專利名稱：有源材料低功率電開(kāi)關(guān)裝置和其使用的驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電開(kāi)關(guān)裝置，更具體地涉及當(dāng)用于電安全設(shè)備例如殘留電流電路斷路器的這種裝置，并且涉及適合用于這種裝置的電驅(qū)動(dòng)電路。
本發(fā)明
背景技術(shù)：
在我們較早的國(guó)際專利申請(qǐng)WO-A-98/40917中，我們公開(kāi)了一種新穎形式的電啟動(dòng)機(jī)械釋放裝置，我們稱為啟動(dòng)器的該裝置利用例如壓電陶瓷的材料改善有源材料彎片式換能器的位移性能。所有有源材料的一個(gè)特征是它們相對(duì)低效率，具有驅(qū)動(dòng)裝置之間的耦合系數(shù)和百分之幾的輸出。因此，使用這種材料的啟動(dòng)器往往需要高電場(chǎng)或磁場(chǎng)?？墒?，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)除了該缺點(diǎn)外，利用有源材料彎片式換能器的啟動(dòng)器能夠產(chǎn)生具有良好機(jī)械特性的產(chǎn)品。
本發(fā)明的領(lǐng)域是殘留電流設(shè)備，稱為RCD。該術(shù)語(yǔ)包含不具有電流限流能力的殘留電流電路斷路器和具有電路限流部分的過(guò)載殘留電流斷路器。
RCD根據(jù)火線和零線中流動(dòng)電流應(yīng)當(dāng)相等和相反的原理，通過(guò)比較這些電流而起作用。該電流中的變化表示電流泄露，這通常表示有火災(zāi)危險(xiǎn)或電死人危險(xiǎn)。
RCD以許多形式制造，例如轉(zhuǎn)接器、插頭、電插座和消費(fèi)者設(shè)備。在性能方面，該設(shè)備可以分成兩個(gè)特定類型。
線路相關(guān)設(shè)備使用電子線路處理測(cè)量差分電流和然后觸發(fā)啟動(dòng)器，該啟動(dòng)器使電路斷開(kāi)。這些設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是靈活和堅(jiān)固，因?yàn)樗鼈兊臄嗦冯娖娇梢酝ㄟ^(guò)門(mén)限電阻選擇來(lái)設(shè)置，并且斷路動(dòng)作不依賴故障期間的能量，由于電子線路可以請(qǐng)電源為啟動(dòng)器提供功率。
線路無(wú)關(guān)設(shè)備使用故障自身的能量啟動(dòng)斷路動(dòng)作。這通常是通過(guò)使用永久磁體繼電器實(shí)現(xiàn)的。永磁繼電器的原理是公知的，但是總的來(lái)說(shuō)一個(gè)可移動(dòng)金屬零件通過(guò)纏繞了線圈的適合的永久磁體保持在第一位置上。當(dāng)故障電流流過(guò)它在連接到纏繞磁體線圈的環(huán)行變壓器中感應(yīng)出一個(gè)電流。該電流被整流以便其產(chǎn)生的磁場(chǎng)與永久磁體的磁場(chǎng)相反，直到可移動(dòng)零件被釋放。為進(jìn)行高靈敏度的中繼，金屬零件的聯(lián)接表面必須格外平坦，該系統(tǒng)必須整體清潔。平整和組裝加工因此昂貴。
我們的國(guó)際專利申請(qǐng)WO98/40917公開(kāi)了適合于有源材料的新型啟動(dòng)器，稱為平面雙壓電晶片。同一申請(qǐng)也公開(kāi)了一種方法，用于對(duì)釋放裝置使用這種啟動(dòng)器。這種系統(tǒng)需要大電壓以便工作，和這種電壓目前不能在線路無(wú)關(guān)系統(tǒng)中中產(chǎn)生。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種電開(kāi)關(guān)裝置，該裝置由感應(yīng)電路驅(qū)動(dòng)，其中輸出被轉(zhuǎn)換為高電壓。為滿足上述目的，按照本發(fā)明第一方面，提供一種用于殘留電流設(shè)備的驅(qū)動(dòng)電路，該電路包括一個(gè)具有第一初級(jí)線圈和第二初級(jí)線圈的變壓器，和次級(jí)線圈設(shè)計(jì)成得響應(yīng)流過(guò)第一和第二初級(jí)線圈的各自電流之間的任何電流不平衡來(lái)提供輸出驅(qū)動(dòng)電壓；該變壓器進(jìn)一步設(shè)計(jì)成在小于表示故障條件電平的電流不平衡電平上飽和。
