無線通信保險絲狀態指示器系統和方法
2023-08-02 00:41:21
專利名稱：無線通信保險絲狀態指示器系統和方法
技術領域：
本發明一般涉及保險絲，更具體地涉及具有保險絲狀態指示器的保險絲。
背景技術：
保險絲是廣泛使用的過電流保護設備，它具有在導電端子元件，諸如端帽或接線片之間延伸的主可熔連結或主熔絲元件組件。當端子元件電連接至通電電路時，電流從主可熔連結或熔絲元件組件上流過。所述主可熔連結或熔絲元件組件被設計成當流過所述保險絲的電流達到預定等級時，將會在物理上熔化、分解、或者以其他方式在結構上失效，由此斷開流過所述保險絲的電路，從而保護相關的電設備和部件不受損害。一旦所述可熔連結已經斷開了電路，可以拆下所述保險絲並用另一根保險絲來更換，以便再一次接通該電路。
為了進行更換而識別斷開的保險絲並非總是一件容易的差事，尤其是在使用大量保險絲的大型電系統中。為了協助以更有效的方式來定位斷開的保險絲，已經開發了各種類型的保險絲狀態指示器，可以用來指示保險絲的運行狀態。舉例來說，已知的指示器提供內置於保險絲外殼中的局部保險絲狀態指示功能，例如燈、發光二極體、溫度響應型材料、機械銷和標籤可以通過保險絲外觀變化來指示斷開的保險絲。然而，這些指示器在許多方面是不利的。
例如，已經開發了包含有當主熔絲元件斷開時可以釋放的，裝有彈簧元件的機械指示器。然而，這樣的機械指示器可能難以組裝，並且可能不會有所期望的那麼可靠。
其他類型的保險絲狀態指示器通過保險絲外觀的物理變化來指示該保險絲的運行狀態。通常，這需要在熔絲體外表面上延伸的導電指示器連結組件。該外部連結構成熔絲體外部的第二熔絲連結，並且與該熔絲體內的主熔絲元件並聯。當指示器連結在過電流狀態下斷開時，該指示器連結自身或者該指示器組件的其他部分可以改變顏色。然而，這些類型的指示器已經證實難以可靠地終止熔絲端子元件與外部指示器的連結。
此外，某些已知的保險絲包括警報端子，它可以向外部設備(例如計算機或繼電器)發信號通知保險絲的斷開。然而，這種遠程保險絲狀態指示，需要在所述保險絲警報端子和外部設備之間的硬線點對點連接。許多裝有保險絲的系統都沒有為此目的而布線。
無論所使用指示器是何類型，製造限制都趨向於當保險絲斷開時，產生某些結果或效果的變異性，這些變異性可能導致儘管有指示器，仍然難以定位斷開的保險絲。例如，當主熔絲元件斷開時一根保險絲可能會表現出明顯的外觀變化，而當主熔絲元件斷開時另一根保險絲可能只表現出細微的變化。該細微變化對於期望觀察到明顯變化的人員來說可能不夠明顯。
另外，在特定的保險絲斷開之前可能會經歷相當長的一段時間，這段時滯可能會降低指示器正確運行的可能性。對於機械致動的指示系統，包含燈和照明器的保險絲狀態指示器，以及包含可能隨時間降解的溫度響應型材料的保險絲狀態指示器的情況下尤其如此。
更進一步地，帶有已知指示器的保險絲通常必須安裝在電系統中的特定方位，從而使指示器能夠看得見以便進行檢查。如果必須從電系統上拆下保險絲以檢查所述指示器的話，所述指示器就失去了價值。同樣，如果保險絲進行了不正確的安裝，這可能從保險絲的目視檢查來看不是那麼明顯，電流有可能不能正確地流過所述保險絲，而且指示器不能發揮它所設計的功能。在這樣的情況下，已知的指示器不能有效地識別具有問題的保險絲。
發明內容
根據一個示範性實施例，一種電保險絲包括保護體，從所述保護體伸出的端子元件，在所述保護體內延伸且在端子元件之間電連接的主熔絲元件，以及識別元件，其被配置用於向遠程設備發送無線信號以確定所述主熔絲元件的運行狀態。
根據另一示範性實施例，提供一種保險絲狀態識別系統。該系統包括至少一根保險絲，該保險絲包括保護體，耦合至該保護體的端子元件，在所述保護體內延伸且在端子元件之間電連接的主熔絲元件，以及位於所述端子元件之間的識別元件。遠程通信設備被配置用於通過空中接口與所述識別元件進行通信。
