CN111166925A - 一种磁电感应空气消毒设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种磁电感应空气消毒设备，包括外壳、自适应变频控制器、线圈、金属化合物网、风机，所述的自适应变频控制器采用LC串联谐振拓扑的半桥控制方案，通过相位闭环控制系统检测负载相位的变化并自动调整谐振回路的工作频率，保证电流相位滞后于电压相位，使整个电磁感应系统处于偏感性的准谐振状态，在相同功率下在金属化合物上产生最大的感应电动势，通过感应电动势对空气中的微生物进行杀灭，不会造成空气中有残留物质，能在有人的情况下进行消毒杀菌工作，具有安全、高效杀菌消毒和适应多种材料制成的金属化合物网的优点。

Description

一种磁电感应空气消毒设备

技术领域

本发明属于磁电感应消毒设备领域，尤其涉及一种通过磁电感应产生感应电动势，并通过感应电动势对空气进行消毒杀菌的磁电感应空气消毒设备。

背景技术

空气杀菌消毒是指对空气中的微生物、细菌进行消毒杀灭处理，目前的空气消毒处理设备中，多是采用向空气中喷洒消毒药业、紫外线照射消毒和臭氧消毒等，喷洒药液和臭氧消毒的方法会导致空气中有残留，对人体健康造成一定的影响，而紫外线对人体亦有伤害，不能在有人的时候进行消毒。

发明内容

基于现有技术存在的上述问题，本发明提供一种磁电感应空气消毒设备，包括外壳、自适应变频控制器、线圈、金属化合物网和风机，所述的自适应变频控制器采用LC串联谐振拓扑的半桥控制方案，通过相位闭环控制系统检测负载相位的变化并自动调整谐振回路的输出频率，使电流相位始终滞后于电压相位，整个电磁系统处于偏感性的准谐振状态，在相同功率下产生最大的电动势，通过感应电动势对空气中的微生物进行杀灭，不会造成空气中有残留物质，能在有人的情况下进行消毒杀菌工作，具有安全、高效杀菌消毒和适应多种材料制成的金属化合物网的优点。

一种磁电感应空气消毒设备，包括外壳、自适应变频控制器、线圈、金属化合物网和风机；所述的自适应变频控制器采用LC串联谐振拓扑结构，所述的自适应变频控制器内设置有用于检测负载电流相位的取样模块；所述的外壳通过一体成型的隔板从上到下分隔成出风区、负压区和进风区，所述的进风区底部固定安装有自适应变频控制器，进风区处的外壳侧壁设置有若干进风口，所述的自适应变频控制器上部的进风区处固定安装有线圈，所述线圈与自适应变频控制器通电连接，由自适应变频控制器控制流过线圈的电流和电压；所述的进风区和负压区之间的隔板为第一隔板，所述的金属化合物网四周固定安装在第一隔板上，配合第一隔板分隔进风区和负压区，且所述的线圈位于金属化合物网下方；所述的负压区和出风区之间的隔板为第二隔板，所述的风机固定安装在第二隔板，将负压区的空气向外抽出，所述的出风区顶部的外壳设置有若干出风口。

其中，所述的一种磁电感应空气消毒设备还包括整流器和人机交互控制组件，所述的自适应变频控制器包括中央处理器、隔离驱动模块、IGBT模块、LC谐振回路，所述的中央处理器与隔离驱动模块、负载相位取样模块和人机交互控制组件通过板载信号线连接，所述的隔离驱动模块通过隔离驱动器对中央处理器产生的控制信号进行放大再驱动IGBT模块，负载相位取样模块、中央处理器、隔离驱动模块、IGBT模块和LC谐振回路形成相位闭环控制系统，负载相位取样模块实时获取负载的电流相位数据，并将数据反馈到中央处理器，中央处理器基于获取到的相位数据，实时调整IGBT模块的开关频率，使电流相位始终滞后于电压相位，系统始终处于偏感性的准谐振状态；所述的整流器一端连接外部电源，另一端将整流后直流电输出到IGBT模块，所述的IGBT模块由中央处理器控制将直流电逆变成高频交流电，所述的LC谐振回路再通过线圈形成变化的磁场，使金属化合物网产生感应电动势。

