CN109462280B - 一种防火花的智能开关及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能家用电器技术领域，具体涉及一种防火花的智能开关及其控制方法。一种防火花的智能开关，其特征在于，包括壳体、静触头、防火花动触头、驱动基座和遥控单元，静触头、防火花动触头、驱动基座和遥控单元安装在壳体内，静触头包括接线柱、绝缘套和引入头，引入头呈圆柱形，引入头第一端与接线柱连接，绝缘套套接在接线柱上并与引入头第一端抵接，接线柱与入户线火线连接，防火花动触头安装在驱动基座上，驱动基座与遥控单元连接。本发明的实质性效果是：能够避免开关开断瞬间出现电火花，同时具有调压功能；结构上不易卡顿，维持状态不耗能。

Description

一种防火花的智能开关及其控制方法

技术领域

本发明涉及智能家用电器技术领域，具体涉及一种防火花的智能开关及其控制方法。

背景技术

随着物联网技术的逐步成熟，家用智能电器种类也随之丰富起来，在区域配电网中，对家庭电器用电进行数据采集，以助于区域配电网的优化配置决策，也有了技术上的可能性。由于目前家用智能电器还不够普及，家用电器大部分仍然为普通电器，为了在混合有家用智能电器和普通电器的家庭中完成用电数据采集的任务，需要开发出具有电压、电流采集和通信功能的智能开关和智能插座。通过智能开关可以远程控制电器的工作或者关闭。在开启和关闭瞬间，可能会产生电弧，导致出现电火花，具有一定的安全隐患。尤其是采用了远程控制，人员不在现场因而无法及时处置可能出现的火情。再加上智能开关的执行机构在长时间使用后，容易出现卡顿问题，导致电器远程控制受阻，打不开或关不掉。

中国专利CN 101888120 B，公开日2012年8月29日，一种具有智能功能的家居电气控制开关，具有可远程控制负载、可手动修正开关通断状态以及能耗小的特点。包括开关盒、带有若干按键的开关面板以及安装着通信单元、控制单元、电源模块、驱动电路的电路板 ；开关盒上安装着若干个执行机构，每个执行机构的两个导线接点分别接通负载火线和电源火线 ；执行机构包括一电磁铁、与该电磁铁的可动铁芯一端触碰的自锁式按钮开关，电磁铁可动铁芯的另一端与一个按键的底端触碰 ；所述驱动电路为瞬时驱动电路。自锁式按钮开关上的按钮头运动方向与电磁铁活动铁芯的运动方向相同，且与所述按键的摆动方向基本一致。其能够一定程度上节省电能，但不具有消除电火花的功能，存在安全隐患。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：目前的开关不具有消除电火花的功能，存在安全隐患的技术问题。提出了一种能够消除开关开断瞬间电火花的结构不易卡顿的维持状态不耗能的开关。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种防火花的智能开关，包括壳体、静触头、防火花动触头、驱动基座、测量模块、通信模块和MCU，所述静触头、防火花动触头、驱动基座、MCU和通信模块安装在壳体内，所述静触头包括接线柱、绝缘套和引入头，所述引入头呈圆柱形，引入头第一端与接线柱连接，所述绝缘套套接在接线柱上并与引入头第一端抵接，所述接线柱与入户线火线连接，所述测量模块测量引入头的电位和电流，测量模块与和通信模块均与MCU连接，所述防火花动触头安装在驱动基座上，所述驱动基座受MCU控制。测量模块可以测量接入开关的功率和实时电流，通信模块可以接收控制终端的指令也可以将采集到的数据发送到控制终端。

作为优选，所述防火花动触头包括动触头套和转子，所述动触头套呈中空圆柱体，动触头套内壁直径与引入头外圆直径相等，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，所述镂空内安装有引出头，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，转子在转子轴向与驱动基座相对位置固定，转子第二端固定安装有永磁铁。

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。转子转动时可以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，引入头逐渐伸入动触头套内，当引入头即将引出头接触时，引入头将挤压卡扣的释放扣，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，在抽气板引入头侧形成真空度，进而在引入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，能够起到吸弧灭弧的作用，且能够避将产生的火花向内吸入，动触头套和卡扣均由陶瓷材料制成，能够避免产生外部可见的电火花。

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。现有智能开关采用电磁铁和衔铁控制触点的接触和脱开，具有维持状态耗能和容易出现卡顿的缺点，本发明中采用圆周布置的电磁极，吸引转子上的永磁铁，控制电磁极轮流导通既可以使转子持续转动，结合螺纹传动结构即可实现触点的接触和脱离，螺纹螺旋升角小于自锁角，因而保持状态中不需要耗能。

作为优选，所述引入头靠近第二端的圆柱面上加工有电阻层，所述电阻层由硅掺杂五价元素构成，所述电阻层沿远离第二端的方向掺杂浓度逐渐变大。过电阻层使负载在接通前具有预通电，而后再与低阻值的金属触头区域接触，可以降低接通瞬间的电流，尤其是具有电感的负载，可以使电感在预通电时即产生阻抗，避免瞬时电流过大，导致电火花的产生。

