CN117356006A - 无线供电的微型断路器（mcb） - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种被配置为无线地给电子断路器(3)设备上电的***，其中***包括：能量发射器(1)电路和用于对RF能量(5)进行引导的嵌入式天线(34c)的回路；充当电源和用于控制嵌入式天线(34c)的主集线器的发射器控制单元；耦合到用于采集RF信号的断路器(3)装置的能量接收器电路(34a)和嵌入式天线(34c)的回路；耦合到断路器(3)装置的监测单元(33b)，用于获得连接到线路电流的用电装置的功率消耗使用数据；耦合到断路器(3)装置的控制器单元(33c)，用于控制和中断到线路电流的电流供应；远程单元，用于接收功率使用数据并将信号传输到控制器单元(33c)，用于停止或向用电装置供应线路电流。

Description

无线供电的微型断路器(MCB)
技术领域
本发明总体上涉及用于断路器装置的无线能量传递或无线电力传递，尤其涉及被设计成保护电路免受损坏和监测电流使用的电子电路断路器(ECB)。
背景技术
当检测到故障状况(例如，电弧故障、接地故障、不安全电流水平)时，断路器设备通过监测供应给负载的电力的特性并中断流来在电气***中提供保护。一些断路器装置另外允许远程控制，诸如响应于外部控制信号断开或闭合断路器的可拆卸触点的能力。
在***，发电公司基于所需的最大电流使用向每个家庭销售电力。与大多数国家不同，***人使用MCB不仅用于电气***中的保护，而且还限制其电力使用。通常需要在发生跳闸之后手动重置公共断路器装置或MCB。如果跳闸的断路器装置不熟悉，则在定位跳闸的断路器装置时浪费人力和耗时，这可能影响生产线或人们的日常活动。电子电路断路器(ECB)是MCB的改进版本，通过在用户设置的时间段之后自动复位断路器装置来解决该挑战，这有益于***人用户以及来自其他国家的用户。
给ECB加电的常规方式是通过使用火线和中性线。然而，由于ECB尺寸与MCB相比加倍，该***增加了额外布线和断路器面板尺寸的成本，以及如果发生突然故障则维护它们所花费的时间。
因此，需要这样的断路器设备，其具有较小的复杂性并且在断路器面板处需要较少的外部布线来为断路器设备供电。
本发明的概述
本发明的一个实施例涉及一种被配置为监视和编程断路器装置的操作的***，其中***包括：
一种无线电力传输***，向所述断路器设备提供电力供应，在所述无线电力传输***中，包括定位在所述断路器面板内部的源谐振器和定位在所述断路器设备内部的设备谐振器，所述源谐振器和所述设备谐振器分开一定距离，使得所述源谐振器将电力无线地传输到所述设备谐振器；来自所述断路器设备的线路电流，所述线路电流用于为至少一个受电设备供电；监测单元，所述监测单元耦合到所述断路器设备，用于获得连接到所述线路电流的所述受电设备的电流使用数据；控制器单元，所述控制器单元耦合到所述断路器设备，用于控制和中断到所述线路电流的电流供应；远程单元，所述远程单元用于接收所述电力使用数据并将信号传输到所述控制器单元，用于停止或向所述受电设备供应所述线路电流；以及无线发射器单元，所述无线发射器单元耦合到所述监测单元和所述控制器单元，其特征在于，所述无线发射器单元将所述电力使用数据发送到远程定位的所述远程单元，以监测电力使用并处理来自所述远程单元的所述信号，以停止使用所述控制器单元来停止或供应所述线路电流。
此外，该***包括用于处理监测单元和控制器单元的操作的处理器。
此外，断路器装置包括七段显示器或LED显示器，以显示断路器的状态指示。
优选地，断路器面板具有用于安装断路器装置的导轨。
优选地，断路器面板具有成形为导轨或面板以安装断路器装置的印刷电路板天线。
优选地，所述源谐振器是印刷电路板天线，其中所述印刷电路板天线滑动或附接到所述断路器面板上。
优选地，无线电力传输***使用印刷电路板作为发射器和接收器两者的天线。
优选地，无线功率传输***或源谐振器具有串行***接口(SPI)和电源接口。
优选地，源谐振器具有发射器天线。
优选地，所述装置谐振器具有接收器天线。
