專利名稱：斷路裝置中的反向接線檢測的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及一族可復(fù)位斷路裝置和系統(tǒng)，包括接地故障斷路器(GFCI)；電弧故障斷路器(AFCI)；浸入檢測斷路器(IDCI)；設(shè)備漏電斷路器(ALCI)；裝置漏電斷路器(ELCI)；斷電器；接觸器；閂鎖繼電器和螺線管機(jī)構(gòu)。更具體地說，本申請涉及斷路裝置，該裝置包括斷路部分，該斷路部分可切斷斷路裝置的線路側(cè)和負(fù)載側(cè)處的導(dǎo)電路徑。
背景技術(shù)：
許多接線裝置具有與電源相連的線路側(cè)、可與一個或多個負(fù)載相連的負(fù)載側(cè)以及布置在線路側(cè)和負(fù)載側(cè)之間的至少一條傳導(dǎo)路徑。向一個或多個負(fù)載供應(yīng)電力或傳電的電連接部處于線路側(cè)和負(fù)載側(cè)。線路裝置工業(yè)已見證了對斷路裝置或系統(tǒng)的需求的增長，所述斷路裝置或系統(tǒng)被設(shè)計(jì)來中斷至不同負(fù)載如家用電器、生活用電產(chǎn)品及分支電路的電力供應(yīng)。具體地說，用電規(guī)范要求家庭浴室和廚房中的電路配置例如接地故障斷路器(GFCI)。當(dāng)前應(yīng)用的GFCI裝置例如由本申請人所擁有的美國專利No.4,595,894中所述的裝置利用了一種電致動跳閘機(jī)構(gòu)來機(jī)械地切斷線路側(cè)和負(fù)載側(cè)的電連接。這種裝置通過例如檢測到接地故障而斷開之后可復(fù)位。在’894專利所討論的裝置中，將電路(即線路側(cè)和負(fù)載側(cè)之間的傳導(dǎo)路徑)機(jī)械斷開所用的跳閘機(jī)構(gòu)包括一個螺線管(或稱為跳閘線圈)。一個檢測按鈕用于檢測跳閘機(jī)構(gòu)和電路，所述跳閘機(jī)構(gòu)和電路用于感測故障。一個復(fù)位按鈕用于將線路側(cè)和負(fù)載側(cè)之間的電連接復(fù)位。
但是，當(dāng)由例如雷擊引起的不正常狀態(tài)產(chǎn)生時，不但會使裝置中的電力產(chǎn)生波動并使裝置跳閘，而且會使將電路機(jī)械斷開所用的跳閘機(jī)構(gòu)失去效用。這可能會發(fā)生在使用者不知情的情況下。不知情的使用者在面臨GFCI裝置已跳閘的情況下會按壓復(fù)位按鈕，這樣就會使具有不起作用跳閘機(jī)構(gòu)的裝置在沒有接地故障保護(hù)的情況下被復(fù)位。
此外，可存在根據(jù)Underwriters Laboratories(UL)Standard PAG943A所確定的一種開路中線狀態(tài)(open neutral condition)，此時電導(dǎo)線向這種GFCI裝置供應(yīng)電能。如果開路中線狀態(tài)具有位于GFCI裝置線路(與負(fù)載相對)側(cè)的中線導(dǎo)線，則可產(chǎn)生這樣的情況即產(chǎn)生一條從經(jīng)由裝置的負(fù)載側(cè)和人向GFCI裝置供電的相線(或有電)導(dǎo)線產(chǎn)生一條向大地傳輸電力的電流路徑。在存在開路中線狀態(tài)的情況下，已跳閘的當(dāng)前GFCI裝置即使仍存在開路中線狀態(tài)也仍可被復(fù)位。
由本申請人擁有的于1998年8月24日申請的、系列號為No.09/138,955的全部內(nèi)容在本申請中作為參考而被結(jié)合使用，該專利描述了一族可復(fù)位斷路裝置，如果斷路部分不工作或存在開路中線狀態(tài)，這種斷路裝置可鎖止該裝置的復(fù)位部。由本申請人擁有的于1998年9月20日申請的、系列號為No.09/175,228的專利申請描述了一族可復(fù)位斷路裝置，如果斷路裝置不工作或存在一種開路中線狀態(tài)，這種斷路裝置可鎖止裝置的復(fù)位部且可獨(dú)立于斷路部分的操作而切斷傳導(dǎo)路徑。該申請的全部內(nèi)容在本申請中作為參考而被結(jié)合使用。
上述一些斷路裝置除具有線路側(cè)和負(fù)載側(cè)連接部之外，還具有用戶可使用的負(fù)載側(cè)連接部。用戶可使用的負(fù)載側(cè)連接部包括一個或多個連接點(diǎn)，在所述連接點(diǎn)處，用戶可與從線路側(cè)供應(yīng)的電力進(jìn)行外部連接。負(fù)載側(cè)連接部和用戶可使用的負(fù)載側(cè)連接部通常電連接在一起。這種斷路裝置的一個例子為GFCI插座，其中，線路側(cè)和負(fù)載側(cè)連接部為接線螺釘，用戶可使用的負(fù)載側(cè)連接部為插頭連接部(即三管腳或兩管腳公插頭)。如上所述，這種斷路裝置與外線路相連，這樣，線路側(cè)導(dǎo)線就與線路側(cè)連接部相連，而負(fù)載側(cè)導(dǎo)線與負(fù)載側(cè)連接部相連。但是，可能發(fā)生斷路裝置與不正確連接到外線路的情況而使負(fù)載線路與線路側(cè)連接部相連且使線路側(cè)導(dǎo)線與負(fù)載連接部相連。這種情況被稱為反向接線。在斷路裝置被反向接線的情況下，即使對負(fù)載側(cè)連接部的故障保護(hù)仍存在，對用戶可到達(dá)負(fù)載連接部的故障保護(hù)也可能被消除。此外，由于故障保護(hù)被消除，負(fù)載端子或用戶可使用的端子將具有電力，這樣將在該裝置實(shí)際不正常運(yùn)行的情況下使用戶認(rèn)為其正常運(yùn)行。