低功耗小微型超远距离无线供电方法及系统

1.本发明涉及无线供电领域，特别涉及低功耗小微型超远距离无线供电方法及系统。


背景技术：

2.无线供电，是一种方便安全的新技术，无需任何物理上的连接，电能可以近距离无接触地传输给负载。初始的无线供电中，采用发射线圈通过接通交变电流，从而产生磁场，接收线圈位于磁场中产生感应电流，受电载体通过与接收线圈电性连接完成了无线供电的过程，但是此无线供电过程中，无法判断发射线圈和接收线圈之间连通情况，如发射线圈是否和接收线圈保持正常的供应－接收电能的关系。
3.申请号为202080004909.8的发明专利公开了一种远距离无线充电的发射端、接收端和系统，用于对接收端进行无线充电；发射端包括：发射端处理器、基频射频转换单元和发射端天线；发射端处理器，用于根据控制信号和功率信号生成复合信号发送给基频射频转换单元；控制信号用于控制接收端的工作状态，功率信号用于给接收端充电；基频射频转换单元，用于将复合信号转换为射频信号发送给发射端天线；发射端天线，用于发射复合信号对应的射频信号。
4.上述技术中，发射端通过一条复合信号传输通路，便可以实现对接收端的无线充电以及控制功能。该发射端简化了内部的硬件结构，降低了整个发射端的成本。通过将控制信号和功率信号进行复合，形成一个复合信号通过发射端天线将对应的射频信号发射出去。但是不可避免的是功率控制信号和功率信号是同时发出的，且在接收端需要专门的处理器进行控制信号的解析，市面上流通较多的无线充电设备对于接收控制信号的需求较低，如低功耗小微型小夜灯本身不具备处理专门的处理器，如果增加专门的处理器则会增大成本，并且与接收端相连的受电载体处于开路的情况下，接收端的接收线圈仍然处于发射端发出的磁场中，原本用于充电的电能，此时全部转化为热能，热能的大量积蓄会造成极大的安全隐患。现急需一种能够在受电载体开路情况下，不借助控制信号进行调控，也能断开发射端通电的技术。


技术实现要素：

5.本发明提供了低功耗小微型超远距离无线供电方法及系统，能够解决在受电载体开路时无法断开发射端通电的问题。
6.低功耗小微型超远距离无线供电系统，包括受电载体，还包括：接收线圈和发射线圈：所述接收线圈的输出端与受电载体的输入端电性连接，所述接收线圈与发射线圈平行设置；集束装置：所述集束装置用于将发射线圈产生的磁场的磁感线进行汇聚，所述集束装置设置在发射线圈与接收线圈之间，其中集束装置一端靠近发射线圈，另一端靠近接收线圈；
频率发射器：所述频率发射器的接电口与市电相连，所述频率发射器的输出端与发射线圈相连，频率发射器用于将市电转换成固定频率的交流电，经发射线圈后产生磁场；其中，靠近接收线圈一端的所述集束装置上设有支杆，所述支杆的杆身与集束装置固定连接，所述支杆绝缘且一端与接收线圈抵接；在发射线圈与市电之间设置有按压开关，所述按压开关用于控制发射线圈接电，所述按压开关设置在集束装置内部；所述支杆另一端与按压开关抵接，所述支杆两端贯通，支杆靠近按压开关的一端固定有弹性橡胶，所述弹性橡胶在受压的情况下能够扩张，挤压按压开关，使得发射线圈与市电断开接通；所述支杆抵接接收线圈的一端固定有导热材料，在导热材料和弹性橡胶之间的支杆内部为密闭空间，密闭空间靠近所述接收线圈的位置固定有气囊，所述气囊内部设置有受热蒸发的推动剂，所述受热蒸发的推动剂选择能在接收线圈的受热温度达到阈值时，由液态变化成气态。