优选地，源谐振器为断路器面板内的多个其它断路器装置供电。
优选地，所述位于远程的远程单元，用于使用所述控制器单元监测电力使用并接通和断开电流供应。
优选地，断路器装置包括耦合到线路电流或无线电力传输***的电容器，以存储备用电力以向断路器提供备用电源以防短路。
优选地，远程单元是具有接收和发送数据或来自断路器装置的信号的接口的移动设备。
此外，断路器面板具有铁氧体片，以阻挡和吸收由无线电力传输***产生的电磁噪声。
优选地，无线功率传输***是来自公用电源的功率。
优选地，控制器单元耦合到用于执行断路器装置的断路器操作的感测电路。
优选地，连接到网络或无线网络的无线发射器单元发射数据或接收信号。
优选地，连接到网络或无线网络的远程单元接收数据或发送信号。
本发明由附图中充分描述和示出的特征和部件的组合组成，应当理解，在不脱离本发明的范围或牺牲本发明的任何优点的情况下，可以进行细节的各种改变。
附图说明
为了进一步阐明本发明的一些实施例的各个方面，将通过对在附图中示出的其特定实施例的引用来呈现本发明的更具体的描述。应当理解，这些附图仅示出了本发明的典型实施例，因此不应被认为是对其范围的限制。将通过附图以附加的特异性和细节来描述和解释本发明，在附图中：
图1示出了具有无线电力传输***的电子电路断路器(ECB)的一个实施例。
图2示出了无线电力传输***的一个实施例。
图3示出了无线电力传输***的能量发送器的细节。
图4示出了无线电力传输***的能量接收器的细节。
图5示出了发射机-接收机框图的一个实施例。
图6示出了无线电力传输***的流程图。
具体实施方式
本发明的一个实施例涉及一种被配置为监视和编程断路器装置的操作的方法和***。
本发明涉及一种被配置为无线地给电子断路器装置上电的***。无线能量传输具有在近距离发射射频(RF)能量的潜力。如果要利用该RF能量，则它可以在为如图1所示的断路器装置供电时打开新的机会。该***包括两个主要部分，至少一个能量发射器(1)和至少一个能量接收器电气微型断路器(EMCB)或断路器(3)。连接到能量发射器(1)的发射器天线(2)将RF能量(5)连续辐射到其周围，其通过接收器天线(4)使断路器(3)设备上电。因此，隔离和消除了依靠来自带电导线的电力来为断路器装置内的部件供电的需要。
如图2所示的***包括至少一个能量发射器控制单元(11)、至少一个能量发射器电路(12)和用于EMCB或断路器(13)的至少一个能量接收器。
如图3所示，能量发射器包括：能量发送器电路(22a)和来自天线电路的嵌入天线(22c)的环路，用于对RF能量进行信道化。发送器控制单元(21)用作电源和用于控制嵌入式天线电路(22)的主集线器。发送器控制单元(21)由向蓝牙微控制器单元(MCU)(21b)和能量发送器电路(22a)提供电力以及允许在蓝牙MCU和能量发送器IC(22b)之间交换数据的开关模式电源(SMPS)电路(21a)组成。优选地，铜导体或天线(22c)的环被嵌入到用作发射器天线的断路器面板的印刷电路板(PCB)(22)或导轨上。
如图4所示，断路器或EMCB(33)的能量接收器包括：能量接收器电路(34a)和嵌入天线(34c)的回路，所述嵌入式天线耦合到所述断路器设备以用于采集所述RF信号；监测单元(33b)，所述监测单元(33b)耦合到所述断路器设备，用于获得连接到所述线路电流的所述受电设备的电流使用数据；控制器单元，所述控制器单元耦合到所述断路器设备，用于当检测到故障状况时控制并中断对所述线路电流的电流供应；远程单元，所述远程单元用于接收所述功率使用数据并将信号传输到所述控制器单元，用于停止或向所述受电设备供应所述线路电流。接收器天线(34c)与发射器天线耦合在一起，其中能量接收器IC(34b)将该RF信号的一部分转换成能量。如图4所示，断路器装置的***包括在断路器装置处的输入功率或负载电流连接以及输出功率或线路电流连接，其中来自断路器装置的用于为至少一个受电设备供电的线路电流或用于诸如照明、风扇等的器具的插座。