CN212572199U - 无线供电装置、智能锁系统和智能门 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种无线供电装置、智能锁系统和智能门。其中，无线供电装置包括电源模块、能量发送电路板、发送线圈、接收线圈和接收转换电路板；智能锁系统包括智能锁和上述无线供电装置，所述智能锁包括电控锁体、盖板和控制电路板；智能门包括门框、门体和上述智能锁系统。无线供电装置采用磁共振耦合的方式将电源模块的电能传输到接收转换电路板，并通过接收转换电路板为智能锁的控制电路板提供电能，从而可以为智能锁提供稳定的工作电压，使智能锁不再依赖于电池供电，避免由于电量不足而导致的故障。使用了上述智能锁系统的智能门，无需更换电池，方便用户使用，且节约环保。

Description

无线供电装置、智能锁系统和智能门

技术领域

本申请涉及门锁技术领域，特别涉及一种无线供电装置、智能锁系统和智能门。

背景技术

随着科技的发展，智能锁正在逐渐代替传统机械锁，智能锁的开锁方式多样，用户可以通过密码、指纹、掌纹、RFID(射频识别)卡、蓝牙、语音、虹膜和人脸识别等方式进行开锁，而这些功能的实现常常需要依赖于复杂的电子系统。目前的智能锁多采用干电池或锂电池等方式对电子系统和电控开锁装置进行供电，然而，电池寿命有限，多数智能锁需要在数月到1年左右更换电池，当电池电压不足时，需要用钥匙进行开锁，给用户带来不便和造成安全隐患。另外，随着物联网的迅速发展，对智能锁的要求也日益提高，人脸识别、与监控摄像头进行联动、远程监控、安全审计已经逐渐成为智能锁的标配功能，而这些功能的加入必然导致智能锁的功耗上升，因此一次性电池供电的方式难以满足智能锁的发展需求。

实用新型内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种无线供电装置、智能锁系统和智能门，能够满足智能锁的用电需求，避免了频繁更换电池。

根据本申请第一方面实施例的无线供电装置，包括：

电源模块，用于输出直流电压；

能量发送电路板，与所述电源模块连接，用于使直流电压转化为交流电压；

发送线圈，与所述能量发送电路板连接，用于产生磁场；

接收线圈，与所述发送线圈无线连接，所述接收线圈的固有频率、所述发送线圈的固有频率和所述能量发送电路板所产生的交流电压的交变频率一致，所述发送线圈与所述接收线圈通过磁共振耦合实现能量的单向传输；

接收转换电路板，与所述接收线圈连接，用于把在所述接收线圈共振产生的交流电压转化为直流电压，所述直流电压用于输出至智能锁。

根据本申请第一方面实施例的无线供电装置，至少具有如下有益效果：

电源模块向能量发送电路板提供直流电压，能量发送电路板能够将直流电压转化为交流电压，能量发送电路板与发送线圈连接，将交流电压施加在发送线圈上。由于接收线圈的固有频率、发送线圈的固有频率和能量发送电路板所产生的交流电压的交变频率一致，因而发送线圈能够以磁共振耦合的方式向接收线圈传输能量。接收转换电路板与接收线圈连接，接收转换电路板将耦合到接收线圈上的磁共振耦合能量转化为电能，供应给智能锁，从而实现了电源模块与智能锁之间的无线连接，使智能锁能够在无需安装电池的情况下也能正常工作，使智能锁不会因为电池电量不足而发生故障。

根据本申请的一些实施例，所述无线供电装置还包括发射隔磁片和接收隔磁片，所述发射隔磁片设置于所述发送线圈远离所述接收线圈的一侧，所述接收隔磁片设置于所述接收线圈远离所述发送线圈的一侧，所述发射隔磁片和所述接收隔磁片用于防止金属对谐振磁场的干扰。

