装配紧凑的接地故障保安插座的制作方法

专利名称:装配紧凑的接地故障保安插座的制作方法
本发明涉及到诸如在墙上的电源出线盒内使用的带有接地故障保护的电气保安插座。
已经知道4，010，431号美国书涉及到接地故障保安插座，本发明是由此改进而来的。
本发明的目的是要在接地故障保安插座中，使装配更紧凑，以缩短装配时间和降低成本。设法使装配更加紧凑，就可使整个组合件更容易、更迅速地装到普通的电源出线盒内，同时所需的成本最小，可靠性最高。
本发明的目的是提供一个装置，它包括对每一个极性的电源线都具有一个片状结构的负载端子，该端子带有竖立的弹簧片，这样就使保护电子设备的非线性电阻很容易地嵌入到负载端子弹簧片之间，并达到压力接触。外壳的底座和前盖共同将非线性电阻保持在固定的位置。用这种方法将非线性电阻装入保安插座的电路内，不需要像以往那样进行焊接。
按照本发明，一个接地故障保安插座包括一个绝缘外壳，该绝缘外壳有一个底座和外壳盖，该外壳盖上有可接纳刀形插头的孔眼，该外壳内有与插入上述外壳盖上孔眼内的刀形插头相啮合的内部触头，还包括接地故障断流器的元件。上述接地故障断流器包括一个检测变压器铁心和一个接地中性线变压器铁心，有一对导线穿过它们的每一个中心孔，并可以与上述外壳外部的接线端子相连。上述接地故障断流器还包括一个检测放大器和跳闸电路，它们与上述检测变压器铁心上的检测线圈相连。一个非线性电阻在电气上啮合在上述两个内部触头之间，该非线性电阻具有园盘形状，其相对的两个主表面分别和上述内部触头中的一个弹簧片相啮合。该非线性电阻园盘在两个主表面之间还有一个延伸的边缘表面，上述外壳盖的内部表面上有一个突出部分，当上述外壳装配到上述底座上时，该突出部分顶住上述非线性电阻园盘的边缘表面，使非线性电阻园盘固定在该外壳内的上述弹簧片之间。
一个可以把检测变压器、接地中性线变压器、混合电路和一个跳闸螺线管予先装配成一个整体的托架，它可以简便地固定到插座外壳内，而只需很少的附加电气连接线。该托架可以由塑料模压而成，它具有一个检测器托架和一个螺线管托架元件，它们咬合在一起。将用于混合电路的引线头对准孔眼连接，无需弯曲、切断或其他结构上的改变。这样就获得了一个电子检测和操作的予装配组件的整体，它的结构十分紧凑和经济。
现参考附图，举例对本发明进行说明，图中图1是一个接地故障保安插座的电路简图。
图2是按本发明的实施方案的接地故障保安插座的前视图。
图3是用于图2的装置的外壳底座的前视图。
图4是沿图3中Ⅳ-Ⅳ线的剖面图。
图5是已装配好的接地故障保安插座不带前盖时的前视图。
图6是沿图5中Ⅵ-Ⅵ线的剖面图。
图7是一个完整的装配好的装置的后视图。
图8是装置外壳底座的后视图。
图9是沿图8中Ⅸ-Ⅸ线所取的剖面图。
图10是装配好的接地故障保安插座不带后盖时的后视图。
图11是图10中沿Ⅺ-Ⅺ线所取的剖面图。
图12和13分别为托架的前视图和顶视图。
图14和15分别为装配好的托架部件的侧视图和顶视图。
图16为未装配的螺线管线圈付托架的侧视图。
图1示意地说明了一个在交流电源12和负载14之间连接的接地故障断流器10，所描述的系统为一个单相系统(两根导线)，系统中配电导线标以“火”线L和中线N，后者和电源12的接地侧相连。导线L和N通过接在输入端子15、16和输出端子17、18上的断流器装置10连到负载14上。在用作接地故障保安插座时，借助于插头和插座的连接，在输出端子17、18处，人为地将装置10和负载14相连。
装置10有一个检测变压器20，导线L和N穿过该变压器作为原边绕组，导线L和N还穿过一个辅助的接地中性线变压器22，作为原边绕组，它们可以按3，959，693号美国书所公开的那样进行实际安装。