在按照本發(fā)明第一方面的驅(qū)動(dòng)電路優(yōu)選實(shí)施例中，還提供電壓整流裝置，設(shè)計(jì)成整流輸出驅(qū)動(dòng)電壓。另外，優(yōu)選實(shí)施例優(yōu)選地還包括電壓倍增器，設(shè)計(jì)成將輸出驅(qū)動(dòng)電壓倍增到工作電平。
另外，變壓器的飽和電平優(yōu)選地低于表示故障條件的電流不平衡電平許多，和在優(yōu)選實(shí)施例中該變壓器設(shè)計(jì)成在連接本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電路的電路中表示故障條件的電流不平衡電平50％處飽和。
優(yōu)選地，第一初級(jí)線圈和第二初級(jí)線圈每個(gè)具有相同數(shù)量匝n1，而次級(jí)線圈具有匝n2，其中n2大于n1，初級(jí)線圈和初級(jí)線圈之間的耦合因此提供了初級(jí)線圈針對(duì)初級(jí)線圈的升壓。
本發(fā)明驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生的輸出驅(qū)動(dòng)電壓優(yōu)選地用于優(yōu)選實(shí)施例中以啟動(dòng)壓電陶瓷制造的有源材料彎片式換能器。
按照本發(fā)明第一方面的驅(qū)動(dòng)電路的特征是，該變壓器在小于斷路電平的電流不平衡電平上飽和使得每個(gè)飽和脈沖在次級(jí)線圈上產(chǎn)生大的反向EMF。該特征提供了優(yōu)點(diǎn)，即作為高電壓但低功率的反向EMF可以用于驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷制造的有源材料彎片式換能器，該換能器產(chǎn)生正常工作所需要的低功率高電壓電場(chǎng)。
除了提供驅(qū)動(dòng)電路，按照本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明也提供一種電開(kāi)關(guān)裝置，包括按照本發(fā)明第一方面的一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)成驅(qū)動(dòng)電啟動(dòng)器裝置；該裝置還包括一個(gè)電開(kāi)關(guān)裝置設(shè)計(jì)成當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路檢測(cè)到電路中故障條件時(shí)響應(yīng)上述電啟動(dòng)器裝置斷開(kāi)一個(gè)或幾個(gè)安裝在電路內(nèi)的觸點(diǎn)。
根據(jù)第二方面，電開(kāi)關(guān)裝置的電開(kāi)關(guān)裝置優(yōu)選地包括一個(gè)安裝有縱切通道的平面框架元件，一個(gè)平面滑動(dòng)元件設(shè)計(jì)成容納在縱切通道內(nèi)，和閉鎖裝置設(shè)計(jì)成將平面滑動(dòng)元件鎖定在縱向通道內(nèi)，該閉鎖裝置響應(yīng)電啟動(dòng)器裝置鎖定或釋放該滑動(dòng)元件以接通或斷開(kāi)一個(gè)或幾個(gè)電觸點(diǎn)。
優(yōu)選地，該電啟動(dòng)器裝置包括一個(gè)平面有源材料彎片式換能器，如同在早期國(guó)際專利申請(qǐng)WO98/40917所公開(kāi)的，理解本發(fā)明所需要的必要技術(shù)特征在此結(jié)合作為參照。
在優(yōu)選實(shí)施例中，平面有源材料彎片式換能器設(shè)計(jì)成被層壓為平面框架元件，以便產(chǎn)生低輪廓設(shè)備。在這種設(shè)計(jì)中，有源材料彎片式換能器當(dāng)起電啟動(dòng)器作用時(shí)進(jìn)一步設(shè)計(jì)成一旦啟動(dòng)就移出閉鎖裝置動(dòng)作平面。