根据本申请的一些实施例，所述发射隔磁片和所述接收隔磁片为铁氧体材质或铁基纳米晶材质。

根据本申请的一些实施例，所述无线供电装置还包括电能储存单元，所述电能储存单元与所述接收转换电路板和所述能量发送电路板连接，所述电能储存单元用于向智能锁供电。

根据本申请的一些实施例，所述无线供电装置还包括开关电路板，所述电源模块的输出端与所述开关电路板的输入端电连接，所述开关电路板的输出端与所述能量发送电路板的输入端电连接，所述开关电路板用于启动和关断所述能量发送电路板。

根据本申请第二方面实施例的智能锁系统，包括智能锁和上述第一方面实施例的无线供电装置，所述无线供电装置与所述智能锁电连接。

根据本申请第二方面实施例的智能锁系统，至少具有如下有益效果：

智能锁由上述第一方面实施例的无线供电装置供电，从而能够使电源模块与智能锁分离，使智能锁能够在无需安装电池的情况下也能正常工作，使智能锁不会因为电量不足而导致无法识别开锁指令或无法完成开锁动作。另外，智能锁还可以使用电池供电，所述无线供电装置能够为电池充电，保证电池电量充足。

根据本申请的一些实施例，所述智能锁包括：

电控锁体；

盖板，所述盖板的一侧与所述电控锁体连接，用于固定所述电控锁体；

控制电路板，所述控制电路板与所述无线供电装置电连接，所述控制电路板与所述电控锁体信号连接。

根据本申请第三方面实施例的智能门，包括：门框、门体和上述第二方面实施例的智能锁系统，所述门体与所述门框通过所述智能锁系统锁合。

根据本申请第三方面实施例的智能门，至少具有如下有益效果：

门框与门体通过上述第二方面实施例的智能锁系统锁合，智能锁由无线供电装置供电，可以摆脱电池，节省成本。另外，智能锁还可以使用电池供电，无线供电装置为电池充电，可以保证电池电量充足，避免由于电量不足而导致门体无法打开。

根据本申请的一些实施例，所述能量发送电路板和所述发送线圈安装至所述门框，所述接收线圈和所述接收转换电路板安装至所述门体。

根据本申请的一些实施例，所述电控锁体包括锁舌，所述接收线圈位于所述锁舌的上方或者下方，所述发送线圈和所述接收线圈的位置相对应。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本申请的一个实施例提供的无线供电装置原理框图；

图2为本申请的另一个实施例提供的无线供电装置原理框图；

图3为本申请的一个实施例提供的智能锁系统原理框图；

图4为本申请的另一个实施例提供的智能锁系统原理框图；

图5为本申请的一个实施例提供的智能门原理框图；

图6为本申请的一个实施例提供的智能门的门框和门体的侧视图；

图7为本申请的另一个实施例提供的智能门的门框和门体的侧视图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本申请的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本申请中的具体含义。

下面结合附图详细描述本申请第一方面实施例的无线供电装置。

参照图1，本申请的一个实施例提供了一种无线供电装置，包括电源模块110、能量发送电路板120、发送线圈130、接收线圈140和接收转换电路板150。其中电源模块110为AC-DC(交流-直流)转换电路，AC-DC转换电路的输入端与220V的市电交流电连接，AC-DC转换电路的输出端与能量发送电路板120电连接，为能量发送电路板120提供稳定的直流输入电压。能量发送电路板120包括PWM(脉冲宽度调制)信号发生电路和高频逆变电路。高频逆变电路在PWM信号发生电路的控制下，能够将从电源模块110输入的直流电压转变为交流电压，高频逆变电路产生的交流电压被输送至发送线圈130。交流电压使发送线圈130产生磁场能量，磁场能量耦合到接收线圈140，并在接收线圈140处发生磁共振，接收线圈140获得大部分的磁场能量，接收线圈140将磁共振能量转换成电能并对接收转换电路板150输出交流电压。接收转换电路板150通过整流滤波电路将交流电压转换成直流电压并输出至智能锁。另外，发送线圈130和接收线圈140的原理相当于由电感线圈和共振电容组成的LC(电感电容)电路网络，由于发送线圈130、接收线圈140的固有频率和能量发送电路板120所产生的交流电压的交变频率一致，因而发送线圈能够以磁共振耦合的方式向接收线圈传输能量。通过本实施例能够实现电能的无线传输，使智能锁能够在无需安装电池的情况下也能正常工作；电源与用电设备之间各自分离，即电源模块110与智能锁之间不需要电缆等物理线路连接，可以避免接触磨损，减少智能锁的体积，节省安装空间，适用于不同的应用场合。

