電路斷路設備的復位閉鎖和脫扣的制作方法

專利名稱：電路斷路設備的復位閉鎖和脫扣的制作方法
背景技術：
相關技術描述電力配線設備工業經歷著一種不斷增長的電路斷路設備需求，這種電路斷路設備被設計成能夠切斷到諸如家用電器、消費者電子產品和分支電路等各種負載的電力。特別是，有關電的規定要求家庭浴室和廚房中的電路需配有接地故障電路斷路器。目前可用的GFCI設備，諸如在共有的專利號為4,595,894(“’894號專利”)的美國專利中描述的設備使用一脫扣機構，來機械地切斷一個或多個輸入和輸出導線之間的電連接。這種設備在其通過例如接地故障檢測而被脫扣之后，是可復位的。在’894號專利的設備中，用作引起機械切斷電路(即，輸入和輸出導線之間的連接)的脫扣機構，包括一螺線管線圈或脫扣線圈。一測試按鈕被用于對該脫扣機構和用作檢測故障的電路進行測試，并且一復位按鈕被用于對輸入和輸出導線之間的電連接進行復位。
然而，例如在由雷電放電發生而引起的非正常條件下，可能會出現很多情況，其中雷電放電發生可能不僅導致設備上的電流脈動(電涌)，而且導致用于引起電路機械切斷的脫扣機構失效。這可能在使用者不知曉時發生。在這種情況下，一個面對著已經脫扣的GFCI的不知情用戶，可能會按下該復位按鈕，反過來，將會引起帶無效脫扣機構的設備在無接地故障保護的情況下被復位。
另外，開路中性條件，其在“Underwriters Laboratories(UL)Standard PAG 943A”中作了定義，可能與向這種GFCI設備供應電力的電力配線共同存在。如果開路中性條件與位于該GFCI設備側線路(verses)(負負載))上的零線共同存在，那么將會出現一種情況，即從提供電力給GFCI設備的相線(火線)經由設備側的負載和人體到達接地的電流通路被建立。在開路中性條件存在的情況下，當前已被脫扣的GFCI設備，可能會被復位，即使是該開路中性條件可能存留的情況下。
在專利號為6,040,967(“’967號專利”)的共有的美國專利中描述的設備，涉及可復位電路斷路設備，諸如GFCI設備但不僅限于此，該設備包括一復位閉鎖機構，如果用于切斷連接的電路斷路器不可工作或者如果開路中性條件存在的話，它會防止輸入和輸出導線間的電連接或電連續性的復位。在該設備中，不論是用于測試脫扣機構、用于感測故障的電路，還是用于對輸入和輸出導線間的電連接進行復位的復位按鈕，均需要有電力來操作電子構件。這就需要一個能在不需電力的情況下人工手動脫扣的GFCI。
在一個實施例中，該電路斷路設備包括一殼體、一輸入導電通路和一輸出導電通路。該輸入導電通路至少部分被置于該殼體內，并且能夠被電連接到一電源上。該輸出導電通路也至少部分被置于該殼體內，并且當與該輸入導電通路之間建立電連續性時，能夠被電連接到一負載上。該導電通路之間的電連續性可以利用電子-機械化機構來建立，諸如活動電觸點和螺線管線圈。該設備還包括一中斷電路，其被置于該殼體內并且配置成響應某一預定條件發生時切斷輸入和輸出導電通路的電連續性。預定條件包括接地故障、弧故障、電器漏電故障和浸入(immersion)(水浸沒)故障，但不僅限于此。
響應于該預定條件的發生，可處于閉鎖位置和復位位置的復位閉鎖被設置成其中某一位置。處于閉鎖位置時，該復位閉鎖禁止了輸入和輸出導電通路之間電連續性的復位，而處于復位位置時，該復位閉鎖不會禁止輸入和輸出導電通路之間電連接的復位。該電路斷路設備包括一復位機構，其可操作地關聯于該復位閉鎖及電路斷路器。該復位機構的觸發使該電路斷路器被觸發，其中該電路斷路器使從閉鎖位置到復位位置變換該復位閉鎖的可操作位置，變得容易。