作为优选，所述动触头套由陶瓷材料制成。

作为优选，所述动触头套和卡扣均由陶瓷材料制成。

一种防火花的智能开关的控制方法，适用于如前述的一种防火花的智能开关，包括以下步骤：A1）动触头套与引入头脱离接触时开关处于断开状态，MCU通过通信模块与控制终端通信，当收到开启开关指令后，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，转子转动时可以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，引入头逐渐伸入动触头套内；A2）当引入头即将引出头接触时，引入头将挤压卡扣的释放扣，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，在抽气板引入头侧形成真空度，进而在引入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，能够起到吸弧灭弧的作用，且能够避免产生的火花外泄，且引出头首先接触的是引入头第二端电阻层部分，能够抑制电弧或电火花的产生，此时测量模块可以测量到引出头的电压，MCU能够记录电磁极循环导通的循环次数，根据循环次数可以计算出引入头伸入动触头套内的长度，当引入头第二端的电阻层与引出头接触时，MCU通过控制引入头继续伸入或抽出，可以改变负载分压，此时智能开关作为调压开关使用；A3）MCU继续循环控制电磁极轮流导通，继续驱动转子转动，当引入头第二端的电阻层越过引出头时，停止电磁极循环通电，此时引入头与引出头导通；A4）当MCU接收到开关断开指令时，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，将引出头与引入头逐渐脱离接触，脱离过程中引出头与引入头的接触电阻逐渐增大，可以避免产生电火花，转子继续反向转动直到引入头与动触头套脱离，即完成断开动作。

本发明的实质性效果是：能够避免开关开断瞬间出现电火花，同时具有调压功能；结构上不易卡顿，维持状态不耗能。

附图说明

图1为智能开关结构图。

图2为防火花动触头结构图。

图3为防火花动触头剖面图。

图4为防火花动触头端面图。

图5为防火花动触头的不同工作状态示意图，其中，图5-a为断开状态示意图，图5-b为开关导通前一刻状态示意图，图5-c为开关导通状态示意图。

图6为电阻层掺杂浓度趋势示意图。

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，17、电阻层，100、通信模块，200、测量模块，300、MCU，400、防火花动触头。

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，为智能开关结构图，静触头、防火花动触头400、驱动基座7、MCU300和通信模块100安装在壳体内，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，引入头5第一端与接线柱4连接，绝缘套3套接在接线柱4上并与引入头5第一端抵接，接线柱4与入户线火线连接，测量模块200测量引入头5的电位和电流，测量模块200与和通信模块100均与MCU300连接，防火花动触头400安装在驱动基座7上，驱动基座7受MCU300控制。测量模块200可以测量接入开关的功率和实时电流，通信模块100可以接收控制终端的指令也可以将采集到的数据发送到控制终端。

如图2所示，为防火花动触头结构图，如图3所示，为防火花动触头剖面图，如图4所示，为防火花动触头端面图，防火花动触头400包括动触头套1和转子8，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，触头套外壁加工有导向槽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，镂空内安装有引出头2，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轴向与驱动基座7相对位置固定，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、弹簧套10和卡扣14，动触头套1和卡扣14均由陶瓷材料制成，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，弹簧套10呈一端开口的中空圆柱体，弹簧套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，弹簧套10接在弹簧套10内，弹簧11第一端与弹簧套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。转子8转动时可以将动触头套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侧形成真空度，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，能够起到吸弧灭弧的作用，且能够避将产生的火花向内吸入，动触头套1和卡扣14均由陶瓷材料制成，能够避免产生外部可见的电火花。

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。现有智能开关采用电磁铁和衔铁控制触点的接触和脱开，具有维持状态耗能和容易出现卡顿的缺点，本发明中采用圆周布置的电磁极13，吸引转子8上的永磁铁，控制电磁极13轮流导通既可以使转子8持续转动，结合螺纹传动结构即可实现触点的接触和脱离，螺纹螺旋升角小于自锁角，因而保持状态中不需要耗能。

如图5为防火花动触头的不同工作状态示意图，其中，图5-a为断开状态示意图，图5-b为开关导通前一刻状态示意图，图5-c为开关导通状态示意图，如图a所示，智能开关导通前的状态，卡扣14的工作扣16位于抽气板靠近动触头套1第二端侧，动触头套1在转子8推动作用下伸出，同时带动抽气板12向前移动并拉伸弹簧11，如图5-b所示，当动触头套1伸出足够距离时，引入头5与引出头2接触前一刻，引入头5挤压卡扣14释放扣15，使卡扣14工作扣16脱扣，抽气板12在弹簧11作用下向动触头套1第二端移动，从而在抽气板12与引入头5之间形成真空度的，进而能够在引入头5与动触头套1之间的间隙形成通向动触头套1内部的气流，起到吸弧灭弧的作用，且即使产生电火花也是在动触头套1内部产生火花，提高了安全性能，如图5-c所示，当引入头5与引出头2存在接触后即可继续通过转子8推动动触头套1，使引入头5和引出头2接合，开关即闭合。

