CN106230131A - 一种无线供电控制装置和控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无线供电控制装置和控制方法。所述装置包括控制器主板和手操器，其中：控制器主板包括逆变电路、无线供电发射装置和控制器主板无线收发器；逆变电路将直流电转换为频率可控的三相交流电；无线供电发射装置连接逆变电路，用于发射电磁场；手操器包括无线供电接收装置和手操器无线收发器；无线供电接收装置接收无线供电发射装置发射的电磁场，生成电能；手操器无线收发器连接所述无线供电接收装置，以获得电能，手操器无线收发器还耦接控制器主板无线收发器，用于与控制器主板无线收发器进行无线通信。本发明实现控制器主板与手操器无线供电、无线通信功能，使无线供电与无线通信一体化，同时解决了导线安装以及维护困难的问题。
Description
技术领域
本发明属于电器领域，涉及一种无线供电控制装置和控制方法。
背景技术
控制器电路中，低压载波通讯电路通过两芯导线，既能给手操器供电又能实现控制器主板与手操器之间的通讯，最终实现手操器对空调等设备的参数调节。
手操器是空调制冷系统等设备中实现人机交互的重要部件，手操器的稳定运行，才能正确地指挥控制器对空调系统等设备的调节，从而确保空调系统等设备工作在客户需求的工作模式下，并按照客户的调节意愿，实现空调等设备不同模式的转换。
目前业界手操器的供电以及信号传输都依赖于两芯导线或者四芯导线，并配套红外遥控器实现短距离无线通信功能。但是只要通讯线依然存在，不管是两根导线还是四根导线，导线安装在墙体中或者导管中，就会带来线路安装以及通信线维护的问题，给整个空调系统的安装与维护带来麻烦。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种无线供电控制装置和控制方法，实现无线供电与无线通讯一体化，既能实现控制器主板与手操器无线供电功能，又能实现控制器主板与手操器的无线通讯，同时还能解决导线安装以及维护困难的问题。
本发明第一方面提供了一种无线供电控制装置，包括控制器主板和手操器，其中，所述控制器主板包括逆变电路、无线供电发射装置和控制器主板无线收发器；
所述逆变电路，将直流电转换为频率可控的三相交流电；
所述无线供电发射装置，连接所述逆变电路，用于发射电磁场；
所述手操器包括无线供电接收装置和手操器无线收发器；
所述无线供电接收装置，接收无线供电发射装置发射的电磁场，生成电能；
所述手操器无线收发器，接收所述无线供电接收装置，以获得电能，所述手操器无线收发器还耦接所述控制器主板无线收发器，用于与所述控制器主板无线收发器进行无线通信。
优选地，所述逆变电路包括微控制器和智能功率控制模块。
优选地，所述微控制器用于生成3对相位差120度的脉冲信号。
优选地，所述智能功率控制模块包括三相逆变桥，在微控制器控制下，将直流电转换为频率可控的三相交流电。
优选地，所述智能功率控制模块包括6个晶体管。
优选地，所述无线供电发射装置包括三相线圈。
优选地，所述逆变电路包括微控制器，所述微控制器检测所述三相线圈中通过的电流，并计算三相线圈电流的相位，用来控制三相电流的频率。
优选地，所述无线供电接收装置包括接收线圈、全桥整流电路和稳压滤波电路。
优选地，所述无线供电发射装置在工作状态下，与无线供电接收装置处于谐振状态。
优选地，所述稳压滤波电路为并联稳压电路、串联稳压电路、集成化稳压电路或开关电源。
优选地，所述手操器还包括遥控器收发器，其连接所述无线供电接收装置，以获得电能，并用于与遥控器进行无线通信。
优选地，所述遥控器收发器和所述遥控器的通信方式为近场通信NFC、蓝牙通信、红外通信或声波通信。
优选地，所述控制器主板无线收发器和手操器无线收发器的通信方式为近场通信NFC、蓝牙通信或声波通信。
优选地，所述控制器主板为空调系统的控制器主板。
本发明第二方面提供了一种无线供电控制方法，用于在控制器主板与手操器之间实现无线供电，其中：所述控制器主板包括逆变电路和无线供电发射装置；所述手操器包括无线供电接收装置；
所述逆变电路将直流电转换为频率可控的三相交流电；
所述无线供电发射装置，连接所述逆变电路，并发射电磁场；
所述无线供电接收装置，接收所述无线供电发射装置发射的电磁场，并生成电能。
优选地，所述逆变电路包括微控制器，所述微控制器生成三对相位差120度的六路脉冲信号。
优选地，所述逆变电路包括微控制器，所述无线供电发射装置包括三相线圈，所述微控制器检测所述三相线圈中通过的电流，并计算三相线圈电流的相位。
本发明的无线供电控制装置解决了控制器主板与手操器之间的无线供电、无线通讯一体化，从而使二者之间无需设置任何导线，消除了现有技术中存在的导线安装以及维护困难的问题。