装置10还包括一个电子电路24，其中，它通常在结构上简单地采用一般的混合电路工艺，将元件安装和连接在一个例如陶瓷材料的基底上，除了从中引出的引线头以外，全部用树脂类绝缘物质灌注密封起来。适用于电子电路24的电路通常是已知的，一个放大器和跳闸电路24a(未全示出)在3，852，642号美国书中已公开，它们可用于电子电路24中，电路24a有二个从检测变压器20的检测线圈28来的输入端子25和26。
电路24还包括一个全波整流桥24b，它接到辅助端子29和30上，作为电路24的工作电源。从引线29送一个跳闸信号至螺线管线圈36，电路24的另一个端子31与电路24内的接地中性线电阻24c相连接，成为和接地中性线变压器22上的线圈39一侧的连接线38的支路，在本例中，电路24是具有5个引出线的混合电路。
导线L和N中的每一根分别与控制器触头40和41相串联，触头40和41分别包括静触头40a、41a和动触头40b、41b。支路33通过具有动触头42b的第三对控制器触头42与导线N相连，动触头42b借助于与线圈36相关连的螺线管衔铁36a的控制与导线N相连通。虚线44示意地表示螺线管衔铁和动触头40b、41b和42b之间的机械连杆(通常有多个元件)，同时由于第三对触头42的动触头42b是一个闭锁元件，它使和导线L和N相连的控制器触头40和41以及第三对触头42保持在闭合位置。触头40、41和42的实际装配和操作方法可参照4，442，470号美国书中所公开的内容。
一个试验用的支路46，从导线L的负载侧的一点连接到导线N的电源侧的一点。支路46包括一个电阻47和一个试验开关48，手动操作试验开关48，在导线L和N中即产生一个不平衡电流，这样，就产生了一个装置10能否可靠动作的跳闸指示。
为了使保护装置10免受由于过电压(如暂态浪涌)损坏的危险。如图所示，在负载侧端子17和18之间接入一个非线性电阻32。本发明的一个方面是在方法上的改进，即将非线性电阻安装和连接在装置10内。按照本发明，非线性电阻32仅借助于负载端子17和18上的弹簧元件的压力使之导电接触。
对图1所示的接地故障保安插座，希望尽可能做到结构紧凑且价格低廉。紧凑可使必须在墙上电源出线盒内的安装体积减小，选择元件的经济性是很重要的，但最重要的是考虑有一个能使很多元件安装得又快又简单的装置，这样就能保证大多数相对来说熟练程度较低的装配工人具有较高的生产效率。
本发明则为实现这些优点提供了一个对质量和经济两个方面都予以考虑而设计的装置。
图2示出了一个装配前视图，它基本上和现有技术的接地故障保安插座相似。这是一个两芯的插座，图1中装置10的所有元件都在一个绝缘外壳50内，两个插头中的每一个都通过外壳前盖51上的孔眼51a插入其内使之相连。外壳50包括一个前盖51，一个底盖52(图7)和一个底座53(即图3和4)，它们都由绝缘材料模压而成。外壳50与金属支架54进行组装，本方案中，54基本上是一个平面形元件，在惯用的方法中，它的一部分被夹在外壳底座53和前盖51之间。
接地端子从金属架54向内延伸到底座53内，连接时，通过开口孔51a中的园弧形孔眼进行，这和以前的做法一样。接地端子螺丝54a装在金属架54侧面延伸部分上供连接一根通常方式的外部接地线之用。前盖51的中央装有试验和复归按钮，在接地故障保安插座中作实验用。
在图7的底视图中，可看到外壳50的底盖52。外壳的底座53和它的底盖52的侧面有凹进部分，在该部分装有螺丝端子55，用来将导线连到装置内部触头。底盖52上有凹进的紧固螺栓56，使装置紧固在一起。在后盖上有一个局部外扩的T形区域57，在容积上弥补凹进部分，以容纳内部元件，在所述的具体实施方案中，区域57从后盖主要部分只扩充了0.04吋，这个例子表示出，如何用盒形底座，外壳盖51和52的局部不均匀区域方便地把所包含的元件固紧住。