如图6所示，为电阻层掺杂浓度趋势示意图，引入头5靠近第二端的圆柱面上加工有电阻层17，电阻层17由硅掺杂五价元素构成，电阻层17沿远离第二端的方向掺杂浓度逐渐变大。过电阻层17使负载在接通前具有预通电，而后再与低阻值的金属触头区域接触，可以降低接通瞬间的电流，尤其是具有电感的负载，可以使电感在预通电时即产生阻抗，避免瞬时电流过大，导致电火花的产生。

一种防火花的智能开关的控制方法，适用于如前述的一种防火花的智能开关，包括以下步骤：A1）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100与控制终端通信，当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转动时可以将动触头套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；A2）当引入头5即将引出头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侧形成真空度，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，能够起到吸弧灭弧的作用，且能够避免产生的火花外泄，且引出头2首先接触的是引入头5第二端电阻层17部分，能够抑制电弧或电火花的产生，此时测量模块200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，根据循环次数可以计算出引入头5伸入动触头套1内的长度，当引入头5第二端的电阻层17与引出头2接触时，MCU300通过控制引入头5继续伸入或抽出，可以改变负载分压，此时智能开关作为调压开关使用；A3）MCU300继续循环控制电磁极13轮流导通，继续驱动转子8转动，当引入头5第二端的电阻层17越过引出头2时，停止电磁极13循环通电，此时引入头5与引出头2导通；A4）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。

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 (6)

1.一种防火花的智能开关，其特征在于，

包括壳体、静触头、防火花动触头、驱动基座、测量模块、通信模块和MCU，所述静触头、防火花动触头、驱动基座、测量模块、MCU和通信模块安装在壳体内，所述静触头包括接线柱、绝缘套和引入头，引入头第一端与接线柱连接，所述绝缘套套接在接线柱上并与引入头第一端抵接，所述接线柱与入户线火线连接，所述测量模块测量引入头的电位和电流，测量模块和通信模块均与MCU连接，所述防火花动触头安装在驱动基座上，所述驱动基座受MCU控制；所述引入头呈圆柱形，所述防火花动触头包括动触头套和转子，所述动触头套呈中空圆柱体，动触头套内壁直径与引入头外圆直径相等，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，靠近动触头套第二端圆周加工有镂空，所述镂空内安装有引出头，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，转子在转子轴向与驱动基座相对位置固定，转子第二端固定安装有永磁铁；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的一侧加工有通气孔，所述卡扣镶嵌安装在靠近动触头套第二端的内壁，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抽气板扣合的工作扣，卡扣中部设置有释放扣。

2.根据权利要求1所述的一种防火花的智能开关，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。

3.根据权利要求1所述的一种防火花的智能开关，其特征在于，

所述引入头靠近第二端的圆柱面上加工有电阻层，所述电阻层由硅掺杂五价元素构成，所述电阻层沿远离第二端的方向掺杂浓度逐渐变大。

4.根据权利要求1所述的一种防火花的智能开关，其特征在于，所述动触头套由陶瓷材料制成。

5.根据权利要求1所述的一种防火花的智能开关，其特征在于，

所述动触头套和卡扣均由陶瓷材料制成。

6.一种防火花的智能开关的控制方法，适用于如上述权利要求所述的一种防火花的智能开关，其特征在于，有若干电磁极设置在驱动基座内环内部，

所述控制方法包括以下步骤：

A1）动触头套与引入头脱离接触时开关处于断开状态，MCU通过通信模块与控制终端通信，当收到开启开关指令后，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，转子转动时可以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，引入头逐渐伸入动触头套内；

A2）当引入头即将引出头接触时，引入头将挤压卡扣的释放扣，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，在抽气板引入头的一侧形成真空度，进而在引入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，能够起到吸弧灭弧的作用，且引出头首先接触的是引入头第二端电阻层部分，能够抑制电弧或电火花的产生，此时测量模块可以测量到引出头的电压，MCU能够记录电磁极循环导通的循环次数，根据循环次数可以计算出引入头伸入动触头套内的长度，当引入头第二端的电阻层与引出头接触时，MCU通过控制引入头继续伸入或抽出，可以改变负载分压，此时智能开关作为调压开关使用；

A3）MCU继续循环控制电磁极轮流导通，继续驱动转子转动，当引入头第二端的电阻层越过引出头时，停止电磁极循环通电，此时引入头与引出头导通；

A4）当MCU接收到开关断开指令时，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，将引出头与引入头逐渐脱离接触，脱离过程中引出头与引入头的接触电阻逐渐增大，可以避免产生电火花，转子继续反向转动直到引入头与动触头套脱离，即完成断开动作。

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