該電路斷路器包括在此所提及相同含義的測試按鈕或脫扣按鈕，用于把負載從電源上斷開；和一復位按鈕，用于在其已脫扣之后對該設備進行復位。當該設備在其復位狀態下操作時，電源通過該設備內的一組觸點被連接到負載上。該觸點通過承載復位按鈕的彈簧被保持閉合，其中復位按鈕保持控制一鎖銷板，該鎖銷板將常開觸點推至閉合位置。在優選的機械脫扣機構中，壓下該脫扣按鈕會引起該鎖銷板向前移動，以從該復位按鈕上釋放開。該鎖銷板，剛一被復位按鈕釋放開就在向下偏壓它的片彈簧的作用下向下移動，從而允許在這種向下偏壓作用下被偏壓，而使觸點呈其常開位置。在此時，只有該設備正常操作并且在線路上沒有故障時，按壓該復位按鈕才會啟動電回路，其中該電回路引起常開觸點閉合。所述的設備是被機械脫扣的，并且不論機械復位還是電復位，而且其能夠在無電力向該設備供應的情況下被脫扣。
前述內容已經很概括性地粗略描述了本發明的優選特征，以便于使本領域的熟練技術人員可以更好地理解接下來對本發明的詳細說明。本發明的附加特征將在下文作出描述，以形成本發明的權利要求主題。本領域的熟練技術人員應該意識到，他們可以容易地使用所公開的構想和特定實施例，作為設計或修改用來實施本發明相同目的的其它結構，并且這種其它結構并不偏離本發明處于其最廣泛形式下的實質和范圍。
附圖詳細說明通過下面的詳細描述、附加權利要求及附圖，本發明的其他方面、特征和優點將變得更加明顯，其中

圖1是根據本發明的一個接地故障電路斷路器(GFCI)實例的透視外部視圖。
圖2是圖1所示GFCI設備的復位機構的部分截面側視圖，舉例說明了脫扣(trip(跳開))構件以及處于閉鎖(lock out)模式下的復位機構和GFCI設備。
圖3-4是本發明的脫扣和復位機構實施例的示意圖，舉例說明了用于在輸入和輸出導線間建立電連接以及用于使電連接的復位機構與電復位、機械脫扣機構相關聯的鎖銷件。
圖5是復位機構以及電復位、機械脫扣機構的透視圖，和圖6是能與圖1的GFCI設備一同使用以檢測接地故障的電路示意圖。
為了本申請的發明目的，將在圖中示出的和下文所述的根據本申請的復位閉鎖機構，結合到適于在家中安裝在單插口(single-gang)接線盒中的GFCI插座當中。然而，根據本發明的復位閉鎖機構，也期望其能被包含于可復位電路斷路設備系列中的任何不同設備當中，所述可復位電路斷路設備包括接地故障電路斷路器(GFCI’s)、弧故障電路斷路器(AFCI’s)、浸入檢測電路斷路器(IDCI’s)、電器漏電電路斷路器(ALCI’s)。
現在回到圖1，該GFCI插座10包括一殼體12，殼體12包括一中央主體14，一面部或蓋部16和一尾部18被可拆卸地緊固到該中央主體上。該面部16具有插入口20，用于接收通常在電燈或電器軟線組(未示出)末端處具有的陽性插頭的常規或極化插腿，還有接地插腿接收孔22，以容納三相插頭。該插座還包括一安裝固定板24，被用于將插座緊固到接線盒上。
一機械脫扣按鈕50，為用戶方便起見其可被標示成一個“TEST(檢測)”按鈕，該按鈕通過位于殼體12面部16中的開口28伸出。該機械脫扣按鈕被用于機械地脫扣置于設備中的電路斷路機構。該電路斷路器，將在下文更詳細的描述，其被用于斷開在輸入和輸出導電通路或導線間的電連續性。一復位按鈕70，形成復位機構的一部分，其通過位于殼體12面部16中的開口32伸出。該復位按鈕被用于啟動一復位循環，其會重新建立導體的輸入和輸出導電通路間的電連續性。
