CN213341767U - 可灵活扩展的电力终端设备 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种可灵活扩展的电力终端设备，终端设备本体和功能模块之间通过无线充电技术进行电能传输，并采用无线通讯方式通信连接，两者无需设置连接口进行电气连接，基本解决了防尘防水问题，也无需进行插拔，不存在接口损坏的问题，实现了电气隔离，并且通过无线通讯方式进行通信，只需对软件上的通讯协议进行统一，无需对硬件接口的定义进行统一，功能模块的配置更加灵活。

Description

可灵活扩展的电力终端设备
技术领域
本实用新型涉及电力终端设备技术领域，特别地，涉及一种可灵活扩展的电力终端设备。
背景技术
在目前电力行业配网中的终端和电表都是用电气直接连接的方式连接各种功能模块，例如集中器直接连接GPRS模块和PLC模块分别实现远程通信和与下行电表通信的功能，这种基础的连接方式存在一些问题：1、某些环境下连接处的防尘防水问题突出；2、工作人员插拔模块比较麻烦，连接处由于多次插拔也容易损坏；3、模块和终端/电表之间没有电气隔离，电气问题会相互产生直接影响；4、由于模块种类比较多，接口定义不统一，在硬件层面，电表和终端就很难灵活配置不同的功能模块。
实用新型内容
本实用新型提供了一种可灵活扩展的电力终端设备，以解决现有的电力终端设备由于采用电气直接连接的方式存在的连接处防尘防水问题突出、由于多次插拔容易损坏、无法实现电气隔离以及很难灵活配置不同的功能模块的技术问题。
根据本实用新型的一个方面，提供一种可灵活扩展的电力终端设备，包括终端设备本体和至少一个功能模块，所述终端设备本体和功能模块之间通过无线充电技术进行电能传输并采用无线通讯方式通信连接。
进一步地，所述终端设备本体配置有原始电路、无线充电发射模块和无线通讯模块，所述无线充电发射模块和无线通讯模块均与原始电路电性连接，所述功能模块配置有原始功能子模块、无线充电接收模块和无线通讯模块，所述无线充电接收模块和无线通讯模块均与原始功能子模块电性连接，所述终端设备本体和功能模块之间通过无线充电发射模块和无线充电接收模块进行电能传输，并通过无线通讯模块进行通讯。
进一步地，所述无线通讯模块为蓝牙模块、Wi-fi模块、NFC模块、Zigbee模块、红外通信模块中的任一种。
进一步地，所述无线充电接收模块包括一个次级线圈，次级线圈与原始功能子模块电性连接，所述无线充电发射模块包括一个初级线圈，初级线圈与原始电路电性连接，初级线圈从原始电路中取交流电后产生电磁波信号并发射出去，次级线圈接收电磁波信号后产生感应电流并传输至原始功能子模块。
进一步地，所述功能模块设置在终端设备本体的模块盒内或者与终端设备本体隔空设置。
进一步地，所述原始功能子模块为4G模块、GPRS模块、PLC模块、四遥模块、计量芯片、管理芯片中的至少一种。
进一步地，所述终端设备本体为电表或者集中器。
进一步地，所述无线充电发射模块包括发射线圈、电磁波反射薄片、电磁波折射装置和定向发射天线，所述发射线圈与原始电路电性连接且竖直设置，所述发射线圈从原始电路中接入交流电后产生磁场向四周发射电磁波，所述电磁波反射薄片的形状为半球形且设置在发射线圈的左侧，且所述电磁波反射薄片与发射线圈同圆心设置，所述电磁波反射薄片将发射线圈向左侧发射出来的电磁波向圆心方向反射，所述电磁波折射装置设置在发射线圈的右侧，用于将不同角度发射过来的电磁波通过折射转化为水平方向发射出去，所述定向发射天线设置在电磁波折射装置的右侧，用于采集电磁波并定向发送，所述无线充电接收模块包括接收线圈和定向接收天线，所述接收线圈分别与定向接收天线、原始功能子模块电性连接，所述定向接收天线接收电磁波信号并将其传递至接收线圈，接收线圈内产生感应电流并传输至原始功能子模块。
进一步地，所述电磁波折射装置由多个超材料单元阵列而成，且呈阵列分布的多个超材料单元的折射率由四周向中心逐渐增大。
进一步地，每个超材料单元包括基材层、填充层和人造微结构层，所述基材层靠近发射线圈设置，所述填充层设置在基材层和人造微结构层之间，通过改变填充层中的填充介质和人造微结构层图案、尺寸来调整每个超材料单元的折射率。