因此，在斷路裝置被反向接線時就需要感測故障。另外，還需要阻止裝置的反向接線。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及包含有檢測電路的一族可復(fù)位斷路裝置，在出現(xiàn)故障時，所述檢測電路使裝置跳閘。這種裝置均具有一個線路側(cè)端子和至少一個負(fù)載側(cè)端子。負(fù)載側(cè)端子具有插座端子或插頭，家用裝置或其他電負(fù)載或裝置可連接到所述插座端子或插頭上。本發(fā)明具有與斷路裝置的線路側(cè)相連的一個開關(guān)和計(jì)時電路，當(dāng)裝置被反向接線時，將開關(guān)閉合一段時間以使泄漏電流流過開關(guān)，開關(guān)的一側(cè)與線路側(cè)的相線端子相連而其另一側(cè)與接地相連。所述泄漏電流使檢測電路將裝置跳閘而將負(fù)載與線路側(cè)或電源斷開。
在一個實(shí)施例中，斷路裝置包括一個殼體及至少部分布置在殼體中且處于第一對和第二對端子之間的相線傳導(dǎo)路徑和中線傳導(dǎo)路徑。相線傳導(dǎo)路徑終止于一個相線端子，中線傳導(dǎo)路徑終止于一個中線端子。相線端子之一(例如，來自于第一對端子)優(yōu)選與電源相連，而另一個相線端子(例如，來自于第二對端子)與一個或多個負(fù)載相連。
斷路裝置還包括布置在殼體中的一個斷路部分，在出現(xiàn)預(yù)定狀態(tài)時，該斷路部分切斷線路側(cè)和負(fù)載側(cè)之間的相線傳導(dǎo)路徑和中線傳導(dǎo)路徑之一或二者的電力。至少部分布置在殼體中的一個復(fù)位部用于重新建立開路傳導(dǎo)路徑中的電連接。
相線傳導(dǎo)路徑最好包括多個開關(guān)裝置，開關(guān)裝置可打開以切斷線路側(cè)和負(fù)載側(cè)之間的相線傳導(dǎo)路徑中的電連通，開關(guān)裝置可閉合以重新建立線路側(cè)和負(fù)載側(cè)之間的相線傳導(dǎo)路徑中的電連通。中線傳導(dǎo)路徑也包括多個開關(guān)裝置，開關(guān)裝置可打開以切斷線路側(cè)和負(fù)載側(cè)之間的中線傳導(dǎo)路徑中的電連通，開關(guān)裝置可閉合以重新建立線路側(cè)和負(fù)載側(cè)之間的中線傳導(dǎo)路徑中的電連通。在這種結(jié)構(gòu)中，斷路部分使相線傳導(dǎo)路徑和中線傳導(dǎo)路徑的開關(guān)裝置(具有觸頭)打開，復(fù)位部使相線傳導(dǎo)路徑和中線傳導(dǎo)路徑的多個開關(guān)裝置(具有觸頭)閉合。
斷路部分的一個實(shí)施例使用機(jī)電斷路器切斷相線傳導(dǎo)路徑和中線傳導(dǎo)路徑中的電連通且使用檢測電路來檢測預(yù)定狀態(tài)的出現(xiàn)。例如，機(jī)電斷路器包括線圈組件、連接在線圈組件上的可移動鐵芯及連接在鐵芯上的阻擋物?？梢苿予F芯響應(yīng)線圈組件的激勵，鐵芯的運(yùn)動被轉(zhuǎn)換為阻擋物的運(yùn)動。阻擋物的運(yùn)動使相線傳導(dǎo)路徑和/或中線傳導(dǎo)路徑中的電力中斷。
斷路裝置還可包括一個復(fù)位鎖止部以相線傳導(dǎo)路徑或中線傳導(dǎo)路徑或二者中重新建立電連通，除非斷路部分正確運(yùn)行。也就是說，除非斷路部分正常運(yùn)行，否則復(fù)位鎖止部就阻止裝置的復(fù)位。在斷路裝置中含有復(fù)位鎖止部的實(shí)施例中，復(fù)位部可這樣構(gòu)造即至少一個復(fù)位觸頭與斷路部分的檢測電路電連接，下壓復(fù)位按鈕使相線傳導(dǎo)路徑的至少一部分與至少一個復(fù)位觸頭相接觸。在相線傳導(dǎo)路徑和至少一個復(fù)位觸頭之間相接觸時，斷路部分被激勵而使復(fù)位鎖止部失去作用，這樣就可重新建立相線傳導(dǎo)路徑和中線傳導(dǎo)路徑中的電連通。
斷路裝置還可包括一個獨(dú)立于斷路部分運(yùn)行的跳閘部。所述跳閘部至少部分布置在殼體中而獨(dú)立于斷路部分的運(yùn)行來切斷相線傳導(dǎo)路徑和/或中線傳導(dǎo)路徑中的電連通。在一個實(shí)施例中，該跳閘部包括從殼體的外部可使用的一個跳閘致動器及優(yōu)選布置在殼體中且從跳閘致動器上延伸出來的一個跳閘臂。如果致動所述跳閘致動器，跳閘臂優(yōu)選構(gòu)造得便于切斷相線傳導(dǎo)路徑和/或中線傳導(dǎo)路徑中的電連通。所述跳閘致動器優(yōu)選為一個按鈕。但是，也可考慮其他已知的致動器。


參考附圖而將在下文中對本申請的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行描述，在附圖中采用同樣的參考符號來指示相同的元件，其中圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的接地故障斷路裝置的一個實(shí)施例的透視圖；圖2所示為圖1中的GFCI裝置的部分立面剖視圖，圖中所示的GFCI裝置處于設(shè)定位置或電連通位置；圖3所示為圖1中的斷路裝置內(nèi)部部件的分解視圖；圖4所示為布置在圖1所示GFCI裝置中的部分傳導(dǎo)路徑的平面圖；圖5所示為圖4中傳導(dǎo)路徑的一部分的部分剖視圖；圖6所示為圖4中傳導(dǎo)路徑的一部分的部分剖視圖；圖7所示為與圖2相似的