到現有家用電配線上的電連接，是經由接線螺釘34和36完成的，其中螺釘34是一輸入(或線路)連接點，而螺釘36是一輸出(或負載)連接點。應該注意的是，兩個另外的接線螺釘(未示出)被安置在該插座10的相對面上。類似于接線螺釘34和36，這些另外的接線螺釘也提供輸入和輸出連接點。另外，該輸入連接是用于家用電配線的線路側相導線(火線)和零(中性)線，而該輸出連接是用于家用電配線的負載側相導線(火線)和零線。該插頭連接也被看作輸出導線。在專利號為4,595,894的美國專利中提供了一種GFCI插座更加詳細的說明，其全部結合于此一并作為參考。
參照圖2和4，這里示出了根據本發明一個實施例的脫扣機械構件和復位機構。在圖2中，該設備處于閉鎖模式，并且負載已從電源上斷開。該機械脫扣機構包括脫扣按鈕50，當其被壓下時，推動脫扣臂桿52向下移動以嚙合鎖銷板60的一末端82。該脫扣臂桿52的末端被制成45度角，且執行像凸輪那樣推動鎖銷板60向右移動的功能。如將在下文所解釋的那樣，開關臂桿52被一彈簧(未示出)偏壓向上，只有當該設備處于如圖5所示的復位模式下才能夠嚙合鎖銷板54。當該設備處于如圖2所示的閉鎖模式下，該脫扣臂桿的末端不會嚙合鎖銷板54的末端。
該電脫扣機構包括一線圈組56、一插棒式鐵心58以及一連接于插棒式鐵心的鎖銷板60，插棒式鐵心響應該線圈組的勵磁或脫磁。該鎖銷板具有一開口62，其與位于復位按鈕70的銷軸68上的凸緣64相配合。按壓復位按鈕70來復位該設備。一彈簧(未示出)向上偏壓復位按鈕70。該鎖銷板中開口62的直徑，略大于該銷軸68上凸緣64的直徑，從而允許該凸緣從中穿過。該凸緣64和銷軸68由導電材料制成，而復位按鈕70的上部69是非導電的。隔離部件72，其由非導電材料制成，并且含有一用于凸緣64的間隙開口，隔離部件擱置在鎖銷板60上，并且連接于與固定觸點76相配合的活動觸點74。活動觸點74和隔離部件72，通過一彈簧(未示出)被向下偏壓。位于鎖銷板60下方的是測試彈簧78，其以懸臂樣式在右端被固定，并且當被向下移動的鎖銷板60接觸時，呈逆時針方向旋轉。測試彈簧78被連接到一電源上，且當通過向下移動鎖銷板60而被旋轉時(參照圖3)，接觸并饋送電流到連接于線圈組56的電阻器80末端。如上文所指，提供一彈簧來以朝上方向偏壓復位按鈕70，并且通過另一彈簧來以朝下方向偏壓活動觸點74，其中復位按鈕的彈簧比活動觸點的彈簧更有力。
該電脫扣機構被觸發以響應接地故障的感測，例如，如圖5所示的電子電路。圖5包括一用于檢測接地故障的常規電路，其包含感測電流失衡的差接變壓器。正如指出的那樣，該故障感測電路被包含在該電路斷路器當中。
圖2-4示出了在不同操作階段下的機械脫扣電復位機構的機械構件。在圖2中，該GFCI插座以閉鎖模式示出，在此模式下活動觸點74處于其向下偏壓的位置，并且從固定觸點76上分離開。為了復位該GFCI，克服向上推的彈簧的力的向下按壓復位按鈕70。隨著該復位按鈕向下移動，由于開口62并非與凸緣64相對準，因而該銷軸68底端貫穿開口62，且該凸緣64的底表面接觸該鎖銷板60的頂表面。在復位按鈕上的繼續向下的壓力，引起該鎖銷板60最右端向下旋轉并嚙合，并且使測試彈簧78逆時針方向移動，直到它與電阻器80的末端相接觸，從而允許電流流過鎖銷板60流到電阻器80，且接著流到線圈組56。參照圖3，鎖銷板60是導電的，從而允許電流經由該電阻器從測試彈簧78通過流到線圈。為了將使用者絕緣于電流，該復位按鈕的頂部69由非導電材料制成。