另外，在特定優(yōu)選實(shí)施例中，閉鎖裝置包括一個(gè)可旋轉(zhuǎn)棘爪設(shè)計(jì)成當(dāng)被電啟動(dòng)器保持在第一位置時(shí)鎖定滑動(dòng)元件。當(dāng)電啟動(dòng)器包括該有源材料彎片式換能器時(shí)，由于一旦啟動(dòng)該有源材料彎片式換能器移出閉鎖裝置動(dòng)作平面，可旋轉(zhuǎn)棘爪被釋放旋轉(zhuǎn)以允許滑動(dòng)元件釋放。
在按照本發(fā)明第二方面的電開(kāi)關(guān)裝置優(yōu)選實(shí)施例中，還提供了一個(gè)簧片元件設(shè)計(jì)成將滑動(dòng)元件偏移出框架元件內(nèi)安裝的縱向通道。
按照本發(fā)明第二方面的電開(kāi)關(guān)裝置的特征是釋放滑動(dòng)元件形式的相對(duì)大的機(jī)械運(yùn)動(dòng)可以由相對(duì)小的電啟動(dòng)器裝置運(yùn)動(dòng)獲得。這具有優(yōu)點(diǎn)，即本發(fā)明的裝置特別適合于使用在利用例如壓電陶瓷這種材料的有源材料彎片式換能器，該材料需要高驅(qū)動(dòng)電場(chǎng)產(chǎn)生相對(duì)小的運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是一旦釋放滑動(dòng)元件相對(duì)大的運(yùn)動(dòng)可以用于觸發(fā)其它裝置，例如電路斷路器裝置。
優(yōu)選實(shí)施例說(shuō)明如同前面所述，本發(fā)明具有兩個(gè)方面，分別是一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路和一個(gè)電開(kāi)關(guān)裝置，該開(kāi)關(guān)裝置利用驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生必要的驅(qū)動(dòng)電壓。按照本發(fā)明第一方面的驅(qū)動(dòng)電路優(yōu)選實(shí)施例將針對(duì)

圖1進(jìn)行描述。
在圖1中，按照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)電路包括一個(gè)環(huán)型變壓器70，該變壓器具有第一初級(jí)線圈66設(shè)計(jì)成攜帶從電壓源64例如電源火線觸點(diǎn)到負(fù)載74的負(fù)載電流i1。該第一初級(jí)線圈66包括一個(gè)圍繞變壓器70環(huán)型芯體的單一匝。第二初級(jí)線圈72進(jìn)一步包括圍繞環(huán)型芯體的單一匝，和設(shè)計(jì)成攜帶從負(fù)載74返回到電壓源64零線觸點(diǎn)的電流i2。除了第一和第二初級(jí)線圈，在環(huán)型變壓器70芯體上還提供了次級(jí)線圈68包括多個(gè)匝圍繞變壓器芯體。次級(jí)線圈68兩端上的感應(yīng)輸出電壓E被饋送給二極管橋式整流器76整流，來(lái)自次級(jí)線圈68整流后的驅(qū)動(dòng)電壓然后傳遞給電壓倍增器61將輸出驅(qū)動(dòng)電壓E電壓倍增為工作電壓V。在優(yōu)選實(shí)施例中，還通過(guò)一個(gè)平滑電容器78連接到二極管橋式整流器76兩端以便在電壓倍增器61倍增之前平滑整流后電壓。電壓倍增器61可以是任何對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的常規(guī)倍增裝置或電路元件。
盡管圖1所示和上述實(shí)施例中來(lái)自次級(jí)線圈輸出驅(qū)動(dòng)電壓E表示為在倍增器61倍增之前由二極管橋式整流器76整流，這個(gè)順序不是本發(fā)明工作所必須的，當(dāng)然有可能整流器76和倍增器61的順序相反，于是從次級(jí)線圈輸出的AC電壓可以在由橋式整流器76整流之前由倍增器61倍增。
另外，在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，根據(jù)次級(jí)線圈輸出驅(qū)動(dòng)電壓被如何應(yīng)用，整流器76的任何一個(gè)或兩個(gè)(包括平滑電容器78)和電壓倍增器61可以從本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電路中省略。