7.基本原理及有益效果：发射线圈与市电交变电流接通，经频率转换器转换为固有频率的交流电后，传递给发射线圈，发射线圈周围的空间里产生磁场，接收线圈位于磁场中，在磁场的作用下，接收线圈产生感应电流，给受电载体充电或供电；集束装置设置在发射线圈与接收线圈之间，两端分别靠近接收线圈和发射线圈，集束装置将发射线圈产生的磁场进行集中，汇聚到接收线圈的方向，使得接收线圈在磁场作用下持续产生感应电流，减少了供电损失，也减少了电能消耗。在受电载体处于开路状态时，接收线圈产生的电能会被用于自身发热，与接收线圈抵接的支杆与接收线圈产生热传递，当热量达到受热蒸发的推动剂的沸点时时，即接收线圈的受热温度达到阈值时，受热蒸发的推动剂蒸发，由液态变为气态，气囊膨胀，推动弹性橡胶挤压按压开关，使得发射线圈与市电断开接通。
8.本方案中的集束装置能够用家用常规件进行简单改装后代替，如金属晾衣棍、金属制衣帽架等，在不改变家中物件布局的情况下，完成了对受电载体的布置，减少了重新布线的麻烦，同时也减少了电线的铺设，降低了因电线线路发生危险的概率。
9.本方案中通过集束装置将发射线圈产生的磁场进行汇聚，然后在由集束装置的另一端进行发送，集束装置的长度补偿了距离，实现了远距离的供电，同时本方案中相较于传统的线路布控，缺少了电线，从而更为自由和方便，且更具美感，集束装置采用现有的家具作为替代，在不使用时，也易于收纳，不会占用新的摆放空间，相较于传统的无线供电方式，供电距离也相应地得到了提升。
10.综上，通过设置在发射线圈与接收线圈之间的集束装置，同时通过设置在集束装置上的支杆和支杆内部的气囊、受热蒸发的推动剂量设定，在完成了远距离无线充电的情况下，同时实现了在受电载体开路情况下，不借助控制信号进行调控，也能断开发射端通电。
11.进一步，还包括谐振电路和转换电路，所述谐振电路的输入端与所述转换电路的输出端连接，所述谐振电路的输出端与发射线圈的输入端连接；其中：所述转换电路用于将市电的电压转化为阈值范围内；所述谐振电路，用于调节转换电路的电流及电压的相位和频率，使得发射线圈产生谐振。谐振的实质是电容中的电场能与电感中的磁场能相互转换，此增彼减，完全补偿。电场能和磁场能的总和时刻保持不变，只需供给电路中电阻所消耗的电能。通过谐振电路和转换电路的电流电压输入发射线圈时，使得发射线圈产生的磁场恒定，接收线圈感应生电的电流为可控。
12.进一步，还包括整流电路，所述整流电路输入端与接收线圈的输出端进行连接，整
流电路的输出端与受电载体的输入端连接，所述整流电路用于对接收线圈的输出的电流进行整流、滤波。
13.进一步，还包括电流调节器，所述电流调节器连接在小夜灯的输入端和整流电路的输出端之间的电路中，所述电流调节器用于调节输入至受电载体的电流大小。调节电流大小使受电载体在额定工作电流下工作，避免受电载体输入电流电压过大时损坏。
14.进一步，所述受电载体为小夜灯，还包括光感模块、动态采集模块、数据处理模块和控制器；所述控制器用于控制发射线圈与市电接通和断开；所述光感模块用于检测室内的光照强度，并发出光照数据信号；所述动态采集模块用于采集室内人的活动痕迹，生成活动痕迹信号，所述人的活动痕迹至少包括人的图像信息或声响信息中的一种；所述数据处理模块用于接收光照强度数据信号和生活痕迹信号，若光照强度信号低于阈值时，生活痕迹信号超过阈值，便发出控制通电信号，控制器接收控制通电信号，控制发射线圈与市电接通。小夜灯的智能触发，小夜灯作为夜晚的辅助照明工具，在室内亮度达到阈值时是不会亮的，夜晚黑暗状态下，如果有人的行动信号，如起床上厕所、喝水等，如果开常用照明灯，突然之间强烈的明暗差别会刺伤眼睛，小夜灯的光线较为柔和，能最大限度地减少对眼睛的伤害。夜晚黑暗状态下，有人起夜走动，动态采集模块采集到活动痕迹信号，经数据处理模组处理后，控制器接通电源，发射线圈通电，从而接收线圈生成感应电流，点亮小夜灯。
15.进一步，还包括手动开关，所述手动开关用于主动断开或闭合发射线圈与市电接通。实现人为直接控制小夜灯和市电的接通和断开，更具安全性。