本实用新型具有以下效果：
本实用新型的可灵活扩展的电力终端设备，终端设备本体和功能模块之间通过无线充电技术进行电能传输，并采用无线通讯方式通信连接，两者无需设置连接口进行电气连接，基本解决了防尘防水问题，也无需进行插拔，不存在接口损坏的问题，实现了电气隔离，并且通过无线通讯方式进行通信，只需对软件上的通讯协议进行统一，无需对硬件接口的定义进行统一，功能模块的配置更加灵活。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1是本实用新型优选实施例的可灵活扩展的电力终端设备的模块连接结构示意图。
图2是本实用新型另一实施例中的无线充电发射模块和无线充电接收模块进行无线电能传输的示意图。
图3是图2中的电磁波折射装置的结构布局示意图。
图4是图3中的超材料单元的剖面结构示意图。
附图标记说明
10、终端设备本体；20、功能模块；11、原始电路；12、无线充电发射模块；13、无线通讯模块；21、原始功能子模块；22、无线充电接收模块；121、发射线圈；122、电磁波反射薄片；123、电磁波折射装置；124、定向发射天线；221、接收线圈；222、定向接收天线；1231、超材料单元；1232、基材层；1233、填充层；1234、人造微结构层。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图1所示，本实用新型的优选实施例提供一种可灵活扩展的电力终端设备，包括终端设备本体10和至少一个功能模块20，所述终端设备本体10和功能模块20之间通过无线充电技术进行电能传输并采用无线通讯方式通信连接。
可以理解，本实施例的可灵活扩展的电力终端设备，终端设备本体10和功能模块20之间通过无线充电技术进行电能传输，并采用无线通讯方式通信连接，两者无需设置连接口进行电气连接，基本解决了防尘防水问题，也无需进行插拔，不存在接口损坏的问题，实现了电气隔离，并且通过无线通讯方式进行通信，只需对软件上的通讯协议进行统一，无需对硬件接口的定义进行统一，功能模块的配置更加灵活。
具体地，所述终端设备本体10配置有原始电路11、无线充电发射模块12和无线通讯模块13，所述无线充电发射模块12和无线通讯模块13均与原始电路11电性连接，所述功能模块20配置有原始功能子模块21、无线充电接收模块22和无线通讯模块13，所述无线充电接收模块22和无线通讯模块13均与原始功能子模块21电性连接，所述终端设备本体10和功能模块20之间通过无线充电发射模块12和无线充电接收模块22进行电能传输，并通过无线通讯模块13进行通讯。可以理解，本实施例的可灵活扩展的电力终端设备是在现有终端设备和功能模块的基础上添加了无线充电模块和无线通讯模块13，保留了电力终端设备的原有功能，对设备的电路改动较少，降低了改造成本。另外，本申请是在硬件层面上对现有的终端设备和功能模块添加了无线充电模块和无线通讯模块13，而在软件层面上具体如何进行通讯控制是本领域技术人员所熟知的内容，属于软件代码的设计范畴，故在此不再赘述。另外，原始电路11指的是现有的电力终端设备所带有的电路结构，而原始功能子模块21指的是现有功能模块本身所带有的电路结构，具体的电路结构在此不再赘述。所述原始功能子模块21可以是4G模块、GPRS模块、PLC模块、四遥模块、计量芯片、管理芯片中的至少一种，其中，计量芯片用于电表的计量分配管理，管理芯片应与电表其它功能分配管理，且计量芯片和管理芯片一般采取内置在电表主体内部，通过对计量芯片和管理芯片实现无线充电和无线通讯，便于对计量芯片和管理芯片进行灵活的硬件升级。例如，功能模块20可以是在现有的4G模块的基础上添加了无线充电接收模块22和无线通讯模块13，而原始功能子模块21即为4G模块，其用于执行4G通信功能；又或者，原始功能子模块21为四遥模块，用于执行遥信、遥控等功能。其中，所述无线通讯模块13为蓝牙模块、Wi-fi模块、NFC模块、Zigbee模块、红外通信模块中的任一种。另外，所述终端设备本体10可以是电表或者集中器。