图3和图4分别示出了未装配的装置的底座53的顶视图和截面图。图8示出了未装配的底座53，从图9底部方向看的视图，图9为图8的一个断面。一般说，底座53是用塑料模压而成的元件，它被许多隔板分隔成分离的凹槽或开口，以容纳装置内部的元件，例如，分别标以53a和53b。
装配后，在未盖上的前盖和后盖时，装配10从前面看如图5所示，从后面看如图10所示。图6是图5的断面图，图11是图10的断面图。应注意，图6和11中省略了安装架54。在这些图中能看到图1中所示电路元件的实际安装情况。
图10中所示的一对螺丝的端子55a和55b，即代表电源端子15和16，螺丝端子55a和55b之每一个都和一个片状负载触头元件60和61相连，60和61各自沿装置的侧面(图11)直连到另一对螺丝端子55c和55d上，用来连接导线，进而通过配电系统转接到另外插座或开关上。
图1中所示负载端子或输出端子17和18，其结构如图5所示，其中图解说明了负载触头60和61的竖立凹形触头部件60a和61a。
检测变压器20和接地中性线变压器22如图10所示，导线L和N经螺丝端子55a和55b，进入这些铁心的中心孔，“火”线和中性线作为一次线圈，线圈28和39分别绕在变压器20和22的外部。
电子电路24为如图10所示混合电路型式，它具有5个引线头25、26、29、30和31，作为和装置其他部分连接之用。
控制器的结构和4010431和4442470号美国书中公开的基本一样。控制器的触头转换联杆44与其他元件一同示于图6和图11中。
图5中特别重要的是金属氧化物非线性电阻元件32被夹在竖立的触头片60a和61a之间，非线性电阻32是一个园盘形的元件，它插到弹簧片之间，被弹簧片夹住，在电气上满足图1中所示的电路连接。另外，装置的前盖51上有一个突出部分伸到底座的一个槽内，非线性电阻32在槽内被紧固住，以防止其移动。
图5A示出了装置10的一个负载端子元件60。第二个负载端子元件61(一个作为“火”线L，另一个作为中性线N)基本上和第一个一样，只不过它是前者的镜像。
负载端子元件60和61在许多方面的特点和现有技术采用的一样，每个元件都是用导电材料做成单一整体件，每端都竖立的插座触头片60a在机械上和电气上均借助于侧面部分60b连接起来，60b放在底座中邻近底座外侧隔墙的槽内，和现有技术显然不同的是端子元件60的一端有一个辅助元件60c(和元件的其他部分是一个整体)。它是一个非线性电阻弹性接触元件，它向下伸展(离开装置的正面)，并且其侧面箱微朝向另一个负载端子元件。图5B示出了具有弹簧触片60c和61c结构，且非线性电阻32要在其间的端子元件60和61的部分端部视图。
在装配好的装置中，负载端子触头60和61的每一个非线性电阻弹簧触片，60c和61c互相面对，如图5和5b中所示，在现有技术的保安插座中，通常有一个内部空间隔板和相邻两个分隔间之间延伸，这样有利于“火”线和中性线触头在电气上的绝缘。
本发明的改进是在端子元件之间有一个空间，它可容纳盘形非线性电阻元件32。该非线性电阻32被安置在弹簧触头片的突缘上。每个端子元件的非线性电阻弹簧触头片60c和61c顶住非线性电阻32之相对着的表面，以达到其间在电气上的压力接触，而不需进行焊接或其他处理。