本发明的无线供电控制装置还可以包括以下有益效果：实现无线通讯节约导线的成本，减少对导线资源的浪费；实现无线供电可以减少对电池的消耗，防止电池对环境照成污染，为绿色环境建设做出贡献；可推广无线供电技术，应用到弱电小功率供电系统。具有节约成本，减少浪费，防止污染，结构简单，设计合理，实现成本低，使用灵活方便，实用性强，使用效果好，便于推广使用等特点。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
以下将参照附图对根据本发明的优选实施方式的一种三相逆变无线供电控制装置和控制方法进行描述。图中：
图1是根据一示例性实施例示出的三相逆变无线供电控制装置框图。
图2是根据一示例性实施例示出的逆变电路和无线供电发射装置框图。
图3是根据一示例性实施例示出的无线供电接收装置框图。
图4是根据一示例性实施例示出的逆变电路和无线供电发射装置电路图。
图5是根据一示例性实施例示出的无线供电接收装置电路图。
图6是根据一示例性实施例示出的无线供电控制装置框图。
图7是根据一示例性实施例示出的三相逆变无线供电控制装置工作流程图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在进行实施例描述之前，需要说明的是，为了说明的方便及具体化，本组实施例针对的是三相逆变无线供电控制装置及控制方法，但并不仅限于实施例中列举所限定的范围。
以下示例性实施例中的空调仅仅是示例性描述，与空调具有类似属性的其他设备也同样适用。
手操器是空调制冷系统中实现人机交互的重要部件，手操器的稳定运行，能够正确地指挥控制器对空调系统的调节，从而确保空调系统工作在客户需求的工作模式下，并按照客户的调节意愿，实现空调不同模式的转换。通过控制器主板给空调手操器供电又能实现控制器主板与手操器之间的通讯，最终实现手操器对空调的参数调节
图1是本发明实施例所述的三相逆变无线供电控制装置框图。该装置包括控制器主板1、手操器2，并且优选还包括遥控器3。其中，控制器主板1包括逆变电路11、无线供电发射装置13、以及控制器主板无线收发器12。
其中，逆变电路11，将直流电转换为频率可控的三相交流电；逆变电路优选可采用+24V DC供电系统。
无线供电发射装置13，连接逆变电路11，用于发射电磁场。
控制器主板无线收发器12，用于无线通信，例如与后面提到的手操器无线收发器22无线通信。
手操器2包括无线供电接收装置21、手操器无线收发器22，并且优选还包括遥控器收发器23。
其中，无线供电接收装置21，接收控制器主板1(具体是无线供电发射装置13)发射的电磁场，生成电能。无线供电发射装置13在工作状态下，要与无线供电接收装置21达到一种谐振状态，使发射出来的能量80％以上被无线供电接收装置21接收。
手操器无线收发器22，连接无线供电接收装置21，以获得电能，同时，其还藕接控制器主板无线收发器12，以用于与控制器主板1无线通信。
在优选实施方式中，遥控器收发器23，连接无线供电接收装置21以获得电能，同时用于与遥控器3无线通信。
在具体使用中，手操器2的安装位置应尽量满足与控制器主板的无线供电发射装置在空间中无阻碍，从而减少发射能量在空间的损失。
控制器主板无线收发器12和手操器无线收发器22之间的无线通信可以是近场通信NFC技术，近场通信NFC技术比较适合这个使用场景，近场通信NFC具有技术简单，通讯数据量少的优点。无线通信技术并不仅仅限于近场通信NFC技术，也可以采用其他广泛应用的无线通信技术，例如蓝牙通信、声波通信等。
遥控器3和遥控器收发器23之间的无线通信也可以为近场通信NFC，并不仅仅限于近场通信NFC技术，也可以采用其他广泛应用的无线通信技术，例如蓝牙通信、声波通信等。
图2是根据一示例性实施例示出的逆变电路和无线供电发射装置框图。优选地，逆变电路11包括微控制器(MCU)111和智能功率控制模块(IPM)112。微控制器111用于生成三对相位差120度的六路脉冲信号。智能功率控制模块112包括三相逆变桥，在微控制器控制下，将直流电转换为频率可控的三相交流电。例如，逆变电路11采用+24V DC供电系统，在微控制器111控制下，通过智能功率控制模块112的三相逆变桥，将+24V DC转换为频率可控的三相交流电。无线供电发射装置13由三相线圈电感组成。三相逆变桥产生的交流电驱动所述线圈电感，使之向空旷地发射电磁场，其中，所述线圈电感包括三相线圈电感1131、1132和1133。三相线圈电感1131、1132和1133的电感量以及绕线方式决定无线供电接收装置21的电感量以及对应的绕线方式。微控制器111检测线圈中通过的电流，并计算三相线圈电感电流的相位，使三相电流的频率任意控制。
微控制器可以为51单片机、MSP430单片机、AVR单片机、或ARM系列，例如可选用AT89C2051单片机或STC12C2051单片机，或选用ARM系列CPU最小系统，其核心CPU可选择如STM32F103ZET6。
