CN109473301A - 一种智能开关及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及家用智能电器领域，具体涉及一种智能开关及其控制方法，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、显示屏和MCU，所述静触头包括弹性绝缘套和引入头，所述弹性绝缘套套接在引入头外并包覆引入头的圆柱面，所述测量模块测量引入头的电位和电流，测量模块与、通信模块和显示屏均与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。本发明的实质性效果是：通过采集模块能够远程控制和采集电器工作电流及电压，并通过通信模块将其上传到控制中心，同时能够接收控制中心的指令控制开关通断，且能够消除开关接通和断开瞬间产生电火花的安全隐患。

Description

一种智能开关及其控制方法

技术领域

本发明涉及家用智能电器领域，具体涉及一种智能开关及其控制方法。

背景技术

智能开关不但能够实现接入的普通家用电器的远程控制，还能够采集接入的普通家用电器的工作电流和电压信息，是普通家用电器升级为智能可控家用电器的高性价比的方案。随着网络的进一步普及，以及电网的精细化建设和管理，家用电器联网监测控制成为了当下家用电器发展的一个重要方向。但目前的智能开关通常仅是在原有普通开关的基础上，增加控制单元、通信单元、执行单元以及采集单元，来实现智能开关的全部功能。普通开关在接通和断开瞬间，可能会产生电弧，导致出现电火花，具有一定的安全隐患。以往的开关不具有联网功能不能远程控制，需要人工打开，如果出现异样可以及时的被发现。然而当开关进行联网远程控制后，人员不在现场，无法及时处置可能出现的火情，因而对开关的安全性提出了更高的要求。智能开关应该具有消除电火花对与可燃物之间接触的可能。

中国专利CN102868581B，公开日2015年11月25日，一种智能开关，用于连接至少一用电设备至一电源，包括显示单元、电能侦测单元、通讯单元和处理器。电能侦测单元用于侦测与智能开关相连接的用电设备的实时用电信息。处理器包括控制模块和一计算模块。控制模块控制将实时用电信息显示于显示单元。计算模块根据用电设备的实时用电信息累计计算用电设备的总用电量，并控制将其显示于显示单元上。通讯单元以有线或无线方式连接至一与智能开关连接的网关以进行统计、比较与分析。使得用户可以直观方便的通过显示单元直接查看到与其连接的用电设备的实时用电信息以及用电量，从而满足了用户的需求。但其没有解决开关在接通和断开瞬间产生电火花具有安全隐患的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：目前的智能开关不能解决开关在接通和断开瞬间产生电火花具有安全隐患的技术问题。提出了一种采用防火花触头的能够远程控制和采集电器工作电流及电压的智能开关。

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、显示屏和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，所述显示屏安装在客体外表面，所述静触头包括弹性绝缘套和引入头，所述引入头呈圆柱形，引入头第一端与入户线火线连接，所述弹性绝缘套套接在引入头外并包覆引入头的圆柱面，所述测量模块测量引入头的电位和电流，测量模块与、通信模块和显示屏均与MCU连接，所述显示屏显示测量模块的测试结果，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电器工作功率和电流，通信模块可以接收控制中心的指令也可以将采集到的数据发送到控制中心。

作为优选，还包括存储器，存储器存储开关的开关状态及测量模块获得的测量结果。测量模块测量引入头的电位及电流，可以在开关处于断开的情况下实现对入户火线电压的监控，同时能够监测到引入头出现的异常导通或漏电，能够为安全监控和报警提供数据基础。

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，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，能够起到灭弧的作用，且将产生的火花向内吸入，能够避免产生外部出现电火花。

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。驱动基座电磁极结构布置以及转子永磁体布置可以参考普通的电动马达设置，驱动基座采用了与电动马达几乎相同的结构，用于驱动转子转动。

作为优选，所述引入头第二端端面覆盖有绝缘片，所述绝缘片覆盖引入头第二端端面。引入头第二端端面被绝缘片覆盖能够提高开关的安全性。

作为优选，所述卡扣包括陶瓷扣体和金属连接片，所述金属连接片第一端与动触头套固定连接，陶瓷扣体呈条状，陶瓷扣体第一端与金属连接片第二端固定连接，陶瓷扣体第一端与动触头绝缘套留有间隙，陶瓷扣体具有一个工作侧面，所述工作侧面靠近陶瓷扣体第二端设置有工作扣，所述工作侧面靠近陶瓷扣体第一端设置有释放扣，所述工作侧面伸入动触头套中空腔内。陶瓷具有良好的绝缘性和耐磨性，金属片具有良好的弹性，二者结合可以延长卡扣的使用寿命。