在此時，線圈組的激勵引起插棒式鐵心58向右移動，其驅動鎖銷板60向右從而使開口62對準凸緣64。當對準時，鎖銷板60上移并越過凸緣64。該鎖銷板60的向上移動使測試彈簧78上移，并且電力從線圈組移開。這將引起插棒式鐵心58拉動鎖銷板60向左側。鎖銷板60向左的移動，使該銷板上的開口62相對于凸緣64偏移，并且隨著復位按鈕被松開，該凸緣的頂表面接觸并向上拉動該鎖銷板。鎖銷板62的向上移動，引起隔離部件72和活動觸點74上移，并且觸點74接觸固定觸點76。參照圖4。如上文所指出的那樣，該復位按鈕的彈簧向上的力比偏壓活動觸點74的彈簧向下的力更大。因此，該復位按鈕向上的力，在閉合觸點74、76以外，把該鎖銷板向上拉動至一個新的升高的位置，在此位置，現在鎖銷板的頂邊緣82能夠被脫扣臂桿52的成角度的端部接觸上。如之前所指出的那樣，只有當該設備處于復位模式下時，脫扣臂桿的成角度的端部才能夠接觸到該鎖銷板的頂邊緣，所以當該設備處于閉鎖模式下時是不可能達到的。
將要指出的是，到此為止的說明是就一單個活動觸點74和一單個固定觸點76而論的。然而，優選的是兩組活動觸點74和固定觸點76，一組用作輸入導體；而另一組用作輸出導體。
在此時，該設備處于復位模式。應該周期性地檢測該設備的可操作性。這可以通過按壓脫扣按鈕來完成，該脫扣按鈕會引起觸點74、76打開，以切斷負載與電源之間的電連接。將要指出的是，該設備的脫扣是純機械的，而不需要電流。因此，通過按壓復位按鈕，如上文所述，電流通過線圈組被饋送，從而引起觸點74、76閉合。該線圈組的回路循環和該觸點74、76的閉合，成功地檢測了線圈的操作。如果該線圈組有損壞，其將不工作且觸點不能閉合。
參照圖4，為了人工地脫扣該設備，把脫扣或測試按鈕50朝著克服一彈簧(未示出)彈力的方向向下按壓，該彈簧偏壓該按鈕以及處于升高的位置的脫扣臂桿。該脫扣臂桿的向下移動，把該脫扣臂桿的成角度的端部移動至與鎖銷板60的頂邊緣相嚙合的位置，從而把該鎖銷板移動到右側。隨著該鎖銷板移動到右側，鎖銷板中的開口62移動至與凸緣64相對準的位置中。當這兩個部件相對準時，凸緣穿過該開口62向上移動。當此發生時，活動觸點74，通過其向下偏壓彈簧的動作向下移動，并且觸點74、76打開。此外，向下偏壓的活動觸點74，通過隔離部件77進行動作，把鎖銷板移動至其向下位置。當鎖銷板60處于其向下位置時，該脫扣臂桿的成角度的端部不能嚙合鎖銷板的頂邊緣82。在此時，該設備處于其如圖2所示的閉鎖模式。將要指出的是，所述設備是被機械脫扣和電復位的，并且其能被獨立脫扣，不論是否有電流向該設備供應。
使用上文所述的復位閉鎖特征，只有該電路斷路器(或電路斷路機構)能夠工作時，才能使得該GFCI設備復位或在電路斷路設備系列中的任何其它設備復位。
盡管已經示出、描述及指出了應用于優選實施例的本發明的基本特征，這些基本特征是目前用于實施該優選實施例所期望的特征，但是應該理解，在不偏離本發明的實質的情況下，各種形式的刪除、替代和改變，及所述的和所舉例說明的設備的詳細內容以及其中的操作，均可以由本領域的熟練技術人員來完成。
權利要求
1.一種機械脫扣、電復位電路斷路設備，包括一殼體；至少一個輸入導線，至少部分置于所述殼體內，并且能夠電連接到一電源上；至少一個輸出導線，置于所述殼體內，并且當電連接于所述至少一個輸入導線時，能夠向一負載傳導電流；一電路斷路器，置于所述殼體內，并且配置成響應一預定條件的發生而斷開所述輸入和輸出導線之間的所述電連接；一復位閉鎖，響應于所述預定義條件的發生，以便于使所述復位閉鎖能在一閉鎖位置和一復位位置之間操作，在該閉鎖位置上所述復位閉鎖禁止所述輸入和輸出導線之間的所述電連接復位，而在復位位置上所述復位閉鎖不禁止所述輸入和輸出導線之間的所述電連接復位；和一脫扣機構，其可操作地與所述復位閉鎖和所述電路斷路器關聯，以便于使所述脫扣機構的機械觸發，通過所述復位機構來控制制約所述電路斷路器被電驅動到所述復位位置上。
