专利名称：自锁式安全开关的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种由磁场的变化操作的开关。
普通所使用的开关，是靠人的手动将其处于接通或断开状态的，如果人手不再去拨动它，它就不会改变其状态，这样一旦线路或者用电器发生故障，它就不能很好地保证用电安全。
即使是现在所使用的较先进的“自动空气开关”，它虽然具有多种功能，但它制造工艺复杂，价格昂贵，并且要额外地多消耗一部分电能，因此它要取代普通所使用的开关而进入千家万户，根本就是不可能的。
专利申请公开说明书CN2340087Y披露的这样的一种开关是将a、b两个永久磁铁极性相对地布置在同一直线上，在它们之间设置其轴线与该直线重合的螺线管和薄铁片，薄铁片位于螺线管与永久磁铁a之间，螺线管由线圈缠绕在铁管上构成，线圈的一端为开关的一引出线，另一端与铁管相连，螺线管与永久磁铁b相连，薄铁片与一金属丝相连，金属丝上连接开关的另一引出线，它主要是针对灯炮在正常工作的情况下，当外部电源被切断后再供电时，它可以自动的切断电源而设计的，因此它的适用范围较窄。
本发明的目的是提供一种用途更加广泛、结构更加合理、功效更加卓著，具有各种保护功能的自锁式安全开关。
为达到上述目的，本发明是这样实现的将合有永久磁铁b的螺线管与永久磁铁a对称地，a、b两磁场极性相对地、同轴地布置在同一直线上，穿过它们中心的一轴与该直线重合，在它们之间则有一能够上下移动的铁片，铁片被固定在轴的中部，轴的顶部则装有一按钮，一接线柱与一接线座为一导线相连，线圈的一端与另一接线柱相接，另一端则与另一接线座相连，两接线座一接火线的进线，一接火线的出线。
工作时，按动轴上面的按扭，铁片与两接线柱相接触，由于b磁场的引力的作用，铁片被吸引在了螺线管上，又由于a、b两磁场极性是相对的，铁片不会被永久磁铁a吸引过去，这时电源接通，用电器正常工作。当用电器正常工作后，此时螺线管产生的交变磁通量基本不对a、b两磁场构成影响。当有异常情况发生时，比如那些能使线路中的电流迅速增大的情况下，它使螺线管所产生的感生电动势和交变磁通量迅速达到或接近最大值。在这个螺线管被反向磁化的过程中，b磁场就会消失从而产生新的磁场，由于这个新的磁场和永久磁铁a的磁场是相互吸引的，又由于这个新的磁场是由渐趋于零而逐渐增大的，当它对铁片的引力还没有足够大时，铁片已经被永久磁铁a所吸引，高开螺线管而到达永久磁铁a。这样，电路被切断，用电器停止工作。从上述工作原理不难看出，只要用电器的过载电流足以使螺线管的交变磁通量和b磁场的磁通量相互抵消时，便可以达到保护用电安全的目的。
不仅如此，它还可用于灯炮以及那些起动时的电流比正常工作时的电流大的用电器上。因为在灯炮正常工作的情况下，当外部电源被切断后再供电时，由于灯炮灯丝的电阻是随温度的升高而变大的，所以在刚供电的一瞬间，线路中的电流是最大的，这使螺线管所产生的感生电动势和交变磁通量迅速达到最大值，只要这个最大值略等于b磁场的磁通量面又极性相对，并且在灯炮正常工作的情况下，螺线管所产生的交交磁通量小于b磁场的磁通量，它就能够保证灯炮的正常工作以及用电安全。
如果仅用于线路的短路保护时，它还可以采用双进双出线式的结构，新增加的一进一出线为零线的一进一出线，这一进一出线为一附设按钮控制，使用时将附设按钮断开，按下开关按钮，再按下附设按钮，这时线路被接通，在正常的情况下，用电器正常工作，如果线路有短路故障，这时开关动作，从而保证了用电安全。
上述开关的按钮为推拉式的结构，亦可采用双按钮式的结构，此按钮为一闭合按扭和一分断按扭，分断按扭上面有复位弹簧，开关的进线通过分断按钮与线圈相接。工作时，按下闭合按钮，线路被接通，用电器正常工作，需要停止工作时，则按下分断按钮再松开，这时分断按钮在弹簧的作用下复位。在接通线路的一瞬间，由于通过线圈的大电流的作用，开关动作，线路被切断，用电器停止工作。