在該實(shí)施例中，本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電路作為傳感裝置在RCD上工作，特別是安裝變壓器允許精確地電流不平衡檢測(cè)，如同下面更詳細(xì)地解釋。優(yōu)選地，初級(jí)線圈66和72只包括一匝，而次級(jí)線圈68具有許多匝，并且通常多于100。高導(dǎo)磁材料例如鑷鐵合金用于增加該系統(tǒng)總的電感。
具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電路以下列方式工作。環(huán)型變壓器70兩端上產(chǎn)生的電壓是反向EMF與初級(jí)線圈任何一個(gè)中電流的改變相反，并且由公知的公式E＝-Ldi/dt給定。在正常環(huán)境中，即在不出現(xiàn)故障條件時(shí)，火線線圈66(I1)和零線線圈(IN)中各自電流相等和相反，所以各自電流有關(guān)的磁場(chǎng)被抵消，因此在次級(jí)線圈68內(nèi)只有極少或沒(méi)有感應(yīng)電流。
如果由于例如短路或人體被電擊的故障條件使引入電流I1一部分流出負(fù)載，與各自電流有關(guān)的磁場(chǎng)流過(guò)兩個(gè)初級(jí)線圈破壞了相等和相反，引起次級(jí)線圈68中的感應(yīng)電壓。開(kāi)始，感應(yīng)波形是與電壓源64具有相同頻率和相位的正弦波與故障電流匹配，但是當(dāng)故障電流增加時(shí)環(huán)型變壓器設(shè)計(jì)成飽和并且次級(jí)線圈74兩端的輸出電壓波形E變成尖型。在傳統(tǒng)電機(jī)械繼電器中這是缺點(diǎn)，因?yàn)楣β史峙錅p少。可是壓電和電致伸縮材料特別需要非常低功率和需要高電場(chǎng)以便工作。如上所述，電感器的輸出電壓由公式E＝-Ldi/dt計(jì)算，其中E是電壓、L是系統(tǒng)電感而di/dt是電流對(duì)時(shí)間的改變速率。磁芯飽和產(chǎn)生非常高的di/dt，所以次級(jí)線圈兩端電壓升高。本發(fā)明利用該性能以便由環(huán)型變壓器產(chǎn)生開(kāi)始的高電壓。優(yōu)選地，變壓器磁芯設(shè)計(jì)成在斷路數(shù)值50％左右飽和，該斷路數(shù)值是表示故障條件的兩個(gè)初級(jí)線圈之間的電流不平衡電平。
在圖1所示的優(yōu)選實(shí)施例中，次級(jí)線圈兩端的感應(yīng)電壓波形E優(yōu)選地在橋式二極管電路76中整流，和在平滑電容器78中平滑。這樣整流和平滑的信號(hào)然后饋送給電壓倍增器電路61，倍增常規(guī)倍數(shù)例如二或三倍達(dá)到工作電平V。輸出信號(hào)V然后可以用于驅(qū)動(dòng)電開(kāi)關(guān)裝置，如同后面所討論的。
在按照本發(fā)明第一方面驅(qū)動(dòng)電路的替代實(shí)施例中，還提供一個(gè)振蕩器電路和適當(dāng)?shù)目刂菩酒O(shè)計(jì)成控制通過(guò)次級(jí)線圈電流的開(kāi)關(guān)。這種工作類似于開(kāi)關(guān)方式電源的工作，其中在電感器中突然切斷電流用于產(chǎn)生一個(gè)高壓脈沖，其中斷路的定時(shí)由基準(zhǔn)電阻器兩端的電壓控制。如果該開(kāi)關(guān)利用振蕩器電路以非?？焖俣冗M(jìn)行，則可以產(chǎn)生高電壓。通過(guò)控制振蕩器頻率和工作周期，則可以根據(jù)環(huán)型變壓器產(chǎn)生必要的工作電壓。為實(shí)現(xiàn)適合電壓，也需要對(duì)圓環(huán)輸出整流和也對(duì)驅(qū)動(dòng)芯片輸出整流。這利用兩個(gè)例子中的二極管整流器進(jìn)行。
除了提供用于RCD的驅(qū)動(dòng)電路外，根據(jù)本發(fā)明第二方面也提供一種電開(kāi)關(guān)裝置，該裝置利用驅(qū)動(dòng)電路表示故障條件和啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，和按照本發(fā)明第二方面的優(yōu)選電開(kāi)關(guān)裝置將參照?qǐng)D2和3描述。