在图5B中可看出底座的隔墙53a容许触头弹簧片60c紧靠在它上面，并顶住非线性电阻园盘32，这样把它安放在分隔间53b中的底部。另一个弹簧触片元件61c用同样方法处理。一个附带的特点是前盖51上有一个突出部分51b，它在端子60c和61c之间伸出，并且顶住非线性电阻园盘32的边缘表面，足以把非线性电阻对着底座凹进部分53b的底部53c固定在60c和61c之间。在这种方法中，通过底座53、前盖51、负载端子元件60和61之间的配合，把非线性电阻32固定住，在电气上有效地保护了装置。触头60和61之间除了通过非线性电阻32以外，其余均用隔墙的一部分使之在电气上绝缘起来。
装置的另一个特点是有一个予装配托架，它能明显地降低装置的装配成本而仍维持很高的可靠性，变压器20和22及电路24的托架元件70示于图12和13中，它是由塑料材料模压而成的一个整体。参看背面装配图10、图12是托架70从左边看的视图，图13是和图10相同方向的视图。
托架70有以下部件和特征一个具有一般园柱形结构的园柱体部分71，它的大小，在本例中71a和71b的直径稍有不同，它们各自正好能接纳检测和接地中性线变压器的铁心20和22。园柱体部分71的中心是空心的，其内有一个中间纵向隔板71c，使之分成两个沟道，沟道裸导线L和N分别穿过。在园柱体末端有一个分岔部分71d，这样L和N的引线头在电气上彼此能绝缘开，如图10所示。
托架70的端头部分72包括有园柱体71的横截面部分和另一个较大的基本上是矩形的部分72a，它具有槽口72b，用作接纳一个螺线管线圈架或付支架。(以后再作叙述)
托架70的一个电路安装部分73在园柱体的上面延伸，(见图13)，它具有园孔73a，从电子电路24来的引线头插入园孔内。
图14和15示出了装配有变压器20和22和电路24以及螺线管线圈架付支架74的托架70′。螺线管线圈架74是一个分离的塑料模压件，它具一对端部挡板74a，在端部挡板之间及一端外伸部分为一个螺线管园柱体部分74b。螺线管线圈36绕在园柱体74b上，螺线管跳闸执行机构44通过园柱体处延伸，线圈架74的端部挡板74a具有钩状部分74c，以便装配到托架70的在端头部分72a的槽口72b内。线圈架74的74c部分有一个小孔，供穿导线之用。
图16单独示出了螺线管付支架74。
托架组件使得装置10的装配很方便，因为变压器铁心20和22，螺线管36-44和电路24可以独立于外壳50予先安装好。在组件70′放到外壳内就位后，装配工作只需把盒内的“火”线和中性线在电气上连接起来。
装配宜按以下操作顺序，把组件装到如图3所示的底座53的前面，(装配后示于图5中)。试验电阻47竖立地被固定在底座的开口47a内，电阻47的上部引线47c引到底座53的凹槽47d内。
在试验电阻47附近一边(“火”线侧)触头组件60被嵌入后，将控制转换器部件44安装就位，控制器触头的引线L和N穿过底座上的开口延伸1如图6所示。另一个(中性线侧)触头组件61也就位，在完成上述步骤后，把试验弹簧48b(图6)放到电阻47底部引线头上，并把两者都挤入触头60和底座之间，使之电气上相连通。将金属氧化物非线性电阻园盘32插入触头60和61的弹簧片60c和61c之间。
装上复归弹簧，并穿过底座到达背面。装上支架54，然后把复归按钮予先安装上。这样就结束了底座53前面的元件的安装。然后把予先安装好盖簧的前盖51装到底座53上，并使之固紧。把具有突出部分51b，且能把金属氧化物非线性电阻32固定住的前盖51盖到底座上组件的前方，在那里前盖弹簧套住压在控制转换器44上突出部分44a。
在完成前面的组装并盖上前盖以后，把装置与底座53一起反转过来，如图8所示位置。托架70′上的每一个元件安装好后，从控制转换器44来的引线L和N分别送入托架园柱体71的沟槽内。螺线管的衔铁插入到螺线管线圈架74内，并安装到托架70′上。然后托架组件70′借助于在复归弹簧端头上面的螺纹孔30装配到底座上。螺线管线圈架74c上的孔眼内装上一个接线头，它接在负载插头“火”线侧。(供线圈36的电源、译注)然后，将少数几个要求焊接的地方焊好后就完成了电路的组装。底盖52及其上的两个螺丝56要放在适当的位置，且和装置固紧在一起。