需要说明的是，市面上常见的无线供电方式主要有电磁感应耦合、磁共振耦合和远场电磁辐射三种。其中，电磁感应耦合方式需要一个充电板，被充电的电子产品需要以小于5mm的距离准确贴合到充电板上的充电区域，这种方式多用于手机。而磁共振耦合技术稍复杂，且有效距离相对电磁感应耦合远，充电距离也较远，在合适的距离下，效率能达到90％以上。远场电磁辐射的有效距离最远，对位要求最低，但综合而言，其传输效率相对电磁感应耦合和磁共振耦合技术而言要低很多。根据本申请实施例的无线供电装置采用磁共振耦合的方式，比电磁感应耦合方式的传输距离远，比远场电磁辐射方式的传输效率高，更适用于智能门锁领域。

参考图2，在本申请的一些实施例中，为了防止外界磁场对发送线圈130和接收线圈140的干扰，将发送线圈130设置于第一屏蔽腔内，第一屏蔽腔由铁氧体材质或铁基纳米晶材质做成的发射隔磁片131组成，第一屏蔽腔的开口朝向接收线圈140。对应地，接收线圈140设置在第二屏蔽腔内，第二屏蔽腔由铁氧体材质或铁基纳米晶材质做成的接收隔磁片141组成，第二屏蔽腔的开口朝向发送线圈130。通过本实施例能够使磁场能量从发送线圈130往接收线圈140的方向汇聚，同时能够防止外界环境对谐振磁场信号的干扰，提高磁场能量的耦合效率。

参考图2，在本申请的一些实施例中，接收转换电路板150输出端连接有电能储存单元160，电能存储单元160包括充电电池161和电源管理电路162。电源管理电路162与接收转换电路板150、充电电池161和智能锁电连接，电源管理电路162能够根据充电电池161的电压选择接收转换电路板150或者充电电池161给智能锁供电。电源管理电路162与能量发送电路板120信号连接，电源管理电路162能够控制能量发送电路板120的启停。当充电电池161的电压小于智能锁的额定输入电压时，电源管理电路162启动能量发送电路板120，电源管理电路162切断充电电池161与智能锁的连接通路，并使接收转换电路板150的输出端与电池161连接，接收转换电路板150在给智能锁供电的同时也为充电电池161充电。当充电电池161的电压大于或等于满充电压时，电源管理电路162连接充电电池161与智能锁之间的通路，同时，电源管理电路162触发能量发送电路板120，使能量发送电路板120停止工作，智能锁由充电电池161供电。通过本实施例能够在充电电池161电量充足的情况下关停能量发送电路板120，从而达到节能的目的。

另外，当接收转换电路板150的输出电压小于智能锁的额定输入电压时，电源管理电路162使充电电池161与智能锁的连接通路导通，由充电电池161为智能锁供电。通过本实施例能够确保智能锁在接收转换电路150输出电压不足或磁共振耦合能量过低的情况下，依然能够正常运行一段时间，提高无线供电装置的稳定性。

参考图2，在本申请的一些实施例中，在电源模块110和能量发送电路板120之间设置有开关电路板170，开关电路板170起到连接和断开电源模块110和能量发送电路板120之间的通路作用，从而控制能量发送电路板120的启动与关闭。开关电路板170包括触发单元171和电控开关172，其中电控开关172用于控制电源模块110和能量发送电路板120之间的通电线路的通断，触发单元171与电控开关172的控制端连接，用于控制电控开关172的通断。触发单元171可以是传感器，如红外传感器、压力传感器、霍尔传感器等，也可以是机械开关，如弹片、按钮等。通过本实施例，可以在不需要给智能锁供电时关停能量发送电路板120，节省能耗。