在又一示範性實施例中，一種保險絲狀態識別系統包括一包含有發射機的無線電頻率識別標籤，其中所述標籤電連接至包含有主熔絲元件的保險絲；和一無線電頻率詢問設備，其被配置用於使用所述標籤發射無線通信以確定該保險絲的運行狀態。
在又一實施例中，提供一種用於在裝有保險絲的系統中識別斷開的保險絲的方法，所述系統具有其中帶有保險絲狀態識別元件的至少一根保險絲，以及遠離所述保險絲的通信設備。該方法包括使用通信設備通過空中接口向保險絲的識別元件發送信號，等待從所述識別元件到通信設備的響應，並根據來自該識別元件的響應或者缺乏該響應，確定保險絲的運行狀態。
圖1是保險絲狀態識別系統的示範性實施例的示意方框圖。
圖2是用於圖1所示保險絲狀態識別系統的保險絲的示範性實施例的橫截面示意圖。
圖3是圖1所示保險絲狀態識別系統更詳細的示意圖。
具體實施例方式
圖1是保險絲狀態識別系統100的示範性實施例的示意方框圖，所述保險絲狀態識別系統100包括保險絲110，其上耦合有識別元件或標籤設備120，其通過無線連接130與諸如下文描述的讀出器或詢問設備的遠程設備140進行通信。識別元件120電連接至保險絲110，並且可以用來確定保險絲110是否處於運行狀態(即接通經過所述保險絲的電連接的電流承載狀態或未斷開狀態)，或者保險絲110是否處於非運行狀態(即斷開經過所述保險絲的電連接的斷開狀態)。
如下所述，從識別元件120到通信設備140的信號發送能夠可靠地根據需要指示保險絲110的運行狀態。從識別設備120到通信設備140的信號發送通過空中接口來傳導，從而避免了點對點的布線。因此系統100可以普遍地用於現有的裝有保險絲的系統中，而無須對它們進行改裝或改進，用電線或信號導體將所述保險絲連接至通信設備。
更進一步地，除了保險絲的斷開或未斷開狀態之外，系統100還可以傳達有關裝有保險絲的系統所關心的其他信息。特別地，系統100可以用來識別不正確安裝的或不正常工作的保險絲，以及提供關於與保險絲110相關聯的電系統的信息。系統100以電子方式實現，並避免了由於時間流逝而造成的老化問題，並且能夠以節省成本的方式來實現。
在示範性實施例中，通信設備140和識別元件120通過無線電頻率來通信，並且所述系統依照已知的無線電頻率識別(RFID)系統來運行。照此，並且正如本領域技術人員可以理解的，識別元件120是RFID識別標籤，而通信設備140是RFID讀出器或詢問器。因此，所述系統在識別元件120和通信設備140的緊密接近電磁耦合或電感耦合上運行，或者替代地使用傳播電磁波來運行。然而，可以預料到，也可以使用其他形式或類型的無線通信來替代RFID通信而不脫離本發明的範圍和精神，包括但不限於紅外線通信。
圖2是用於系統100(圖1所示)的保險絲110的示範性實施例的橫截面示意圖。根據已知的保險絲，保險絲110包括用絕緣(即非導電)材料製造的保護體210，耦合至保護體210的導電端子元件212、214，以及在保護體210內延伸且在端子元件212、214之間電連接的主熔絲元件216。所述主熔絲元件216在構造、大小和尺寸上定為一旦出現預定的電流條件(例如故障電流)，就會熔化、分解、汽化、或者以其他方式在結構上失效，以便中斷或斷開通過位於端子元件212、214之間的保險絲110的電連接。以這種方式斷開主熔絲連結216可以保護與保險絲110相關聯的電氣部件和設備不受可能由故障電流引起的損壞。已經知道各種類型的熔絲元件和組件可以用於實現該目的，而本發明並不限於主熔絲元件的任何特定類型或配置。