图3是根据一示例性实施例示出的无线供电接收装置框图。无线供电接收装置21包括接收线圈211、全桥整流电路212、稳压滤波电路213。接收线圈211连接全桥整流电路212，全桥整流电路212连接稳压滤波电路213。无线供电接收装置尽可能多地利用空间中传输过来的无线电磁场能，无线供电接收装置21得到电源后，再通过后续的全桥整流电路212、稳压滤波电路213，将稳定后的电能提供给手操器无线收发器和遥控器收发器。
图4是根据一示例性实施例示出的逆变电路和无线供电发射装置电路图。微控制器111作为三相逆变信号发生器生成三对相位差120度的六路脉冲信号，分别是PH1、PL1、PH2、PL2、PH3、PL3。六路脉冲信号接入智能功率控制模块112。智能功率控制模块112包括三相逆变桥，在微控制器111控制下，将直流电转换为频率可控的三相交流电。三相逆变桥包括6个晶体管D1、D2、D3、D4、D5、D6。6个晶体管D1、D2、D3、D4、D5、D6为PNP型三极管，晶体管并不仅仅限于PNP型三极管，也可以采用NPN型三极管、N沟道MOS管、P沟道MOS管等。
在+24V DC供电系统下，+24V DC直流电源与电容C1并联。脉冲信号PH1、PH2、PH3、PL1、PL2、PL3分别连接NPN型三极管D1、D2、D3、D4、D5、D6的基极，控制NPN型三极管D1、D2、D3、D4、D5、D6的导通、截止等工作状态。线圈包括三相线圈电感1131、1132和1133，分别由电感L1、电容C2组成，电感L2、电容C3组成，电感L3、电容C4组成。其中，三极管D1的集电极连接+24V DC直流电源正极，三极管D1的发射极连接三极管D4的集电极；三极管D2的集电极连接+24V DC直流电源正极，三极管D2的发射极连接三极管D5的集电极；三极管D3的集电极连接+24V DC直流电源正极，三极管D3的发射极连接三极管D6的集电极；三极管D4的发射极连接+24V DC直流电源负极，三极管D4的集电极还连接电感L1、电容C2；三极管D5的发射极连接+24V DC直流电源负极，三极管D5的集电极还连接电感L2、电容C3；三极管D6的发射极连接+24V DC直流电源负极，三极管D6的集电极还连接电感L3、电容C4。
微控制器111检测线圈中通过的电流，并计算三相线圈电感电流的相位，使三相电流的频率可以任意控制。
图5是根据一示例性实施例示出的无线供电接收装置电路图。其中，接收线圈211由电感L4、电容C5组成，通过全桥整流电路DB，连接稳压电路，稳压电路包括电容C6、C7、C8、C9等滤波电路。稳压电路中的元器件U1为三端稳压器，稳压电路并不仅仅限于采用三端稳压器的稳压电路，也可以采用其他并联稳压电路、串联稳压电路、集成化稳压电路、开关电源等。无线供电接收装置尽可能多地利用空间中传输过来的无线电磁场能，稳压电路将稳定后的电能提供给遥控器收发器和无线收发器，其中遥控器收发器优选连接红外接收头。
图6是根据一示例性实施例示出的无线供电控制装置框图。控制器主板电源14连接控制器主板无线收发器12，为控制器主板无线收发器12供电。手操器2的无线供电接收装置21感应控制器主板1所发送的电磁场产生电能，为手操器无线收发器22和遥控器收发器23供电。控制器主板1通过控制器主板无线收发器12与手操器无线收发器22实现无线通信，手操器2和遥控器3通过遥控器收发器23实现无线通信。用户通过遥控器3，经手操器2，控制控制器主板1，实现对空调的参数调节、开关控制等操作。
遥控器和遥控器收发器之间可以为近场通信NFC，并不仅仅限于近场通信NFC技术，也可以采用其他广泛应用的无线通信技术，例如蓝牙通信、声波通信等。
图7是根据一示例性实施例示出的三相逆变无线供电控制装置工作流程图。
在上述工作的基础上，本发明第二方面提供了一种无线供电控制方法，用于在控制器主板与手操器之间实现无线供电，其中：所述控制器主板包括逆变电路和无线供电发射装置；所述手操器包括无线供电接收装置；
所述逆变电路将直流电转换为频率可控的三相交流电；
所述无线供电发射装置，连接所述逆变电路，用于发射电磁场；
所述无线供电接收装置，接收无线供电发射装置发射的电磁场，并生成电能。
优选地，所述逆变电路包括微控制器，所述微控制器生成三对相位差120度的六路脉冲信号。
优选地，所述逆变电路包括微控制器，所述无线供电发射装置包括三相线圈，所述微控制器检测所述三相线圈中通过的电流，并计算三相线圈电流的相位。
具体如图7所示，本发明的无线供电控制方法进一步可包括以下步骤：
在步骤801中，初始化工作环境。
由于微控制器111是整个系统的控制核心，其用于协调各部件运行，因此，本步骤中主要通过初始化微控制器111，预先设置参数。
在步骤802中，输出6路PWM脉冲信号。
微控制器111提供预先设置的参数，生成三对相位差120度的六路脉冲信号。
在步骤803中，控制IPM模块中三相逆变桥。
逆变电路11采用+24V DC供电系统，在微控制器111控制下，通过智能功率控制模块112的三相逆变桥，将+24V DC转换为频率可控的三相交流电。在微控制器控制下，将直流电转换为频率可控的三相交流电。