当然开关的按扭亦可改为扳动式的结构。铁片的一端套在一轴上使其能够转动，对应的另一端有一扳手，用来替换按钮的功能。
根据负载电流与其功率成正比，螺线管磁通量与其线圈电流、匝数成正比，在不同功率时，要相应调整好螺线管的过流线圈匝数以保证瞬间大电流时铁片能受永久磁铁a的作用离开螺线管而断路，正常工作时螺线管的磁通量能小到不影响b磁场对铁片的吸引而维持接通状态。
本发明写明了自锁式安全开关的各种结构特征、性能、用途以及制造方法。
本发明给出的各种类型的自锁式安全开关，可分别用于电气系统的各个领域。
本发明是利用突然大幅增加的电流引起的磁场变化而切断电源的，因此它并不局限仅适用于电灯的断电自动保护，它亦可广泛应用于其它用电器上的短路、过载、漏电、人身触电这些引起电流突然增大的情况时，它都会迅速地切断电源，从而最大限度地保证用电安全以及人身安全。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。
图1.1是本发明第一个实施例开关去掉上盖后的俯视图。
图1.2为图1.1K-K处剖视图。
图2.1是第三个和第四个实施例开关去掉上盖后的俯视图。
图2.2为图2.1D-D处剖视图。
图3.1是第五个实施例开关去掉上盖后的俯视图。
图3.2为图3.1G-G处的剖视图。
实施例1图1.2是本发明自锁式安全开关的一纵剖面图，线圈4缠绕在螺线管骨架3上组成螺线管c，并套在开有中心孔的铁芯5与永久磁铁b上使其成为一体，有时也可以不用铁芯5，铁芯5位于永久磁铁b的上部，一气隙或非铁磁材料组成的空隙8的下部，将带有磁铁套环10的永久磁铁a与合有永久磁铁b的螺线管c开出中心孔对称地，a、b两磁场极性相对地、同轴地分别置于与塑料盒体11相连的支撑柱15，底座17上并与之固定。装有按钮1的轴2插在永久磁铁a与螺线管c的中心，一能够上下移动的铁片9被固定在轴的中部，位于永久磁铁a与螺线管c之间。铁片9的表面合有其它金属以增强它的导电性。按钮1露出于塑料盒盖12外，两接线柱6、7固定在螺线管骨架3上，一接线柱6与一接线座13为一导线16相连，线圈4的一端与另一接线柱7相接，另一端则与另一接线座14相连。两接线座13、14则被安装在塑料盒底座17上。
计算匝数的前提是先要设定螺线管c的气隙磁通量Φb，然后根据用电器的允许过载倍数求出通过螺线管c的电流最大值，再用此最大值计算出螺线管c的交变磁通量Φc。Φc应当等于或略等于Φb。由于B＝ΦS，而Sb＝Sc，所以Bb＝Bc。选择螺线管c的气隙磁通密度B＝4500高斯＝0.45特，气隙的长度l＝0.3毫米＝3×10-4米，磁导率μ＝4π×10-7亨利/米，当用电器的额定电流I有＝1.5安时，电流最大值
安，如果用电器允许的过载倍数为1.2倍，那么通过螺线管线圈的电流的极限值就为I＝2.1×1.2＝2.52安。
根据
Φ＝BS式中S为螺线管的截面积，N为匝数，Rm为铁芯磁阻，Rm气为气隙磁阻。
由于Rm气＞＞Rm所以铁芯磁阻Rm可以略去不计。
于是
又由于
实施例2当有人触电时，通过螺线管线圈的电流就应当为通过人体的电流与通过用电器的电流之和。例如用电器的功率为15瓦，额定电流为0.068安时，如果人体的电阻为800欧，那么通过线圈的总电流I有＝0.341安，又如用电器的功率为40瓦，额定电流为0.18安时，人体电阻为800欧，通过线圈的总电流就应当为I有＝0.457安。