2.根據權利要求1所述的機械脫扣、電復位電路斷路設備，其特征在于所述電路斷路器包括一線圈組，一可移動插棒式鐵心以及鎖銷板，可移動插棒式鐵心響應所述線圈組的勵磁，鎖銷板附接于所述插棒式鐵心，以便于使所述插棒式鐵心的移動被轉化成所述鎖銷板的移動，并且所述鎖銷板的移動引起所述復位閉鎖在所述閉鎖位置或所述復位位置進行操作。
3.根據權利要求2所述的機械脫扣、電復位電路斷路設備，其特征在于所述輸入導線具有附接到其上的一電觸點，而所述輸出導線具有附接到其上的一電觸點，并且所述導線的至少一個是相對于另一個導線可移動的，以便于當所述輸入和輸出觸點閉合時建立所述電連接。
4.根據權利要求3所述的機械脫扣、電復位電路斷路設備，其特征在于當所述復位閉鎖處于所述閉鎖位置時，禁止所述觸點閉合。
5.根據權利要求1所述的機械脫扣、電復位電路斷路設備，其特征在于所述復位機構包括一脫扣按鈕，只有當所述設備處于其閉鎖模式時，其才連接于所述復位閉鎖；和一復位觸點，當壓下所述復位按鈕時其被觸發。
6.根據權利要求1所述的機械脫扣、電復位電路斷路設備，其特征在于所述預定條件包括接地故障、弧故障、電器漏電故障或浸入故障。
7.一種機械脫扣、電復位接地故障斷路設備，包括一殼體；至少一個輸入導線，其至少部分置于所述殼體內，并且能夠電連接到一電源上；至少一個輸出導線，其置于所述殼體內，并且當電連接于所述至少一個輸入導線時，能夠向負載傳導電流；一電路斷路器，其置于所述殼體內，并且配置成響應接收或不接收電流情況下一脫扣按鈕的壓下或發生，斷開在所述輸入和輸出導線之間的所述電連接；和一復位機構，其具有一復位閉鎖，響應于所述電路斷路器的觸發，以便于能在一閉鎖位置和一復位位置之間移動，在閉鎖位置中的所述復位閉鎖禁止所述輸入和輸出導線之間的所述電連接復位，而在復位位置中的所述復位閉鎖不禁止所述輸入和輸出導線之間的所述電連接復位，其中當所述復位機構被觸發時，所述電路斷路器被觸發，以使所述復位閉鎖通過所述復位機構而從所述閉鎖位置到所述復位位置的移動變得容易，并且復位所述輸入和輸出導線之間的所述電連接。
8.根據權利要求7所述的機械脫扣、電復位接地故障斷路設備，其特征在于所述電路斷路器包括一線圈組、一可移動插棒式鐵心和一鎖銷板，可移動插棒式鐵心響應所述線圈組的勵磁，鎖銷板附接于所述插棒式鐵心，以便于使所述插棒式鐵心的移動被轉化成所述鎖銷板的移動，并且所述鎖銷板引起所述復位閉鎖在所述閉鎖位置或所述復位位置進行操作。
9.根據權利要求8所述的機械脫扣、電復位接地故障斷路設備，其特征在于所述輸入導線具有附接到其上的一電觸點，而所述輸出導線具有附接到其上的一電觸點，并且所述導線中的至少一個是相對于另一個導線可移動的，以便于當所述輸入和輸出觸點閉合時建立所述電連接。
10.根據權利要求9所述的機械脫扣、電復位接地故障斷路設備，其特征在于當所述復位閉鎖處于所述閉鎖位置時，禁止所述觸點閉合。
11.根據權利要求7所述的機械脫扣、電復位接地故障斷路設備，其特征在于所述復位機構包括一復位按鈕，連接于所述復位閉鎖；和至少一個復位觸點，當壓下所述復位按鈕時被觸發。
