一种220V50Hz回路中的感应电流能耗收集与充电装置的制作方法

本发明涉及家居设备，具体为一种220v50hz回路中的感应电流能耗收集与充电装置。

背景技术：

1、近年来，随着物联网和智能家居的发展，各类传感器和智能设备的应用越来越广泛。然而，这些设备通常需要独立的电源供应，尤其是电池供电设备，其更换或充电过程带来额外的运维成本和环境影响。现有的无线充电技术主要集中在高频、低压场景下，如qi标准的电磁感应充电以及部分电动汽车采用的谐振式无线充电技术，它们通过专用发射和接收线圈实现近距离的能量传输，尽管如此，目前市面上针对普通家用交流电网(220v/50hz)环境中，从供电回路中收集无功损耗或漏磁产生的感应电流并转换为有效电能的技术方案相对匮乏。尤其是在大功率电器工作过程中产生的这种低频高压感应能量，尚未得到有效的捕捉和再利用。

2、尽管一些专利如cn204967641u和cn1578050a分别介绍了具有电压电流显示功能的充电装置和充电电流检测电路，但它们并未涉及从市电回路中直接收集感应电流进行能量回收和无线充电的功能设计。此外，虽然有研究探索了在特定低频交流环境中获取电能的方法，例如通过改进的整流和滤波技术，但这些技术一般不适用于直接从高压交流回路中提取和转化感应能量，在手机无线充电技术方面，尽管市场上已有广泛应用的qi标准等无线充电方案，如通过电磁感应原理实现的5w至15w功率范围内的无线充电器，但这些产品普遍工作在高频(khz级别)低压环境中，主要为低功耗便携式电子设备提供充电服务。例如，智能手机内置接收线圈与专用的发射线圈之间通过磁共振或电磁感应耦合来传递能量，而非直接从220v/50hz高压交流回路中提取和转化感应电流。

3、现有的无线充电技术主要针对小功率、低压设备，如手机、穿戴设备等，对于220v/50hz这种高电压、大电流的家庭供电回路中的感应能耗收集利用较少，技术难度较大，且安全性和效率问题尚未得到有效解决；尽管qi标准等已经推进了无线充电的标准化进程，但这些标准并不适用于从高压交流线路中回收能量的技术领域，缺乏统一的设计和实施规范；在高频无线充电中，由于电磁场耦合效率受多种因素影响(如距离、角度、线圈设计等)，导致整体能效较低。而在220v/50hz这类工频环境下，直接从回路中收集感应电流并转换为可用能源的过程中，如何保证高效率且避免对电网造成干扰或安全隐患是关键挑战；智能家居传感器和其他电池供电设备通常需要单独布线进行电源供给或定期更换电池，增加了施工成本和维护复杂度。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种220v50hz回路中的感应电流能耗收集与充电装置，具备现无源无线充电功能，提升系统兼容性与普适性，简化智能家居布线结构等优点，解决了上述技术的问题。

3、(二)技术方案

4、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种220v50hz回路中的感应电流能耗收集与充电装置，包括用于电流能耗收集的电流互感器，所述电流互感器尾端连接防护组件，所述防护组件内侧底部安装结构电路板，所述结构电路板表面安装测试端子，所述测试端子后方位于结构电路板侧壁安装与电流互感器插接的互感器接线端子，所述结构电路板上表面靠互感器接线端子尾端安装用于对家电充能的充电结构，所述结构电路板上表面与充电结构相对称的另一端安装有蓝牙通信模块，所述结构电路板靠近上表面靠近防护组件内侧还安装电池座，所述电池座内侧卡接电池。

5、优选的，所述防护组件为盒体形状，所述防护组件使用卡扣进行开闭。

6、优选的，所述电池为18650型号。

7、优选的，所述充电结构为type-c接口或micro usb接口中的一种。

8、优选的，所述结构电路板还包括用于对电流能耗分析的控制系统，所述控制系统包括：感应模块、整流模块、储能模块和控制模块，所述感应模块由高磁导率材料制成的线圈组成，嵌入在家庭供电线路中，用于捕获220v/50hz交流电回路产生的漏磁感应电流。