计算匝数的前提是设通过螺线管线圈的电流为I有＝0.25安，此值大于0.068安、0.18安，而又小于0.34安、0.457安。所以它即能够保证用电器的正常工作，又能够保证人身安全。再选择螺线管的气隙磁通密度B＝1000高斯＝0.1特，气隙长l＝0.2毫米＝2×10-4米，电流最大值
安，磁导率μ＝4π×10-7亨利/米N=BlμI]]>
或者选择螺线管的磁通密度B＝0.75特，铁芯采用热轧硅钢片D12，那么磁场强度H＝3.02安/厘米，铁芯长l＝1厘米。取消气隙8。
根据
得N=HlI]]>
此开关可以适用于15W-40W的用电器，适用于其它用电器的开关可以依照此例类推。
实施例3有时当还不能确定线路是否有短路故障，就接通电源，这样是很危险的。为了避免此类情况的发生，就需要另设一附设按钮，使它在接通电路的瞬间，当有短路故障发生时，能有效地切断电源，从而保证用电安全。图2.2就是按上述目的设计而成的一种附设按扭的纵剖面图。附设按钮支撑架24被塑注在塑料盒体11内，两触头20、21则被固定在支撑架24上，两触头接线座22、23固定在塑料盒底座17上，附设按钮18露出于塑料盒盖12外，而复位弹簧19则位于支撑架24与塑料盒盖12之间并套在按钮18的下方，一触头20与一触头接线座22、另一触头21与另一触头接线座23分别为一导线25与另一导线26相连。
当然按钮1还可以是其它的形式，比如能够上下或左右按动的结构。附设按钮也可以是插销式的。
计算匝数的前提是通过螺线管线圈的额定电流应尽量接近被保护线路的计算负荷电流，同时还要保证在正常条件下出现短时间的尖峰负荷电荷电流时(如电动机的起动电流)，开关不致错误地将线路切断。设通过螺线管线圈的电流I有＝10安，螺线管c的气隙磁通密度B＝6000高斯＝0.6特，气隙长l＝0.4毫米＝4×10-4米，电流最大值Im＝10
实施例4为了符合人们的使用习惯，根据上述原理还可以设计出另一种结构的开关，在图2.2所示的这种按钮的纵剖面图中，火线的进线通过一触头接线座22与一触头20为一导线25相连，另一触头21与一接线柱6为另一导线26相连，线圈4的一端接另一接线柱7，另一端则通过另一接线座23与火线的出线相接。这样此按钮便具有了分断电流的功能，它与按钮1一起组成一分断按钮18和一闭合按扭1。
实施例5图3.1是另一种结构的开关的俯视图，在图3.2所示的这种开关是由塑料盒体11、永久磁铁a、b、螺线管c、铁片9所组成，铁芯5在永久磁铁b的上面位于气隙或非铁磁材料组成的空隙8的下面，它们与螺线管骨架3，线圈4一起组成螺线管c。永久磁铁a与含有永久磁铁b的螺线管c对称地，a、b两磁场极性相对地布置在同一直线上，它们能够根容易地被固定在塑料盒体11内，两接线柱6、7则被固定在螺线管c的骨架3上。接线柱7图中来画出。在永久磁铁a与螺线管c之间有一铁片9，铁片9的一端套在一轴27上，并与轴27有一定的空隙，使其即能够转动也能够上下移动，轴27被固定在塑料盒体11内，铁片9对应的另一端有一扳手28，扳手28的中部有一铜片29，当扳手接下时，使其能够搭接在两接线柱6、7上，塑料盒体11外有两外接线柱30、31，火线通过一外接线柱30与一接线柱6相连，线圈4的一端与另一接线柱7相接，另一端则通过另一外接线柱31与火线的出线相连。工作时，扳下扳手28，铜片29与两接线柱6、7相接触，线路被接通，用电器正常工作，反之，则线路被断开。
权利要求
1.一种由绝缘材料做外壳的自锁式安全开关，其特征在于将被固定在盒体(11)内的含有永久磁铁b的螺线管c与永久磁铁a对称地，a、b两磁场极性相对地、同轴地布置在同一直线上，在它们的之间则有一铁片(9)，该铁片(9)上有一装置使其能够上下移动，而火线的进、出线则通过其它结构分别与线圈(4)的首尾相接通。