按照本發(fā)明實(shí)施例和在附圖中表示的電開(kāi)關(guān)裝置由許多層薄片材料構(gòu)成。針對(duì)各層執(zhí)行的不同功能和所利用材料的應(yīng)用領(lǐng)域選擇不同層的相對(duì)厚度。例如處理該特定結(jié)構(gòu)時(shí)，材料是金屬帶，其中通過(guò)加工處理厚度容易控制到可接受的極限。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)0.15毫米到0.2毫米的厚度比較適合，但是其它厚度可以用于某些層的材料。實(shí)際上這些層不一定必須是金屬或?qū)w，在某些情況下用適當(dāng)塑料材料可以制造有優(yōu)點(diǎn)的絕緣或潤(rùn)滑層。
按照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的開(kāi)關(guān)裝置包括一個(gè)基片10，其上安裝了一堆其它層，該堆在從基片10開(kāi)始順序地包括一個(gè)框架12、一個(gè)隔離層14、和一個(gè)平面雙壓電晶片元件層16。進(jìn)一步提供一個(gè)滑動(dòng)元件18設(shè)計(jì)成在框架12內(nèi)形成的縱向通道30內(nèi)滑動(dòng)，該滑塊由伸出框架12內(nèi)縱向通道開(kāi)口端的延伸部分32形成。
滑塊18在延伸部分32中形成了縫隙34，該縫隙設(shè)計(jì)成容納一個(gè)彈簧36，彈簧一端位于有縫隙的彈簧座37上，彈簧36另一端與其他層上安裝的彈簧座嚙合，在該例子中是隔離層14?；瑝K元件能夠通過(guò)可旋轉(zhuǎn)棘爪40鎖定彈簧36的動(dòng)作。棘爪40安裝用于依靠軸承41旋轉(zhuǎn)，該軸承在優(yōu)選實(shí)施例中安裝在隔離層14上是其也可以安裝在基片10上。隔離層14也具有開(kāi)孔42，通過(guò)該開(kāi)孔可操作可移動(dòng)的壓電雙壓電晶片元件伸展出以便控制棘爪40的旋轉(zhuǎn)和因此釋放或鎖定滑塊18。
在描述上述裝置的工作之前，重要的是理解框架12內(nèi)縱向通道30是特定形狀以便滑塊18也能夠稍微橫向或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，盡管在彈簧36作用下在箭頭X方向上直線地大范圍運(yùn)動(dòng)。縱向通道接近通道開(kāi)口端變窄，以便限制由比通道64窄的開(kāi)口端更寬的凸起部分46形成的滑塊的撞擊。棘爪40也具有半圓部分48，該部分設(shè)計(jì)成容納在縱向通道對(duì)應(yīng)部分50中，以便能夠在縱向通道內(nèi)沿箭頭A方向帶角度地運(yùn)動(dòng)(在圖中表示為順時(shí)針)。該棘爪進(jìn)一步由形成的凹槽52構(gòu)成，該凹槽設(shè)計(jì)成容納遠(yuǎn)離彈簧36的滑塊18一端上對(duì)應(yīng)形狀的凸起54。匯合的凸起54和凹槽52的形狀和尺寸被仔細(xì)設(shè)計(jì)以提供特定的爆發(fā)力，和該滑塊也安裝有另外的成角度鎖定表面56，該表面設(shè)計(jì)成可滑動(dòng)嚙合安裝在框架12上的對(duì)應(yīng)角度鎖定表面58。各個(gè)鎖定表面56和58的角度使得當(dāng)滑塊18被鎖定時(shí)彈簧36施加在滑塊18上的力使鎖定表面56擠壓鎖定表面58，由鎖定表面58產(chǎn)生的反作用力使在滑塊18上沿箭頭B方向施加了轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，如圖中逆時(shí)針表示的。
圖3說(shuō)明了組裝后各個(gè)層的截面圖。參照?qǐng)D3，可以看到壓電雙壓電晶片16安裝有一個(gè)針元件44，該元件通過(guò)安裝在隔離層的開(kāi)孔42伸出與棘爪40嚙合。通常，針元件44對(duì)應(yīng)隔離層14和滑塊18的深度，并且通常是0.35mm。該針元件44安裝在壓電雙壓電晶片16的工作端，以便當(dāng)壓電雙壓電晶片16被激勵(lì)時(shí)，針元件44在箭頭C方向移動(dòng)出棘爪40旋轉(zhuǎn)平面到一定程度，使得棘爪40變成任意在箭頭A方向上旋轉(zhuǎn)。在圖3中，棘爪40所示安裝在隔離層14上提供的軸承41上(未圖示)，盡管它也可能安裝在基片10上的軸承41上。