其中，所述的交流电的频率为（15~50）KHz，此频率段不会产生高能电磁波辐射，电磁辐射屏蔽处理容易，制作的设备可以放置于人体生活的环境。

其中，所述的中央处理器的控制频率大于8MHz，保证变频器能实时接收并处理电流和电压相位数据信息，作出相对应的运算。

其中，所述的金属化合物网是由可被电磁感应的金属化合物制成。

其中，用于磁电感应的金属化合物包括201不锈钢、304不锈钢、316不锈钢、409不锈钢、410不锈钢、420不锈钢、430不锈钢、440不锈钢、443不锈钢和镍合金等，材料常见，制作成本低，而且能产生满足杀灭微生物的要求的电动势。

其中，所述的人机交互组件包括触摸控制屏幕、普通显示屏和物理按键中的一种或者多种组合。

其中，所述的金属化合物网具有多层，多层的金属化合物网重叠组成金属化合物网矩阵结构，能提升空气与金属化合物的接触面积，也方便空气从金属化合物中穿过，起到过滤的作用。

其中，所述的金属化合物网为半球面网状结构或者其他类型的平面结构，进一步提升空气与金属化合物的接触面积。

其中，所述的自适应变频控制器内预设的相位基准值的范围为400-1000，相位基准值通过生产时固定预设，或者根据实际情况在使用现场通过上位机预设，当数值设置越大，电流滞后的角度就越大，系统越可靠。

本发明具有的有益效果：

1）利用磁电感应产生的感应电动势对空气中的微生物进行灭杀达到杀菌消毒的效果，同时不会造成空气中有残留物质，能在有人的情况下进行消毒杀菌工作，具有安全和高效杀菌消毒的优点。

2）整个电磁感应系统时刻监测相位变化并自动作出相应的相位调整，使系统的工作状态更加稳定，可靠度更高，能适应所选的不同材质的金属化合物，保证能实时感应出高能电动势。

附图说明

图1，一种磁电感应空气消毒设备的平面结构示意图，图中箭头代表空气和气流方向。

图2，自适应变频控制器的拓扑结构图。

图3，一种磁电感应空气消毒设备的电磁感应系统连接示意图。

图4，电流相位滞后于电压相位示意图，即电流曲线与横坐标轴交点位于电压曲线与横坐标轴交点后。

图5，电流相位超前于电压相位示意图，即电流曲线与横坐标轴交点位于电压曲线与横坐标轴交点前。

其中，图3中的：

IGBT1，D1, IGBT2, D2：为模块封装形式，用于高频交流电的开关；

Cs1、Cs2：两IGBT模块的缓冲电容，用于实现模块的ZVS状态；

Ls：为线圈与被感应的金属化合物耦合的等效电感量，产生谐振的线圈L；

Cx1、Cx2：产生高压谐振的电容C；

Tc :电流传感器，用于取样负载电流；

Rh:为线圈与被感应的金属氧化物耦合的等效电阻。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做详细的描述。

如图1所示的一种磁电感应空气消毒设备，包括外壳1、自适应变频控制器2、线圈3、金属化合物网4和风机5；所述的自适应变频控制器2采用如图2所示的LC串联谐振的拓扑结构，自适应变频控制器2内设置有用于检测负载电流相位的负载相位取样模块；所述的外壳1通过一体成型的隔板从上到下分隔成出风区11、负压区12和进风区13，所述的进风区13底部固定安装有自适应变频控制器2，进风区13处的外壳1侧壁设置有若干进风口，所述的自适应变频控制器2上部的进风区13处固定安装有线圈3，所述线圈3与自适应变频控制器2通电连接，由自适应变频控制器2控制流过线圈3的电流和电压；所述的进风区13和负压区12之间的隔板为第一隔板，所述的金属化合物网4四周固定安装在第一隔板上，配合第一隔板分隔进风区13和负压区12，且所述的线圈3位于金属化合物网4下方；所述的负压区12和出风区11之间的隔板为第二隔板，所述的风机5固定安装在第二隔板，将负压区12的空气向外抽出，所述的出风区11顶部的外壳1设置有若干出风口。

