一种无孔插座及其内部电路与实现无孔插座对用电设备供电的方法
【专利摘要】本发明涉及插座【技术领域】，尤其涉及一种无孔插座及其内部电路与实现无孔插座对用电设备供电的方法。该无孔插座包括电磁转换装置模块和磁电转换电能接受模块，所述电磁转换装置模块具有与供电电源连接的连接端，所述磁电转换电能接受模块有一用以连接用电设备的插头连接端；所述磁电转换电能接受模块和所述电磁转换装置模块分别具有在两者通电时直接接触且相互吸附的第一、第二导磁体。本发明依靠电磁耦合方式实现电能传输，结构简单、美观，使用方便、安全。
【专利说明】一种无孔插座及其内部电路与实现无孔插座对用电设备供电的方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及插座【技术领域】，尤其涉及一种无孔插座及其内部电路与实现无孔插座对用电设备供电的方法。
【背景技术】
[0002]插座是电能传输中必不可少的一个元件，日常生活中利用插座将电能供应给用电设备已十分普遍。
[0003]目前，社会上民用、工业使用的插座都是有孔插座，存在很大的安全隐患且不美观。通常有孔插座的内部接线是由一根和大地相连的N线(零线)和一根与大地之间有220V电位差的L线(火线)组成，有时还会增加一根E线(地线)用于外壳接地以防漏电。因此，当用电器漏电、插座因潮湿环境发生短路或有人不小心直接接触插座的导电金属部分时，容易发生触电事故，尤其是好奇心很重的儿童将手指或其他金属物伸进通电的有孔插座而导致伤亡。根据统计显示,儿童触电死亡人数约占儿童死亡人数的10.6%，其中由于捣鼓插座而导致触电死亡的人数居高不下，因此“安全用电”的意识变得越来越重要。此外，一旦发生电器短路情况，会导致总电源空气开关跳闸，继而影响其他用电设备的正常工作及使用寿命甚至发生火灾；并且在墙面开孔设置插座也会影响墙面的整体美观性。
[0004]实用新型专利CN203057702U针对上述问题设计发明了一种无孔安全插座，该插座包括发射模块及接收装置，其中发射模块包括电源和第一线圈，接收装置包括第二线圈和插孔。该实用新型在使用时仅需将所述接收装置卡固在所述发射模块的面板上，利用“磁耦合共振”技术给用电设备供电，不使用时只需将接收装置拆下即可。这样很好地解决了安全用电的问题，因接收端接触面板不会传输电能，即使儿童触摸表面也不会发生触电事故，同时也美化了墙面。
[0005]但是以卡固的方式将发射模块与接收装置连接在一起使用，并不是十分有效。一般插座都是安装于墙面下部，容易不小心多次碰撞，使得发射模块与接收装置无法有效接触而使通过电磁耦合方式对用电设备供电的效果不佳。这样不仅影响了用电设备的有效供电，也减小了插座的使用寿命。另外，发射模块中的第一线圈和接收装置中的第二线圈分别连接绝缘面板和连接板，这样利用非导磁材料进行隔离，增加了磁路中的空气隙，增大了磁阻，进一步影响了电能传输效率。而当供电电源或用电设备发生故障时，因第一线圈、第二线圈都分别直接连接供电电源和用电设备时，无法保护共用一条回路的其他用电设备及插座本身。
【发明内容】
[0006]本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种安全、美观和带有保护功能的无孔插座。
[0007]—种无孔插座，包括电磁转换装置模块2和磁电转换电能接受模块3，其特征是，所述电磁转换装置模块2具有与供电电源连接的连接端，所述磁电转换电能接受模块3有一用以连接用电设备的插头连接端5 ;所述磁电转换电能接受模块3和所述电磁转换装置模块2分别具有在两者通电时直接接触且相互吸附的第一、第二导磁体8、9。该无孔插座依靠电磁稱合方式实现电能传输；电磁转换装置模块2与磁电转换电能接收模块3以相互吸合的固定方式工作，相较于卡合的固定方式，更优于长期使用，不会因为多次碰撞而接触不充分导致供电效果不佳；另外，设计将电磁转换装置模块2与磁电转换电能接受模块3中的导磁金属体不用非导磁材料进行隔离，而是无间隙接触，是为了减小空气隙，甚至可以忽略不计，以减小磁阻，提高电-磁-电的传输效率。