2.根据权利要求1所述的自锁式安全开关，其特征在于能够上下移动的铁片(9)被固定在一轴(2)的中部，并且此轴(2)穿过螺线管c与永久磁铁a的中心，在它的顶部则装有一按钮(1)露出于盒盖(12)外，两接线柱(6)、(7)被固定在螺线管c的骨架(3)上，一接线柱(6)与一接线座(13)为一导线(16)相连，线圈(4)的一端与另一接线柱(7)相接，另一端则与另一接线座(14)相连，两接线座(13)、(14)则被安装在盒底座(17)上。
3.根据权利要求1所述的自锁式安全开关，其特征在于能够上下移动的铁片(9)被固定在一轴(2)的中部，并且此轴(2)穿过螺线管c与永久磁铁a的中心，在它的顶部则装有一按钮(1)，此按钮为开关按钮(1)与另设的一具有分断功能的附设按钮(18)皆露出于盒盖(12)外，零线的一进一出线则由此附设按钮(18)所控制。
4.根据权利要求1或3所述的自锁式安全开关，其特征在于一复位弹簧(19)套在附设按钮(18)的中部，位于盒盖(12)与支撑架(24)之间，支撑架(24)被塑注在盒体(11)中，两接线柱(6)、(7)被固定在螺线管骨架(3)上，两触头(20)、(21)则分别被固定在支撑架(24)上，两触头接线座(22)、(23)和两接线座(13)、(14)皆同时位于盒底座(17)上，一接线柱(6)与一接线座(13)为一导线(16)相连，线圈(4)的一端与另一接线柱(7)相连，另一端则与另一接线座(14)相连，而一触头(20)与一触头接线座(22)、另一触头(21)与另一触头接线座(23)分别为一导线(25)与另一导线(26)相连，
5.根据权利要求1所述的自锁式安全开关，其特征在于能够上下移动的铁片(9)被固定在一轴(2)的中部，并且此轴(2)穿过螺线管c与永久磁铁a的中心，在它的顶部则装有一按钮与另一按钮同时组成一闭合按钮(1)与一分断按钮(18)， 一复位弹簧(19)套在分断按钮(18)的中部，位于盒盖(12)与支撑架(24)之间，支撑架(24)被塑注在盒体(11)中，两接线柱(6)、(7)被固定在螺线管骨架(3)上，两触头(20)、(21)分别固定在支撑架(24)上，两接线座(22)、(23)位于盒底座(17)上，一接线座(22)与一触头(20)为一导线(25)相连，另一触头(21)与一接线柱(6)为另一导线(26)相连，线圈(4)的一端接另一接线柱(7)，另一端则与另一接线座(23)相接。
6.根据权利要求1、2、3或5所述的自锁式安全开关，其特征在于铁片(9)的表面含有其它金属。
7.根据权利要求1所述的自锁式安全开关，其特征在于铁片(9)的一端套在一轴(27)上，此轴(27)被固定在盒体(11)内，铁片(9)的对应的另一端有一扳手(28)，扳手(28)的中部则有一铜片(29)，盒体(11)外有两外接线柱(30)、(31)，还有两接线柱(6)、(7)则被固定在螺线管骨架(3)上，火线通过一外接线柱(30)与一接线柱(6)相连，线圈(4)的一端与另一接线柱(7)相接，另一端则通过另一外接线柱(31)与火线的出线相接。
全文摘要
本发明公开了一种具有多种功能与多种用途的、能保证用电安全的自锁式安全开关,将被固定在盒体(11)内的含有永久磁铁b的螺线管c与永久磁铁a对称地,a、b两磁场极性相对地、同轴地布置在同一直线上,在它们之间则有一铁片(9),该铁片(9)上有一装置使其能够上下移动,而火线的进、出线则通过其它结构分别与线圈(4)的首尾相接触,本发明是利用突然大幅增加的电流引起的磁场变化而切断电源的,因此它能最大限度地保证用电安全。
文档编号H01H77/00GK1270407SQ0010397
公开日2000年10月18日 申请日期2000年3月18日 优先权日2000年3月18日
发明者李化坤 申请人:李化坤