12.一種機械脫扣、電復位電路斷路設備，包括殼體裝置；輸入導線裝置，至少部分置于所述殼體裝置內，并且能夠電連接到一電源上；輸出導線裝置，至少部分置于所述殼體裝置內，并且當電連接于所述輸入導線裝置時，能夠向負載傳導電流；電路斷路裝置，置于所述殼體裝置內，用于響應預定條件的發生來切斷所述輸入和輸出導線裝置之間的所述電連接；復位閉鎖裝置，響應于人工壓下一復位裝置，其用于在所述電路斷路裝置切斷所述輸入和輸出導線裝置之間的所述連接之后，對所述輸入和輸出導線裝置之間的電連接進行復位；和復位裝置，置于所述殼體裝置內，用于觸發所述電路斷路裝置，以便于使所述閉鎖裝置不禁止所述輸入和輸出導線裝置之間的電連接復位，并且用于對所述輸入和輸出導線裝置之間的電連接進行復位。
13.根據權利要求12所述的機械脫扣、電復位電路斷路設備，其特征在于所述電路斷路裝置包括一線圈裝置、可移動插棒式鐵心裝置以及鎖銷裝置，可移動插棒式鐵心裝置響應所述線圈裝置的勵磁，鎖銷裝置附接于所述插棒式鐵心裝置，以便于使所述插棒式鐵心裝置的移動被轉化成所述鎖銷裝置的移動，并且所述鎖銷裝置的移動引起所述復位閉鎖裝置閉合所述輸入和輸出接觸裝置。
14.根據權利要求13所述的機械脫扣、電復位電路斷路設備，其特征在于所述輸入導線裝置包括電接觸裝置，而所述輸出導線裝置包括電接觸裝置，并且所述導線裝置中的至少一個是相對于其它導線裝置可移動的，以便于當所述輸入和輸出接觸裝置閉合時建立所述電連接。
15.根據權利要求13所述的機械脫扣、電復位電路斷路設備，其特征在于所述復位裝置包括一復位按鈕，連接于所述復位閉鎖裝置；和復位接觸裝置，當壓下所述復位按鈕時被觸發。
16.根據權利要求12所述的機械脫扣、電復位電路斷路設備，其特征在于所述預定條件包括接地故障、弧故障、電器漏電故障或浸入故障。
17.一種用于在故障斷路設備中斷路和復位電連接的方法，該故障斷路設備具有一殼體；一輸入導線，至少一部分置于該殼體內并且電連接于一電源；以及一輸出導線，至少一部分置于該殼體內并且當建立了輸入和輸出導線之間的電連續性時向負載傳導電流，所述方法包括感測預定義條件的發生；當感測到所述預定義條件時，使用一電路斷路機構，切斷輸入和輸出導線之間的電連續性；在切斷所述導線間的電連續性之后，使一閉鎖機構能夠禁止輸入和輸出導線之間電連續性的建立；和人工觸發一復位機構，該復位機構電觸發所述電路斷路機構，來建立輸入和輸出導線之間的電連續性。
18.根據權利要求17所述的方法，其特征在于所述預定義條件包括接地故障、弧故障、電器漏電故障或浸入故障。
全文摘要
本發明涉及一種電路斷路設備，其具有用于從電源上斷開負載的脫扣按鈕及以用于在其脫扣之后復位該設備的復位按鈕。當該設備在其復位狀態下操作時，電源通過該設備內的一組觸點被連接到負載。該觸點被承載復位按鈕的彈簧緊緊頂住，其中復位按鈕頂住固定物并推動鎖銷板向上移動以靠近常開觸點。在優選的機械脫扣機構中，壓下該脫扣按鈕會引起該鎖銷板向前移動，以從該復位按鈕上釋放開。該鎖銷板，剛一被復位按鈕釋放開就向下移動，以允許被偏壓成常開的觸點呈其常開位置。在此時，只要該設備正常操作并且在線路上沒有故障，按壓該復位按鈕就會啟動電回路，其中該電回路引起常開觸點閉合。所述設備被機械脫扣和電復位，并且其能夠在無電力向該設備供應時被脫扣。
文檔編號H01H71/62GK1457073SQ03130610
公開日2003年11月19日 申請日期2003年4月29日 優先權日2002年5月1日
發明者弗朗茨·杰曼, 斯蒂芬·斯圖爾特 申請人:萊維頓制造有限公司