CN109462092B - 一种家用智能插座及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及家用智能电器领域，具体涉及一种家用智能插座。包括插座、可控开关、MCU、通信模块和采集模块，可控开关第一端与入户火线连接，可控开关第二端与插座火线插孔触片连接，可控开关控制端与MCU连接，采集模块采集插座火线插孔触片的电位和电流，通信模块和采集模块均与MCU连接。本发明的实质性效果是：在引入头与引出头接触前后的一小段时间内能够在其间形成空气流，起到吸弧灭弧的作用，提高智能插座的安全性，消除电火花带来的安全隐患。

Description

一种家用智能插座及其控制方法

技术领域

本发明涉及家用智能电器领域，具体涉及一种家用智能插座及其控制方法。

背景技术

插座是工业生产和家庭生活中常用的电器产品，用于电器产品的供电。随着物联网的兴起，家用智能插座的研制也随之而来。家用智能插座是指能够被远程控制以及监测接入电器的电流及电压的新型插座。为了实现智能插座能够远程接通和断开，智能插座内需要有执行模块，用于接通和切断电源。三极管及MOS管等可控电子开关具有控制方便、体积小和反应快的优点，但缺点是容量有限，仅能用于功率较小的电器的接入，其次，在其断开时并不能完全的切断电源，仍然存在少量的电流，可能会对电器造成损伤。因而，一些技术人员开始研制带有机械执行机构的智能插座。机械执行机构通常具有一对可以接触和脱开的触头，触头脱开时能够在断开时完全切断电源，但触头在接触和脱开瞬间极易产生电火花，易引燃电线的塑料绝缘层以及开关塑料外壳，存在安全隐患。尤其是在智能开关远程控制时，为获得较佳的节能性能，需要频繁闭合和脱开触头，进而频繁的产生电火花，会导致插座元件受损甚至燃烧。发生火情时，控制者可能短时间内无法赶到，不能及时切断总电源以及其他处置，只能任由火情蔓延，危害性极大。

中国专利CN104577548A，公开日 2015年4月29日，智能插座，包括前面板，其设置有供电插孔。壳体，其容纳有供电的电源基座，该电源基座上设置有深度与电源插头长度匹配的插孔。智能插座还包括信息检测单元，用于以设定频率检测并输出智能插座的工作状态信息。信息存储单元，用于存储信息检测单元输出的工作状态信息或者其他智能插座的信息。通信单元，用于与其他设备或其他智能插座通信，实现信息的读取、发送或接收，在智能插座的工作状态信息发生变化时将变化的工作状态信息发送给其他智能插座。显示单元，其位于前面板上，轮番显示信息存储单元中存储的各智能插座的工作状态或通信单元指示要显示的内容。能实时地显示电器的状态，且支持联网控制。其未限制控制单元的实现方式，不能避免电火花带来的危害。

中国专利CN107834323A，公开日2018年3月23日，包括：插座外壳和三孔插座组件，三孔插座组件设置于插座外壳内；三孔插座组件包括：三孔绝缘本体、三孔滑块、三孔夹片、三孔动触点和三孔静触点，三孔滑块与三孔滑动件连接，三孔弹片一端与三孔夹片连接，三孔动触点安装于三孔弹片的另一端，并且三孔滑块的一端位于所述第一收容空间内部，两个三孔静触点分别位于与两个三孔动触点相对应位置。基于上述结构，由于三孔动触点和三孔静触点之间具有一定间距，在插头未与插座配合时，手指或除插头以外其它物体插入插座的插孔时，可以防止触电的发生。当三孔滑块在受到挤压时，使得三孔动触点与三孔静触点接触，从而使得电路接通。在三孔动触点和三孔静触点接触瞬间将会产生电火花，但该发明并未采取措施避免其带来的安全问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：目前的智能插座在断开时不能完全切断电源或不能有效避免电火花带来安全隐患。提出了一种带有机械执行机构的能够避免电火花引燃开关内部易燃物的智能插座。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种家用智能插座，包括插座、可控开关、MCU、通信模块和采集模块，所述可控开关第一端与入户火线连接，所述可控开关第二端与插座火线插孔触片连接，所述可控开关控制端与MCU连接，所述采集模块采集插座火线插孔触片的电压和电流，所述通信模块和采集模块均与MCU连接。可控开关能够起到按需接通电源的功能，有效减小插座接入的电器在待机时浪费的电能。

