谐振式无线供电智能门锁系统
技术领域
本实用新型涉及电子门锁技术领域，尤其涉及一种谐振式无线供电智能门锁系统。
背景技术
随着社会科技化发展，人们对安防的便利性和安全性需求的提升，智能门锁应运而生。由于智能门锁工作方式需要足够的电能驱动，现行的主流解决方案是通过电池供电。对于仅有识别身份开锁功能的智能门锁，可以达到2～4个月续航，但是对于有视频对讲等高级功能的门锁一般续航只有一周左右。因此，智能门锁需要一个产期稳定的供电方案来解决人们忘记充电的窘境。
值得注意的是，门锁的安装位置通常在门的边缘，且在门的开关边远离门的固定轴，这意味传统的电缆式供电方案很难实现。现有的无线供电方案主要是基于Qi标准的感应式原理，其充电距离一般小于10mm，而智能门锁的供电距离一般要大于30mm，所以传统的方案也难以解决充电需求。
实用新型内容
本实用新型主要是针对现有技术的不足，提供一种谐振式无线供电智能门锁系统，基于磁谐振原理，有效的增强了无线电能传输的距离。
本实用新型所采用的技术方案为：一种谐振式无线供电智能门锁系统，其包括：
无线发射组件，包括依次连接的DC输入源、发射端电路和发射端谐振单元；
无线接收组件，包括依次连接的接收端谐振单元、接收端电路和负载；
其中，所述接收端谐振单元与所述发射端谐振单元能量耦合，负载为门锁的电池部分。
本实用新型谐振式无线供电智能门锁系统的一些实施例中，所述发射端电路包括DC-AC逆变部分。
本实用新型谐振式无线供电智能门锁系统的一些实施例中，所述接收端电路包括AC-DC整流部分和DC-DC电源管理部分。
本实用新型谐振式无线供电智能门锁系统的一些实施例中，所述发射端谐振单元和所述接收端谐振单元为电谐振单元、磁谐振单元或声学谐振单元。
本实用新型谐振式无线供电智能门锁系统的一些实施例中，所述发射端谐振单元和所述接收端谐振单元均为绕制的电感线圈和谐振电容构成的磁谐振单元。
本实用新型谐振式无线供电智能门锁系统的一些实施例中，所述发射端谐振单元的电感线圈包括发射端谐振线圈和发射端非谐振激励线圈，所述接收端谐振单元的电感线圈包括接收端谐振线圈。
本实用新型谐振式无线供电智能门锁系统的一些实施例中，所述接收端谐振线圈为边长在20mm～60mm呈矩形绕制的线圈，所述发射端谐振线圈为边长在30mm～70mm呈矩形绕制的线圈。
本实用新型谐振式无线供电智能门锁系统的一些实施例中，所述接收端谐振线圈和所述发射端谐振线圈的加载谐振振电容大小及谐振频率均一致，加载谐振振电容大小均在100pf～100nf间，谐振频率均在30kHz～20MHz间。
本实用新型谐振式无线供电智能门锁系统的一些实施例中，所述无线接收组件安装于门锁的侧面或正面，所述无线发射组件面朝所述无线接收组件并位于距离所述无线接收组件水平距离0～60mm处的门框或建筑物上。
本实用新型谐振式无线供电智能门锁系统的一些实施例中，所述无线接收组件外挂于门体的整体上方并通过导线连接至门锁，所述无线发射组件面朝所述无线接收组件并位于距离所述无线接收组件竖直距离0～60mm处的门框或建筑物上。
本实用新型提出的利用谐振单元相互耦合的方案应用至智能门锁的供电系统，可以完美的解决智能门锁的电能需求，该方案突破了传统门锁经常需要更换电池，现有方案传输距离近且不能长时间供电的难点，在无线电能传输系统在智能门锁上的工程实现具有重要的意义。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例中一种谐振式无线供电方案原理框图。
图2为本实用新型实施例中谐振单元侧向安装方案工作示意图。
图3为本实用新型实施例中谐振单元正向安装方案工作示意图。
图4为本实用新型实施例中谐振单元垂直安装方案工作示意图。
图5为本实用新型实施例中接收端谐振线圈示意图。
图6为本实用新型实施例中发射端谐振线圈示意图。
图7为本实用新型实施例中线圈耦合无线供电示意图。
附图中标号的对应关系如下：
1-无线发射组件、11-DC输入源、12-发射端电路、13-发射端谐振单元、131-发射端谐振线圈、132-发射端非谐振激励线圈、2-无线接收组件、21-接收端谐振单元、211-接收端谐振线圈、22-接收端电路、23-负载、3-门锁、4-锁芯、5-控制面板。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。
下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细的说明。
参阅图1所示，本实用新型提出了一种谐振无线电能传输系统，该方案基于磁谐振原理，有效的增强的无线电能传输的距离。额外的，本实用新型设计的单模式谐振方案，具有单一的工作频率，可以自动适配不同安装距离的充电场景(0～60mm)，完美的实现了上述需求。
如图1所示，为本实用新型一实施例谐振式无线供电智能门锁系统的原理框图，如图所示，该谐振式无线供电智能门锁系统由无线发射组件1和无线接收组件2两大部分构成