[0008]所述电磁转换装置模块2包括初级线圈6、所述第一导磁体8和与所述初级线圈6电连接的常开磁簧开关12;所述磁电转换电能接受模块3包括次级线圈7、所述第二导磁体9和与所述常开磁簧开关12相互配合的磁铁13。
[0009]所述第一、第二导磁体8、9均具有被线圈缠绕的第一、第二缠绕本体81，91以及与第一、第二缠绕本体81，91分别一体连接且向线圈侧向伸出的第一、第二导磁本体82，92，所述第一、第二导磁本体82，92具有面积相当且相互对应的第一、第二吸附端面83，93。第一、第二导磁体8、9在所述无孔插座通电工作时无间隙吸附，所述吸附端面面积相等，金属导磁体吸附效果显著，利于能量传输。
[0010]所述第一、第二导磁体8、9为整块导磁体或由至少两块导磁体并联。
[0011]所述第一、第二导磁体8、9的第一、第二吸附端面83，93为正方形、长方形、圆形或椭圆形。
[0012]所述第一导磁体8的尺寸不小于第二导磁体9的尺寸，且所述第一导磁体8的重量不小于第二导磁体9的重量。选择合适大小、重量的金属导磁体不仅提高了传输效率，同时使得磁电转换电能接受模块3稳固吸附在电磁转换装置模块2上且易于取下。
[0013]所述电磁转换装置模块2和所述磁电转换电能接受模块3至少有一个模块装有熔断器。当发生短路或过流情况时，所述无孔插座中的熔断器烧断，断开电源，以保护共用一条回路的其他用电设备和插座本身。
[0014]一种用于所述无孔插座的内部电路，所述内部电路由电磁转换装置模块电路和电磁转换装置模块电路组成；所述电磁转换装置模块电路中初级线圈6的一端连接交流电源，另一端通过可被磁铁13吸合的常开磁簧开关12连接交流电源；所述磁电转换电能接受模块3的电路中次级线圈7的两端与所述插头连接端5连接。
[0015]该无孔插座的内部电路以电磁耦合方式实现电能传输，其中常开磁簧开关12受磁铁13吸合而闭合，仅在磁电转换电能接受模块3靠近电磁转换装置模块2时作用，当磁电转换电能接受模块3远离电磁转换装置模块2时，常开磁簧开关12断开，使得电磁转换装置模块2停止工作；并且磁电转换电能接受模块3的电源线不与大地相连，它的任意两线与大地之间没有电压，当人接触到其中任意一根线时，不会发生触电事故，即使用电设备发生漏电现象时，也不会危害人身安全。
[0016]所述初级线圈6和所述次级线圈7至少一个线圈的两端装有熔断器。当发生短路或过流情况时，所述无孔插座中的熔断器烧断，断开电源，以保护共用一条回路的其他用电设备和插座本身。
[0017]一种实现所述无孔插座对用电设备供电的方法，用电设备插头插入所述磁电转换电能接受模块后，将所述磁电转换电能接受模块靠近所述电磁转换装置模块，所述磁电转换电能接受模块内部的磁铁吸合所述电磁转换装置模块内部的常开磁簧开关，所述电磁转换装置模块通电并将电力转换为无线电能，所述磁电转换电能接受模块受电磁耦合影响产生电流，供用电设备使用；当所述磁电转换电能接受模块远离所述电磁转换装置模块，所述电磁转换装置模块停止工作。该无孔插座实现用电设备供电的方法是利用电磁耦合的方式实现的，将磁电转换电能接受模块靠近或远离电磁转换装置模块对用电设备供电或停止供电，方法简单便捷，且磁场强度近似地球磁场强度不会对人体或其他设备产生不良影响。
[0018]当电路在正常工作时产生过流或短路时，所述无孔插座自保护，烧断熔断器自动断开电源；将所述磁电转换电能接受模块远离所述电磁转换装置模块，所述电磁转换装置模块切断电源，进入维修状态。
[0019]本发明结构简单、美观，使用方便、安全。所述无孔插座依靠电磁耦合方式实现电能传输，打破了传统借助于金属导体接触来传输电能的方式。本发明的有益效果:
(1)传输效率:电磁转换装置模块与磁电转换电能接受模块中的导磁金属体不用非导磁材料进行隔离，让两个模块中的导磁金属体直接接触，减小空气隙，甚至可以忽略不计，从而达到提闻传输效率的效果；
(2)吸附能力:合适大小和重量的铸钢金属体，使磁电转换电能接受模块能够吸附在电磁转换装置模块上部滑落，又能将磁电转换电能接受模块容易取下；