作为优选，所述可控开关包括静触头、动触头套、引出头、转子和驱动基座，所述静触头呈圆柱形，所述动触头套呈中空圆柱体，动触头套内壁直径与静触头外圆直径相等，动触头套外壁加工有导向槽，驱动基座上安装有与所述导向槽匹配的导向杆，动触头套第一端内壁加工有内螺纹，动触头套靠近第二端圆周加工有镂空，所述引出头安装在所述镂空内，所述引出头端面呈内凹弧形且与动触头套内壁平齐，引出头与负载连接，所述转子第一端加工有与所述内螺纹匹配的外螺纹，转子中部铰接安装在驱动基座上，转子在转子轴线方向上与驱动基座位置相对固定，转子第二端固定安装有永磁铁。通过螺纹传动，能够在保持接通或者保持断开时，不需要能量驱动，节省智能开关需要消耗的电能。

作为优选，所述动触头套内还安装有抽气板、弹簧、弹簧套和卡扣，抽气板呈圆柱形，抽气板外壁与动触头套内孔内壁抵接，弹簧套呈一端开口的中空圆柱体，弹簧套封闭端与转子第一端同心铰接且沿转子轴线方向与转子位置相对固定，弹簧套接在弹簧套内，弹簧第一端与弹簧套封闭端固定连接，弹簧第二端与抽气板靠近动触头套第一端的端面固定连接，动触头套位于抽气板靠近动触头套第一端侧加工有通气孔，所述卡扣镶嵌安装在动触头套靠近第二端的内壁，动触头套内壁加工有容纳所述卡扣的容腔，卡扣第一端弹性安装在动触头套内壁容腔内，卡扣第二端加工有与所述抽气板扣合的工作扣，卡扣中部设置有释放扣。当静触头与引出头即将接触时，静触头将挤压释放扣，工作扣将与抽气板脱开，在动触头套内形成一定的真空，进而形成有动触头套第二端经动触头套与静触头之间间隙流入动触头套内的气流，起到灭弧的作用，且即使仍然产生电火花，该气流也可以将其带入到动触头套内部，动触头套内无易燃材料的结构，因而可以避免电火花带来危害。

作为优选，所述驱动基座包括基体和若干个电磁极，所述基体呈一端封闭的圆环形，基体封闭端面开有铰接孔，基体中部内壁沿周向均匀安装有若干个电磁极，所述若干个电磁极均与MCU连接。

作为优选，还包括显示屏接口，所述显示屏接口与MCU连接，所述显示屏接口输出图形化的采集模块采集的电压电流信息并在接入显示屏后显示在显示屏上。

作为优选，还包括按钮开关和供电单元，所述按钮开关第一端与入户火线连接，所述按钮开关第二端与可控开关第一端和供电单元输入端连接，所述供电单元输出端与MCU连接。按钮开关在平常使用时处于常闭状态，当智能插座出现故障无法正常切断电源时，可以使用按钮开关使智能开关以及接入电器与电源脱离。