作为优选实施例，如图3所示的一种磁电感应空气消毒设备还包括整流模块和人机交互控制组件，所述的自适应变频控制器2包括控制频率为中央处理器、隔离驱动模块、IGBT模块、LC谐振回路，本实施例中的中央处理器采用60 MHz 的DSP处理器，所述的中央处理器与隔离驱动模块、负载相位取样模块和人机交互控制组件通过板载信号线连接，所述的隔离驱动模块通过隔离驱动器对中央处理器产生的控制信号进行放大再驱动IGBT模块，负载相位取样模块、中央处理器、隔离驱动模块、IGBT模块和LC谐振回路形成相位闭环控制系统，负载相位取样模块实时取样负载的电流相位数据，并将数据反馈到中央处理器，中央处理器基于获取到相位数据，实时调整IGBT的开关频率，使电流相位始终滞后于电压相位，整个电磁系统处于偏感性的准谐振状态；所述的整流器一端连接外部电源，另一端将整流后直流电输出到IGBT模块，所述的IGBT模块将整流后的直流电逆变成（15~50）KHz的高频交流电，所述的LC谐振回路再通过线圈3形成磁场，使金属化合物网4产生感应电动势。

作为优选实施例，所述的金属化合物网4是由443不锈钢制成的半球面网状结构，且具有多层并重叠组成金属化合物网4矩阵结构。

作为优选实施例，所述的人机交互组件是触摸控制屏幕。

作为优选实施例，所述的自适应变频控制器2内预设的相位基准值为500。

上述的空气消毒设备在运行的时候，先接入市电，自适应变频控制器2开始工作，通过中央处理器实时调整谐振回路的输出频率，在线圈上产生随频率变化的磁场，使得固定设置的金属化合物网4产生电动势，对与其接触的微生物进行灭杀，同时启动风机5，带动空气流向金属化合物网4，提升消毒效果。

在消毒过程中工作过程中，负载相位取样模块进行实时取样，中央处理器实时比较取样数据与设置的相位基准值，根据比较结果自动调整系统的工作频率，若电流相位滞后于电压相位，如图4所示，则中央处理器不予干扰控制，若中央处理器判断电流相位超前于电压相位时，如图5所示，中央处理器控制调整电流频率至电流相位再次滞后于电压相位。