現(xiàn)在回到說(shuō)明該裝置的工作，讓我們假設(shè)各個(gè)層被全部組裝，如圖3所示一層上堆著另一層，而滑塊在通道30中的位置以便鎖定表面56與框架12上鎖定表面58嚙合，和彈簧36因此被壓縮在彈簧座37和38之間。表面56和58成角度以便彈簧力被轉(zhuǎn)換為箭頭B表示的旋轉(zhuǎn)力。該旋轉(zhuǎn)被棘爪40上凹槽52所限制的滑塊18上的凸起54限制。棘爪40在箭頭A方向的運(yùn)動(dòng)通過(guò)安裝在壓電雙壓電晶片16可移動(dòng)端上的針元件44限制。
當(dāng)該裝置被啟動(dòng)時(shí)，電信號(hào)被施加到壓電雙壓電晶片16上，使得雙壓電晶片彎曲，以致針44在圖3中箭頭C方向上被向上拉出圖2的紙面，和脫離與棘爪40的嚙合。匯合的凸起54和凹槽52的表面形狀與在彈簧36施加力作用下匯合表面56和58形狀結(jié)合，使滑塊18開(kāi)始在箭頭B方向樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，隨即強(qiáng)制棘爪40在箭頭A方向旋轉(zhuǎn)直到棘爪40釋放凸起54時(shí)，這允許滑塊18首先在箭頭B方向的弧型方向上自由運(yùn)動(dòng)，隨后在箭頭X方向運(yùn)動(dòng)，以便滑塊18的延伸部分32可以用于啟動(dòng)其它裝置或設(shè)備，例如電路斷路器裝置。
為重新設(shè)置和重新鎖定該裝置，假設(shè)沒(méi)有電信號(hào)施加到雙壓電晶片16上，以致針44在其最下位置。通過(guò)在與X方向相反方向上對(duì)彈簧36移動(dòng)滑塊18，彈簧36被壓縮和滑塊被移動(dòng)通過(guò)鎖定凸起58以允許在滑塊該端上的凸起54容納在棘爪上的凹槽52內(nèi)。棘爪被與箭頭A方向相反方向的輕微彈力彈性偏移，以便允許凸起54由凹槽抓住和針44保持此抓住位置。
根據(jù)上述說(shuō)明應(yīng)當(dāng)清楚，由于擠壓彈簧36由鎖定表面56和58產(chǎn)生的反作用力、凸起53和凹槽52的爆發(fā)力、棘爪40的恢復(fù)彈力必須全部仔細(xì)平衡，以便實(shí)現(xiàn)正常工作。更特別地，雖然本領(lǐng)域人員可以進(jìn)行大的改變，應(yīng)當(dāng)承認(rèn)起返回棘爪40到鎖定位置作用的恢復(fù)彈力與凹槽52和凸起54成角度表面產(chǎn)生的爆發(fā)力之和必須小于成角度鎖定表面56和58在彈簧36擠壓下產(chǎn)生的反作用力，以便當(dāng)壓電雙壓電晶片元件被啟動(dòng)時(shí)滑塊18被釋放。如果不堅(jiān)持該條件，則鎖定表面56和58的反作用力不能克服凹槽凸起的爆發(fā)力和棘爪的恢復(fù)力，而滑塊不能釋放。
由于小嚙合深度和釋放力，有可能利用平面雙壓電晶片的大運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生根據(jù)低功率工作的系統(tǒng)。
可以認(rèn)為上述結(jié)構(gòu)能夠被制造成任何尺寸。實(shí)際上，由于該結(jié)構(gòu)的層狀特性非常適合于微機(jī)械加工技術(shù)。另外，盡管本發(fā)明的電啟動(dòng)器被描述為壓電雙壓電晶片，其它電啟動(dòng)器也可以使用，特別是電繼電器、電樞或運(yùn)動(dòng)線圈磁鐵?？墒?，驅(qū)動(dòng)電路特別適合于操作壓電雙壓電晶片，因?yàn)樗軌蛲ㄟ^(guò)操作有源材料彎片式換能器例如壓電雙壓電晶片的高電壓場(chǎng)。