一种智能插座的控制方法，适用于如前述的一种智能插座，包括以下步骤：A1）动触头套与静触头脱离接触时插座处于断电状态，MCU通过通信模块与控制中心通信，收到插座通电指令后，MCU控制电磁极轮流导通产生电磁场驱动转子转动，转子第一端通过螺纹与动触头套连接，动触头套与驱动基座之间设置有导向杆和导向槽，转子转动时将动触头套向前推动，卡扣的工作扣将带动抽气板一起向前移动并拉伸弹簧，静触头逐渐伸入动触头套内，动触头套端面挤压弹性绝缘套使静触头侧面导体部分露出，用于与引出头接触导通；A2）当静触头即将与引出头接触时，静触头挤压卡扣的释放扣，使卡扣的工作扣与抽气板脱离接触，抽气板在弹簧拉力作用下迅速移动，在抽气板静触头侧形成真空，进而在静触头与动触头套之间的缝隙中产生流向动触头套内部的气流，能够起到灭弧的作用，此时测量模块测量到静触头的电流，MCU记录电磁极循环导通的循环次数，根据循环次数计算出静触头伸入动触头套内的长度，当静触头与引出头充分接触时，电磁极停止循环导通，此时插座通电；A3）当MCU接收到插座断电指令时，控制电磁极轮流导通，轮流方向与开启时相反，驱动转子反向转动，将引出头与静触头逐渐脱离接触，脱离过程中静触头逐渐抽离动触头套，在动触头套中部内腔中产生真空，进而在静触头与动触头套之间的缝隙中产生流向动触头套内部的气流，起到灭弧的作用，转子反向转动直到静触头与动触头套脱离，即完成插座断电动作。根据循环次数计算出静触头伸入动触头套内的长度的方法为，根据设计资料获得或者通过测量获得转子第一端螺纹的螺距和断开时与动触头套第二端端面初始距离，循环次数指若干个电磁极均导通一次，静触头插入动触头套的长度=螺距*循环次数-初始距离。

本发明的实质性效果是：能够按需接通和断开电源，有效减小插座接入的电器在待机时浪费的电能，在静触头与引出头接触前后的一小段时间内能够在其间形成空气流，起到吸弧灭弧的作用，提高智能插座的安全性，消除电火花带来的安全隐患。

附图说明

图1为智能插座的结构图。

图2为可控开关透视图。

图3为可控开关剖面图。

图4为可控开关端面视图。

图5为可控开关工作流程示意图。

其中：1、动触头套，2、引出头，3、绝缘套，4、接线柱，5、引入头，6、导向槽，7、驱动基座，8、转子，9、导向杆，10、弹簧套，11、弹簧，12、抽气板，13、电磁极，14、卡扣，15、释放扣，16、工作扣，100、显示屏接口，200、通信模块，300、MCU，400、采集模块，500、供电单元，600、按钮开关，700、插座火线插孔触片。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。

如图1所示，为智能插座的结构图，智能插座包括插座、可控开关、MCU300、通信模块200、采集模块400、显示屏接口100、按钮开关600和供电单元500，可控开关第一端与入户火线连接，可控开关第二端与插座火线插孔触片700连接，可控开关控制端与MCU300连接，采集模块400采集插座火线插孔触片700的电压和电流，通信模块200和采集模块400均与MCU300连接，显示屏接口100与MCU300连接，显示屏接口100输出图形化的采集模块400采集的电压电流信息并在接入显示屏后显示在显示屏上，按钮开关600第一端与入户火线和供电单元500输入端连接，按钮开关600第二端与可控开关第一端连接，供电单元500输出端与MCU300连接。

如图2所示，为可控开关透视图，如图3所示，为可控开关剖面图，可控开关包括静触头、动触头套1、引出头2、转子8和驱动基座7，静触头包括接线柱4、绝缘套3和引入头5，引入头5呈圆柱形，动触头套1呈中空圆柱体，动触头套1内壁直径与引入头5外圆直径相等，动触头套1外壁加工有导向槽6，驱动基座7上安装有与导向槽6匹配的导向杆9，动触头套1第一端内壁加工有内螺纹，动触头套1靠近第二端圆周加工有镂空，引出头2安装在镂空内，引出头2端面呈内凹弧形且与动触头套1内壁平齐，引出头2与负载连接，转子8第一端加工有与内螺纹匹配的外螺纹，转子8中部铰接安装在驱动基座7上，转子8在转子8轴线方向上与驱动基座7位置相对固定，转子8第二端固定安装有永磁铁。

