TWM616702U - 一種傳統開關插座之智能化結構 - Google Patents

Abstract

本創作揭露一種傳統開關插座之智能化結構。 其主要利用市售一種大量被使用之產品進行擴增， 該產品為固定框架和多個單品模塊之組合， 其單品模塊可為單品開關模塊、單品插座模塊或其他功能模塊。 其智能化之方式為， 藉著複數個金屬連接件， 電性連接一片具有微處理器與通訊單元之智能擴充模組與每一單品模塊。 此最終裝置嵌入建築物牆壁後，其可維持傳統手動之開關插座之外觀、安全、 觸感與功能易於室內設計外， 亦可具有由手持裝置遠端控制的能力。

Description

一種傳統開關插座之智能化結構

本創作相關於一種智能化開關插座結構，特別是指利用已經廣泛使用的傳統開關模塊或插座模塊所構成之電力控制裝置， 進行之智能化之擴增設計。

一般習知的市售的傳統開關插座， 有一種普遍使用的類型主要構成為， 一固定框架， 該固定框架上可組裝數個開關模塊或插座模塊， 構成電源控制和電源供給的組合， 裝設於建築物中的嵌入是接線盒中， 最後再組合一外裝飾板， 完成建築物上一牆壁開關或是一牆壁插座， 本創作上稱為傳統開關插座。如松下電材星光系列(deco lite series)、中一電工科技(JYE)或歐洲Schneider所出售之產品。 在該傳統開關插座結構上， 所述該尚未組合到固定框架上為單品模塊， 其結構多為前方為功能面， 後方則具有插線孔。 其安裝於固定框架後， 再與建築物牆壁配線盒中之控制線路電性連接。 若所述單品模塊為開關， 可藉由手動的控制所連接的燈具或家電。 若為插座， 則可供給市電電源給外部電器使用。 除了開關或插座外， 亦有其他多項的功能模塊可供組合。 如上所述之牆壁開關的開啟或關閉， 使用者需要接近該開關手動來控制， 而牆壁插座電源的供給則為持續供給，斷電則需要手動拔除電源，或設備本身需要一開關來控制。 以上手動的控制都需要在手可觸及的距離， 如果距離較遠則無法進行控制， 在實際的使用上有其不便， 若改用習之一種智能化遙控開關則可可將控制距離拉遠， 解決此一問題。 使用上述智能化遙控開關替換傳統開關插座， 雖然可以解決傳統手動開關或插座只能手動的近距離控制，  但其仍有以下缺點， 該智能化遙控開關之外觀設計上受限於市售傳統開關插座專利與著作權， 因此無法與一致， 造成全屋使用的開關外觀不一致， 在裝潢的美觀上造成困擾。  上述習之之智能化遙控開關， 其構成在成本考量與設計上，通常無法已經大量生產的傳統手動開關插座， 具有同樣安全的設計結構、 高等級的用料和多年來的使用者習慣。 此外， 在該智能開關失效時將完全無法動作。  由上所述， 不論習知傳統手動開關插座或該智能遙控開關插座，在現今的使用上都仍有其不足之處。

鑒於先前技術所述的不足， 本創作實現了一種傳統開關插座之智能化， 主要目的提供了利用傳統開關插座進行一種智能化的改裝結構設計，綜合傳統開關的優點，  又能智能遙控開關插座的智能化之功能。 其市售一種大量被使用之產品進行改裝， 其為固定框架和多個單品模塊之組合， 單品模塊可為單品開關模、單品插座模塊或其他功能模塊。 在每一單品模塊使用數個金屬連接件電性連接至一片具有微處理器與通訊單元之智能擴充模組後，傳統開關插座被進行智能化改裝。此最終裝置嵌入建築物牆壁後，其可維持傳統手動之開關插座之外觀、安全、 觸感與功能， 亦可具有由手持裝置遠端控制的能力。 本創作傳統開關插座之智能化改裝結構， 具體是將手動傳統開關插座為基礎，擴增一智能擴充模組使其智能化。 該智能擴充模組包含有一智能主板、 複數個金屬連接件、 複數個強電端子， 而上述該智能主板包含有：一電路板， 一微處理器、通訊單元與電源單元與至少一電子開關。  該智能擴充模組居於一個中介的控制位置， 其隔離原來市電直接接入之傳統開關插座， 使得市電供應到傳統開關插座的電源通路，可以被智能擴充模組所控制。 本創作具有以下優點： 1.本創作的外觀和現有的手動傳統開關插座一致，  相較於全新設計的智能開關，本創作能對居家的美觀保持其一致性。 在維持居家裝潢外觀一致的同時， 該傳統開關插座同時具備， 手動控制與遠端遙控的功能。 2. 傳統開關插座的構造， 其利用原有的高級電材，本創作透過該電源電路板與現有埋入式，更增加了安全性。當智能部分失效時， 在智能化的部分出現故障時， 可將智能化的部分進行移除，  恢復為手動暫時使用， 多一替代方案與保險， 不致有完全不能使用的困擾 。 3. 本創作之空間設計結構可以相當彈性， 組合不同數量的主板與副板， 即可以將原傳統的開關或插座， 實現各種進階通訊功能、感測功能與顯示功能。