在电磁感应系统中，Ls与Cx组成串联谐振，f为固有的谐振频率，其大小与Ls与Cx有关，见下式：

从谐振频率的公式可以看出，系统的固有谐振频率在L、C一定的情况下，f的值是一个确定的值，本系统中，C是一个固定值，Ls是一个等效参数，影响Ls参数的主要因素有：

1、不同材质的金属化合物与线圈的耦合系数不一致；

2、变频器线圈与金属化合物之间的距离不一致，耦合的系数也不一致；

3、工作过程中，线圈温度的变化也会引起等效的参数发生变化。

这三个因子是引起Ls发生变化的主要因子，因此系统的固有谐振频率也在动态的变化，体现为电压和电流相位之间的变化。

通过对相位的监测，一旦电流的相位超前于电压相位时，中央处理器会及时控制调整电流频率，让系统重新回到偏感性的准谐振状态。

对上述的磁电感应空气消毒设备进行杀毒效果试验，结果如下：

本次试验前菌落数测得是64800个/立方米；试验后菌落数测得1120个/立方米，消杀率为 （64800-1120）/ 64800 = 98.2716%。

以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种磁电感应空气消毒设备，包括外壳（1），其特征在于，还包括自适应变频控制器（2）、线圈（3）、金属化合物网（4）和风机（5）；所述的自适应变频控制器（2）采用LC串联谐振的拓扑结构，自适应变频控制器（2）内设置有用于检测负载电流相位的取样模块；所述的外壳（1）通过一体成型的隔板从上到下分隔成出风区（11）、负压区（12）和进风区（13），所述的进风区（13）底部固定安装有自适应变频控制器（2），进风区（13）处的外壳（1）侧壁设置有若干进风口，所述的自适应变频控制器（2）上部的进风区（13）处固定安装有线圈（3），所述线圈（3）与自适应变频控制器（2）通电连接，由自适应变频控制器（2）控制流过线圈（3）的电流和电压；所述的进风区（13）和负压区（12）之间的隔板为第一隔板，所述的金属化合物网（4）四周固定安装在第一隔板上，配合第一隔板分隔进风区（13）和负压区（12），且所述的线圈（3）位于金属化合物网（4）下方；所述的负压区（12）和出风区（11）之间的隔板为第二隔板，所述的风机（5）固定安装在第二隔板，将负压区（12）的空气向外抽出，所述的出风区（11）顶部的外壳（1）设置有若干出风口。

2.根据权利要求1所述的一种磁电感应空气消毒设备，其特征在于，其还包括整流模块和人机交互控制组件，所述的自适应变频控制器（2）包括中央处理器、隔离驱动模块、IGBT模块、LC谐振回路，所述的中央处理器与隔离驱动模块、负载相位取样模块和人机交互控制组件通过板载信号线连接，所述的隔离驱动模块通过隔离驱动器对中央处理器产生的控制信号进行放大再驱动IGBT模块，负载相位取样模块、中央处理器、隔离驱动模块、IGBT模块和LC谐振回路形成相位闭环控制系统，负载相位取样模块实时取样负载的电流相位数据，并将数据反馈到中央处理器，中央处理器基于获取到相位数据，实时调整IGBT的开关频率，使电流相位始终滞后于电压相位，整个电磁系统处于偏感性的准谐振状态；所述的整流器一端连接外部电源，另一端将整流后直流电输出到IGBT模块，所述的IGBT模块将整流后的直流电逆变成高频交流电，所述的LC谐振回路再通过线圈（3）形成磁场，使金属化合物网（4）产生感应电动势。

3.根据权利要求2所述的一种磁电感应空气消毒设备，其特征在于，所述的高频交流电的频率为（15~50）KHz。

4. 根据权利要求2所述的一种磁电感应空气消毒设备，其特征在于， 所述的中央处理器的控制频率大于8MHz。

5.根据权利要求2所述的一种磁电感应空气消毒设备，其特征在于，所述的金属化合物网（4）是由可被磁电感应的金属化合物制成。

6.根据权利要求5所述的一种磁电感应空气消毒设备，其特征在于，所述的可被电磁感应的金属化合物包括201不锈钢、304不锈钢、316不锈钢、409不锈钢、410不锈钢、420不锈钢、430不锈钢、440不锈钢、443不锈钢和镍合金。

7.根据权利要求2所述的一种磁电感应空气消毒设备，其特征在于，所述的人机交互组件包括触摸控制屏幕、普通显示屏和物理按键中的一种或者多种组合。

8.根据权利要求1所述的一种磁电感应空气消毒设备，其特征在于，所述的金属化合物网（4）具有多层，多层的金属化合物网（4）重叠组成金属化合物网（4）矩阵结构。

9.根据权利要求1所述的一种磁电感应空气消毒设备，其特征在于，所述的金属化合物网（4）为半球面网状结构。

10.根据权利要求1-9任一所述的一种磁电感应空气消毒设备，其特征在于，所述的自适应变频控制器（2）内预设的相位基准值的范围为400-1000。

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