该凸起(131)与基板(3)的配合，使动铁芯(13)在复位弹簧(7)的弹力作用下处于稳定状态。

所述动铁芯(13)与动磁铁(15)之间的吸合面积大于静铁芯(16)与动磁铁(15)之间的吸合面积，通过控制所述动铁芯(13)和静铁芯(16)的体积大小，使动铁芯(13)与动磁铁(15)之间的磁性吸引力F₁大于静铁芯(16)与动磁铁(15)之间的磁性吸引力F₂。

所述的脱扣装置(100)支持选配一个和/或多个不同的辅助电路。

所述的脱扣装置(100)支持选配标准化辅助电路。所述的辅助电路200包括至少一个脱扣线圈和一个零序互感器；套装在所述的线圈骨架(17)外壁上的各脱扣线圈所产生的磁场方向相同，该磁场方向与所述动磁铁(15)的磁场方向相同；所述零序互感器的原边L5、L3和L4分别由所述辅助电路200的主电路的相线L极、中线N级和零线E极构成。

本发明的单磁式漏电保护插座利用一个磁铁可靠控制触点间的接触压力，而且磁铁与动铁芯之间的距离越近，触点接触压力越大，且接触压力具有经久不变的趋势。当有漏电信号时，脱扣线圈与动铁芯所产生的磁场与动磁铁相对应的一面磁性相同、同性相斥，在电磁斥力作用下，触点能在25ms以内快速分断，极大的提高了保护人们生命财产安全的速度。同时本发明的漏电保护插座的另一个优点是：脱扣机构使触点接触电阻小，不易发热，分断电流的能力大，能达到一般漏电保护器脱扣力的2～3倍，因而能更好地满足新一代电源插座的功能要求和克服现有技术的缺陷，使漏电插座的工作更灵敏可靠，体积更小型化。

附图说明

图1是本发明的单磁式漏电保护插座的脱扣装置实施例的结构示意图。

图2是图1的仰视图。

图3是图1的俯视图。

图4是本发明的单磁式漏电保护插座的辅助电路实施例的电路示意图。

具体实施方式

本发明的单磁式漏电保护插座，高灵敏度是指它通过采用新的小巧紧凑的脱扣装置及其相适配的包含漏电保护、零、中线断线保护等多种保护功能电路及试验检测电路、主脱扣电路、整流电路等基本电路的辅助电路，从而具有跳闸速度快、灵敏度高的特性。在本发明的高灵敏度漏电保护插座的绝缘外壳内装有：一组与极数相等的用于与负载电器的插座的插脚实现电连接的插孔、一组与极数相等的用于与电网电源相连接的接线端子、一个单磁式脱扣装置100和一个至少具有漏电保护功能的辅助电路200。

如图1所示，本发明的单磁式漏电保护插座，其核心部件是一个单磁式脱扣装置100，它在手动按钮和辅助电路200的操作和/或控制下执行主电路的通/断，即执行电源插座负载端的电源的接通/断开。所述的手动按钮包括试验按钮2和复位按钮6。试验按钮2操作一个常开开关K1(见图3所示)，当操作试验按钮2(如按下按钮键)时，所述的常开开关K1接通，从而通过辅助电路200控制脱扣装置执行跳闸，将主电路断开。这里，试验按钮2有两个功能：一是作为插座切断负载端电源的操作钮；二是测试脱扣装置和辅助电路200的跳闸功能是否正常。所述的复位按钮6通过一个机械组件操作主电路由断开状态复位到闭合状态，所述的机械组件的功能如图4所示的控制开关K，当按下操作复位按钮6后再松开时，可使插座负载端的电源由断开状态转换为接通状态。这里，复位按钮6实际上是插座接通电源的操作钮。

参照附图，本发明的单磁式漏电保护插座的电磁脱扣装置100包括一个安装固定在所述绝缘外壳内的基板3。一对静触片10和一对动触片18分别安装固定在基板3上。一个线圈骨架17固定安装在基板3的A-A对称轴线上。辅助电路200的包括零序互感器1、集成电路芯片IC、单向可控硅VT在内的电子元件和线路固定在所述的基板3上。由于辅助电路200的线路板与脱扣装置100的基板3成为同一体，可以减小插座的体积和简化插座的结构。