9、优选的，所述感应模块与整流模块相连，整流模块包括全桥整流电路或其他高效整流方式，将捕获的交流感应信号转换为直流电能。

10、优选的，所述储能模块采用电容器，用于存储整流后的直流电能，并通过智能控制模块进行充放电管理，对智能家居中设备内的电池进行供电。

11、优选的，所述控制模块集成有微处理器及相应的驱动电路。

12、优选的，所述控制系统还包括以下步骤：

13、步骤一、感应模块在线路中产生交变磁场时感应出电流，该过程遵循电磁感应定律；

14、步骤二、整流模块将感应出来的交流信号转化为直流电能，通过改进的滤波技术和软开关技术提高整流效率和功率因数；

15、步骤三、储能模块接收到整流后的直流电后进行储存，向电池供电设备输出适当的电压和电流进行充电；

16、步骤四、控制模块实时监控各部分的工作状态，通过算法优化能量转换过程，确保在不影响电网正常工作的情况下有效回收并利用感应电流能耗。

17、优选的，所述步骤四中的算法为pid算法，由比例(p)、积分(i)和微分(d)三个部分组成，所述算法具体为：

18、控制输出u(t)表示为：

19、

20、e(t)为当前时刻的误差信号；

21、kp、ki、kd分别为比例、积分和微分系数；

22、所述算法步骤为：

23、初始化：设置kp、ki、kd初始值；

24、循环：

25、s1、计算当前时刻的误差e(t)；

26、s2、计算比例项kpe(t)；

27、s3、计算积分项

28、s4、计算微分项kd\frac{d e(t)}{dt}；

29、s5、将三个部分相加得到控制输出u(t)；

30、s6、应用控制输出到系统中，调节系统行为。

31、与现有技术相比，本发明提供了一种220v50hz回路中的感应电流能耗收集与充电装置，具备以下有益效果：

32、1、本发明通过捕捉家庭用电环境中的漏磁感应能量，减少甚至消除对电池供电设备的传统有线充电或更换电池的需求，降低用户的运维成本，达到了实现无源无线充电功能的有益效果。

33、2、本发明通过确保该装置能够适应各种家用电器的工作环境，并与各类电池供电设备无缝对接达到了提升系统兼容性与普适性的有益效果。

34、3、本发明通过本发明装置的应用，大大简化智能家居系统的电源布线需求，尤其适合于新建住宅或旧改项目，有效节约施工成本，促进绿色节能理念的普及达到了简化智能家居布线结构的有益效果。

技术特征：

1.一种220v50hz回路中的感应电流能耗收集与充电装置，包括用于电流能耗收集的电流互感器(5)，其特征在于：所述电流互感器(5)尾端连接防护组件(1)，所述防护组件(1)内侧底部安装结构电路板(4)，所述结构电路板(4)表面安装测试端子(401)，所述测试端子(401)后方位于结构电路板(4)侧壁安装与电流互感器(5)插接的互感器接线端子(402)，所述结构电路板(4)上表面靠互感器接线端子(402)尾端安装用于对家电充能的充电结构(403)，所述结构电路板(4)上表面与充电结构(403)相对称的另一端安装有蓝牙通信模块(3)，所述结构电路板(4)靠近上表面靠近防护组件(1)内侧还安装电池座，所述电池座内侧卡接电池(2)。

2.根据权利要求1所述的一种220v50hz回路中的感应电流能耗收集与充电装置，其特征在于：所述防护组件(1)为盒体形状，所述防护组件(1)使用卡扣进行开闭。

3.根据权利要求1所述的一种220v50hz回路中的感应电流能耗收集与充电装置，其特征在于：所述电池(2)为18650型号。

4.根据权利要求1所述的一种220v50hz回路中的感应电流能耗收集与充电装置，其特征在于：所述充电结构(403)为type-c接口或micro usb接口中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种220v50hz回路中的感应电流能耗收集与充电装置，其特征在于：所述结构电路板(4)还包括用于对电流能耗分析的控制系统，所述控制系统包括：感应模块、整流模块、储能模块和控制模块，所述感应模块由高磁导率材料制成的线圈组成，嵌入在家庭供电线路中，用于捕获220v/50hz交流电回路产生的漏磁感应电流。

6.根据权利要求5所述的一种220v50hz回路中的感应电流能耗收集与充电装置，其特征在于：所述感应模块与整流模块相连，整流模块包括全桥整流电路或其他高效整流方式，将捕获的交流感应信号转换为直流电能。

7.根据权利要求5所述的一种220v50hz回路中的感应电流能耗收集与充电装置，其特征在于：所述储能模块采用电容器，用于存储整流后的直流电能，并通过智能控制模块进行充放电管理，对智能家居中设备内的电池进行供电。

8.根据权利要求5所述的一种220v50hz回路中的感应电流能耗收集与充电装置，其特征在于：所述控制模块集成有微处理器及相应的驱动电路。

9.根据权利要求5所述的一种220v50hz回路中的感应电流能耗收集与充电装置，其特征在于：所述控制系统还包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的一种220v50hz回路中的感应电流能耗收集与充电装置，其特征在于：所述步骤四中的算法为pid算法，由比例(p)、积分(i)和微分(d)三个部分组成，所述算法具体为：

技术总结本发明涉及家居设备技术领域，且公开了一种220V50Hz回路中的感应电流能耗收集与充电装置，包括用于电流能耗收集的电流互感器，所述电流互感器尾端连接防护组件，所述防护组件内侧底部安装结构电路板，所述结构电路板表面安装测试端子，所述测试端子后方位于结构电路板侧壁安装与电流互感器插接的互感器接线端子，所述结构电路板上表面靠互感器接线端子尾端安装用于对家电充能的充电结构。本发明通过捕捉家庭用电环境中的漏磁感应能量，减少甚至消除对电池供电设备的传统有线充电或更换电池的需求，降低用户的运维成本，达到了实现无源无线充电功能的有益效果。技术研发人员：沈晶晶,甘倚琳,路代安,周云受保护的技术使用者：贵州极智睿新科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/25