其中，无线发射组件1包括依次连接的DC输入源11、发射端电路12和发射端谐振单元13；无线接收组件2包括依次连接的接收端谐振单元21、接收端电路22和负载23。接收端谐振单元21与发射端谐振单元13能量耦合，负载23为门锁的电池部分。
具体来说，无线发射组件1中，DC输入源11为主要的能量输入，一般为5V、12V电源；发射端电路12为DC-AC逆变部分；发射端谐振单元13为AC无线能量发射单元。
无线接收组件2中，接收端谐振单元21为AC无线能量接收单元；接收端电路22包括AC-DC整流部分和DC-DC电源管理部分；负载23为门锁的电池部分。
发射端谐振单元13和接收端谐振单元21可以是电谐振单元(平板电容器)、磁谐振单元(电感线圈)或声学谐振单元(空腔)，通过电场、磁场或声波实现能量的耦合。利用谐振原理，实现单一频率下长距离高效率的能量传输。
本实用新型实施例谐振式无线供电智能门锁系统中，发射端包括无线发射组件中的DC输入、发射端电路和发射端谐振单元，接收端包括无线接收组件中的接收端端谐振单元、接收端电路和负载。门锁3设置在门体侧，门锁3上设置有控制面板5和锁芯4，控制面板5居于门锁3的正面中上位置，锁芯4居于控制面板5的正下方位置，锁芯4感应到开锁信号后将信号传输给控制面板5，由控制面板5控制门锁开启和关闭，无线接收组件的接收端电路在接收到电能后，将电能传输到负载，即门锁的电池部分供电，由电池部分对控制面板和锁芯进行供电，维持门锁的正常操作。考虑到实际的工作场景，本实用新型中设计了三种谐振式无线供电智能门锁安装方案。
第一种方案为侧向安装方案，如图2所示，接收端(无线接收组件2)，位于门锁3侧方，外挂或安装于门锁3内部，发射端(无线发射组件1)位于接收端y轴方向外侧的0～60mm处。该方案的特点在于无线供电距离满足门边框尺寸，可以在不影响门开关，当门关闭时对智能门锁进行长时间供电。并且，接收端可以通过工业设计内置于智能门锁内部不需要额外的导线，方案整体的美观度较好。
第二种方案为正安装方案，如图3所示，接收端(无线接收组件2)位于门锁3正面，外挂或安装于门锁3内部，发射端(无线发射组件1)位于接收端x轴方向外侧的0～60mm处。该方案的特点在于正面，通过合理的空间位置设计，当门打开时可以对智能门锁进行碎片化供电。此外，该方案也可以使用移动电源代替发射端DC电源，实现手持式外挂无线充电。并且，无接收端可以通过工业设计内置于智能门锁内部不需要额外的导线，方案整体的美观度较好。
第三种方案为垂直安装方案，如图4所示，接收端(无线接收组件2)位外挂于门体的整体上方，再通过导线连接至智能门锁的电池部分或控制面板，发射端(无线发射组件1)位于接收端z轴方向外侧的0～60mm处。该方案的特点在于无线供电距离满足门边框尺寸，可以在不影响门开关，当门关闭时对智能门锁进行长时间供电。并且，由于发射端和接收端均位于高处，该方案不会对开关门产生阻挡，发射端和接收端也不容易被损坏。
对于谐振单元的能量选择本实用新型以磁场能量为实施例。针对磁谐振实现的无线供电智能门锁方案，发射端谐振单元13和接收端谐振单元21均为绕制的电感线圈和谐振电容构成的磁谐振单元。如图5所示为接收端谐振线圈211部分，线圈的边长为a和b，对于智能门锁方案中一般a和b一般在20mm～60mm长度。加载谐振振电容大小一般在100pf～100nf间，谐振频率在30kHz～20MHz。如图6所示为发射端谐振线圈131部分，线圈的边长为c和d，对于智能门锁方案中一般c和d一般在30mm～70mm长度。加载谐振振电容大小一般在100pf～100nf间，谐振频率在30kHz～20MHz。其中，发射端的线圈方案中可采用多加一级非谐振激励线圈132的方案间接激发谐振线圈，以实现对磁场的精确调控。
如图7所示为一种谐振式无线供电智能门锁方案工作时线圈示意图，发射端电路输出的高频交流电能连进入发射端非谐振激励线圈131；发射端非谐振线圈131中产生电流后转化高频教鞭磁场激发发射端谐振线圈132；发射端谐振线圈131和接收端谐振线圈211通过耦合完成能量的无线传输；高频交流电能再由接收端谐振线圈211进入接收端电路供后端使用。在这个系统中，发射端电路输出能量频率、发射端谐振线圈频率和接收端谐振线圈频率相同，且保持不变，图中发射端至接收端间的距离S在0～60mm。
综上所述，本实用新型提出的利用谐振单元相互耦合的方案应用至智能门锁的供电系统，可以完美的解决智能门锁的电能需求。该方案突破了传统门锁经常需要更换电池，现有方案传输距离近且不能长时间供电的难点，在无线电能传输系统在智能门锁上的工程实现具有重要的意义。
需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
以上所述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型做任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