側(cè)面立視圖，圖中顯示了處于電路切斷位置或稱為斷路位置中的GFCI裝置；圖8所示為與圖2相似的側(cè)面立視圖，圖中顯示了在復(fù)位操作過程中的GFCI裝置的部件；圖9-11所示為本申請復(fù)位部的一個實(shí)施例的運(yùn)行示意圖，圖中顯示了在線路連接部和負(fù)載連接部之間形成電連通所用的一個閂鎖件，該閂鎖件將電連接部的復(fù)位部與斷路部分的運(yùn)行聯(lián)系起來；圖12所示為本發(fā)明的檢測電路的示意圖，該檢測電路用于檢測接地故障和反向接線；圖13所示為本發(fā)明接地故障斷路裝置的另一個實(shí)施例的透視圖；圖14所示為圖13中GFCI裝置的部分立面剖視圖，圖中所示的GFCI裝置處于設(shè)定位置或電連通位置；圖15所示為與圖14相似的側(cè)面立視圖，圖中顯示出GFCI裝置處于斷路位置中；圖16所示為與圖14相似的側(cè)面立視圖，圖中顯示了在復(fù)位操作過程中的GFCI裝置的部件；圖17所示為圖13中GFCI裝置的內(nèi)部部件的分解視圖；圖18所示為檢測接地故障且將圖13中的GFCI裝置復(fù)位所用電路的示意圖；圖19所示為圖13中GFCI裝置的另一個實(shí)施例的一部分部件的部分剖面?zhèn)攘⒁晥D；
圖20所示為與圖19相似的側(cè)立視圖，圖中顯示出所述裝置處于斷路位置中；圖21所示為根據(jù)本申請的斷路系統(tǒng)的框圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明考慮了可檢測接地故障和反向接線的不同類型斷路裝置。本發(fā)明裝置中布置有至少一個傳導(dǎo)路徑。該傳導(dǎo)路徑通常在與電源相連的線路側(cè)和與一個或多個負(fù)載相連的負(fù)載側(cè)之間分開。如上所述，同族的可復(fù)位斷路裝置中的不同裝置包括接地故障斷路器(GFCI)、電弧故障斷路器(AFCI)；浸入檢測斷路器(IDCI)；設(shè)備漏電斷路器(ALCI)；裝置漏電斷路器(ELCI)。
為實(shí)現(xiàn)本申請的目的，在附圖中所示及下文中所述的斷路裝置所用結(jié)構(gòu)或機(jī)構(gòu)被結(jié)合在一種GFCI裝置中，該GFCI裝置適于安裝在例如住宅線路系統(tǒng)中所用的單組接線盒內(nèi)。但是，本申請的機(jī)構(gòu)可被包含在可復(fù)位斷路裝置家族中的任一不同裝置中。
此處所述的GFCI裝置具有至少兩對端子(一對用于線路連接部而另一對用于至少一個負(fù)載連接部)。所述的至少一個負(fù)載連接部允許將外導(dǎo)體或設(shè)備連接到所述裝置上。這些連接部可以是例如電緊固裝置而將外導(dǎo)體固定或連接到斷路裝置上并導(dǎo)電。這種連接部的例子包括接線螺釘、接線片、端子和外插頭連接部。
在一個實(shí)施例中，GFCI裝置具有斷路部分、復(fù)位部和復(fù)位鎖止部。圖1-12中顯示了該實(shí)施例。圖1-12中所示GFCI裝置的結(jié)構(gòu)和機(jī)電操作是以美國專利No.6,437,953中所述的方式操作的，該專利在此作為參考被結(jié)合使用。在另一個實(shí)施例中，GFCI裝置除省略了復(fù)位部鎖止部之外，其他均與圖1-12所示的實(shí)施例相似。因此，在該實(shí)施例中，GFCI裝置具有與圖1-12中所述部分相似的斷路部分和復(fù)位部。在另一個實(shí)施例中，GFCI裝置具有斷路部分、復(fù)位部、復(fù)位鎖止部和一個獨(dú)立的跳閘部。圖13-20中顯示了該實(shí)施例。
此處所述的斷路部分和復(fù)位部優(yōu)選使用機(jī)電元件來切斷(打開)及連通(閉合)GFCI裝置的線路側(cè)和負(fù)載側(cè)之間的一條或多條傳導(dǎo)路徑。但是，也可利用電氣元件如固態(tài)開關(guān)和輔助電路(supportingcircuitry)來打開和閉合所述傳導(dǎo)路徑。
在檢測到故障時，斷路部分通常被用于自動切斷線路側(cè)和負(fù)載側(cè)之間的一條或多條傳導(dǎo)路徑中的電連通(即斷開傳導(dǎo)路徑)，所述故障在所述的實(shí)施例中為接地故障。復(fù)位部被用于閉合被斷開的傳導(dǎo)路徑。
在包含有復(fù)位鎖止部的實(shí)施例中，復(fù)位部除閉合被斷開的傳導(dǎo)路徑之外，還用于使復(fù)位鎖止部失去效用。在這種結(jié)構(gòu)中，復(fù)位部與復(fù)位鎖止部的操作與斷路部分的操作相結(jié)合，這樣，如果斷路部分不可工作、如果存在開路中線狀態(tài)和/或如果該裝置被反向接線，被斷開傳導(dǎo)路徑中的電連通就不能被復(fù)位。
在包含有獨(dú)立跳閘部的實(shí)施例中，一個或多個傳導(dǎo)路徑中的電連通可獨(dú)立于斷路部分的操作而被斷開。這樣，在斷路部分不正常運(yùn)行的情況下，該裝置仍可被斷開。
上述特征可被結(jié)合到任何可復(fù)位斷路裝置中，但為簡化描述起見，所述可復(fù)位斷路裝置在本說明書中涉及GFCI裝置。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到附圖1，GFCI裝置10具有由相對處于中間部的基體14及可拆卸地安裝到該中間基體14上的面板或稱為蓋部16和后部18構(gòu)成的殼體12。面板部16具有入口20、21以容納在燈具或家用電器裝置電線(圖中未顯示)端部通常設(shè)有的公插頭的標(biāo)準(zhǔn)或極化管腳，面板部16還具有接地管腳容納口22以容納三線插頭。該GFCI裝置還包括安裝帶24以將該裝置固定到接線盒上。