16.进一步，还包括拾音器和摄像头，所述拾音器用于获取室内人的声响信息。通过摄像头的获取的图像信息和拾音器获取房间内的声音信息，通过声响和图像信息来判断房间内是否有人通过，从而依据当前室内的亮度值判断是否满足开小夜灯的条件，为小夜灯的开启提供了直接的参数支撑。
17.进一步，所述人的声响信息至少包括声响分贝数、声响持续时间、声响频率中的一种或多种。针对多维度的声响信息收集分析，声响信息的相互佐证，使得判断逻辑更为严谨。
18.低功耗小微型超远距离无线供电方法，包括以下步骤：s1：市电与发射线圈接通；s2：发射线圈生成电磁场；s3：电磁场发散至接收线圈，接收线圈磁通量发生变化，接收线圈产生感应电流；s4：与接收线圈接通的受电载体通电；靠近接收线圈一端的所述集束装置上设有支杆，所述支杆的杆身与集束装置固定连接，所述支杆绝缘且一端与接收线圈抵接；在发射线圈与市电之间设置有按压开关，所述按压开关用于控制发射线圈接电，所述按压开关设置在集束装置内部；所述支杆另一端与按压开关抵接，所述支杆两端贯通，支杆靠近按压开关的一端固定有弹性橡胶，所述弹性橡胶在受压的情况下能够产生形变，挤压按压开关，使得发射线圈与市电断开接通；所述支杆抵接接收线圈的一端固定有导热材料，在导热材料和弹性橡胶之间的支杆内部为密闭空间，密闭空间靠近所述接收线圈的位置固定有气囊，所述气囊内部设置有受热蒸发的推动剂，所述受热蒸发的推动剂选择能在接收线圈的受热温度达到阈值时，由液态变化成气态。
19.无线供电的设施布置少，对场地的要求不大，可以多场景布置。
20.进一步，在步骤s2与步骤s3之间还有步骤s21：磁场强度增强，线圈周围的磁力线集中。提升磁生电的转化效率，降低能源消耗。
附图说明
21.图1为低功耗小微型超远距离无线供电方法及系统实施例一的逻辑图；图2为低功耗小微型超远距离无线供电方法及系统实施例一的三维图；图3为低功耗小微型超远距离无线供电方法及系统实施例一a处的剖视图；图4为低功耗小微型超远距离无线供电方法及系统实施例一支杆的剖视放大图；图5为低功耗小微型超远距离无线供电方法及系统实施例一按压开关的剖视图；图6为低功耗小微型超远距离无线供电方法及系统实施例一b处的放大图；图7为低功耗小微型超远距离无线供电方法及系统实施例一按压开关压缩状态图；图8为低功耗小微型超远距离无线供电方法及系统实施例一c处的放大图；图9为低功耗小微型超远距离无线供电方法及系统实施例一按压开关接电图。
具体实施方式
22.下面通过具体实施方式进一步详细说明：说明书附图标记：发射线圈1、接收线圈2、集束装置3、支杆31、导热块311、弹性橡胶312、气囊313、推动剂存放腔内314、按压开关32、按压块321、导线33、复位弹簧41、接电板42、金属接电条421、止位块51、止位弹簧52、止位针53、药囊54。
23.实施例一如附图1所示，低功耗小微型超远距离无线供电系统，包括发射线圈1、接收线圈2、和集束装置3、频率发射器、受电载体，受电载体选择小夜灯；频率发射器与市电相连，又与发射线圈1相连，频率发射器用于将市电转换成固定频率的交流电，经发射线圈1后产生磁场；发射线圈1的直径选择30cm，线径选择0.5mm，匝数选择100匝；接收线圈2直径选择10cm，线径选择0.5mm，匝数选择20匝（线圈的大小及匝数，本领域的技术人员可做适应性选择）。接收线圈2的输出端与整流电路的输入端相连，整流电路的输出端与小夜灯的输入端相连，整流电路选择led恒流驱动镇流器，输出电流在220ma左右，满足小夜灯的工作电流。小夜灯固定在离地距离为1.8m的位置处，吸附在墙壁或天花板上。