作为优选，所述通信模块为无线网卡。

一种智能开关的控制方法，适用于如前述的一种智能开关，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中心通信，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，动触头套端面挤压弹性绝缘套使引入头侧面导体部分露出，用于与引出头接触导通；A2）当引入头即将引出头接触时，引入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，在抽气板引入头侧形成真空，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，能够起到灭弧的作用，此时测量模块测量到引入头的电流，MCU记录电磁极循环导通的循环次数，根据循环次数计算出引入头伸入动触头套内的长度，当引入头与引出头充分接触时，电磁极停止循环导通，此时开关接通；A3）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，脱离过程中引入头逐渐抽离动触头套，同样能够在动触头套中部内腔中产生真空，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，能够起到灭弧的作用，转子反向转动直到引入头与动触头套脱离，即完成断开动作。根据循环次数计算出引入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，引入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：通过采集模块能够远程采集电器工作电流及电压，并通过通信模块将其上传到控制中心，同时能够接收控制中心的指令控制开关通断，且能够消除开关接通和断开瞬间产生电火花的安全隐患。

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。

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，200、通信模块，300、测量模块，400、MCU，500、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500、驱动基座7、MCU400和通信模块200安装在壳体内，显示屏100安装在客体外表面，静触头包括弹性弹性绝缘套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，接线柱4与入户线火线连接，弹性弹性绝缘套3套接在引入头5外并包覆引入头5的圆柱面，测量模块300测量引入头5的电位和电流，测量模块300与、通信模块200和显示屏100均与MCU400连接，显示屏100显示测量模块300的测试结果，防火花动触头500安装在驱动基座7上，驱动基座7受MCU400控制。测量模块300可以测量接入开关的功率和实时电流，通信模块200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。

适用于本发明智能开关的控制方法，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，MCU400通过通信模块200与控制中心通信，收到开启开关指令后，MCU400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，动触头套1端面挤压弹性弹性绝缘套3使引入头5侧面导体部分露出，用于与引出头2接触导通；A2）当引入头5即将引出头2接触时，引入头5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，能够起到灭弧的作用，此时测量模块300测量到引入头5的电流，MCU400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充分接触时，电磁极13停止循环导通，此时开关接通；A3）当MCU400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，脱离过程中引入头5逐渐抽离动触头套1，同样能够在动触头套1中部内腔中产生真空，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，能够起到灭弧的作用，转子8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 (10)

1.一种智能开关，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、显示屏和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，所述显示屏安装在客体外表面，所述静触头包括弹性绝缘套和引入头，所述引入头呈圆柱形，引入头第一端与入户线火线连接，所述弹性绝缘套套接在引入头外并包覆引入头的圆柱面，所述测量模块测量引入头的电位和电流，测量模块与、通信模块和显示屏均与MCU连接，所述显示屏显示测量模块的测试结果，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。

2.根据权利要求1所述的一种智能开关，其特征在于，

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。

3.根据权利要求2所述的一种智能开关，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。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种智能开关，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。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种智能开关，其特征在于，

所述引入头第二端端面覆盖有绝缘片，所述绝缘片覆盖引入头第二端端面。

6.根据权利要求4所述的一种智能开关，其特征在于，

所述引入头第二端端面覆盖有绝缘片，所述绝缘片覆盖引入头第二端端面。

7.根据权利要求3所述的一种智能开关，其特征在于，

所述卡扣包括陶瓷扣体和金属连接片，所述金属连接片第一端与动触头套固定连接，陶瓷扣体呈条状，陶瓷扣体第一端与金属连接片第二端固定连接，陶瓷扣体第一端与动触头绝缘套留有间隙，陶瓷扣体具有一个工作侧面，所述工作侧面靠近陶瓷扣体第二端设置有工作扣，所述工作侧面靠近陶瓷扣体第一端设置有释放扣，所述工作侧面伸入动触头套中空腔内。

8.根据权利要求1或2或3所述的一种智能开关，其特征在于，

所述通信模块为无线网卡。

9.根据权利要求4所述的一种智能开关，其特征在于，

所述通信模块为无线网卡。

10.一种智能开关的控制方法，适用于如权利要求3所述的一种智能开关，其特征在于，

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中心通信，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，动触头套端面挤压弹性绝缘套使引入头侧面导体部分露出，用于与引出头接触导通；

A2）当引入头即将与引出头接触时，引入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，在抽气板引入头侧形成真空，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，能够起到灭弧的作用，此时测量模块测量到引入头的电流，MCU记录电磁极循环导通的循环次数，根据循环次数计算出引入头伸入动触头套内的长度，当引入头与引出头充分接触时，电磁极停止循环导通，此时开关接通；

A3）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，脱离过程中引入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，起到灭弧的作用，转子反向转动直到引入头与动触头套脱离，即完成断开动作。