动触头套1内还安装有抽气板12、弹簧11、弹簧11套10和卡扣14，抽气板12呈圆柱形，抽气板12外壁与动触头套1内孔内壁抵接，弹簧11套10呈一端开口的中空圆柱体，弹簧11套10封闭端与转子8第一端同心铰接且沿转子8轴线方向与转子8位置相对固定，弹簧11套10接在弹簧11套10内，弹簧11第一端与弹簧11套10封闭端固定连接，弹簧11第二端与抽气板12靠近动触头套1第一端的端面固定连接，动触头套1位于抽气板12靠近动触头套1第一端侧加工有通气孔，卡扣14镶嵌安装在动触头套1靠近第二端的内壁，动触头套1内壁加工有容纳卡扣14的容腔，卡扣14第一端弹性安装在动触头套1内壁容腔内，卡扣14第二端加工有与抽气板12扣合的工作扣16，卡扣14中部设置有释放扣15。

如图4所示，为可控开关端面视图，驱动基座7包括基体和若干个电磁极13，基体呈一端封闭的圆环形，基体封闭端面开有铰接孔，基体中部内壁沿周向均匀安装有若干个电磁极13，若干个电磁极13均与MCU300连接。

如图5所示，为可控开关工作流程示意图，可控开关首先处于断开状态下，动触头套1与引入头5脱离接触时开关处于断开状态，MCU300通过通信模块200与控制终端通信，收到开启开关指令后，MCU300控制电磁极13轮流导通产生电磁场驱动转子8转动，转子8第一端通过螺纹与动触头套1连接，动触头套1与驱动基座7之间设置有导向杆9和导向槽6，转子8转动时将动触头套1向前推动，卡扣14的工作扣16将带动抽气板12一起向前移动并拉伸弹簧11，引入头5逐渐伸入动触头套1内；当引入头5即将与引出头2接触时，引入头5将挤压卡扣14的释放扣15，使卡扣14的工作扣16与抽气板12脱离接触，抽气板12在弹簧11拉力作用下迅速移动，在抽气板12引入头5侧形成真空，进而在引入头5与动触头套1之间的缝隙中产生流向动触头套1内部的气流，起到吸弧灭弧的作用，且避免产生的火花外泄，测量模块可以测量到引出头2的电压，MCU300能够记录电磁极13循环导通的循环次数，根据循环次数计算出引入头5伸入动触头套1内的长度，当引入头5与引出头2达到设定接触长度时，停止电磁极13循环通电，此时引入头5与引出头2导通；当MCU300接收到开关断开指令时，控制电磁极13轮流导通，轮流方向与开启时相反，驱动转子8反向转动，将引出头2与引入头5逐渐脱离接触，脱离过程中引出头2与引入头5的接触电阻逐渐增大，可以避免产生电火花，转子8继续反向转动直到引入头5与动触头套1脱离，即完成断开动作。根据循环次数计算出引入头5伸入动触头套1内的长度的方法为，根据设计资料获得或者通过测量获得转子8第一端螺纹的螺距和断开时与动触头套1第二端端面初始距离，循环次数指若干个电磁极13均导通一次，引入头5插入动触头套1的长度=螺距*循环次数-初始距离。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (9)

1.一种家用智能插座，其特征在于，

包括插座、可控开关、MCU、通信模块和采集模块，所述可控开关第一端与入户火线连接，所述可控开关第二端与插座火线插孔触片连接，所述可控开关控制端与MCU连接，所述采集模块采集插座火线插孔触片的电压和电流，所述通信模块和采集模块均与MCU连接；

所述可控开关包括静触头、动触头套、引出头、转子和驱动基座，所述静触头呈圆柱形，所述动触头套呈中空圆柱体，动触头套内壁直径与静触头外圆直径相等，动触头套外壁加工有导向槽，驱动基座上安装有与所述导向槽匹配的导向杆，动触头套第一端内壁加工有内螺纹，动触头套靠近第二端圆周加工有镂空，所述引出头安装在所述镂空内，所述引出头端面呈内凹弧形且与动触头套内壁平齐，引出头与负载连接，所述转子第一端加工有与所述内螺纹匹配的外螺纹，转子中部铰接安装在驱动基座上，转子在转子轴线方向上与驱动基座位置相对固定，转子第二端固定安装有永磁铁。