(3)触电保护和漏电保护:磁电转换电能接受模块的电源线不与大地相连，它的任意两线与大地之间没有电压，当人接触到其中的任意一根线时，无法形成回路，不会发生触电，即使用电设备发生漏电现象时，也不会引发触电事故；并且对一些植入心脏起搏器的老人更加重要，因为当老人接触到漏电的用电器会导致老人体内的心脏起搏器停止工作，导致老人死亡；
(4)过流保护:当外部用电器线路发生短路或严重过载电流时，起到保护用的熔断器就会烧断，从而切断电源；
(5)跳闸保护:用电器发生短路只会导致该用电器不能正常工作，并不会使总电源空气开关跳闸，从而影响其他用电设备。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]下面将参照附图对本发明的具体实施方案进行更详细的说明，其中:
图l_a是本发明无孔插座的结构示意图；
图l_b是本发明无孔插座的另一结构不意图；
图2是本发明无孔插座的原理示意图；
图3是本发明电磁转换装置模块电路的原理示意图；
图4是本发明磁电转换电能接受模块电路的原理示意图；
图5是本发明无孔插座工作时的原理示意图；
图6-a是本发明无孔插座内部磁路尺寸主视图；
图6-b是本发明无孔插座内部磁路尺寸的俯视图；
图7是本发明无孔插座实现用电设备供电方法的操作流程示意图。
[0021]图中，1-无孔插座；2_电磁转换装置模块；3_磁电转换电能接受模块；4_熔断器安装口 ；5_插头连接端；6_初级线圈-J-次级线圈；8_第一导磁体；81_第一缠绕本体；82-第一导磁本体；83_第一吸附端面；9_第二导磁体；91_第二缠绕本体；92_第二导磁本体；93_第二吸附端面；10-初级熔断器；11-次级熔断器；12-常开磁簧开关；13_磁铁；14-绝缘壳。
【具体实施方式】
[0022]下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明:
图l-a、l_b所示无孔插座的结构示意图，所述无孔插座I包括电磁转换电能装置模块2和磁电转换电能接受模块3 ;所述磁电转换电能接受模块3的下侧面或上表面设置有一插头连接端5以连接电气设备，所述插头连接端5适用不同类型的用电设备的电源插头；所述磁电转换电能接受模块3的右侧面开孔以便于安装熔断器，当发生过流现象时，熔断器熔断而切断电源，此时不需要拆开整个磁电转换电能接受模块3更换熔断器，只需通过熔断器安装口 4将烧断的熔断器更换为新的熔断器，这种更换方式相当便捷。图中可见，该无孔插座结构简单，设置于墙面既美观又安全。
[0023]图2所示无孔插座的原理示意图。所述无孔插座I的工作原理是通过电磁稱合的方式实现电能传输。如图2-5所示，电磁转换装置模块电路中初级线圈6的两端连接交流电源，一般为市电220V ;磁电转换电能接受模块电路中次级线圈7的两端与用电设备连接。当所述磁电转换电能接受模块3靠近所述电磁转换装置模块2时，所述电磁转换装置模块2内部的常开磁簧开关13，优选为干簧管，受磁铁13吸合，优选为弱性磁铁，此时电磁转换装置模块电路导通，初级线圈6通电，通电之后，电磁转换装置模块2将电能转换成电磁，所述磁电转换电能接受模块3的次级线圈7感应磁场产生电流，供用电设备使用。而当所述磁电转换电能接受模块3离开所述电磁转换装置模块2后，常开磁簧开关12断开，所述电磁转换装置模块2停止工作。
[0024]所述无孔插座I在所述磁电转换电能接受模块3接近所述电磁转换装置模块2时通电工作，而在所述磁电转换电能接受模块3远离所述电磁转换装置模块2时断电停止工作，有效传输市电，提高电能的利用率。并且，所述磁电转换电能接受模块3和电磁转换装置模块2每次接通时，两者所产生的吸力是相同的，不会因接通次数的增加而变化，也不会产生机械磨损，因此所述无孔插座I使用寿命长。
[0025]图5所示无孔插座工作时的原理示意图。所述无孔插座I工作时,所述电磁转换装置模块2通电，第一导磁体8被磁化，产生吸引力，吸引第二导磁体9，此时所述电磁转换装置模块2与磁电转换电能接受模块3中的导磁金属体8、9直接接触，空气隙几乎忽略不计，相较于现有技术中常用非导磁材料隔离导磁金属体而言，磁路中的磁阻减小，损耗减小，进而提高了传输效率。图2、3中，所述第一、第二导磁体8、9均具有被线圈缠绕的第一、第二缠绕本体81，91以及与第一、第二缠绕本体81，91分别一体连接且向线圈侧向伸出的第一、第二导磁本体82，92，所述第一、第二导磁本体82，92具有面积相当且相互对应的第一、第二吸附端面83，93，所述第一、第二吸附端面83，93可以为正方形、长方形、圆形或椭圆形，因此，在不同形状的第一、第二吸附端面83，93满足两者面积相等的情况下，金属导磁体吸附效果显著，利于能量传输。