在步骤804中，检测线圈中通过的电流，并计算三相线圈电感电流的相位。
通过计算三相线圈电感电流的相位，使三相电流的频率任意控制。
优选地，微控制器可以为51单片机、MSP430单片机、AVR单片机、或ARM系列，可选用AT89C2051单片机或STC12C2051单片机，也可选用ARM系列CPU最小系统，其核心CPU可选择如STM32F103ZET6。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。
应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。
Claims (17)
1.一种无线供电控制装置，包括控制器主板和手操器，其特征在于，所述控制器主板包括逆变电路、无线供电发射装置和控制器主板无线收发器；
所述逆变电路，将直流电转换为频率可控的三相交流电；
所述无线供电发射装置，连接所述逆变电路，用于发射电磁场；
所述手操器包括无线供电接收装置和手操器无线收发器；
所述无线供电接收装置，接收无线供电发射装置发射的电磁场，生成电能；
所述手操器无线收发器，连接所述无线供电接收装置，以获得电能，所述手操器无线收发器还耦接所述控制器主板无线收发器，用于与所述控制器主板无线收发器进行无线通信。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述逆变电路包括微控制器和智能功率控制模块。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述微控制器用于生成3对相位差120度的脉冲信号。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述智能功率控制模块包括三相逆变桥，在微控制器控制下，将直流电转换为频率可控的三相交流电。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述智能功率控制模块包括6个晶体管。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述无线供电发射装置包括三相线圈。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述逆变电路包括微控制器，所述微控制器检测所述三相线圈中通过的电流，并计算三相线圈电流的相位，用来控制三相电流的频率。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述无线供电接收装置包括接收线圈、全桥整流电路和稳压滤波电路。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述无线供电发射装置在工作状态下，与无线供电接收装置处于谐振状态。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述稳压滤波电路为并联稳压电路、串联稳压电路、集成化稳压电路或开关电源。
11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述手操器还包括遥控器收发器，其连接所述无线供电接收装置，以获得电能，并用于与遥控器进行无线通信。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述遥控器收发器和所述遥控器的通信方式为近场通信NFC、蓝牙通信、红外通信或声波通信。
13.根据权利要求1-12任一所述的装置，其特征在于，所述控制器主板无线收发器和手操器无线收发器的通信方式为近场通信NFC、蓝牙通信或声波通信。
14.根据权利要求1-12任一所述的装置，其特征在于，所述控制器主板为空调系统的控制器主板。
15.一种无线供电控制方法，用于在控制器主板与手操器之间实现无线供电，其特征在于，所述控制器主板包括逆变电路和无线供电发射装置；所述手操器包括无线供电接收装置；
所述逆变电路将直流电转换为频率可控的三相交流电；
所述无线供电发射装置，连接所述逆变电路，并发射电磁场；
所述无线供电接收装置，接收所述无线供电发射装置发射的电磁场，并生成电能。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述逆变电路包括微控制器，所述微控制器生成三对相位差120度的六路脉冲信号。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述逆变电路包括微控制器，所述无线供电发射装置包括三相线圈，所述微控制器检测所述三相线圈中通过的电流，并计算三相线圈电流的相位。
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