2.根据权利要求1所述的一种家用智能插座，其特征在于，

所述动触头套内还安装有抽气板、弹簧、弹簧套和卡扣，抽气板呈圆柱形，抽气板外壁与动触头套内孔内壁抵接，弹簧套呈一端开口的中空圆柱体，弹簧套封闭端与转子第一端同心铰接且沿转子轴线方向与转子位置相对固定，弹簧套接在弹簧套内，弹簧第一端与弹簧套封闭端固定连接，弹簧第二端与抽气板靠近动触头套第一端的端面固定连接，动触头套位于抽气板靠近动触头套第一端侧加工有通气孔，所述卡扣镶嵌安装在动触头套靠近第二端的内壁，动触头套内壁加工有容纳所述卡扣的容腔，卡扣第一端弹性安装在动触头套内壁容腔内，卡扣第二端加工有与所述抽气板扣合的工作扣，卡扣中部设置有释放扣。

3.根据权利要求1或2所述的一种家用智能插座，其特征在于，

所述驱动基座包括基体和若干个电磁极，所述基体呈一端封闭的圆环形，基体封闭端面开有铰接孔，基体中部内壁沿周向均匀安装有若干个电磁极，所述若干个电磁极均与MCU连接。

4.根据权利要求1或2所述的一种家用智能插座，其特征在于，

还包括显示屏接口，所述显示屏接口与MCU连接，所述显示屏接口输出图形化的采集模块采集的电压电流信息并在接入显示屏后显示在显示屏上。

5.根据权利要求3所述的一种家用智能插座，其特征在于，

还包括显示屏接口，所述显示屏接口与MCU连接，所述显示屏接口输出图形化的采集模块采集的电压电流信息并在接入显示屏后显示在显示屏上。

6.根据权利要求1或2所述的一种家用智能插座，其特征在于，

还包括按钮开关和供电单元，所述按钮开关第一端与入户火线连接，所述按钮开关第二端与可控开关第一端和供电单元输入端连接，所述供电单元输出端与MCU连接。

7.根据权利要求3所述的一种家用智能插座，其特征在于，

还包括按钮开关和供电单元，所述按钮开关第一端与入户火线连接，所述按钮开关第二端与可控开关第一端和供电单元输入端连接，所述供电单元输出端与MCU连接。

8.根据权利要求4所述的一种家用智能插座，其特征在于，

还包括按钮开关和供电单元，所述按钮开关第一端与入户火线连接，所述按钮开关第二端与可控开关第一端和供电单元输入端连接，所述供电单元输出端与MCU连接。

9.一种智能插座的控制方法，适用于如权利要求2所述的一种智能插座，其特征在于，

包括以下步骤：

A1）动触头套与静触头脱离接触时插座处于断电状态，MCU通过通信模块与控制中心通信，收到插座通电指令后，MCU控制电磁极轮流导通产生电磁场驱动转子转动，转子第一端通过螺纹与动触头套连接，动触头套与驱动基座之间设置有导向杆和导向槽，转子转动时将动触头套向前推动，卡扣的工作扣将带动抽气板一起向前移动并拉伸弹簧，静触头逐渐伸入动触头套内，动触头套端面挤压弹性绝缘套使静触头侧面导体部分露出，用于与引出头接触导通；

A2）当静触头即将与引出头接触时，静触头挤压卡扣的释放扣，使卡扣的工作扣与抽气板脱离接触，抽气板在弹簧拉力作用下迅速移动，在抽气板静触头侧形成真空，进而在静触头与动触头套之间的缝隙中产生流向动触头套内部的气流，能够起到灭弧的作用，此时测量模块测量到静触头的电流，MCU记录电磁极循环导通的循环次数，根据循环次数计算出静触头伸入动触头套内的长度，当静触头与引出头充分接触时，电磁极停止循环导通，此时插座通电；

A3）当MCU接收到插座断电指令时，控制电磁极轮流导通，轮流方向与开启时相反，驱动转子反向转动，将引出头与静触头逐渐脱离接触，脱离过程中静触头逐渐抽离动触头套，在动触头套中部内腔中产生真空，进而在静触头与动触头套之间的缝隙中产生流向动触头套内部的气流，起到灭弧的作用，转子反向转动直到静触头与动触头套脱离，即完成插座断电动作。

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