檢測按鈕26延伸過殼體12的面板部16中的開口28。該檢測按鈕用于啟動檢測操作以檢測布置在裝置中的斷路部分(或斷路器)的操作。將在下文中詳細(xì)描述的斷路部分用于切斷裝置的線路側(cè)和負(fù)載側(cè)之間的一條或多條傳導(dǎo)路徑中的電連接。形成為復(fù)位部一部分的復(fù)位按鈕30延伸過殼體12的面板部16的開口32。復(fù)位按鈕用于啟動復(fù)位操作而重新建立斷開的傳導(dǎo)路徑中的電連接。
通過接線螺釘34、36來實(shí)現(xiàn)電連接到現(xiàn)有家庭電路，例如，螺釘34為輸入(或線路)相線連接部，螺釘36為輸出(或負(fù)載)相線連接部。但是，螺釘34可以是輸出相線連接部，而螺釘36為輸入相線連接部或線路連接部。端子34、36為成對端子的一半。因此，兩個另外的接線螺釘38、40被布置在裝置10的相反側(cè)上。這些另外的接線螺釘分別提供線路中線連接部和負(fù)載中線連接部。在美國專利No.4,595,894中對一種GFCI裝置做了更詳細(xì)的描述，該專利的全部內(nèi)容在此作為參考而被結(jié)合使用。應(yīng)注意到接線螺釘34、36、38、40是可被用于提供電連接部的接線端子的示例性類型。其它類型的接線端子的例子包括定位螺釘(set screw)、壓力夾(pressure clamp)、壓力盤(pressure plate)、推進(jìn)型連接部(push-in type connection)、抽頭引線(pigtail)及快速連接片(quick-connect tab)。
參考附圖2-6，線路相線連接部34和負(fù)載相線連接部36之間的傳導(dǎo)路徑包括可在張緊位置和未張緊位置之間移動的接觸臂50；安裝在接觸臂50上的可移動觸頭52；固定到負(fù)載相線連接部36上或整體形成于該負(fù)載相線連接部36中的接觸臂54；安裝到接觸臂54上的固定觸頭56。用于該實(shí)施例的用戶可使用負(fù)載相線連接部包括端子組件58，該端子組件58具有兩個接線端子60而可與插在其中的公插頭的一個管腳相結(jié)合。線路相線連接部34和用戶可使用負(fù)載相線連接部之間的傳導(dǎo)路徑包括接觸臂50；安裝在接觸臂50上的可移動觸頭62；固定到端子組件58上或整體形成于端子組件58中的接觸臂64；安裝到接觸臂64上的固定觸頭66。這些傳導(dǎo)路徑被集體稱作相線傳導(dǎo)路徑。
同樣，線路中線連接部38和負(fù)載中線連接部40之間的傳導(dǎo)路徑包括可在張緊位置和未張緊位置之間移動的接觸臂70；安裝在接觸臂70上的可移動觸頭72；固定到負(fù)載中線連接部40上或整體形成于該負(fù)載中線連接部40中的接觸臂74；安裝到接觸臂74上的固定觸頭76。用于該實(shí)施例的用戶可使用負(fù)載中線連接部包括端子組件78，該端子組件78具有兩個接線端子80而可與插在其中的公插頭的一個管腳相結(jié)合。線路中線連接部38和用戶可使用負(fù)載中線連接部之間的傳導(dǎo)路徑包括接觸臂70；安裝在接觸臂70上的可移動觸頭82；固定到端子組件78上或整體形成于端子組件78中的接觸臂84；安裝到接觸臂84上的固定觸頭86。這些傳導(dǎo)路徑被集體地稱作中線傳導(dǎo)路徑。
參考附圖2，斷路部分具有斷路器和可感測故障例如火線的和/或中線導(dǎo)體上的電流不平衡的電路。在GFCI裝置的一個優(yōu)選實(shí)施例中，斷路器包括一個線圈組件90、對線圈組件的激勵和解除激勵產(chǎn)生反應(yīng)的一個鐵芯92及與鐵芯相連的阻擋物(banger)94。阻擋物94具有一對阻擋物卡子(banger dog)96、98而與一個可移動閂鎖件100相互作用，閂鎖件100用于將一個或多個傳導(dǎo)路徑中的電連通設(shè)定并復(fù)位。線圈組件90響應(yīng)于例如由圖12所示檢測電路所檢測的接地故障而被致動。
參考附圖12，圖中顯示了用于本發(fā)明斷路裝置的檢測電路。在負(fù)載端子由于電流不平衡而存在泄漏電流時，所述檢測電路則檢測接地故障。差動變壓器檢測電流的不平衡并通過輔助部件二極管D2、電阻R3、電容C6、C7、C8向集成電路U1傳輸信號，該集成電路向Q1輸出控制信號而使Q1成為實(shí)質(zhì)上的短路連接部，從而激勵包括SW1、SW2和螺線管線軸在內(nèi)的繼電器。U1是一種已知的集成電路(例如，LM1851)，該集成電路在檢測到差動變壓器或中線變壓器中的電流不平衡時輸出控制電壓或電流。在檢測到故障時，開關(guān)SW1、SW2打開而切斷與負(fù)載端子相耦合的任何負(fù)載。具有過濾電容C1的氧化金屬變阻器(MOV1)跨接在線路端子上以吸收較大的電流波動峰值。包括二極管D3-D6在內(nèi)的整流器用于產(chǎn)生適當(dāng)?shù)腄C電壓以通過電阻R1、二極管D1和電阻R2來操作U1。電容C2、C4、C5和C10用于U1的正常操作。中線變壓器被用于檢測一種中線開路狀態(tài)且在存在這種狀態(tài)時向U1發(fā)出信號而使U1激勵所述繼電器，從而打開開關(guān)SW1和SW2。使用電阻R4和檢測按鈕的檢測電路被用于迫使裝置進(jìn)入跳閘狀態(tài)。在下壓檢測按鈕時，從相線導(dǎo)體流出的電流經(jīng)過R4進(jìn)入中線導(dǎo)體而產(chǎn)生電流不平衡，差動變壓器檢測到這種電流不平衡則向U1發(fā)出信號。U1則按照前述內(nèi)容致動繼電器，從而將開關(guān)SW1和SW2打開。在斷路裝置反向接線時(即負(fù)載被連接至線路端子而電源被連接至負(fù)載端子)，根據(jù)本發(fā)明的一個計(jì)時和開關(guān)(SW3)電路與線路端子的中線接線腳相連。計(jì)時和開關(guān)電路可包括由來自裝置線路側(cè)上的相線接線腳的電流供電的計(jì)時器，該計(jì)時器被設(shè)計(jì)來運(yùn)行限定的時間段例如0.3-20秒或更多秒。在向斷路裝置施加電力時，該計(jì)時器開始運(yùn)行且持續(xù)運(yùn)行限定的時間段。在計(jì)時的時間段結(jié)束時，計(jì)時器自己關(guān)閉且保持停止直至在中斷后再次向裝置施加電力。當(dāng)從相線接線腳首次向計(jì)時器施加電力時，該計(jì)時器使開關(guān)閉合而使裝置線路側(cè)上的中線接線腳與接地端子相連。如果該裝置沒有被反向接線，開關(guān)保持閉合直至計(jì)時器結(jié)束其循環(huán)周期，此時，開關(guān)打開且裝置的中線接線腳不再與接地端子相連。如果裝置被反向接線，在開關(guān)閉合后的某一瞬間，該裝置將檢測到反向接線故障，開關(guān)SW1、SW2將打開而將線路與裝置切斷。因此，在施加電力且裝置被反向接線時，開關(guān)SW3關(guān)閉由計(jì)時器所限定的一段時間而允許泄漏電流通過該開關(guān)流至接地。所述時間段一旦過去，計(jì)時器就使該開關(guān)切斷泄漏電流的流動。計(jì)時器和開關(guān)電路這樣設(shè)計(jì)即使流過開關(guān)的泄漏電流足以使裝置跳閘但卻不足以違反國際用電規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)或其他限制。計(jì)時器這樣設(shè)計(jì)即允許泄漏電流流動足夠長時間而使不同的電力和其他電路穩(wěn)定，且在裝置觸及正常的穩(wěn)定狀態(tài)之后使裝置跳閘。在供電時，不同的電路和電力電壓通常需要一段時間來穩(wěn)定。在斷路裝置正確接線時，計(jì)時器和開關(guān)電路的泄漏電流對斷路裝置的操作不產(chǎn)生影響。
返回來參考附圖2，復(fù)位部包括復(fù)位按鈕30；與復(fù)位按鈕30相連的可移動閂鎖件100；閂鎖指件102和復(fù)位觸頭104、106，在按壓復(fù)位按鈕且在斷路部分處于跳閘位置中時，復(fù)位觸頭104、106暫時致動斷路部分。復(fù)位觸頭104、106優(yōu)選為通?？伤矔r打開的觸頭。閂鎖指件102用于與各個接觸臂50、70的R側(cè)相配合并將所述臂50、70回移至張緊位置，在該張緊位置處，觸頭52、62分別與觸頭56、66接觸而觸頭72、82分別與觸頭76、86相接觸。
在該實(shí)施例中，可移動閂鎖件102對各個部分(即斷路部分、復(fù)位部和復(fù)位鎖止部)來說是共用的而用于便于形成、斷開或鎖止一個或多個傳導(dǎo)路徑中的電連通。但是，本申請的斷路裝置也設(shè)計(jì)了在各個部分或某些部分之間沒有共用機(jī)構(gòu)或部件的實(shí)施例。此外，本申請還考慮利用具有斷路部分、復(fù)位部和復(fù)位鎖止部的斷路裝置來易于實(shí)現(xiàn)形成、斷開或鎖止相線傳導(dǎo)路徑或中線傳導(dǎo)路徑或二者中的電連通。
在圖2和圖3所示的實(shí)施例中，復(fù)位鎖止部包括閂鎖指件102，在裝置跳閘之后，該閂鎖指件102與可移動臂50、70的L側(cè)相配合以阻止可移動臂50、70運(yùn)動。通過阻止可移動臂50、70的運(yùn)動，則可阻止觸頭52與觸頭56、觸頭62與觸頭66、觸頭72與觸頭76、觸頭82與觸頭86相接觸。另外，僅阻止可移動臂50或70之一則可阻止相應(yīng)的觸頭相接觸。此外，在該實(shí)施例中，閂鎖指件102用作為一個主動阻止器以阻止觸頭相接觸。另一種方式為可將可移動臂50、70的自然偏壓用作為被動阻止器以阻止觸頭相接觸。
參考附圖2和7-11，圖中顯示了不同操作階段的斷路部分和復(fù)位部的機(jī)械部件。該部分描述內(nèi)容將只對相線傳導(dǎo)路徑的操作進(jìn)行描述，如果希望打開和閉合相線傳導(dǎo)路徑和中線傳導(dǎo)路徑，中線傳導(dǎo)路徑的操作與相線傳導(dǎo)路徑的操作是相似的。在圖2中，GFCI裝置處于設(shè)定位置，可移動觸頭50在該位置處處于張緊狀態(tài)，從而使可移動觸頭52與接觸臂54的固定觸頭56進(jìn)行電連通配合。如果GFCI的檢測電路檢測到接地故障，線圈組件90受激勵而將鐵芯92拉入線圈組件90中，從而使阻擋物94上移。在阻擋物向上運(yùn)動時，阻擋物前卡子98與閂鎖件100碰擊而使其圍繞由指件110的頂緣112和內(nèi)表面114所形成的接合部在逆時針方向C(參見附圖7)中進(jìn)行轉(zhuǎn)動。閂鎖件100的運(yùn)動使閂鎖指件102與可移動接觸臂50的遠(yuǎn)端116的R側(cè)脫離配合，而允許接觸臂50回復(fù)至圖7所示的預(yù)張緊狀態(tài)而打開觸頭52、56。
在跳閘之后，解除對線圈組件90的激勵，這樣，彈簧93就使鐵芯92回復(fù)至初始延伸位置，阻擋物94移動至其初始位置而釋放閂鎖件100。此時，如圖10所示，閂鎖件100處于鎖止位置，閂鎖指件102阻止可移動觸頭52與固定觸頭56相配合。如上所述，一個或兩個閂鎖指件102可用作為主動阻止器而阻止觸頭相接觸。另外，可移動臂50、70的自然偏壓可被用作為被動阻止器而阻止觸頭相接觸。
為使GFCI裝置復(fù)位而將觸頭52、56閉合并重新建立相線傳導(dǎo)路徑中的電連通，如圖8所示，充分按壓復(fù)位按鈕30以克服復(fù)位彈簧120的偏壓力并在箭頭A所示方向中移動閂鎖件100。在復(fù)位按鈕30被偏壓時，閂鎖指件102與可移動接觸臂50的L側(cè)相接觸，繼續(xù)按壓復(fù)位按鈕30則迫使閂鎖件克服由接觸臂50所施加的張緊力而使接觸臂50上的復(fù)位觸頭104閉合到復(fù)位觸頭106上。通過例如模擬一種故障閉合復(fù)位觸頭來啟動斷路器的操作，這樣，鐵芯92使阻擋物94向上運(yùn)動而碰擊使閂鎖指件102轉(zhuǎn)動的閂鎖件100，而閂鎖件100繼續(xù)在箭頭A所示的方向中運(yùn)動。這樣，閂鎖件102就被提升到處于可移動接觸臂遠(yuǎn)端R側(cè)上的可移動接觸臂50的遠(yuǎn)端116的L側(cè)之上，如圖7和圖11所示。接觸臂50回復(fù)至其未張緊位置而將觸頭52和56、觸頭62和66打開以終止斷路部分的致動，從而解除線圈組件90的激勵。
在啟動斷路器的操作之后，將線圈組件90解除激勵而使鐵芯92回復(fù)至其初始延伸位置，阻擋物94釋放閂鎖件100而使閂鎖指件102處于附圖9所示的復(fù)位位置。將復(fù)位按鈕釋放使閂鎖件100和可移動接觸臂50在箭頭B所示的方向(參見圖9)中運(yùn)動直至觸頭52與觸頭56電動配合，參見附圖2。
如上所述，如果需要斷開和閉合中線傳導(dǎo)路徑中的電連通，對相線傳導(dǎo)路徑的上述描述內(nèi)容也適用于中線傳導(dǎo)路徑。
在另一個實(shí)施例中，斷路裝置還可包括一個與斷路部分相獨(dú)立操作的跳閘部，這樣，在斷路部分不可工作的情況下，裝置仍可被跳閘。跳閘部優(yōu)選由人工致動且利用機(jī)械部件來斷開一條或多條傳導(dǎo)路徑。但是，跳閘部可利用電路和/或機(jī)電元件來切斷相線傳導(dǎo)路徑或中線傳導(dǎo)路徑或?qū)⒍呔鶖嚅_。
為實(shí)現(xiàn)本申請的目的，如圖13-20所示，本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)或機(jī)構(gòu)也安裝在一種GFCI裝置中，這種GFCI裝置適于安裝在房間中的單組接線盒中。但是，本申請的機(jī)構(gòu)可被包含在家庭可復(fù)位斷路裝置中的任何不同裝置中。
轉(zhuǎn)到附圖13，該實(shí)施例的GFCI裝置200與附圖1-12所述的GFCI裝置相似。與圖1相似，GFCI裝置200具有由處于相對中間部的基體14及優(yōu)選可拆卸地安裝到該中間基體14上的面板或稱為蓋部16和后部18構(gòu)成的殼體12。
作為下文中將詳細(xì)描述的跳閘部一部分的一個跳閘致動器202延伸過殼體12的面板部16中的開口28，所述跳閘致動部202優(yōu)選為一個按鈕。在該示例性實(shí)施例中，該跳閘致動器用于使GFCI裝置機(jī)械跳閘即獨(dú)立于斷路部分的操作而切斷一條或多條傳導(dǎo)路徑中的電連通。
作為復(fù)位部一部分的一個復(fù)位致動器30延伸過殼體12的面板部16中的開口32，所述復(fù)位致動器30優(yōu)選為一個按鈕。如果斷路部分是運(yùn)行的，該復(fù)位按鈕用于啟動復(fù)位操作而重新建立打開的傳導(dǎo)路徑中的電連通即使裝置復(fù)位。
在上述實(shí)施例中，由接線螺釘34、36實(shí)現(xiàn)與已有家用線路的電連接，其中，螺釘34是一個輸出(或線路)相線連接部，螺釘36是一個輸出(或負(fù)載)相線連接部。應(yīng)認(rèn)識到在裝置200的相反側(cè)上布置有另外兩個接線螺釘38、40(參見圖3)。這些另外的接線螺釘分別提供線路中線連接部和負(fù)載中線連接部。在美國專利No.4,595,894中對一種GFCI裝置進(jìn)行了更詳細(xì)的描述，該專利的全部內(nèi)容在此作為參考而被結(jié)合使用。
參考附圖4-6、14、17，該實(shí)施例中的傳導(dǎo)路徑與上面所述的實(shí)施例基本相同。線路相線連接部34和負(fù)載相線連接部36之間的傳導(dǎo)路徑包括可在張緊位置和未張緊位置之間運(yùn)動的接觸臂50；安裝在接觸臂50上的可移動觸頭52；固定到或整體形成于負(fù)載相線連接部36中的接觸臂54；安裝在接觸臂54上的固定觸頭56(參見附圖4、5、17)。該實(shí)施例的用戶可使用負(fù)載相線連接部包括具有兩個接線端子60的端子組件58，所述兩個接線端子60可與插在其間的一個公插頭的管腳相配合。線路相線連接部34和用戶可使用負(fù)載相線連接部之間的傳導(dǎo)路徑包括接觸臂50；安裝在接觸臂50上的可移動觸頭62；固定到或整體形成于端子組件58中的接觸臂64；安裝在接觸臂64上的固定觸頭66。這些傳導(dǎo)路徑被集體地稱作相線傳導(dǎo)路徑。
同樣，線路中線連接部38和負(fù)載中線連接部40之間的傳導(dǎo)路徑包括可在張緊位置和未張緊位置之間移動的接觸臂70；安裝在接觸臂70上的可移動觸頭72；固定到負(fù)載中線連接部40上或整體形成于該負(fù)載中線連接部40中的接觸臂74；安裝到接觸臂74上的固定觸頭76(參見附圖4、6、17)。用于該實(shí)施例的用戶可使用負(fù)載中線連接部包括端子組件78，該端子組件78具有兩個接線端子80而可與插在其中的公插頭的一個管腳相接合。線路中線連接部38和用戶可使用負(fù)載中線連接部之間的傳導(dǎo)路徑包括接觸臂70；安裝在接觸臂70上的可移動觸頭82；固定到端子組件78上或整體形成于端子組件78中的接觸臂84；安裝到接觸臂84上的固定觸頭86。這些傳導(dǎo)路徑被集體地稱作中線傳導(dǎo)路徑。
參考附圖14，圖中顯示了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例在斷路和復(fù)位操作過程中所用的機(jī)械部件。雖然附圖中所顯示的這些部件性質(zhì)為機(jī)電元件，但本申請也考慮利用半導(dǎo)體型斷路和復(fù)位元件及可形成及切斷電連通的其他機(jī)構(gòu)。
根據(jù)本實(shí)施例的斷路裝置將一個獨(dú)立的跳閘部配備在圖1-12所示的斷路裝置中。因此就省略了對斷路部分、復(fù)位部和復(fù)位鎖止部的描述。
參考附圖14-16，根據(jù)本申請的跳閘部的示例性實(shí)施例包括一個跳閘致動器202，該跳閘致動器202優(yōu)選為一個可在設(shè)定位置和跳閘位置之間移動的按鈕，如圖14所示，在所述設(shè)定位置處允許觸頭52、56閉合或相接觸。如圖15所示，在所述跳閘位置處觸頭52、56被打開。彈簧204通常將跳閘致動器202朝著所述設(shè)定位置偏壓。跳閘部還包括從跳閘致動器202延伸出的一個跳閘臂206，當(dāng)將跳閘按鈕朝著跳閘位置移動時，跳閘臂206的表面208與可移動閂鎖件100相接觸。當(dāng)跳閘致動器202處于所述設(shè)定位置中時，如圖14所示，跳閘臂202的表面208可與可移動閂鎖件100相接觸或緊靠該可移動閂鎖件100。
在操作過程中，在按壓跳閘致動器202時，該跳閘致動器202圍繞從安裝帶24延伸出的樞轉(zhuǎn)臂210的樞轉(zhuǎn)部T(參見附圖15)進(jìn)行轉(zhuǎn)動，這樣，跳閘臂206的表面208與可移動閂鎖件100相接觸。在跳閘致動器202朝著跳閘位置運(yùn)動時，跳閘臂206也進(jìn)入與復(fù)位按鈕30相連的指件110的運(yùn)動路徑，從而阻擋指件102在箭頭A所示方向中進(jìn)一步運(yùn)動(參見附圖15)。通過阻止指件110的運(yùn)動，跳閘臂206阻止致動復(fù)位操作，這樣就同時阻止跳閘操作和復(fù)位操作的致動。進(jìn)一步按壓跳閘致動器202使可移動閂鎖件100圍繞樞轉(zhuǎn)部T在箭頭C所示方向中運(yùn)動(參見附圖15)。閂鎖件100的轉(zhuǎn)動使閂鎖臂100的閂鎖指件102與可移動接觸臂50脫離接觸，從而使接觸臂50回復(fù)至其未張緊位置，將傳導(dǎo)路徑斷開。裝置的復(fù)位是通過上述方式實(shí)現(xiàn)的。圖18中顯示了感測故障并使傳導(dǎo)路徑復(fù)位所用電路的示例性實(shí)施例。
如上所述，如果需要打開和閉合中線傳導(dǎo)路徑中的電連通，有關(guān)相線傳導(dǎo)路徑的上述內(nèi)容也適用于中線傳導(dǎo)路徑。
下面將參照附圖19、20而對跳閘部的另一個實(shí)施例進(jìn)行描述。在該實(shí)施例中，跳閘部包括一個可在設(shè)定位置和跳閘位置之間運(yùn)動的跳閘致動器202。如圖19所示，在所述設(shè)定位置處允許觸頭52、56閉合或相接觸。如圖20所示，在所述跳閘位置處觸頭52、56被打開。彈簧220通常將跳閘致動器202朝著所述設(shè)定位置偏壓。跳閘部還包括從跳閘致動器202延伸出的一個跳閘臂224，這樣，跳閘臂的遠(yuǎn)端226與可移動閂鎖件100可運(yùn)動接觸。如上所述，在該實(shí)施例中可移動閂鎖件100對跳閘部、斷路部分、復(fù)位部和復(fù)位鎖止部來說是共用的且被用于形成、切斷或鎖止相線傳導(dǎo)路徑和/或中線傳導(dǎo)路徑中的電連通。
在該實(shí)施例中，可移動閂鎖件100包括有一個傾斜部100a，當(dāng)跳閘致動器202在設(shè)定位置和跳閘位置之間運(yùn)動時，該傾斜部100a分別便于電觸頭52、56的打開和閉合。為進(jìn)行顯示，參考附圖19，當(dāng)跳閘致動器202處于設(shè)定位置中時，跳閘臂224的遠(yuǎn)端226與傾斜部100a的上側(cè)相接觸。當(dāng)將跳閘致動器202下壓時，跳閘臂224的遠(yuǎn)端226沿著該傾斜部移動且使閂鎖件60圍繞樞轉(zhuǎn)部P而在箭頭C所示方向中轉(zhuǎn)動，從而使閂鎖件100的閂鎖指件102與可移動接觸臂50脫離接觸，這樣就使臂50復(fù)至未張緊狀態(tài)且將傳導(dǎo)路徑斷開。按照上述內(nèi)容則可實(shí)現(xiàn)裝置的復(fù)位。
本申請的斷路裝置可被用于圖21的示例性框圖所示的用電系統(tǒng)中。該系統(tǒng)240包括電源242如家用電源；與電源電連接的至少一個斷路裝置如斷路裝置10或200；與斷路裝置相連的一個或多個負(fù)載244。作為這種系統(tǒng)的一個例子，向家用單組接線盒所供應(yīng)的交流(ac)電可被連通至一種GFCI裝置，這種GFCI裝置具有可被結(jié)合到斷路裝置中的上述反向接線故障保護(hù)、獨(dú)立跳閘或復(fù)位鎖止特征之一或這些特征的任意組合。然后將家用電器插入到所述裝置中而成為該系統(tǒng)的負(fù)載或多個負(fù)載。
如上所述，雖然在斷路操作和裝置復(fù)位操作過程中所用的部件性質(zhì)上為機(jī)電元件，但本申請也考慮使用電氣元件例如固態(tài)開關(guān)和輔助電路及能夠形成和斷開傳導(dǎo)路徑中電連通的其他類型部件。
雖然已顯示、描述且指出了本發(fā)明的基本特征，但應(yīng)認(rèn)識到在不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可對所述裝置的形式和細(xì)節(jié)及其運(yùn)行進(jìn)行省略、替換和改變。
權(quán)利要求
1.一種斷路裝置，具有檢測電路、至少一對負(fù)載端子和至少一對線路端子，該斷路裝置包括與線路端子相耦合的一個開關(guān)和計(jì)時電路，在該斷路裝置被反向接線時，開關(guān)和計(jì)時電路允許足夠量的泄漏電流流動足夠長的時間以使斷路裝置跳閘。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于如果該裝置被反向接線，開關(guān)和計(jì)時電路的開關(guān)將線路側(cè)上的中線接線腳與接地端子相連而使泄漏電流流過，從而使裝置跳閘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于如果該裝置沒有被反向接線，開關(guān)和計(jì)時電路的開關(guān)將線路側(cè)上的中線接線腳與接地端子相連而使泄漏電流流過，這樣不使裝置跳閘。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于如果該裝置被反向接線，該裝置在被供電時自動跳閘。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于開關(guān)和計(jì)時電路的開關(guān)最初閉合大于0.3秒且小于20秒的時間間隔。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于所述時間間隔大于0.5秒且小于15秒。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于所述時間間隔大于0.5秒且小于10秒。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于所述時間間隔大于0.5秒且小于7秒。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于所述時間間隔大于2秒且小于7秒。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述開關(guān)和計(jì)時電路的計(jì)時器被連接成接收來自裝置相線接線腳的電力。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于在裝置沒有被反向接線時，所述計(jì)時器被連接成將開關(guān)閉合限定的時間段。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于在裝置被反向接線時，所述計(jì)時器運(yùn)行而在限定的時間段之前打開所述開關(guān)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于在斷開一段時間之后第一次施加電力時，計(jì)時器運(yùn)行而將所述開關(guān)閉合一次。
全文摘要
一種斷路裝置具有與斷路裝置的線路側(cè)相連的開關(guān)和計(jì)時電路以在施加電力時使泄漏電流流動限定的時間段。該開關(guān)和計(jì)時電路包括由來自裝置相線接線腳的電流所供能的計(jì)時器，該計(jì)時器被設(shè)計(jì)來運(yùn)行限定的時間段。當(dāng)向斷路裝置施加電力時，該計(jì)時器開始操作且通常持續(xù)操作所述限定的時間段。在計(jì)時的時間段結(jié)束時，計(jì)時器自行關(guān)閉且保持中斷直至在中斷之后再次向裝置供應(yīng)電力。在第一次向斷路裝置施加電力時，計(jì)時器受到來自相線接線腳的電流的激勵且使開關(guān)閉合而將斷路裝置線路側(cè)上的中線接線腳與接地端子相連。如果裝置沒有被反向接線，計(jì)時器將繼續(xù)操作且開關(guān)保持閉合直至計(jì)時器完成其循環(huán)，此時開關(guān)打開且裝置的中線接線腳不再與接地相連。如果裝置被反向接線，在開關(guān)閉合后的某一瞬間，該裝置將檢測到反向接線故障，開關(guān)SW1和SW2打開，從而切斷斷路裝置的線路供電。
文檔編號H02H3/00GK1759512SQ200480006647
公開日2006年4月12日 申請日期2004年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月3日
發(fā)明者D·Y·占, S·坎波羅 申請人:萊維頓制造有限公司