可以理解，作为优选的，由于功能模块20与终端设备本体10之间无接口设计，所述功能模块20可以设置在终端设备本体10的模块盒内，或者与终端设备本体10相隔一定距离设置，安装、配置更加简易灵活。
可以理解，所述功能模块20与终端设备本体10之间采用的无线充电技术可以是电磁感应充电、磁场共振式充电、无线电波式充电中的任一种。作为优选的，两者采用电磁感应式充电技术。具体地，所述无线充电接收模块22包括一个次级线圈，所述无线充电发射模块12包括一个初级线圈，所述初级线圈与原始电路11电性连接，其从原始电路11中获取交流电后产生磁场并发射电磁波信号，所述次级线圈与原始功能子模块21电性连接，次级线圈接收到电磁波信号后产生感应电流以给原始功能子模块21供电。
可以理解，如图2所示，在本实用新型的另一实施例中，为了提高电磁感应充电的充电效率和质量，本申请还对无线充电发射模块12和无线充电接收模块22的结构进行了改进。具体地，所述无线充电发射模块12包括发射线圈121、电磁波反射薄片122、电磁波折射装置123和定向发射天线124，所述发射线圈121与原始电路11电性连接且竖直设置，所述发射线圈121从原始电路11中接入交流电后产生磁场向四周发射电磁波。所述电磁波反射薄片122的形状为半球形且设置在发射线圈121的左侧，且所述电磁波反射薄片122与发射线圈121同圆心设置，所述电磁波反射薄片122的内表面设置有用于反射电磁波的涂层，其中，涂层材料可以采用金属材料、玻璃等，所述电磁波反射薄片122将发射线圈121向左侧发射出来的电磁波向圆心方向反射。所述电磁波折射装置123设置在发射线圈121的右侧，用于将不同角度发射过来的电磁波通过折射转化为水平方向发射出去。所述定向发射天线124设置在电磁波折射装置123的右侧，用于采集电磁波并进行定向发送。所述无线充电接收模块22包括接收线圈221和定向接收天线222，所述接收线圈221分别与定向接收天线222、原始功能子模块21电性连接，所述定向接收天线222接收电磁波信号并将其传递至接收线圈221，接收线圈221内产生感应电流并传输至原始功能子模块21。
在本实施例中，通过采用电磁波反射薄片122将发射线圈121向左侧发射的电磁波反射回去，提高了电磁波的利用率，再通过电磁波折射装置123将电磁波的角度转化为水平发射，通过定向发射天线124进行定向发送后由定向接收天线222接收，提高了电磁波的采集效率和发送效率，从而提高了无线充电的效率和质量。
其中，如图3所示，所述电磁波折射装置123由多个超材料单元1231阵列而成，且呈阵列分布的多个超材料单元1231的折射率由四周向中心逐渐增大。当一束电磁波从一种介质传播到另一种介质中时，电磁波会发生折射，电磁波会向折射率较大的位置偏折，因此，电磁波折射装置123上越往中心位置，折射率应该越大。具体地，如图4所示，每个超材料单元1231包括基材层1232、填充层1233和人造微结构层1234，所述基材层1232靠近发射线圈121设置，所述填充层1233设置在基材层1232和人造微结构层1234之间，所述基材层1232可以采用介电绝缘材料制成，例如陶瓷材料、高分子材料、铁电材料等，所述填充层1233中可以填充不同折射率的介质，所述人造微结构层1234为以一定几何形状附着在基材上能够对电磁波有响应的金属线，从而影响电磁波的传输，其中，人造微结构层1234的不同图案设计和尺寸设计都会影响电磁波的传输。在基材层1232的材质选定的情况下，可以通过改变填充层1233中的填充介质和人造微结构层1234图案、尺寸来调整电磁波折射装置123上各处的等效介电常数及等效磁导率，进而改变各处的等效折射率。或者，还可以填充层1233内填充有空气，通过调整基材层1232和人造微结构层1234之间的间距来改变空气的占比，从而实现折射率的变化。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可灵活扩展的电力终端设备，其特征在于，