权利要求
1.一个接地故障保安插座包括一个绝缘外壳，该绝缘外壳有一个底座和外壳盖，该外壳盖上有可接纳刀形插头的孔眼，该外壳内有与插入上述外壳盖上孔眼内的刀形插头相啮合的内部触头，还包括接地故障断流器的元件，上述接地故障断流器包括一个检测变压器铁心和一个接地中性线变压器铁心，有一对导线穿过它们的每一个中心孔，并可以与上述外壳外部的接线端子相连，上述接地故障断流器还包括一个检测放大器和跳闸电路，它们与上述检测变压器铁心上的检测线圈相连。一个非线性电阻在电气上连接在上述两个内部触头之间，该非线性电阻具有园盘形状，其相对的两个主表面分别和上述内部触头中的一个弹簧片相啮合，上述非线性电阻园盘在两个主表面之间还有一个延伸的边缘表面，上述外壳盖的内部表面还有一个突出部分，当上述外壳盖装配到上述底座上时，该突出部分顶住上述非线性电阻园盘的边缘表面，使非线性电阻园盘固定在该外壳内的上述弹簧片之间。
2.根据权利要求
1所要求的接地故障保安插座，其中的上述非线性电阻主表面和上述弹簧片之间是借助于压力接触导电的，无需进行焊接。
3.根据权利要求
1或2所要求的插座，其中所述的接地故障断流器还包括一个控制器，用来控制电源电路导通，通过上述导线，一个螺线管衔铁和一个螺线管跳闸线圈和与该跳闸线圈相配套的检测放大器和跳闸电路，反应检测到接地故障，去操作上述控制器，一个和上述外壳分离而安装在外壳内的托架元件，用彼此绝缘的安装方法，把上述铁心，上述电路，上述螺线管衔铁和上述螺线管跳闸线圈固装在一个装置内。
4.根据权利要求
1到3中任一项所要求的插座，其中上述底座，包括有隔板，它与上述外壳盖的突出部分一起，使得上述内部触头相互之间，除了通过非线性电阻园盘以外，在电气上相互绝缘起来。
5.根据权利要求
1到4中任一项所要求的插座，包括一个由塑料模压而成的托架元件，该托架元件有一个合适的园柱形的园柱体部分，适合于接纳和安装检测变压器和接地中性线变压器铁心，上述园柱体部分其中部是空心的，用以穿过“火”线和中性线，上述托架元件的端头部分，包括有一个上述园柱体的横截面部分和一个作为联接螺线管线圈支架之用的部分;上述托架元件的一个电路安装部分，离开用作联接螺线管线圈付支架的上述端头部分，在上述园柱体部分的上面延伸，其上有一列孔眼用作接纳电子电路的平行引线头。
6.根据权利要求
5所要求的插座，其中所说的园柱体中间空心部分有一个中间纵向隔板，使之形成两个沟槽，以使通过其中的导线在电气上能绝缘起来。
7.根据权利要求
5或6所要求插座，其中所说的螺线管线圈付支架，包括一个和上述托架元件可分离的塑料片模压件，它在一对端部挡板之间有螺线管园柱体部分。端部挡板上有钩状部分，用以装配到上述托架元件端头部分的槽口内。
专利摘要
一个带有接地故障断流器的插座，有一个负载插座并具有盒壳式结构。一个保护电子设备的非线性电阻用邻近的负载插座弹簧片的压力接触安放在其中。一个预装配的塑料模制托架元件支撑着一个检测变压器，一个接地中性线变压器，跳闸线圈和混合电子电路，使之成为一个整体安装到盒壳内。
文档编号H01H83/00GK86104518SQ86104518
公开日1987年2月18日 申请日期1986年7月2日
发明者约翰·约瑟夫·米森西克 申请人:西屋电气公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan