CN107204262A - 一种支持手动和自动控制的智能空气开关 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种支持手动和自动控制的智能空气开关，包括空气开关本体，空气开关本体包括开关手柄及与所述的开关手柄连接的传动机构、固定触点、至少一组活动触点、电磁线圈、电磁铁芯、机械自锁装置、通讯电路控制单元以及供电单元，活动触点与固定触点相对设置，开关手柄与活动触点对应设置，电磁铁芯与所述的活动触点对应设置，在开关手柄受到外力时，机械自锁装置能实现活动触点与固定触点连接或断开，在电磁线圈通电而在电磁铁芯上产生的推拉力时，机械自锁装置也能实现所述的活动触点与固定触点连接或断开。本发明的智能空气开关支持通过智能设备或后台服务器开启或关闭，安全可靠，节能环保无噪音。

Description

一种支持手动和自动控制的智能空气开关

技术领域

本发明涉及一种空气开关领域，特别涉及一种支持手动和自动控制的智能空气开关。

背景技术

空气开关，又名空气断路器，是断路器的一种。是一种只要电路中电流超过额定电流就会自动断开的开关。空气开关是低压配电网络和电力拖动系统中非常重要的一种电器，它集控制和多种保护功能于一身。除能完成接触和分断电路外，尚能对电路或电气设备发生的短路、严重过载及欠电压等进行保护，同时也可以用于不频繁地启动电动机。传统的空气开关不支持通过智能终端或后台的控制，实现开启或关闭。

随着物联网(IOT，Internet OfThings)的迅速发展，通过WIFI或其他方式接入互联网的智能插座产品得到了迅速的发展，各大大小小的厂商都推出了各自的智能插座产品，比如小米、小K、欧瑞博、BroadLink、公牛、海尔、贝尔金等等，目前的智能插座产品都可以支持通过手机APP来控制继电器开关的开启或关闭插座输出，或设置定时输出，极大的方便的用户的使用。

但同时所有的智能插座产品在实际使用中，由于所有插座需要连接在用电设备与原插座之间，增加了插座引脚接触不良导致发热的概率。且不能用于原有家庭固定线路的控制，比如灯光，没有经过插座。另外，由于几乎所有的智能插座采用继电器作为开或关的控制器件，在开或关的状态中需要一直给继电器线圈保持供电保持吸合，造成发热及一定的功率损耗，并不能达到完美的节能环保效果。

发明内容

为了解决以上的技术问题，我们提出来一种支持手动和自动控制的智能空气开关，本智能空气开关完美兼容原来家用空气开关的安装尺寸，既可以使用手动方式开启或关闭，也可以支持智能终端或云端开启或关闭，不需要长时间给空气开关中的电磁线圈长期供电，节能环保，使用方便。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明公开了一种支持手动和自动控制的智能空气开关，包括空气开关本体，所述的空气开关本体包括开关手柄及与所述的开关手柄连接的传动机构、固定触点、至少一组活动触点、电磁线圈、电磁铁芯、机械自锁装置、通讯电路控制单元以及供电单元，所述的活动触点与固定触点相对设置，所述的开关手柄与活动触点对应设置，所述的电磁铁芯与所述的活动触点对应设置，在所述的开关手柄受到外力时，所述的机械自锁装置能实现活动触点与固定触点连接或断开，在所述的电磁线圈通电而在电磁铁芯上产生的推拉力时，所述的机械自锁装置也能实现所述的活动触点与固定触点连接或断开。

进一步地，所述的智能空气开关还包括均与所述的电磁铁芯及开关手柄相连接的传动杆，所述的活动触点及机械自锁装置均设置于所述的传动杆上，所述的机械自锁装置包括自锁片、弹簧、连杆、触头，所述的自锁片可因对设置于所述的开关手柄上的开关部件运动方向按压或电磁力作用下锁定而使所述的开关部件固定在第一处位置，或释放锁定而使开关部件固定在第二处位置，以致第一次运动时锁定在所述的第一位置带动活动触点接通所述的固定触点，没有外力也保持所述的固定触点与活动触点闭合，再次运动时所述的机械自锁装置释放，在所述的弹簧作用下实现所述的固定触点与活动触点断开。

进一步地，所述的通讯电路控制单元包括：指令发射和接收单元，用于接收和发射来自或发往智能终端或后台服务器的所述的空气开关的控制命令或信息；

电磁线圈驱动单元，与所述的指令发射和接收单元相连接，用于发出驱动脉冲信号，所述的驱动脉冲信号能控制所述的电磁线圈在很短的脉冲时间内通电，所述的电磁线圈产生的电磁力吸引所述的电磁铁芯，产生相对于另一端所述的固定触点的运动，同时所述的机械自锁装置实现锁定或释放，以致开启或关闭所述的智能空气开关。

进一步地，所述的智能空气开关还包括设置于所述的固定触点及活动触点连接处附近的灭弧罩。用于消除开关时产生的电弧或电火花。

进一步地，所述的指令发射和接收单元包括蓝牙模块、WIFI模块、Lora模块、Zigbee模块、GPRS模块、3G模块、4G模块、5G模块、Z-Wave模块、RF模块中一种或几种。

进一步地，所述的智能空气开关还包括连接于所述的固定触点及所述的通讯电路控制单元之间的至少一个电流传感器和/或电压传感器和/或温度传感器。

进一步地，所述的智能空气开关能通过手动按压或推拉或拨动所述的开关手柄，通过所述的传动机构来带动活动触点产生相对于固定触点的运动，实现所述的智能空气开关的接通或断开。

进一步地，所述的电磁铁芯在所述的电磁线圈通电产生电磁力带动下，能实现所述的开关部件往按压方向或相反的方向运动，以致能开启或关闭所述的空气开关，所述的电磁铁芯具体是低碳钢铁芯、或纯铁铁芯、软铁铁芯或硅钢片铁芯中的一种。

进一步地，所述的通讯电路控制单元可以根据检测交流电时序，使之在交流电“过零”前后输出脉冲控制信号，通过电磁线圈控制固定触点和活动触点的接通或断开。

进一步地，所述的电磁线圈只需要在开启或关闭的瞬间通电工作，其它时间不需要通电。

实施本发明的一种支持手动和自动控制的空气开关，具有以下有益的技术效果：

该智能空气开关完全兼容普通空气开关的安装尺寸，外形大小，完全兼容普通空气开关的操作方式，可以手动通过拨动或推拉，或按压的方式实现开启或关闭，也可以通过智能终端或后台服务器实现智能化控制，比如定时开启/关闭，上报及统计用户用电量数据，在外出或不需要使用时远程关闭空气开关，以实现节能环保，防止电器起火等安全可靠的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的第一实施例一种支持手动和自动控制的智能空气开关模块图；

图2为图1中的通讯电路控制单元功能模块图；

图3是本发明的第二实施例一种支持手动和自动控制的智能空气开关模块图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对目前世面上所有智能插座的不足，我们发明了基于物联网控制的智能空气开关(有时也称“断路器”，“空气断路器”)，其特点是完美兼容原来家用空气开关(有时也称“断路器”，“空气断路器”)的安装尺寸，既可以使用手动方式开启或关闭，也可以支持智能终端或云端开启或关闭，符合国家IEC60898 GB10963等标准。用户使用本发明的开关代替原来的空气开关(有时也称“断路器”，“空气断路器”)后，即可以将原来普通开关升级为智能空气开关，增加了过流、过压、过热、防触电等保护。相对目前世面上的智能插座使用继电器来控制而需要增加功耗，我们在自动开启或关闭时仅在工作瞬间需要电磁线圈通电(毫秒级别)，手动开关时同普通开关完全一样无需电磁线圈通电。用户可以通过智能终端或设定的时间自动开启或关闭，也可以配合智能家居传感器比如燃气报警来自动关闭家庭供电线路，以达到安全，节能环保等目的。

本智能空气开关由空气开关本体，所述的空气开关本体包括拨动或按键开关手柄及传动机构、机械自锁装置、固定触点、活动触点、电磁线圈、电磁铁芯、通讯电路控制单元以及AC-DC供电单元组成。

请参阅图1，本发明的实施例，一种支持手动和自动控制的智能空气开关1，包括空气开关本体10，空气开关本体10包括开关手柄90及与开关手柄90连接的传动机构80、固定触点20、至少一组活动触点30、电磁线圈60、电磁铁芯601、机械自锁装置701、通讯电路控制单元50以及供电单元40。

活动触点30与固定触点20相对设置，开关手柄90与活动触点30对应设置，电磁铁芯601与活动触点30对应设置，在开关手柄90受到外力时，机械自锁装置701能实现活动触点30与固定触点20连接或断开，在电磁线圈60通电而在电磁铁芯601上产生的推拉力时，机械自锁装置701也能实现活动触点30与固定触点20连接或断开。

较佳地，电磁线圈60与活动触点30相连接，传动杆70与活动触点30、机械自锁装置701、电磁铁芯601以及传动机构80物理连接。空气开关1还包括与电磁线圈60相连接的通讯电路控制单元50，通讯电路控制单元50接收外部的信号后，能启动电磁线圈60工作及在电磁铁芯601上产生的电磁力的带动下，实现固定触点20与活动触点30连接与通断。

活动触点30与固定触点20组成开关触点，开关触点既可以是一路，也可以是两路，或3路(三相交流电)，开关触点至少有一端是随开关本体活动，也可以上两端或以上随开关本体活动，开关的控制方式即可以是手动，也可以是通过电磁线圈瞬间通电的方式切换。

本发明实质上是提供一种智能空气开关，也称“智能断路器”或“智能空气断路器”，其中的空气开关本体10的安装尺寸和功能，完全兼容目前市场上的普通空气开关(有时也称“断路器”，“空气断路器”)，其中的通讯电路控制单元50增加了基于物联网(IOT Internet Of Things)技术的控制模块或芯片，用户即可以象普通空气开关那样手动开启或关闭，也可以通过手机智能终端或后台服务器设定，自动开启或关闭，直接控制原有供电线路，以达到智能，安全，节能环保的作用。由于采用高性能工业级别IOT芯片或模块，能实现更加完善和可靠的安全保护，比如过电流、过电压、过载、过热、防触电、电量计等等。用户无需改造原有线路，只需要将普通空气开关更改为本智能空气开关即可升级为智能控制系统，不改变用户原来的操作习惯。

机械自锁装置701的内部由自锁片、弹簧、连杆、触头等组成，自锁片可因对开关部件运动方向按压或电磁力作用下锁定而使开关部件固定在一处位置，或释放锁定而使开关部件固定在另一处位置，以致第一次运动时锁定在某一位置带动活动触点30接通固定触点20，没有外力也保持固定触点20与活动触点30闭合，再次运动时机械自锁装置701释放，在弹簧作用下实现固定触点20与活动触点30断开。

空气开关本体10实现的原理是：

手动操作时：通过按压开关手柄90，通过传动机构80及传动杆70推动活动触点30与固定触点20开启或关闭，同时机械自锁装置701对应的锁定或释放以达到稳定的开启或关闭的状态，整个手动操作过程无需通讯电路控制单元50或电磁线圈60的动作，完全同普通空气开关一样。

电磁线圈60可为螺线管空心电磁线圈，电磁铁芯601放置于螺线管空心电磁线圈中，电磁铁芯601一端与传动杆70、传动机构80、活动触点30物理连接，可以受到按键推力或弹簧张力或电磁线圈产生磁力而在电磁线圈60内部轴向运动，带动活动触点30与固定触点20接触或断开。机械自锁装置701位于传动杆70上，其内部有自锁装置，可在按键因按压或电磁力作用下保持锁定或释放锁定，即第一次运动时保持锁定，即使没有外力也保持开关闭合，再次运动时释放锁定，在弹簧作用下断开。

请参阅图2，通讯电路控制单元50包括：

指令和发送接收单元501，用于接收来自智能终端及后台发来的开启或关闭智能空气开关1的命令，或发送空气开关上传感器检测到的数据信号；

电磁线圈驱动单元502，与指令和发送接收单元501相连接，用于发出驱动脉冲信号，驱动脉冲信号能控制电磁线圈60在很短的脉冲时间内通电，电磁线圈60产生的电磁力吸引连接在活动触点30的电磁铁芯601，产生相对于另一端固定触点20的运动，同时机械自锁装置701实现锁定或释放，以致开启或关闭智能空气开关1。

通过智能终端或后台操作时：IOT物联网芯片或模块收到智能终端或后台发来的开启或关闭指令后，通过GPIO口发出脉冲信信号，控制电磁线圈60在很短的脉冲时间内通电(毫秒级别)，电磁线圈60产生的电磁力吸引连接在开关触点上的电磁铁芯601，产生相对于另一端固定开关触点的运动，同时机械自锁装置锁定或释放，以达到开启或关闭开关的作用。请留意电磁线圈60仅在开启或关闭的瞬间通电工作(毫秒级别)，其他时间无需工作，极大的提高了可靠性以及技能环保。

智能空气开关1还包括设置于固定触点20及活动触点30连接处的灭弧罩101。

指令和发送接收单元501包括且不限于蓝牙模块、WIFI模块、LPWAN模块、Zigbee模块、GPRS模块、3G模块、4G模块、5G模块、Z-Wave模块、RF模块中一种或几种，或其他通讯模块及技术。

智能空气开关1还包括连接于固定触点20与通讯电路控制单元50之间的至少一个电流传感器和/或电压传感器和/或温度传感器或其它传感器，用于当IOT物联网芯片或模块收到其连接的传感器采集来的过电流、过电压、过热等保护信号时，通过如上所叙的过程关闭电源开关。

请参阅图3，智能空气开关1的另一实施例，智能空气开关1为拨动式空气开关。

对于拨动式的智能空气开关1大部分的组成部件与实施例一相同，不同在于：该实施例中的智能空气开关1包含拨动式开关手柄100，拨动式开关手柄100本身为绝缘体材料，拨动式开关手柄100中间位置设置有一个转轴孔102，其作用是将拨动式开关手柄100上下拨动力转为上下推拉力，拨动式开关手柄100与开关传动杆103物理连接，同时也连接到活动触点30以及通过绝缘材料连接到电磁铁芯601。

拨动式开关手柄100上还有一个机械自锁装置701，机械自锁装置701内部由自锁片、弹簧、连杆、触头等组成，自锁片可因对所述的开关部件运动方向按压或电磁力作用下锁定而使开关部件固定在一处位置，或释放锁定而使开关部件固定在另一处位置，以致第一次运动时锁定在某一位置带动活动触点接通所述的固定触点，没有外力也保持固定触点20与活动触点30闭合，再次运动时所述的机械自锁装置701释放，在弹簧作用下实现固定触点20与活动触点30断开。

用手上下拨动开关手柄时，开关传动杆103推动开关活动触点向上下运动，活动金属接触点与固定接触点接触或断开，机械自动装置701锁定或释放，机械自动装置701锁定时，即使手松开，开关也保持在开关闭合状态。

电磁线圈60在通讯电路控制单元控制下瞬间通电工作时，放置在螺线管电磁线圈内的电磁铁芯601在电磁力的作用下由上往下运动，带动开关传动杆103运动，其产生的作用力如同手按下一样，其结果是开关开启或关闭。

电磁铁芯601在电磁线圈60带动下，以及机械自锁装置701的共同作用下，能实现开关传动杆103往图3中上下方向运动，以致能开启或关闭所述的智能空气开关1。

智能空气开关1中的电磁线圈60只需要在开启或关闭的瞬间通电工作，其它时间不需要通电，极大的减少了功耗和避免了常规继电器需要通电保持而导致发热的问题。

在本发明中，机械自锁装置701第一次运动时保持锁定，再一次运动时释放，在弹簧或金属张力或弹性的作用下回到复位状态，外部开关既可以是按压式，也可以是拨动式，推拉式。可以方便的集成很多保护功能，比如过电流、过电压、防触电、过载、过热、电量计等功能。电磁铁芯601与开关传动杆103连接，在受到开关按压或波动时可以在电磁线圈60内轴向运动，也可以在在受到开关按压或拨动时不运动，电磁铁芯601收到电磁线圈60作用时，会带动按键或拨动开关往按压方向或相反的方向运动，以达到开启或关闭的作用。电磁线圈60采用脉冲控制的方式在很短时间内工作，即可以采用直流电，也可以采用交流电。

实施本发明的一种支持手动和自动控制的空气开关，具有以下有益的技术效果：

本发明完美兼容原来家用空气开关的安装尺寸，既可以使用手动方式开启或关闭，也可以支持智能终端或云端开启或关闭，不需要长时间给空气开关中的继电器长期供电，节能环保。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种支持手动和自动控制的智能空气开关，包括空气开关本体，所述的空气开关本体包括开关手柄及与所述的开关手柄连接的传动机构、固定触点、至少一组活动触点、电磁线圈、电磁铁芯、机械自锁装置、通讯电路控制单元以及供电单元，所述的活动触点与固定触点相对设置，所述的开关手柄与活动触点对应设置，所述的电磁铁芯与所述的活动触点对应设置，其特征在于，在所述的开关手柄受到外力时，所述的机械自锁装置能实现活动触点与固定触点连接或断开，在所述的电磁线圈通电而在电磁铁芯上产生的推拉力时，所述的机械自锁装置也能实现所述的活动触点与固定触点连接或断开。

2.根据权利要求1所述的智能空气开关，其特征在于，所述的智能空气开关还包括均与所述的电磁铁芯及开关手柄相连接的传动杆，所述的活动触点及机械自锁装置均设置于所述的传动杆上，所述的机械自锁装置包括自锁片、弹簧、连杆、触头，所述的自锁片可因对设置于所述的开关手柄上的开关部件运动方向按压或电磁力作用下锁定而使所述的开关部件固定在第一处位置，或释放锁定而使开关部件固定在第二处位置，以致第一次运动时锁定在所述的第一位置带动活动触点接通所述的固定触点，没有外力也保持所述的固定触点与活动触点闭合，再次运动时所述的机械自锁装置释放，在所述的弹簧作用下实现所述的固定触点与活动触点断开。

3.根据权利要求1至2任一项所述的智能空气开关，其特征在于，所述的通讯电路控制单元包括：指令发射和接收单元，用于接收和发射来自或发往智能终端或后台服务器的所述的空气开关的控制命令或信息；

电磁线圈驱动单元，与所述的指令发射和接收单元相连接，用于发出驱动脉冲信号，所述的驱动脉冲信号能控制所述的电磁线圈在很短的脉冲时间内通电，所述的电磁线圈产生的电磁力吸引所述的电磁铁芯，产生相对于另一端所述的固定触点的运动，同时所述的机械自锁装置实现锁定或释放，以致开启或关闭所述的智能空气开关。

4.根据权利要求1所述的智能空气开关，其特征在于，所述的智能空气开关还包括设置于所述的固定触点及活动触点连接处附近的灭弧罩。

5.根据权利要求3所述的智能空气开关，其特征在于，所述的指令发射和接收单元包括蓝牙模块、WIFI模块、Lora模块、Zigbee模块、GPRS模块、3G模块、4G模块、5G模块、Z-Wave模块、RF模块中一种或几种。

6.根据权利要求1所述的智能空气开关，其特征在于，所述的智能空气开关还包括连接于所述的固定触点及所述的通讯电路控制单元之间的至少一个电流传感器和/或电压传感器和/或温度传感器。

7.根据权利要求1所述的智能空气开关，其特征在于，所述的智能空气开关能通过手动按压或推拉或拨动所述的开关手柄，通过所述的传动机构来带动活动触点产生相对于固定触点的运动，实现所述的智能空气开关的接通或断开。

8.根据权利要求3所述的智能空气开关，其特征在于，所述的电磁铁芯在所述的电磁线圈通电产生电磁力带动下，能实现所述的开关部件往按压方向或相反的方向运动，以致能开启或关闭所述的空气开关，所述的电磁铁芯具体包括低碳钢铁芯、或纯铁铁芯、软铁铁芯或硅钢片铁芯中的一种。

9.根据权利要求3所述的智能空气开关，其特征在于：所述的通讯电路控制单元可以根据检测交流电时序，使之在交流电“过零”前后输出脉冲控制信号，通过电磁线圈控制固定触点和活动触点的接通或断开。

10.根据权利要求1所述的智能空气开关，其特征在于，所述的电磁线圈只需要在开启或关闭的瞬间通电工作，其它时间不需要通电。