在所圖示的實施例中，保險絲110是圓筒狀保險絲管，它包括圓柱體210，具有第一端222，第二端224，以及延伸在它們之間的膛226。主熔絲元件216從膛226當中貫穿，並且以已知的方式連接至端子元件212和214，例如通過焊接連接到端子元件212和214上，或者通過嚙合元件212，214的導電墊圈(未示出)。在一個實施例中，端子元件212，214是導電箍或端帽，並且以已知的方式，例如通過卷邊壓接技術縛於保護體210的對應端222，224。當端子元件212，214連接至線路側和負載側電路(未示出)時，通過主熔絲元件216形成一電流通路。儘管在圖2中圖示了圓柱體或管狀體210，應當理解在替代實施例中也可以使用其他形狀和配置的保護體或外殼，包括但不限於矩形熔絲模塊。同樣，也可以使用各種端子元件來替代端帽212和214而不脫離本發明範圍和精神。
識別元件120與主熔絲元件216電並聯，並且在熔絲體210的內部，儘管應當理解在替代實施例中，識別元件120可以位於保護體210的外表面上。在所圖示的實施例中，識別元件120以已知的方式，通過一個細保險絲，或者具有比主熔絲元件216大得多的電阻的其他導電材料連接至端子元件212，214。照此，只有流過保險絲110的電流的非常小的一部分流過識別元件120，因此識別元件120可以監控相對小的電流，以便如下所述指示保險絲110的狀態。
在示範性實施例中，識別元件120是已知的RFID發射機應答器設備，它通過空中接口，在例如100-500kHz，更具體地在大約125kHz的預定無線電頻率載波上與通信設備140(如圖1所示)進行無線通信。然而，應當理解，根據可用的RFID標準，也可以使用其他頻率的載波。同樣，應當認識到，識別元件120與通信設備140之間的數據傳輸速率會受到用於信號傳輸的所選載波頻率的影響。也就是說，頻率越高，設備之間的傳輸速率越高。
通信設備140與識別元件120之間通信的運行範圍或距離取決於設備的功率級，例如可以是從100-500mW，或者由可用規則規定的功率級。該範圍主要受到以下因素的影響要與識別元件120通信的通信設備140的可用功率，要響應的識別元件120內的可用功率，以及外部環境條件和運行環境中結構的存在。在一個實施例中，識別元件120的功率級比通信設備140的功率級低得多。相信無須更多解釋說明，本領域技術人員就能夠選擇恰當的功率級以滿足特定運行環境所期望的規格和目標。
現在參閱圖3，在示範性實施例中，通信設備140包括顯示器240，接口242，天線244，並且可選地包括處理器246和存儲器248。以下將對通信設備140的操作進行更為詳細的描述。
保險絲110的識別元件120包括處理器250，天線252，和存儲器254，根據元件120的複雜程度，所述存儲器在不同實施例中可以是只讀存儲器(ROM)，隨機存取存儲器(RAM)，或者非易失性編程存儲器，例如電可擦可編程存儲器(EEPROM)。當通信設備140詢問時，處理器250通過無線連接130(如圖1中所示)的無線電頻率，與通信設備140進行通信，並且天線252感應運行中的通信設備140產生的電磁場。天線252還用來以已知的方式向通信設備140發送響應。
如下所述，可以通過識別元件120對設備140詢問的響應，或缺乏響應來確定保險絲110的運行狀態。通信設備140可以用來測試和診斷大量保險絲110的運行狀態，而不用將保險絲110與相關電路斷開。根據用戶的需要，設備140通過在空中接口上的無線通信(例如無線電頻率通信)來詢問識別元件120，從而通信設備天線244的傳輸場256與識別元件天線252的傳輸場258交互作用。響應於所述詢問，識別元件120對設備140作出應答。根據於通信協議的複雜程度，以及識別元件與保險絲110的主熔絲連結216的聯繫，可以通過基於處理器的識別元件120的各種方式，來確定保險絲110的運行狀態。
在示範性實施例中，識別元件120是無源無線電頻率發射機，並且依靠通信設備140產生的傳輸場來供電，以響應設備140。在這樣的實施例中，識別元件120不存儲與保險絲110的運行狀態相關的數據。