下面详细说明本发明插座的脱扣装置机构及其动作过程。

如图1所示，一个绝缘板4通过两个紧固件5分别将一对动触片18固定在一起，使两个动触片能随绝缘板4一起运动。在绝缘板4的对应于线圈骨架17的中心位置上以固定的方式装有一个动磁铁15。两个静触点12分别固定安装在两个静触片10的一端。在两个动触片18的活动端的对应于静触点12的位置上以固定的方式分别装有两个动触点14，动触片18的固定端部呈U形结构，通过该U形结构使其能作靠近/离开静触片10的往复摆动，当动触片18摆动到闭合位置时，动触点14与静触点12相互接触闭合。在动触点14与静触点12相互断开的断开位置时，动触点14与静触点12的距离控制在3至4mm，以满足通/断灵敏度和安全爬电距离大于3mm的要求。一个长杆形动铁芯13以可滑动的方式插入所述的线圈骨架17的内桶，并通过基板3和套装复位弹簧7后与复位按钮6固定连接。在动铁芯13上设有凸起131，该凸起131与基板3配合，使动铁芯13在复位弹簧7的弹力作用下处于稳定状态。当用手按下复位按钮6时，动铁芯13向靠近动磁铁15的方向移动直至动铁芯13的下端面132与动磁铁15吸合，再松开手使动铁芯13在复位弹簧7的弹力作用下带动动磁铁15和动触片18作复位运动直至动触点14与静触点12进入闭合状态，以分别将主电路两极的La与Lb节点、Na与Nb节点接通。在所述的绝缘外壳的对应动磁铁15的位置上以固定方式装有一个静铁芯16，所述长连杆的动铁芯13的质量大于固定在绝缘外壳基座上的静铁芯16的质量，动磁铁15的磁性应属于强磁性，以保证在按下复位按钮时，动铁芯13能把动磁铁15从静铁芯16上吸引过来，达到动、静触点接触复位状态。在动铁芯13与动磁铁15斥开状态下，动触点14与静触点12分断开，动触片18依靠动磁铁15与静铁芯16之间的磁性吸引力保持静止在一个如图1所示的稳定状态，该状态也是主电路两极的La与Lb节点、Na与Nb节点分别处于如图4所示的分断状态。为了使动触点14能顺利地、可靠地由分断状态转换为闭合状态，动铁芯13与动磁铁15之间的磁性吸引力F₁应当大于静铁芯16与动磁铁15之间的磁性吸引力F₂。为了满足上述F₁＞F₂的条件，本发明采用了动铁芯13的下端面132与动磁铁15直接吸合的结构形式，即它们之间是零距离接触，而静铁芯16与动磁铁15之间是间接吸合的结构形式，即它们之间隔着绝缘板4。不难想象，满足F₁＞F₂条件的结构方案还可采用动铁芯13与动磁铁15之间的吸合面积大于静铁芯16与动磁铁15之间的吸合面积的结构形式。很显然，通过上述控制动、静铁芯与动磁铁的接触距离和/或接触面积的方法，都可实现F₁＞F₂。

如图4所示，一对静触片10作为电源导体，它们的固定端分别与所述主电路的电源端的相L、中线N两极的节点La和Na连接，该连接点也是连接所述接线端子的节点。两个动触片18作为主电路的导体，它们的固定端分别与主电路的相L、中线N两极的节点Lb和Nb连接，该连接点靠近零序互感器1和/或其它电流传感器(图中未示出)，以便主电路的导体从Lb和Nb节点就近穿过零序互感器和/或其它电流传感器后与所述的插孔连接，该连接点是主电路中的节点Lc和Nc(如图4所示)。脱扣线圈11套装在所述的线圈骨架17的外壁上，所述的线圈11设置成通电时保证动铁芯13与动磁铁15相对应的一面的磁场极性相同，以保证在电路产生漏电故障时电磁组件与动磁铁15相排斥，使动触点14与静触点12分离。在辅助电路200的控制下，脱扣线圈11内可产生脱扣电流，该脱扣电流使动铁芯13产生与动磁铁15相斥的磁力，以将动触片18带动动触点14由原来的闭合状态转换为如图1所示的断开状态。不难想象，在所述的线圈骨架17的外壁上套装一个脱扣线圈，即可使动、静触点可受脱扣控制由闭合状态转换为断开状态。这里的脱扣控制是指用于漏电保护、、零线带电保护、零线断线保护、中性线断线保护等安全保护所需的脱扣控制。