[0026]此外，在不考虑线圈尺寸参数的情况下，考虑选择不同规格的导磁体，提高电-磁-电的传输效率。优选方案之一选择合适形状的导磁金属体，例如棒状或片状导磁金属体，当所述无孔插座通电工作时，“电磁耦合”作用使得第一、第二导磁体8、9相互吸合，片状导磁金属体优于棒状导磁金属体，有较大的接触面积，吸附能力强；同时所述导磁金属体可为整块或至少两块并联，当导磁体由多块并联而成时，每块沿磁体磁化方向的尺寸以及磁化方向需相同，此种并联方式减少了磁体用量，降低制造成本。
[0027]优选方案之一选择合适材料的导磁金属体,可以选择导磁性强且磁滞损耗小的软磁体，例如硅钢片或铸钢，不仅导磁性强，且磁滞损耗小，利于传输效率的提高，因此所述第一、第二导磁体都选择硅钢片或铸钢，或者第一、第二导磁体分别选择硅钢片或铸钢，作为导磁金属体。
[0028]优选方案之一选择合适大小和重量的导磁金属体，因金属体大小选择过小会导致导磁性能降低，而体积过大会增大重量，不宜吸附，经过多次试验，为满足较高的导磁性能易于吸附的同时，也易于取下，实现了如图6-a、6_b所示无孔插座内部磁路尺寸优选实施方式。
[0029]图6-a、6_b所示无孔插座内部磁路尺寸的主视图、俯视图。所述磁电转换电能接受模块3内构成的磁路尺寸不大于所述电磁转换装置模块2内构成的磁路尺寸，所述电磁转换装置模块2磁路尺寸优选为(40mm-50mm)* (16mm-24mm)* (15mm-25mm),所述磁电转换电能接受模块3磁路尺寸优选为(40mm-50mm) * (15mm-22mm) * (15mm-25mm);而所述第一导磁体9的尺寸不小于所述第一导磁体8的尺寸，所述第一导磁体尺寸优选为(20mm-22mm)* (6mm-10mm) * (15臟-25臟)，所述第二导磁体尺寸优选为(2Ctam_22臟)* (5臟_8臟)*(15mm-25mm),同时反复试验确定在上述尺寸范围下,所述两导磁体8、9的重量优选为70mg至120mg之间，且满足第一导磁体8的重量不小于第二导磁体9的重量，则可使所述第二导磁体9稳固吸附在所述第一导磁体8上，因此磁电转换电能接受模块3能够吸附在电磁转换装置模块2上不滑落，又能将磁电转换电能接受模块3容易取下。
[0030]当直接触摸所述磁电转换电能接受模块3或所述电磁转换装置模块2时，所述无孔插座I不同于普通的有孔插座，可接触外观部分没有裸露的金属插孔，且内部接线方式使得所述磁电转换电能接受装置模块3仅在所述电磁转换装置模块2接近时通电以及所述电磁转换装置模块的电源线不与大地相连、它的任意两线与大地之间不存在电压差，由此使得所述无孔插座I具有触电、漏电保护功能。
[0031]当外部用电设备线路发生短路或严重过载电流时，在所述插座内部电路中装设标准规格的熔断器，当超过熔断值时，熔断器熔断，从而切断电源。优选技术方案之一，在所述电磁转换装置模块电路的初级线圈6与市电连接的两端皆设置熔断器，一旦插座发生故障，可及时切断与市电的连接，防止总电源空气开关跳闸而导致其他用电设备不正常工作。优选技术方案之一，在所述磁电转换电能接受模块电路的次级线圈7与用电设备连接的两端皆设置熔断器，及时切断故障线路，无孔插座实现自保护。优选方案之一，在所述电磁转换装置模块电路的初级线圈6与市电连接的两端以及在所述磁电转换电能接受模块电路的次级线圈7与用电设备连接的两端皆设置熔断器，不仅可实现自保护，而且不会影响共用回路的其他用电设备。