實施方式如圖1所示， 傳統開關插座101， 其組成主要具有一固定框架10， 用以組合至少一個單品開關模塊11、 單品插座模塊12 或其他單品模塊。 以上各種不同的單品模塊在後述統稱單品模塊。 一個固定框架10模塊通常可組入一到三個單品模塊， 進行最多三個獨立功能使用。  若需要更多功能， 可擴大其固定框架10擴大組合併排為兩個，  使其可組入二至六個單品模塊，使能夠進行最大六個獨立功能使用。 各單品模塊正面為使用者功能面， 其可為開關功能、 插座功能或其他功能。 單品開關模塊11或單品插座模塊12背面具有二到四個插線孔， 其提供電性線路的連接。單品開關模塊11可控制市電到的通斷， 用以啟閉外部負載。 單品插座模塊12可接入市電， 用以供給外部負載電源。牆壁接線盒19則為建築物建造時所預留的容體，內部具有預先設計之強電線路的線頭， 提供單品開關模塊11電性連接使用。 當牆壁接線盒19所有線頭與傳統開關插座101上每一單品模塊連接完成後， 可將固定框架10以螺絲穿入固定框架10上之固定孔， 最後再蓋上外部裝飾板18即完成一組傳統開關插座101的安裝。 在如上述所之傳統開關插座101的基礎之下， 本創作進行一種使其智能化之設計結構。 智能化的設計方法主要是在傳統開關插座101， 與牆壁嵌入部103的市電之間， 增設一智能擴充模組102部分。 其隔離了傳統開關插座101與牆壁接線盒19中的市電線路， 使得智能擴充模組102 能接收使用者手動單品開關模塊11的動作， 或是由智能擴充模組102控制市電供給至單品插座模塊12， 由此以達到控制的目的。 上述之智能擴充模組102包含一智能主板 13、 複數個金屬連接件14、 背蓋16與背蓋固定件17。智能擴充模組102之智能主板 13， 其藉由數個金屬連接器14， 可與傳統開關插座101上之單品開關模塊11， 或單品插座模塊12電性連接， 該電性的連接可為市電的接入與輸出， 或傳遞微弱的電子訊號。 如圖2所示， 圖2為圖1由其背面做觀察。 該智能主板13，其具有複數個強電端子， 在此一設計例中強電端子具有輸入與輸出兩個群組。 複數個強電輸入端子22，其供市電的接入使用， 而複數個強電輸出端子23， 其可將市電做輸出。 市電之輸入與輸出可被智能主板13所控制， 其控制方法待後述。 在利用了複數個金屬連接件14， 其將智能主板13上之複數個電路板導電環15， 與單品開關模塊11上之複數個插線孔24電性連結後， 該得智能主板13可以得到單品開關模塊11之使用者手動開關訊號， 控制智能主板13可可根據內部邏輯判斷， 控制強電輸入端子22之市電， 是否供應到強電輸出端子23， 開啟與關閉外部負載。 若智能主板20所連接為單品插座模塊12， 如上述之相同作法， 利用複數個金屬連接件14， 將智能主板13上之複數個電路板導電環15， 與單品插座模塊12上之複數個插線孔24電性連結後， 智能主板13可根據內部邏輯判斷， 控制強電輸入端子22之市電， 是否供應到單品插座模塊12，供外部負載使用。 接續圖2所說明智能主板13的外部連接方式後， 圖3說明其內部功能。 智能主板13包含一電路板30、 至少一電子開關32、至少一微處理器31、 至少一電源單元34和至少一通訊單元37。 傳統開關插座101可包含有單一或複數個單品開關模塊11， 或為僅有單一或複數個單品插座模塊12， 或兩者之任意組合， 可進行智能化的模塊並不受限於開關或插座， 也可適用於其他功能模塊。 以下就不同組合進行說明。 首先考慮智能主板13所連接僅為單一個單品開關模塊11時， 若使用者切換開關時， 單品開關模塊11之電性狀態改變， 經由金屬連接器14傳導， 微處理器31可取得該使用者手動控制訊號。 微處理器31內部軟體程式可依據該控制訊號， 驅動電子開關32控制市電38是否連接外部負載39。 另一方面， 處理器31可透過通訊單元37將單品模塊獲得的開關狀態， 直接送到使用者的手持裝置41，或其亦可向外發送到一無線基地台40， 再轉發到手持裝置41， 使用者便可在手持裝置41上可見到開關之狀態改變。 以下就微處理器31接收到使用者產生用以開啟與關閉電子開關32的訊號，統稱為控制訊號。 