本发明的单磁式漏电保护插座具有的功能包括两类。一类是基本功能，它包括人为通电操作和人为断电操作功能，它是插座产品普遍具有的功能。另一类是特殊功能，它包括各种安全保护功能、指示功能等，它可根据产品适用要求选配，而各种型号的产品的特殊功能是通过选配不同的辅助电路实现的。因此，本发明的单磁式漏电保护插座，由于其电磁脱扣装置可选配至少一个辅助电路和可选配不同功能的辅助电路，所以其产品系列可以满足如漏电保护、短路保护、过载保护、过热保护、过压保护、零线断线保护、中线断线保护等各种使用要求，从而大大提高了生产效率和降低了制造成本。

图4所示的实施例是一种典型的辅助电路，具有漏电保护、过压保护、过热保护、零线断线保护、中线断线保护等多种保护功能。该辅助电路有一个脱扣线圈L3和一个零序互感器，主电路的火线L极、中线N级和零线E极分别为零序互感器的原边L5、L3和L4。

下面按不同的操作要求分别描述本发明的单磁式漏电保护插座。

一、人为通电操作

将本发明的电源插座接入220V交流电源后，用手按下复位按钮键6使动铁芯13向动磁铁15方向运动直至动铁芯13与动磁铁15接触吸合，再松开手，动铁芯13在复位弹簧7的弹力作用下将动磁铁15从静铁芯16拉回，同时带动与动磁铁15固定在一起的动触片18，向静触片10方向运动直至动触点14与静触点12接触闭合，从而将电源接通。

二、人为断电操作

在插座主电路接通、即动、静触点闭合的正常工作状态下，用手按下试验按钮2使电路中的常开开关K1闭合，此时零序互感器1的副边会感应出漏电信号，该漏电信号经控制芯片IC放大、比较、翻转，由控制芯片IC的5脚输出高电平，该高电平触发单向可控硅VT导通，给脱扣线圈11输入单向脱扣电流，该电流使动铁芯13产生与动磁铁15同性相斥的磁力，把动磁铁15排斥至静铁芯16，与此同时带动动触片18向远离静触片10的方向移动直至动触点14与静触点12分断，从而将电源断开。

三、自动跳闸断电

在主电路接通状态下，如果出现漏电等故障时，辅助电路的零序互感器的副边都会感应出漏电信号，经控制芯片IC放大、比较、翻转，由控制芯片IC的5脚输出高电平，触发单向可控硅5导通，给脱扣线圈11通入单向电流。在有的辅助电路中，脱扣线圈直接串联在主电路中，当主电路出现漏电等故障时，脱扣线圈的电流会急剧增大。不管何种电路，上面所述的向脱扣线圈输入脱扣电流和/或使脱扣电流增加，都会使动铁芯13产生斥开动磁铁15的磁力，从而将动磁铁15排斥至静铁芯16，并使动触点14与静触点12分断，完成断开电源工作。

图4所示的本发明的一个实施例仅给出了一个零序互感器和一个脱扣线圈的情况，而在实际应用中常常会出现在同一辅助电路中需要采用电流传感器或多个脱扣线圈的情况，有时还会因需要多个辅助电路而出现多个电流传感器和多个脱扣线圈的情况。多个电流传感器和多个脱扣线圈的情况，是图4所示的实施例的可替代方案，只要套装在所述的线圈骨架(17)的外壁上的各脱扣线圈所产生的磁场方向相同，且该磁场方向与动磁铁(15)的磁场方向相同。为了节省制造成本，本发明的电源插座的脱扣装置支持适配多种标准化电路作为辅助电路，这些标准化电路如2145电路或4145电路。

从以上本发明说明书所述不难理解的是，通过改变以上脱扣装置或其辅助电路实施例的结构，可改变插座的保护功能，因此，通过这些改变实现与所描述的功能的区别，均属本发明的实施例的可替代方案。

Claims (10)