包括终端设备本体(10)和至少一个功能模块(20)，所述终端设备本体(10)和功能模块(20)之间通过无线充电技术进行电能传输并采用无线通讯方式通信连接。
2.如权利要求1所述的可灵活扩展的电力终端设备，其特征在于，
所述终端设备本体(10)配置有原始电路(11)、无线充电发射模块(12)和无线通讯模块(13)，所述无线充电发射模块(12)和无线通讯模块(13)均与原始电路(11)电性连接，所述功能模块(20)配置有原始功能子模块(21)、无线充电接收模块(22)和无线通讯模块(13)，所述无线充电接收模块(22)和无线通讯模块(13)均与原始功能子模块(21)电性连接，所述终端设备本体(10)和功能模块(20)之间通过无线充电发射模块(12)和无线充电接收模块(22)进行电能传输，并通过无线通讯模块(13)进行通讯。
3.如权利要求2所述的可灵活扩展的电力终端设备，其特征在于，
所述无线通讯模块(13)为蓝牙模块、Wi-fi模块、NFC模块、Zigbee模块、红外通信模块中的任一种。
4.如权利要求2所述的可灵活扩展的电力终端设备，其特征在于，
所述无线充电接收模块(22)包括一个次级线圈，次级线圈与原始功能子模块(21)电性连接，所述无线充电发射模块(12)包括一个初级线圈，初级线圈与原始电路(11)电性连接，初级线圈从原始电路(11)中取交流电后产生电磁波信号并发射出去，次级线圈接收电磁波信号后产生感应电流并传输至原始功能子模块(21)。
5.如权利要求1所述的可灵活扩展的电力终端设备，其特征在于，
所述功能模块(20)设置在终端设备本体(10)的模块盒内或者与终端设备本体(10)隔空设置。
6.如权利要求2所述的可灵活扩展的电力终端设备，其特征在于，
所述原始功能子模块(21)为4G模块、GPRS模块、PLC模块、四遥模块、计量芯片、管理芯片中的至少一种。
7.如权利要求1所述的可灵活扩展的电力终端设备，其特征在于，
所述终端设备本体(10)为电表或者集中器。
8.如权利要求4所述的可灵活扩展的电力终端设备，其特征在于，
所述无线充电发射模块(12)包括发射线圈(121)、电磁波反射薄片(122)、电磁波折射装置(123)和定向发射天线(124)，所述发射线圈(121)与原始电路(11)电性连接且竖直设置，所述发射线圈(121)从原始电路(11)中接入交流电后产生磁场向四周发射电磁波，所述电磁波反射薄片(122)的形状为半球形且设置在发射线圈(121)的左侧，且所述电磁波反射薄片(122)与发射线圈(121)同圆心设置，所述电磁波反射薄片(122)将发射线圈(121)向左侧发射出来的电磁波向圆心方向反射，所述电磁波折射装置(123)设置在发射线圈(121)的右侧，用于将不同角度发射过来的电磁波通过折射转化为水平方向发射出去，所述定向发射天线(124)设置在电磁波折射装置(123)的右侧，用于采集电磁波并定向发送，所述无线充电接收模块(22)包括接收线圈(221)和定向接收天线(222)，所述接收线圈(221)分别与定向接收天线(222)、原始功能子模块(21)电性连接，所述定向接收天线(222)接收电磁波信号并将其传递至接收线圈(221)，接收线圈(221)内产生感应电流并传输至原始功能子模块(21)。
9.如权利要求8所述的可灵活扩展的电力终端设备，其特征在于，
所述电磁波折射装置(123)由多个超材料单元(1231)阵列而成，且呈阵列分布的多个超材料单元(1231)的折射率由四周向中心逐渐增大。
10.如权利要求9所述的可灵活扩展的电力终端设备，其特征在于，
每个超材料单元(1231)包括基材层(1232)、填充层(1233)和人造微结构层(1234)，所述基材层(1232)靠近发射线圈(121)设置，所述填充层(1233)设置在基材层(1232)和人造微结构层(1234)之间，通过改变填充层(1233)中的填充介质和人造微结构层(1234)图案、尺寸来调整每个超材料单元(1231)的折射率。
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