下面结合附图详细描述本申请第二方面实施例的智能锁系统。

本申请的一个实施例提供了一种智能锁系统，包括智能锁和上述第一方面实施例的无线供电装置，智能锁由上述第一方面实施例的无线供电装置供电，能够在没有电池的情况也能正常工作，既可以减少智能锁的体积，又可以避免了电池电量不足而导致开锁失败。

具体地，参照图3，智能锁包括电控锁体210、盖板220和控制电路板230。电控锁体210上设置有锁舌211和步进电机212，所述锁舌211在步进电机212的驱动下，可以凸出于电控锁体210的表面或者与电控锁体210的表面平齐，当锁舌211凸出于电控锁体210并卡在锁槽内时，能够达到锁门的目的。当锁舌211与电控锁体210的表面平齐并离开锁槽时，则实现了开锁的目的。控制电路板230包括解锁指令接收模块和步进机驱动电路。步进机驱动电路与步进电机212信号连接，用于向步进电机212发送驱动脉冲，使步进电机212能够正转或者反转，从而可以控制锁舌211插入或者离开锁槽。解锁指令接收模块与步进机驱动电路信号连接，用于获取用户的开锁指令和控制步进机驱动电路输出驱动脉冲，其中解锁指令接收模块可以是用于输入密码的键盘、用于扫描指纹或掌纹的传感器、用于读取RFID卡的无线收发装置、用于连接蓝牙设备的蓝牙通信模块、用于连接wifi设备的wifi通信模块、用于识别语音的采样电路和处理器、或用于识别虹膜和人脸的摄像头模组等。控制电路板230的电源输入端与接收转换电路板150的输出端电连接，电源模块110通过磁耦合共振的方式为控制电路板230供电。盖板220用于将电控锁体210固定在门体上，在盖板220上设置有锁舌孔221和接收线圈槽222，其中，锁舌孔221可以让锁舌211穿过盖板220并插进锁槽内，接收线圈槽222用于放置接收线圈140。

参考图4，在本申请的一些实施例中，在接收线圈槽222的槽璧上设置有接收隔磁片141，用于屏蔽外界环境尤其是金属对接收线圈140的干扰，并增加接收线圈140对发送线圈130所产生的磁场能量的共振耦合传输效率。

参考图4，在本申请的一些实施例中，接收转换电路板150输出端连接有电能储存单元160，电能存储单元160包括充电电池161和电源管理电路162。电源管理电路162与接收转换电路板150、充电电池161和控制电路板230电连接，电源管理电路162能够根据充电电池161的电压选择接收转换电路板150或者充电电池161给控制电路板230供电。电源管理电路162与能量发送电路板120信号连接，电源管理电路162能够控制能量发送电路板120的启停。当充电电池161的电压小于控制电路板230的额定输入电压时，电源管理电路162启动能量发送电路板120，电源管理电路162切断充电电池161与控制电路板230的连接通路，并使接收转换电路板150的输出端与电池161连接，接收转换电路板150在给控制电路板230供电的同时也为充电电池161充电。当充电电池161的电压大于或等于满充电压时，电源管理电路162连接充电电池161与控制电路板230之间的通路，同时，电源管理电路162触发能量发送电路板120，使能量发送电路板120停止工作，控制电路板230由充电电池161供电。通过本实施例能够在充电电池161电量充足的情况下关停能量发送电路板120，从而达到节能的目的。

另外，当接收转换电路板150的输出电压小于控制电路板230的额定输入电压时，电源管理电路162使充电电池161与控制电路板230的连接通路导通，由充电电池161为控制电路板230供电。通过本实施例能够确保智能锁在接收转换电路150输出电压不足或磁共振耦合能量过低的情况下，依然能够正常运行一段时间，提高了智能锁的可靠性和抗干扰能力。