1.一种单磁式漏电保护插座，包括固定于所述的插座的绝缘外壳上的控制电路板、安装在所述控制电路板上的零序互感器L1和单向可控硅5，其特征在于该插座还包括：

一个可选配至少一个辅助电路(200)的电磁脱扣装置(100)，包括：

一个与所述控制电路板一体构成的安装固定在绝缘外壳上的基板(3)，

一对分别安装固定在基板(3)上的带有静触点(12)的静触片(10)和一对带有动触点(14)的动触片(18)，

一个安装固定在基板(3)上的可套装至少一个脱扣线圈的线圈骨架(17)，

一个以可滑动方式插装在所述线圈骨架(17)内桶内的动铁芯(13)，

一个套装在动铁芯(13)上的复位弹簧(7)，

一个安装固定在动铁芯(13)一端的复位按钮(6)，

一个分别与两个动触片(18)固定的绝缘板(4)和一个安装固定在绝缘板(4)上的能与所述动铁芯(13)的下端面(132)吸合的动磁铁(15)，

一个安装固定在绝缘外壳上的能与动磁铁(15)吸合的静铁芯(16)以及一个能控制辅助电路(200)中的常开开关K1通/断的试验按钮(2)，

当按下和放松复位按钮(6)时，可通过动磁铁(15)的磁力和复位弹簧(7)的弹力操作动触点(14)与静触点(12)由分断状态转换为闭合状态；

当按下试验按钮(2)使常开开关K1接通时，可通过辅助电路(200)的控制操作动触点(14)与静触点(12)由闭合状态转换为分断状态；

当插座本身发生过热和/或插座负载端发生故障时，由零序互感器感应信号触发单向可控硅VT导通，脱扣线圈内的脱扣电流增大到动铁芯(13)产生排斥动磁铁(15)的磁力，该磁力驱动动触点(14)与静触点(12)由闭合状态自动转换为分断状态。

2、根据权利要求1所述的单磁式漏电保护插座，其特征在于：

所述动触片18的一端以可弹性变形的方式固定安装在基板3上，所述动触点14与设置在基板3上的静触片10一端上的静触点12对应设置在动触片18的自由端上，动触片18的另一端分别与主电路的相、中线两极L、N连接；

所述绝缘板4固定设置在所述动触片18的中心位置上，动磁铁15固定安装在绝缘板4的能与所述静铁芯(16)吸合的位置上，使所述动触点14与静触点12的接触力由安装在基板3上的复位弹簧7的弹性力和所述动磁铁15的磁力提供；

当单磁式漏电保护插座负载端发生故障时，所述的辅助电路200控制动磁铁15与动铁芯13配合，使动触片18随绝缘板4一起联动向静铁芯16摆动动作，驱动所述动、静触点(12，14)同时分断，从而自动快速切断电源。

3、根据权利要求1或2所述的单磁式漏电保护插座，其特征在于：

所述的一对静触片(10)的两个固定端分别与主电路的电源端的相L和中N两极的节点La和Na连接，该连接点也是连接所述接线端子的节点。

4、根据权利要求1或2所述的单磁式漏电保护插座，其特征在于：动触片18的摆动行程应满足使动触点14与静触点12之间的爬电距离大于3mm的要求。

5、根据权利要求1所述的单磁式漏电保护插座，其特征在于：

所述的动铁芯(13)与动磁铁(15)之间的磁性吸引力F₁大于所述的静铁芯(16)与动磁铁(15)之间的磁性吸引力F₂。

6、根据权利要求1或5所述的单磁式漏电保护插座，其特征在于：

所述动铁芯(13)与动磁铁(15)之间的吸合面积大于静铁芯(16)与动磁铁(15)之间的吸合面积；

通过控制所述的吸合距离和/或吸合面积，使动铁芯(13)与动磁铁(15)之间的磁性吸引力F₁大于静铁芯(16)与动磁铁(15)之间的磁性吸引力F₂。

7、根据权利要求1所述的单磁式漏电保护插座，其特征在于：在所述动铁芯(13)上设有凸起(131)，通过该凸起(131)与基板(3)的配合，使动铁芯(13)在复位弹簧(7)的弹力作用下处于稳定状态。

8、根据权利要求1所述的单磁式漏电保护插座，其特征在于：所述的脱扣装置(100)支持选配一个和/或多个不同的辅助电路。

9、根据权利要求1所述的单磁式漏电保护插座，其特征在于：所述的脱扣装置(100)支持选配标准化辅助电路。

10、根据权利要求9所述的单磁式漏电保护插座，其特征在于：

所述的辅助电路200包括至少一个脱扣线圈和一个零序互感器；

套装在所述的线圈骨架(17)外壁上的脱扣线圈所产生的磁场方向相同，该磁场方向与所述动磁铁(15)的磁场方向相反；

所述零序互感器的原边L5、L3和L4分别由所述辅助电路200的主电路的相线L极、中线N级和零线E极构成。

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