上述控制訊號除了由手動單品開關模塊11產生外，亦可由其他來源而來。 如使用者利用其手持裝置41發出一控制訊號，  該訊號可直接或由無線基地台40轉送至智能主板13， 控制訊號進入通訊單元37再送至微處理器31進行判斷。 微處理器31內部具有軟體程式之邏輯判斷可驅動電子開關32， 電子開關32其透過強電介面33控制市電38是否連接外部負載39， 如此達成使用者可藉由手持裝置41來進行傳統開關插座101控制， 擴展原來僅能使用手動對市電38到負載39的控制。 具體而言，微處理器31可以接收到使用者是否按下實體開關， 或由外部一手持裝置來操作燈具。 若智能主板13所連接為複數個單品開關模塊11時， 其操作和動作與上述相同，其產生複數個開關訊號到微處理器31， 內部軟體程式之邏輯判斷可驅動複數個電子開關32， 控制複數個市電38到負載39的開關動作。 當智能主板13所連接為單一個單品插座模塊12時， 使用者可由其手持裝置41發送控制訊號到微處理器31， 其由電子開關32控制該插座的電源來源， 亦即電子開關32開啟與關閉市電是否供應到單品插座模塊12。 與上述之單品開關模塊11相同， 使用者可手動操作或使用其手持裝置41發出該控制訊號，  來進行插座是否供電的控制。 若智能主板13所連接為複數個單品插座模塊12時， 其操作與上述相同。 具體而言， 微處理器31可以接收到使用者外部裝置的控制訊號，來操作插座是否供給電源。 此外， 上述之控制信號實際上還有很多途徑可產生。 如智能主板13可增設感測器單元36做為控制訊號的其他來源， 微處理器31接受後即可進行單品模塊的操作， 操作過程如上述不再重複。 以下就感測單元的不同類型進行舉例說明， 若感測器單元36為一觸控感測器， 當使用者觸摸後， 其可產生控制訊號， 當微處理器31可以接收該訊號， 同時又能接收外部手持裝置41的訊號， 該單品插座模塊12即可同時， 被該近端觸控開關及遠端外部裝置41控制。若感測器單元36為一溫溼度感測器， 當期達到使用者之設定溫溼度時， 其也可產生控制訊號， 進行傳統開關插座101溫控自動地開啟與關閉。 智能主板13 也可增設一顯示單元35顯示該傳統開關插座101的內部狀態， 或使用者之設定等， 有更好的人機互動。 傳統開關插座101中可同時具有單品開關模塊11、 單品插座模塊12或其他功能模塊， 設計上都可以彈性進行上述開關與插座的組合架構。 圖4說明為了因應各種不同功能在空間上的設計需求。 智能主板13在空間上並非只能有一片板， 其可進行各種彈性分離組合設計， 亦即其可切割成主板與副板， 在不同空間上前後排列。  該智能主板13切割為主副結構後， 僅為空間狀態之改變。 主板與副板間電性連接， 使該智能主板13之整體仍維持其所有硬體單元與控制功能， 但適應了不同功能需求的空間彈性。 以下就不同分割數量進行說明。 智能主板13其一架構可為僅有單一主板50， 其上包含所有功能單元。 另一架構為智能主板13具有主板50與第一副板51之組合。 具體來說， 若智能主板13中之通訊單元為一WIFI模組， 其可設計於主板50之上， 或可將其設計於副板51之上， 使其主板具有更多空間可容納其他設計， 如容納一感測器或照明燈等。 另一架構可為智能主板13具有主板50、 第一副板51與第二副板52之組合。 該主板50與第一副板51可為如上述之架構， 而更增加一第二副板52，在第二副板52上其可設計感測單元或顯示單元。 若為更多副板之架構可依上述之擴增方式進行類推。 傳統開關插座101在其擴充之功能上更可連結雲端之氣象資料，進行智能化之控制。 圖5 中控制主板13中之微處理器31可透過通訊單元37發送控制訊號到無線基地台40，再轉送至雲端42之氣象伺服器43讀取資料。氣象資料經由氣象伺服器43回傳雲端42再送回無線基地台40， 並由通訊單元37送回微處理器31。微處理器31中具有軟體程式可判斷該氣象資料是否符合使用者設定之臨界值，若符合則驅動電子開關32控制市電38是否供應至負載39，或將市電38供給至傳統開關插座101。微處理器31同時亦可將氣象資料之處理結果顯示至顯示單元35，告知使用者氣象資料之運作結果。