参考图4，在本申请的一些实施例中，开关电路板170的触发单元171安装在锁槽内，当触发单元171检测到有锁舌211插入锁槽内时，即门被锁合时，触发单元171控制电控开关172闭合，使电源模块110与能量发送电路板120电连接，能量发送电路板120开始工作，发送线圈130开始传输能量。当触发单元171检测到锁舌211离开锁槽时，即门被打开时，触发单元171控制电控开关172断开，电源模块110停止对能量发送电路板120供电，发送线圈130不往外传输能量。通过本实施例能够在门被打开时，即智能锁不工作时，能量发送电路板120的电源被断开，从而达到节能的目的。

下面结合附图详细描述本申请第三方面实施例的智能门。

参照图5，本申请的一个实施例提供了一种智能门，包括门框310、门体320和上述第二方面实施例的智能锁系统。其中，接收转换电路板150、电能储存单元160和控制电路板230设置在门体320的内部，盖板220将电控锁体210固定在门体320靠近门框310的边缘上。接收线圈140和接收隔磁片141设置于盖板220的接收线圈槽222内，其中，接收隔磁片141在接收线圈槽222内形成第二屏蔽腔，能够防止金属对谐振磁场的干扰。接收线圈140获得共振磁场并向接收转换电路板150输出交流电压，接收转换电路板150把输入的交流电压转换成直流电压并提供给控制电路板230和电能储存单元160。电能存储单元160包括充电电池161和电源管理电路162，电源管理电路162与充电电池161、控制电路板230和接收转换电路板150电连接，电源管理电路162与能量发送电路板120信号连接，电源管理电路162能够选择充电电池161或接收转换电路板150给控制电路板230供电并且能够控制能量发送电路板120启停。当智能门闭合时，接收转换电路板150给控制电路板230供电，并且给充电电池161充电，当充电电池161的电压大于或等于满充电压时，电源管理电路162控制能量发送电路板120停止工作，并将控制电路板230的供电电源切换为充电电池161。当充电电池161的电压低于控制电路板230的额定输入电压时，电源管理电路162启动能量发送电路120并把控制电路板230的供电电源切换为接收转换电路板150。当智能门被打开或者磁场受到外界干扰而导致接收转换电路板150的输出电压低于控制电路板230的额定输入电压时，电源管理电路162把控制电路板230的供电电源切换为充电电池161。

电源模块110、能量发送电路板120、发送线圈130、发射隔磁片131、电控开关172和触发单元171设置在门框310上。市电电源的火线与零线通过连接门框310的墙体与门框310内部的电源模块110的输入端电连接。电源模块110给能量发送电路板120供电，能量发送电路板120与发送线圈130电连接并向发送线圈130提供交流电压，使发送线圈130向接收线圈140传输磁场。当门框310和门体320闭合时，在门框正对接收线圈槽222和锁舌孔221的位置上设置有发送线圈槽311和锁舌槽312。发送线圈130设置于发送线圈槽311内，从而可以使发送线圈130在门框310和门体320闭合的时候能够正对着接收线圈140，有助于提高磁场能量的传输效率，当门框310和门体320闭合时发送线圈130与接收线圈140相互平行但互不接触。发射隔磁片131在发送线圈槽311内形成第一屏蔽腔，使发送线圈130产生的磁场往接收线圈140的方向汇聚并且可以防止金属对谐振磁场的干扰，提高磁场能量的耦合效率。触发单元171设置在锁舌槽312内并且与电控开关172信号连接，当门框310和门体320闭合时，锁舌211插进锁舌槽312内，并触发触发单元171，触发单元171控制电控开关172闭合，电源模块110与能量发送电路板120之间的通路导通，能量发送电路板120开始工作；当门框310和门体320打开时，锁舌211离开锁舌槽312，触发单元171控制电控开关172断开，电源模块110与能量发送电路板120之间的通路断开，能量发送电路板120停止工作，发送线圈130停止传输能量，从而可以节省能耗。