在替代實施例中，識別元件120是有源無線電頻率發射機應答器，並且由諸如電池268的機載電源來供電，或者替代地，由穿過第二熔絲連結230(如圖2所示)的電流來供電。照此，識別元件120能夠存儲數據，並且當被詢問時能夠向通信設備140發送數據。也就是說，在這樣的實施例中，識別元件120是讀寫設備，並且具有高級功能，例如問題診斷和故障檢修。
基於處理器的通信設備140可以設計為解譯對詢問的應答，並以如下描述的可讀形式向用戶提供輸出。
例如，在一個實施例中，可以把響應通信設備140的詢問的從識別元件120接收到的任何信號視為主熔絲元件216(如圖2所示)運行正常的表示。例如，考慮圖2所示的保險絲110，當主熔絲連結216斷開時，整個故障電流將會送往識別元件120，並且如果選擇了識別元件120，那麼故障電流會破壞或致使元件120不能工作，則元件120在保險絲110斷開之後不能再發揮作用以作出響應。因此，如果沒有從給定的識別元件120接收到響應，那麼可以推測相關聯的保險絲已經斷開。
同樣，在另一實施例中，識別元件120可以僅僅在物理上位於主熔絲元件216的鄰近，而不是電連接至端子元件212和214或者主熔絲元件216。在這樣的實施例中，與主熔絲元件216的斷開相關的熱量和電弧會破壞識別元件120，並阻止它對詢問作出響應。因此，如果沒有從給定的識別元件120接收到響應，可以推測相關聯的保險絲已經斷開。
作為另一個例子，通過對識別元件120的策略選擇，並且通過識別元件120到保險絲110的策略連接，識別元件120可以經受住主熔絲元件216的斷開，並通過例如經由保險絲110的電路的電流或電壓感測，確定主熔絲元件216的斷開。在這樣的實施例中，當保險絲110處於運行狀態時識別元件120可以以第一種方式作出響應，而當保險絲110處於非運行狀態時識別元件120可以以不同於第一種方式的第二種方式作出響應。
當在通過對大量保險絲110的掃描動作中使用時，通信設備140可以詢問保險絲110的識別元件120，並基於所接收到響應的類型，確定哪一根保險絲110(如果有的話)是不工作的。
在更高級的通信協議中，可以由設備140對來自識別元件120的響應進行解碼，由此允許將識別元件120中存儲的特定數據的通信傳達給通信設備140。例如，識別代碼，位置代碼，製造日期等，甚至與隨時間過去的電流(current)特性有關的數據中的一個或更多，都可以存儲在識別元件120的存儲器254中。因此，系統100可以幫助對電系統進行故障檢修。不正確安裝的保險絲或不正常工作的保險絲，同樣可以通過對識別元件120和通信設備140的適當設計，進行檢測和診斷。
在一個實施例中，可以將從保險絲110的識別元件120發送的響應信息通過手持式設備140中的顯示器240直接顯示給用戶，由此提供有關所詢問的通信設備140鄰近的保險絲或多根保險絲狀態的實時反饋。在更進一步的和/或替代的實施例中，設備140的處理器246對在作出詢問時和接收應答時的有關保險絲狀態的數據和信息進行處理和編譯，然後將這些數據和信息存儲在設備140的存儲器248中。存儲在存儲器248中的這些數據和信息可以利用通信鏈路264下載到信息管理系統或者主機260上，所述通信鏈路例如可以是網際網路或其他網絡連接，無線連接(例如無線電頻率)，光通信鏈路等諸如本領域技術人員能夠理解的那些。信息管理系統260處理和存儲這些信息和數據，以便由用戶進行評估，從而進行分析。連同有關裝有保險絲的系統所關心的其他數據一起，也可以識別斷開的或需要更換的任何保險絲110。不正確安裝的保險絲或不正常工作的單元，同樣可以通過對識別元件120和通信設備140的適當設計，進行檢測和診斷。