101:傳統開關插座 102:智能擴充模組 103:牆壁嵌入部 10:固定框架 11:單品開關模塊 12:單品插座模塊 13:智能主板 14:金屬連接件 15:電路板導電環 16:背蓋 17:背蓋固定件 18:外部飾板 19:牆壁接線盒 20:智能主板 22:強電輸入端子 23:強電輸出端子 24:插線孔 30:電路板 31:微處理器 32:電子開關 33:強電介面 34:電源單元 35:顯示單元 36:感測器單元 37:通訊單元 38:市電 39:外部負載 40:無線基地台 41:手持裝置 42:雲端 43:氣象伺服器 50:主板 51:第一副板 52:第二副板

圖1: 本創作一種傳統開關插座之智能化結構之立體分解圖 圖2: 本創作一種傳統開關插座之智能化結構之背面角度之立體分解圖 圖3:  本創作一種傳統開關插座之智能化結構之智能擴充模組結構 圖4:  本創作一種傳統開關插座之智能化結構之智能主板彈性組合設計之示意圖 圖5: 本創作一種傳統開關插座之智能化結構之連結雲端之氣象伺服器進行智能化之控制示意圖

101:傳統開關插座

102:智能擴充模組

103:牆壁嵌入部

10:固定框架

11:單品開關模塊

12:單品插座模塊

13:智能主板

14:金屬連接件

15:電路板導電環

16:背蓋

17:背蓋固定件

18:外部飾板

19:牆壁接線盒

Claims (10)

1. 一種傳統開關插座之智能化結構， 其包含有：至少一單品模塊、 至少一固定框架與至少一智能擴充模組； 各單品模塊藉由卡扣組合於固定框架上，而該智能擴充模組電性連接於各單品模塊， 其可相互傳遞電子訊號或電源。
2. 如請求項1所述之一種傳統開關插座之智能化結構， 該智能擴充模組具有一智能主板、 複數個金屬連接件、 複數個強電端子； 該智能主板透過複數個金屬連接件與各單品模塊電性連接， 其具有邏輯判斷與開關交流電力之能力。
3. 如請求項2所述之一種傳統開關插座之智能化結構， 該強電端子可為僅單有輸入群組或具有輸入組群與輸出群組兩不同群組， 智能主板可使輸入群組與輸出群組之間成為電性導通或不導通狀態， 或可使輸入群組與單品模塊之間成為電性導通或不導通狀態。
4. 如請求項2所述之一種傳統開關插座之智能化結構， 該智能主板包含有：至少一電路板、 至少一微處理器、 至少一通訊單元、 至少一電源單元與至少一電子開關； 該微處理器可接收通訊單元或單品模塊而來之控制訊號， 並經由內部之邏輯判斷， 切換至少一電子開關之開啟與關閉狀態。 電源單元轉換交流電源到直流功各部所需。
5. 如請求項4所述之一種傳統開關插座之智能化結構， 該通訊單元包含至少一無線WIFI模組，  與微處理器電性連接， 其提供對外界手持裝置或無線基地台之控制訊號的傳送與接收。
6. 如請求項4所述之一種傳統開關插座之智能化結構， 該通訊單元更可擴增一Bluetooth協定、  Zigbee協定、Lora協定、 Sub_1GHz協定、UWB協定、THREAD協定、NFC協定、Wi-SUN協定或有線 KNX協定， 使其對外更具有多通信協定之控制能力， 可與具有該協定之外部裝置進行資料傳輸。
7. 如請求項2所述之一種傳統開關插座之智能化結構， 該智能主板更可擴增一偵測器單元， 其可為溫溼度感測器、  影像感測器、  微波感測器、 紅外線發射接收感測器、 氣體感測器、 功率計量感測器或其組合，提供微處理器對外部環境之邏輯判斷，進行進階之功能操作。
8. 如請求項2所述之一種傳統開關插座之智能化結構， 其智能主板更可擴增一顯示單元， 其可為LED、 LCD 或 OLED，對使用者告知其內部狀態、 感測單元訊息、 或使用者之設定等。
9. 如請求項2所述之一種傳統開關插座之智能化結構， 該智能主板可分離為一主板與至少一副板之彈性組合設計， 主板與各副板之間電性連接， 該智能主板主副結構仍維持其所有單元與其控制功能， 但重新分配其空間狀態。
10. 如請求項4所述之一種傳統開關插座之智能化結構， 該微處理器更可透過通訊單元接受外部裝置或雲端伺服器傳入之氣象資料，藉此資料進行判斷進行電子開關之開啟與關閉。

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