24.如附图2所示，接收线圈2固定在小夜灯（图未示出）的最下方，且线圈轴面与地面平行，发射线圈1设置在接收线圈2的正下方，发射线圈1与接收线圈2的同轴线的地面上设置了集束装置3，集束装置3选择能够汇聚磁场的金属棍，如附图2-4所示，靠近接收线圈2一端的所述集束装置3上设有支杆31，所述支杆31的杆身与集束装置3固定连接，所述支杆31绝缘且一端与接收线圈2抵接；在发射线圈1与市电之间设置有按压开关32，所述按压开关32用于控制发射线圈1接电，所述按压开关32设置在集束装置3内部；所述支杆31另一端与按压开关32抵接，所述支杆31两端贯通，支杆31靠近按压开关32的一端固定有弹性橡胶312，所述弹性橡胶312在受压的情况下能够扩张，挤压按压开关32，使得发射线圈1与市电断开接通；所述支杆31抵接接收线圈2的一端固定有导热材料，导热材料形成导热块311。在导热材料和弹性橡胶312之间的支杆31内部为密闭空间，密闭空间靠近所述接收线圈2的位
置固定有气囊313。导热块311内部开有推动剂存放腔，推动剂存放腔内314装有推动剂，导热块311下部包裹于气囊313中，导热块311与气囊313通过一个通气口连通，通气口开设在导热块311下部的高处，防止推动剂从通气口流出，所述气囊313内部设置有酒精，酒精在78℃时会蒸发成气体，即本方案中的推动剂选用的是酒精（本领域的技术人员可根据实际应用选择合适的工质材料，使得在达到预定温度时，能够膨胀，挤压按压开关32，使得发射线圈1断电）。金属棍主要作用是对发射线圈1的产生的磁感线进行汇聚，提升接收线圈2感应电流产生的效率，同时降低供电损耗。
25.如附图5-9所示，按压开关32包括壳体、按压块321，接电板42、金属接电条421、导线33、复位弹簧41，按压块321与壳体滑动连接，按压块321上方与弹性橡胶312抵接，按压块321下方在处于非挤压状态时（即弹性橡胶312未形变时）为悬空状态，接电板42下方固定有两个复位弹簧41，复位弹簧41将接电板42托举至一恒定高度（不受其他外力作用下），在此高度下，接电板42上方固定的金属接电条421与导线33接通，如附图5所示的导线33，左端连接至市电，右端连接至发射线圈1，导线33均固定在壳体内部的固定位置，且位于壳体内的导线33裸露，方便与金属导电板连通导电。在按压块321处于非压缩（按压）状态下时，按压块321不与接电板42接触，导线33通过金属接电条421接通，发射线圈1通电；处于压缩（按压）状态时，按压块321与接电板42接触，且按压块321推动接电板42下移，发射线圈1断开通电。如附图6和8所示，在按压块321左边开有一个凹槽，凹槽内滑动连接有止位块51，止位弹簧52一端固定在凹槽内部，另一端固定在止位块51上，在壳体内部有凸条（图仅示出一侧，共有对称的两处），凸条内壁与按压块321下部抵接。凸条下方开有一个接口槽，接口槽的尺寸（长*宽）为止位块51的尺寸（长*宽）的1.2倍，接口槽内固定有止位针53，止位块51左边有开口，且内部开有空腔，止位块51的空腔内有药囊54，药囊54密闭，装有刺激性气体，刺激性气体选择四氢噻吩（tht)，在按压开关32的按压块321处于压缩状态时，随着按压开关32往下移动，止位块51受到止位弹簧52的弹性力推动会落入接口槽内，此时，止位块51一部分在接口槽内，一部分在按压块321的凹槽内，完成固定，且止位块51内的药囊54在弹性力的作用下被止位针53刺破，释放刺激性气味的气体，提醒人们已断电。