[0032]图7所示无孔插座实现对用电设备供电方法的操作流程示意图。首先，用电器插头插入所述磁电转换电能接受模块3 ;其次，所述模块靠近所述电磁转换装置模块2，即启动无孔插座I，所述磁电转换电能接受模块3内部的磁铁吸合所述电磁转换装置模块2内部的常开磁簧开关12，给电磁转换装置模块2通电，将电力转换成无线电能；接着，所述磁电转换电能接受模块3启动，接受磁场产生电流，供用电器使用；当插座一直正常工作时，移调所述磁电转换电能接受模块3，即切断磁耦合作用，所述电磁转换装置模块2中的常开磁簧开关12恢复常开状态，切断市电，停止工作；当电路在正常工作时发生过流、短路等情况时，熔断器熔断而自动切断电源，并移调所述磁电转换电能接受模块3使其断开电源，进入维修状态。更换新的熔断器后，重复上述过程，无孔插座I再次开始正常工作。
[0033]上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。
【权利要求】
1.一种无孔插座，包括电磁转换装置模块(2)和磁电转换电能接受模块(3)，其特征是，所述电磁转换装置模块(2 )具有与供电电源连接的连接端，所述磁电转换电能接受模块(3 )有一用以连接用电设备的插头连接端(5 );所述磁电转换电能接受模块(3 )和所述电磁转换装置模块(2)分别具有在两者通电时直接接触且相互吸附的第一、第二导磁体(8、9)。
2.根据权利要求1所述的无孔插座，所述电磁转换装置模块(2)包括初级线圈(6)、所述第一导磁体(8)和与所述初级线圈(6)电连接的常开磁簧开关(12);所述磁电转换电能接受模块(3)包括次级线圈(7)、所述第二导磁体(9)和与所述常开磁簧开关(12)相互配合的磁铁(13)。
3.根据权利要求2所述的无孔插座，所述第一、第二导磁体(8、9)均具有被线圈缠绕的第一、第二缠绕本体(81，91)以及与第一、第二缠绕本体(81，91)分别一体连接且向线圈侧向伸出的第一、第二导磁本体(82,92),所述第一、第二导磁本体(82,92)具有面积相当且相互对应的第一、第二吸附端面(83，93)。
4.根据权利要求3所述的无孔插座，所述第一、第二导磁体(8、9)为整块或至少两块并联。
5.根据权利要求3所述的无孔插座，所述第一、第二导磁体(8、9)的第一、第二吸附端面(83,93)为正方形、长方形、圆形或椭圆形。
6.根据权利要求3所述的无孔插座，所述第一导磁体(8)的尺寸不小于第二导磁体(9)的尺寸，且所述第一导磁体(8)的重量不小于第二导磁体(9)的重量。
7.根据权利要求2所述的无孔插座，所述电磁转换装置模块(2)和所述磁电转换电能接受模块(3)至少有一个模块装有熔断器。
8.一种用于权利要求1所述无孔插座的内部电路，其特征是，所述内部电路包括电磁转换装置模块电路和电磁转换装置模块电路；所述电磁转换装置模块电路中初级线圈(6)的一端连接交流电源，另一端通过可被磁铁(13)吸合的常开磁簧开关(12)连接交流电源；所述磁电转换电能接受模块电路中次级线圈(7)的两端与所述插头连接端(5)连接；所述初级线圈(6 )和所述次级线圈(7 )至少一个线圈的两端装有熔断器。
9.一种实现无孔插座对用电设备供电的方法，其特征是，用电设备插头插入所述磁电转换电能接受模块(3)后，将所述磁电转换电能接受模块(3)靠近所述电磁转换装置模块(2 )，所述磁电转换电能接受模块(3 )内部的磁铁(13 )吸合所述电磁转换装置模块(2 )内部的常开磁簧开关(12)，所述电磁转换装置模块(2)通电并将电力转换为无线电能，所述磁电转换电能接受模块(3)受电磁耦合影响产生电流，供用电设备使用；当所述磁电转换电能接受模块(3 )远离所述电磁转换装置模块(2 )，所述电磁转换装置模块(2 )停止工作。
10.根据权利要求9所述实现无孔插座给用电设备供电的方法，其特征是，当电路在正常工作时产生过流或短路时，所述无孔插座自保护，烧断熔断器自动断开电源；将所述磁电转换电能接受模块(3 )远离所述电磁转换装置模块(2 )，所述电磁转换装置模块(2 )切断电源，进入维修状态。
【文档编号】H01R13/688GK103825370SQ201410082337
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年3月7日 优先权日:2014年3月7日
【发明者】沈佳晨, 姚晴洲 申请人:湖州职业技术学院