圖4表示方框圖，說(shuō)明按照本發(fā)明第一方面的驅(qū)動(dòng)電路和按照本發(fā)明第二方面的電開(kāi)關(guān)裝置如何被集成在一起。更具體地，參照?qǐng)D4，一對(duì)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)63安裝在環(huán)型變壓器70和負(fù)載74之間的火線電路中，設(shè)計(jì)成中斷該火線電路和方針通過(guò)環(huán)型變壓器70的電流。觸點(diǎn)63機(jī)械地連接到本發(fā)明的電開(kāi)關(guān)裝置，在圖中標(biāo)記為62。更具體地，觸點(diǎn)63優(yōu)選地機(jī)械地連接到電開(kāi)關(guān)裝置滑塊18的延伸部分32上，并且設(shè)計(jì)成以便當(dāng)滑塊18從縱向通道30內(nèi)的鎖定位置釋放時(shí)電觸點(diǎn)63被斷開(kāi)，導(dǎo)致延伸部分32伸出到通道30端之外一定程度。觸點(diǎn)63可以直接安裝在滑塊18的延伸部分32上，或一個(gè)機(jī)械連接件或其它裝置可以安裝在滑塊18和電觸點(diǎn)63之間。
因此，在工作中，假設(shè)電觸點(diǎn)63被接通和通過(guò)負(fù)載74流過(guò)電流，通過(guò)輸出作為在次級(jí)線圈兩端的反向EMF的輸出驅(qū)動(dòng)電壓E，環(huán)型變壓器70起作用以檢測(cè)在各自火線和零線中流過(guò)的電流I1和In之間的任何電流不平衡。如果需要，該輸出電壓E然后被整流，和被饋送到電壓倍增器61將該電壓倍增到工作電壓V，工作電壓V設(shè)計(jì)成適合施加在壓電雙壓電晶片彎片式換能器16上，以便啟動(dòng)壓電雙壓電晶片16彎曲離開(kāi)棘爪40的作用平面，由此將滑塊18從縱向通道30中釋放并且斷開(kāi)觸點(diǎn)63。
則該設(shè)計(jì)構(gòu)成了特別有效的低功率線路無(wú)關(guān)設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種用于殘留電流設(shè)備的驅(qū)動(dòng)電路，該電路包括一個(gè)具有第一初級(jí)線圈和第二初級(jí)線圈以及一個(gè)設(shè)計(jì)成響應(yīng)流過(guò)第一和第二初級(jí)線圈各自電流之間任何電流不平衡而提供輸出驅(qū)動(dòng)電壓的次級(jí)線圈的變壓器；該變壓器進(jìn)一步設(shè)計(jì)成在小于表示故障條件的電平的電流不平衡電平上飽和。
2.按照權(quán)利要求1的一種驅(qū)動(dòng)電路，和進(jìn)一步包括電壓整流裝置，該裝置設(shè)計(jì)成整流該輸出驅(qū)動(dòng)電壓。
3.按照權(quán)利要求1或2的一種驅(qū)動(dòng)電路，和進(jìn)一步包括電壓倍增裝置，該裝置設(shè)計(jì)成將輸出驅(qū)動(dòng)電壓倍增到工作電壓。
4.按照前面任何權(quán)利要求之一的一種驅(qū)動(dòng)電路，其中所述變壓器設(shè)計(jì)成在表示故障條件的電流不平衡電平50％上飽和。
5.按照前面任何權(quán)利要求之一的一種驅(qū)動(dòng)電路，其中所述第一初級(jí)線圈和所述第二初級(jí)線圈每個(gè)具有n1匝，而所述次級(jí)線圈具有n2匝，其中n2＞n1。
6.按照前面任何權(quán)利要求之一的一種驅(qū)動(dòng)電路，其中所述輸出驅(qū)動(dòng)電壓用于啟動(dòng)一個(gè)有源材料彎片式換能器。
7.一種電開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)，包括前面任何權(quán)利要求之一的驅(qū)動(dòng)電路，設(shè)計(jì)成驅(qū)動(dòng)一個(gè)電啟動(dòng)器裝置；該機(jī)構(gòu)進(jìn)一步包括一個(gè)電開(kāi)關(guān)裝置設(shè)計(jì)成當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路檢測(cè)到電路中的各種條件時(shí)響應(yīng)所述電啟動(dòng)器裝置斷開(kāi)一個(gè)或幾個(gè)安裝在電路內(nèi)的觸點(diǎn)。