所述***具有监测模块或监测单元(33b)，所述监测模块或监测单元(33b)耦合到所述断路器设备，用于获得连接到所述线路电流的所述受电设备的电力使用数据，其中所述监测单元(33b)连接到所述线路电流，用于将所述电力使用连接的受电设备处理到相同的线路电流，其中将使用连接到所述监测单元(33b)的无线终端将所述数据传送到远程单元，所述远程单元远程定位或无线地连接以用于至少一个用户监视所述断路器设备的所述电流使用或电力使用。该***具有耦接到断路器装置的控制器单元(33c)，用于停止或供应线路电流或控制对断路器设备中的线路电流的电流供应，其中远程单元能够通过向控制器单元(33c)传输信号来控制控制器单元(33c)的操作以停止或供应线路电流给受电设备。该***具有远程单元或移动设备，该远程单元或移动设备用于接收电力使用数据并且向控制器单元发送信号以停止或向受电设备供应线路电流，其中移动设备具有显示模块，该显示模块用于查看断路器装置的操作并控制断路器装置或控制器单元的操作。移动设备可以是移动电话、计算机或可以经由无线网络远程连接的任何其他电子设备。该***具有耦合到监测单元(33b)的无线发射器单元和放置在断路器装置内的控制器单元(33c)，用于远程发射和接收数据或信号，无线发射器单元连接到诸如WIFI、3G、4G的无线网络，或者具有诸如蓝牙、NFC的无线发射器。无线发射器单元将电力使用数据发射到远程定位的远程单元，以监测电力使用并处理来自远程单元的信号以停止使用控制器单元(33c)的线电流。该***具有无线电力传输***，该无线电力传输***向电路断路器设备提供电源以用于为无线发射器单元、控制器单元(33c)和监测单元(33b)供电，其中无线电力传输***包括定位在断路器面板内部的源谐振器和定位在断路器设备内部一定距离的设备谐振器，使得源谐振器将功率无线地传输到设备谐振器。此外，断路器装置具有用于断路器装置的状态指示的LED、用于设置或调节断路器设备的设置的按钮、以及用于显示测量或指示设置状态的七段显示器。
图5示出了能量发射器和能量接收器的框图概念。发射器通过天线驱动器输出引脚驱动外部天线以产生RF场。驱动器被设计为直接驱动集成在PCB上的天线以及与50Ω电缆连接的天线。在该设计中，这些驱动器差分地驱动外部天线。
当通电时，蓝牙MCU(41b)启动发射器IC(42b)。此后，天线驱动器的引脚在13.56MHz.输出未调制载波信号。这些未调制的载波信号在到达天线之前首先通过EMI滤波器和匹配电路。然后，EMI滤波器将滤除高次谐波，从噪声分量中提取和去除电磁噪声，而匹配电路将源阻抗与负载阻抗匹配。因此，发射器天线42c从负载接收具有最小反射的信号的最大功率。最后，发射器天线(42c)可以辐射信号，该信号也被称为跨空间的RF能量。
发射器天线42c和接收器天线44c相互耦合在一起。借助于调谐的接收器天线，可以使用类似于电压互感器的原理从发射器天线传递RF能量。当发射器和接收器天线都被调谐到相同的频率(称为谐振频率)时，可以优化RF能量交换。因此，通过减少信号反射，允许天线之间的最大功率传输。接收器天线连接到封装在IC中的内部整流器，其中RF能量经历全波整流。该能量的一部分用于为接收器的IC供电。当剩余能量输出到输出引脚时，其接着用于供应到其它电路组件(例如，IC、继电器、LED)。
当功率足够时，可以在发射机和接收机之间进行数据交换。为了向接收机发送命令，发射机首先对载波执行ASK调制。这些调制信号将跨空间辐射并由接收器天线(44c)接收。接收器由能够执行AM解调的解调器组成。一旦信号已经被解调，接收器就能够访问并提取其内的信息。
在请求结束时，发射机保持未调制载波信号为接收机供电，并允许其生成确认。当接收器准备好响应时，其通过改变其天线阻抗来执行无源负载调制技术。因此，接收器IC(44b)输入阻抗变化跨发射器天线调制确认信号。发射器接收调制信号并执行解调，因此检索确认。
如图6所示，该***的操作方法包括以下步骤：
·变送器控制单元为能量发送器电路(51)供电，其中具有连接的集成电路(IC)的能量发送器电路设置发送器IC以执行无线电力传输操作(52)。