來自信息管理系統260的數據同樣也可以從信息管理系統260傳送到通信設備140，並且該數據可以用於，例如將來自所選識別元件120的響應與系統中的特定保險絲110進行匹配。
同樣，這些數據可以用來生成對系統特定保險絲110的詢問。在這樣一個實施例中，可以將保險絲110的識別元件120設計為忽略某些詢問，並響應來自通信設備140的其他詢問。此外，保險絲110的識別元件120可以設計為對不同的詢問作出不同的響應。例如，識別元件120可以對基本詢問發送非常基本的響應，或者對更高級的詢問發送包括支持數據的詳細響應。
儘管已經對系統100的某些示範性實施例進行了描述，但應當相信，在本領域技術人員的眼界以內，可以對系統部件進行設計，以便獲得期望的輸出，用於監控保險絲和相關的保險絲系統的狀態。
儘管已經依據各個特定實施例對本發明進行了描述，但是本領域技術人員能夠明白，本發明可以通過在權利要求的精神和範圍之內的修改來實施。
權利要求
1.一種電保險絲，包括保護體；從所述保護體伸出的端子元件；在所述保護體內延伸且在所述端子元件之間電連接的主熔絲元件；和識別元件，其被配置用於向遠程設備發送無線信號以確定所述主熔絲元件的運行狀態。
2.根據權利要求1的保險絲，其中所述識別元件包括發射機應答器。
3.根據權利要求1的保險絲，其中所述識別元件包括處理器。
4.根據權利要求1的保險絲，其中所述識別元件包括存儲器。
5.根據權利要求1的保險絲，其中所述識別元件包括電池。
6.根據權利要求1的保險絲，其中所述識別元件被配置用於發送無線電頻率信號。
7.根據權利要求1的保險絲，其中所述識別元件包括天線。
8.根據權利要求1的保險絲狀態指示器，其中所述保護體為圓筒狀。
9.一種保險絲狀態識別系統，包括至少一根保險絲，該保險絲包括保護體，耦合至所述保護體的端子元件，在所述保護體內延伸且在所述端子元件之間電連接的主熔絲元件，以及位於所述端子元件之間的識別元件；和遠程通信設備，其被配置用於通過空中接口與所述識別元件進行通信。
10.根據權利要求9的保險絲狀態識別系統，其中所述通信設備包括無線電頻率詢問設備。
11.根據權利要求9的保險絲狀態識別系統，其中所述識別元件包括發射器，應答器和發射機應答器中的至少一個。
12.根據權利要求9的保險絲狀態識別系統，其中所述識別元件包括電池。
13.根據權利要求9的保險絲狀態識別系統，其中所述識別元件包括存儲器。
14.根據權利要求9的保險絲狀態識別系統，其中所述識別元件包括處理器。
15.一種保險絲狀態識別系統，包括一包含有發射機的無線電頻率識別標籤，其中所述標籤電連接至包含有主熔絲元件的保險絲；和一無線電頻率詢問設備，其被配置用於使用所述標籤發射無線通信以確定所述保險絲的運行狀態。
16.一種用於在裝有保險絲的系統中識別斷開的保險絲的方法，該系統具有其中帶有保險絲狀態識別元件的至少一根保險絲，以及遠離保險絲的通信設備，所述方法包括使用所述通信設備通過空中接口向所述保險絲的識別元件發送信號；等待從所述識別元件到所述通信設備的響應；和根據來自所述識別元件的響應或者缺乏該響應，確定保險絲的運行狀態。
17.根據權利要求16的方法，還包括使用所述通信設備生成傳輸場；和用所述傳輸場對所述識別元件進行供電。
18.根據權利要求16的方法，其中發送信號包括發送無線電頻率信號。
全文摘要
本發明涉及一種電保險絲及使用它的方法，包括保護體，從所述保護體伸出的端子元件，在所述保護體內延伸且在端子元件之間電連接的主熔絲元件，以及識別元件，其被配置用於向遠程設備發送無線信號以確定所述主熔絲元件的運行狀態。
文檔編號H01H9/16GK1969356SQ200580020267
公開日2007年5月23日 申請日期2005年4月14日 優先權日2004年4月20日
發明者約翰·馬文·阿克曼 申請人:庫帕技術公司