8.按照權(quán)利要求7的一種電開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)，其中該電開(kāi)關(guān)裝置包括一個(gè)具有縱向(profiled)通道的平面框架元件；一個(gè)平面滑動(dòng)元件，設(shè)計(jì)成被容納在縱向通道內(nèi)；和閉鎖裝置，響應(yīng)電啟動(dòng)器裝置鎖定或釋放滑動(dòng)元件以接通或斷開(kāi)一個(gè)或幾個(gè)電觸點(diǎn)。
9.按照權(quán)利要求7或8的機(jī)構(gòu)，其中電啟動(dòng)器包括一個(gè)平面有源材料彎片式換能器。
10.按照權(quán)利要求9的機(jī)構(gòu)，其中平面有源材料彎片式換能器層壓在所述平面框架元件上。
11.按照權(quán)利要求10的機(jī)構(gòu)，其中有源材料彎片式換能器進(jìn)一步設(shè)計(jì)成一旦啟動(dòng)就移出閉鎖裝置的工作平面。
12.按照權(quán)利要求9、10或11的機(jī)構(gòu)，進(jìn)一步包括一個(gè)平面隔離層元件，層壓在所述平面有源材料彎片式換能器與所述平面框架元件之間。
13.按照權(quán)利要求8到12任何一個(gè)的機(jī)構(gòu)，其中所述閉鎖裝置包括一個(gè)設(shè)計(jì)成當(dāng)被電啟動(dòng)器保持在第一位置時(shí)鎖定滑動(dòng)元件的可旋轉(zhuǎn)棘爪。
14.按照權(quán)利要求13的機(jī)構(gòu)，其中所述可旋轉(zhuǎn)棘爪進(jìn)一步具有成型凹槽，該凹槽設(shè)計(jì)成容納安裝在滑動(dòng)元件上對(duì)應(yīng)成型的凸起，其中在被鎖定工作模式中，由所述電啟動(dòng)器防止可旋轉(zhuǎn)棘爪旋轉(zhuǎn)，以便所述成型凸起被保持在所述成型凹槽內(nèi)，以鎖定所述滑動(dòng)元件，和在被釋放工作模式中，該電啟動(dòng)器運(yùn)動(dòng)以允許所述可旋轉(zhuǎn)棘爪轉(zhuǎn)動(dòng)，由此將所述成型凸起從所述成型凹槽中解脫，以釋放所述滑動(dòng)元件。
15.按照權(quán)利要求8到14中任何一個(gè)的機(jī)構(gòu)，其中所述縱向通道具有第一角度的鎖定表面，和滑動(dòng)元件具有第二角度的鎖定表面，該設(shè)計(jì)使得當(dāng)所述滑動(dòng)元件被鎖定時(shí)所述第二角度的鎖定表面被保持在與所述第一角度的鎖定表面可滑動(dòng)地銜接嚙合。
16.按照權(quán)利要求8到15中任何一個(gè)的機(jī)構(gòu)，進(jìn)一步包括一個(gè)彈簧裝置，該裝置設(shè)計(jì)成使所述滑動(dòng)元件偏置出所述縱向通道。
全文摘要
一種用于殘留電流設(shè)備的驅(qū)動(dòng)電路包括一個(gè)具有第一和第二初級(jí)線圈和一個(gè)次級(jí)線圈的變壓器,每個(gè)初級(jí)線圈具有n1匝而次級(jí)線圈具有n2匝,該驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)成響應(yīng)流過(guò)第一和第二初級(jí)線圈各自電流之間的任何電流不平衡而輸出驅(qū)動(dòng)電壓。為實(shí)現(xiàn)盡可能高的驅(qū)動(dòng)電壓,該變壓器設(shè)計(jì)成在相對(duì)低電平的電流不平衡上飽和,這使得在次級(jí)線圈兩端產(chǎn)生的反向EMF電壓成為尖峰以導(dǎo)致低功率高電壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)被輸出。優(yōu)選地,在用作用于有源材料彎片式換能器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)之前次級(jí)線圈輸出被整流、平滑和倍增,該彎片式換能器用作電路斷路器裝置中的啟動(dòng)器。
文檔編號(hào)H01H83/22GK1347583SQ0080644
公開(kāi)日2002年5月1日 申請(qǐng)日期2000年4月18日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月19日
發(fā)明者西蒙·鮑威爾 申請(qǐng)人:Pbt(Ip)有限公司