·此后，发射器IC将功率引导到天线(53)并辐射RF能量(54)，其中同时，接收器IC将等待(55’)RF能量，直到其可用或接收到(55)。
·然后，接收器天线接收RF能量、通电(56)并设置嵌入或固定到断路器(57)上的接收器IC。然后，发射机IC向接收机IC发送用于通信的数据(58)。接收器IC接收数据(59)并处理数据，执行嵌入的指令(60)并发送对发射器IC(61)的确认。如果存在任何，接收器IC还将检查并等待来自发射器IC的附加数据。
·否则，接收器IC将确认发射到发射器IC，其中发射器IC接收数据(62)以执行额外指令且在需要时将数据发送到接收器IC(63)。
电子断路器装置中的每个部件(例如，MCU、继电器、线圈、LED)由转换的RF能量供电，而不依赖于来自火线的任何电力。电子断路器装置周期性地收集电流使用数据，并确定它是过电流还是短路。如果是，则继电器将断开其接触，从而中断电流。在用户设定的一段时间后，继电器自动复位自身，恢复电流。自动重新连接消除了用户手动重置断路器装置的需要。超级电容器也将被安装用于临时储能。
断路器装置的设计包括用于自动或手动地跳闸和复位断路器装置的致动器杠杆。杠杆的位置能够指示断路器装置的状态(开或关/跳闸)。可以通过具有耦合到断路器装置的控制器单元或继电器控制来远程控制杠杆，其中继电器控制能够自动接通而不需要在电流浪涌期间手动地接通它或者经由到断路器装置的无线连接远程地接通。此外，断路器装置具有用于断路器装置的状态指示的LED和用于设置或调节断路器装置的设置的按钮。断路器装置具有用于充电的电容器或超级电容器，用于充电以存储用于断路器设备部件的电力。电源不需要为断路器装置上电，因为断路器装置具有完全隔离的电源以使断路器装置部件上电。带电导线或带电电源将仅穿过允许电流检测的线圈，并且作为用于为至少一个受电设备供电的线路电流或输出电流而存在。继电器控制使得电气微型断路器(EMCB)、电子电路断路器(ECB)或断路器设备能够自动接通，而不需要在电流浪涌或短路期间手动地将其接通。通过使用移动应用或按钮来完成断路器装置与主控制器或远程单元之间的蓝牙低功耗(BLE)配对。
本发明的另一实施例涉及一种断路器，所述断路器具有：感测电路，所述感测电路被配置成感测线路电流的特性；控制器单元，所述控制器单元耦合到所述感测电路；无线发射机单元；以及电力***，其特征在于，所述电力***被配置成在所述线路电流的丢失之后向所述无线发射机单元提供电力供应，以供所述无线发射机单元在所述线路电流的丢失之后将关于所述特性的数据传送到监视模块，其中所述电力***是无线电力传输***，其中所述无线电力传输***包括源谐振器，所述源谐振器被配置成断路器面板和设备谐振器，所述断路器面板和设备谐振器被配置成所述断路器分隔开一定距离，使得所述源谐振器在所述断路器面板内的其他位置中将电力无线地传送到所述设备谐振器。
本发明涉及一种电子电路断路器(ECBs)，其自动操作电气开关，该电气开关被设计成保护电路免受损坏并且接通或断开、监测和收集电路和负载设备的使用状态。
此外，该***包括用于处理监测单元和控制器单元的操作的处理器。
此外，断路器装置包括七段显示器或LED显示器，以显示断路器的状态指示。
优选地，断路器面板具有用于安装断路器装置的导轨。
优选地，断路器面板具有成形为导轨或面板以安装断路器装置的印刷电路板天线。
优选地，所述源谐振器是印刷电路板天线，其中所述印刷电路板天线滑动或附接到所述断路器面板上。
优选地，无线电力传输***使用印刷电路板作为发射器和接收器两者的天线。
优选地，无线功率传输***或每个源谐振器具有串行***接口(SPI)和电源接口。
优选地，源谐振器具有发射器天线。
优选地，所述装置谐振器具有接收器天线。
优选地，源谐振器为断路器面板内的多个其它断路器装置供电。
优选地，所述远程单元远程定位以使用所述控制器单元监视电力使用并接通和断开电流供应。
优选地，断路器装置包括耦合到线路电流或无线电力传输***的电容器，以存储备用电力以向断路器提供备用电源以防短路。
优选地，远程单元是具有接收和发送数据或来自断路器装置的信号的接口的移动设备。