26.还包括谐振电路和转换电路，所述谐振电路的输入端与所述转换电路的输出端连接，所述谐振电路的输出端与发射线圈1的输入端连接；其中：所述转换电路用于将市电的电压转化为阈值范围内；所述谐振电路，用于调节转换电路的电流及电压的相位和频率，使得发射线圈1产生谐振。通过上述设置，对输送至发射线圈1的电流电压进行调节，使得发射线圈1能够产生恒定的磁场。转换电路与市电之间还设置有手动开关，手动开关选择空开开关，用于直接手动切断或闭合市电与转换电路的连接。
[0027] 还包括光感模块、动态采集模块、数据处理模块和控制器；所述控制器用于控制发射线圈1与市电接通和断开；所述光感模块用于检测室内的光照强度，并发出光照数据信号；所述动态采集模块用于采集室内人的活动痕迹，生成活动痕迹信号，所述人的活动痕迹至少包括人的图像信息或声响信息中的一种；所述数据处理模块用于接收光照强度数据信号和生活痕迹信号，若光照强度信号低于阈值时，生活痕迹信号超过阈值，便发出控制通电信号，控制器接收控制通电信号，控制发射线圈1与市电接通。光感采集模块选择gm1040数字式光照度计测光仪，能完成测量0-200000lux的光照强度。数据处理模块选择inter i3-10103f cpu及其组件，对数据进行处理并发出控制信号。获取人的活动痕迹选择摄像头和
拾音器，数据处理模块通过对摄像头获取的图像信息，采用帧间差分法，针对相邻两帧图像信息中的变化，判断出是否有人在画面中移动；同理拾音器主要对室内的声音进行捕捉，并将声音信息传输给数据处理模块，数据处理模块根据声音的声响分贝数、声响持续时间、声响频率等信息进行分析，以脚步声为35分贝为例，如果3秒内连续两次以上出现了该分贝数值的声响，则判断为有人经过。当室内亮度低于0.02lux的亮度值时，如果有人活动的痕迹，控制器便接通市电，完成对小夜灯的供电。
[0028]
还包括低功耗小微型超远距离无线供电方法，包括以下步骤：s1：市电与发射线圈1接通；s2：发射线圈1生成电磁场；s21：磁场强度增强，线圈周围的磁力线集中；s3：电磁场发散至接收线圈2，接收线圈2磁通量发生变化，接收线圈2产生感应电流；s4：与接收线圈2接通的小夜灯点亮，靠近接收线圈2一端的所述集束装置3上设有支杆31，所述支杆31的杆身与集束装置3固定连接，所述支杆31绝缘且一端与接收线圈2抵接；在发射线圈1与市电之间设置有按压开关32，所述按压开关32用于控制发射线圈1接电，所述按压开关32设置在集束装置3内部；所述支杆31另一端与按压开关32抵接，所述支杆31两端贯通，支杆31靠近按压开关32的一端固定有弹性橡胶312，所述弹性橡胶312在受压的情况下能够产生形变，挤压按压开关32，使得发射线圈1与市电断开接通；所述支杆31抵接接收线圈2的一端固定有导热材料，在导热材料和弹性橡胶312之间的支杆31内部为密闭空间，密闭空间靠近所述接收线圈2的位置固定有气囊313，所述气囊313内部设置有受热蒸发的推动剂，所述受热蒸发的推动剂选择能在接收线圈2的受热温度达到阈值时，由液态变化成气态。在小夜灯的接收线圈2处于发射线圈1所发出的磁场范围中时，如果接收线圈2的温度处于异常值，即温度过高（产生温度过高的原因可能是接收线圈2开路），当温度达到推动剂（酒精）的汽化温度时（即78℃ ），酒精汽化，体积增加，气囊313膨胀，使得弹性橡胶312产生形变，从而挤压按压开关32，使得发射线圈1断开接电。
[0029]
以上的仅是本发明的实施例，该发明不限于此实施案例涉及的领域，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本技术给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本技术的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。