本实施例的门框310与门体320通过上述第二方面实施例的智能锁系统锁合，智能锁由无线供电装置供电，可以使智能锁摆脱对一次性电池的依赖，避免由于电量不足而导致门体无法打开。另外，通过电能储存单元160、电控开关172和触发单元171对无线供电装置的工作状态进行控制，能够实现节省能耗的目的。

参考图6，在本申请的一些实施例中，发送线圈槽311、发送线圈130和发射隔磁片131设置于锁舌槽312的上方。对应地，接收线圈槽222、接收线圈140和接收隔磁片141也设置在锁舌211的上方。当门框310与门体320锁合时，发送线圈130与接收线圈140相向且高度接近。

参考图7，在本申请的一些实施例中，发送线圈槽311、发送线圈130和发射隔磁片131设置于锁舌槽312的下方。对应地，接收线圈槽222、接收线圈140和接收隔磁片141也设置在锁舌211的下方。当门框310与门体320锁合时，发送线圈130与接收线圈140相向且高度接近。

上面结合附图对本申请实施例作了详细说明，但是本申请不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (10)

1.一种无线供电装置，其特征在于，包括：

电源模块，用于输出直流电压；

能量发送电路板，与所述电源模块连接，用于使直流电压转化为交流电压；

发送线圈，与所述能量发送电路板连接，用于产生磁场；

接收线圈，与所述发送线圈无线连接，所述接收线圈的固有频率、所述发送线圈的固有频率和所述能量发送电路板所产生的交流电压的交变频率一致，所述发送线圈与所述接收线圈通过磁共振耦合实现能量的单向传输；

接收转换电路板，与所述接收线圈连接，用于把在所述接收线圈共振产生的交流电压转化为直流电压，所述直流电压用于输出至智能锁。

2.根据权利要求1所述的一种无线供电装置，其特征在于，还包括发射隔磁片和接收隔磁片，所述发射隔磁片设置于所述发送线圈远离所述接收线圈的一侧，所述接收隔磁片设置于所述接收线圈远离所述发送线圈的一侧，所述发射隔磁片和所述接收隔磁片用于防止金属对谐振磁场的干扰。

3.根据权利要求2所述的一种无线供电装置，其特征在于，所述发射隔磁片和所述接收隔磁片为铁氧体材质或铁基纳米晶材质。

4.根据权利要求1所述的一种无线供电装置，其特征在于，还包括电能储存单元，所述电能储存单元与所述接收转换电路板和所述能量发送电路板连接，所述电能储存单元用于向智能锁供电。

5.根据权利要求1所述的一种无线供电装置，其特征在于，还包括开关电路板，所述电源模块的输出端与所述开关电路板的输入端电连接，所述开关电路板的输出端与所述能量发送电路板的输入端电连接，所述开关电路板用于启动和关断所述能量发送电路板。

6.一种智能锁系统，其特征在于，包括：智能锁和如权利要求1至5任一所述的无线供电装置，所述无线供电装置与所述智能锁电连接。

7.根据权利要求6所述的智能锁系统，其特征在于，所述智能锁包括：

电控锁体；

盖板，所述盖板的一侧与所述电控锁体连接，用于固定所述电控锁体；

控制电路板，所述控制电路板与所述无线供电装置电连接，所述控制电路板与所述电控锁体信号连接。

8.一种智能门，其特征在于，包括：门框、门体和如权利要求7所述的智能锁系统，所述门体与所述门框通过所述智能锁系统锁合。

9.根据权利要求8所述的智能门，其特征在于，所述能量发送电路板和所述发送线圈安装至所述门框，所述接收线圈和所述接收转换电路板安装至所述门体。

10.根据权利要求9所述的智能门，其特征在于，所述电控锁体包括锁舌，所述接收线圈位于所述锁舌的上方或者下方，所述发送线圈和所述接收线圈的位置相对应。

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