此外，断路器面板具有铁氧体片，以阻挡和吸收由无线电力传输***产生的电磁噪声。
优选地，无线功率传输***是来自公用电源的功率。
优选地，控制器单元耦合到用于执行断路器装置的断路器操作的感测电路。
优选地，连接到网络或无线网络的无线发射器单元发射数据或接收信号。
优选地，连接到网络或无线网络的远程单元接收数据或发送信号。
通常，现有的电子电路断路器(ECB)都通过来自主要电源的电线供电，主要电源主要是带电和中性作为电源。
本发明涉及一种具有无线功率***的电子微型断路器。
如本文所使用的，两个或更多个部件“联接”在一起的陈述应当意味着部件直接或通过一个或多个中间部件接合在一起。
如本文中所使用，术语“处理器”应意指可存储、检索和处理数据的可编程模拟和/或数字装置；微处理器；微控制器；微型计算机；中央处理单元；或任何合适的处理装置或设备。
本发明可在不脱离其基本特性的情况下以其它特定形式体现。所描述的实施例仅在所有方面被认为是说明性的而非限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求而不是由前述描述来指示。落入权利要求的等同物的含义和范围内的所有变化都包括在其范围内。

Claims (13)

1.一种被配置为监测和编程断路器(3)装置的操作***，其中***包括：
来自断路器(3)装置的线路电流，用于为至少一个供电设备供电；
监控单元(33b)，耦合到断路器(3)装置，用于获取连接到线路电流的供电设备的功耗使用数据；
控制单元(33c)，耦合到断路器(3)装置，用于控制和中断线路电流的电流供应；
远程单元，用于接收功率使用数据并向控制器单元(33c)发送信号，以停止或向供电设备供应线路电流；
以及一个与监控单元(33b)和控制器单元(33c)耦合的无线发射单元，
其特征在于，无线发射单元将电力使用数据传输到位于远处的远程单元，以监控电力使用情况，并处理来自远程单元的信号，利用控制器单元(33c)停止或供应线路电流、以及向断路器(3)装置供电的无线电力传输***，其中无线电力传输***包括一个设置在断路器(3)面板内的源谐振器和一个设置在断路器(3)装置内的设备谐振器，两者相隔一定距离，以便源谐振器向设备谐振器无线传输电力。
2.根据权利要求1所述的***，其中所述断路器面板具有成形为导轨或面板以安装所述断路器(3)设备的印刷电路板天线。
3.根据权利要求1所述的***，其中所述源谐振器是印刷电路板天线，其中所述印刷电路板天线滑动或附接到所述断路器面板上。
4.根据权利要求1所述的***，其中所述无线电力传输使用印刷电路板作为发射器和接收器两者的天线。
5.根据权利要求1所述的***，其中所述断路器(3)设备包括七段显示器或LED显示器，以显示所述断路器(3)设备的状态指示。
6.根据权利要求1所述的***，其中所述断路器面板具有导轨以安装所述断路器(3)设备。
7.根据权利要求1所述的***，其中所述源谐振器具有串行***接口(SPI)和电源接口。
8.根据权利要求1所述的***，其中源谐振器具有发射器天线(2)，设备谐振器具有接收器天线(4)，其中源谐振器为断路器(3)面板内的多个其他断路器(3)设备供电。
9.根据权利要求1所述的***，其中远程单元位于远处，用于监控电源使用情况，并使用控制器单元(33c)打开或关闭电流供应。
10.根据权利要求1所述的***，其中所述断路器(3)设备包括电容器，所述电容器耦合到所述线路电流以存储备用电力以向所述断路器(3)设备提供备用电源以防短路。
11.根据权利要求1所述的***，其中所述远程单元是具有用于从所述断路器(3)设备接收和发送数据或信号的接口的移动装置。
12.根据权利要求1所述的***，其中断路器(3)面板具有铁氧体片，以阻挡和吸收无线输电***产生的电磁噪声。
13.根据权利要求1所述的***，其中所述控制器单元(33c)耦合到用于执行所述断路器(3)设备的断路器(3)设备操作的感测电路。
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