用于智能马桶的供电系统及智能马桶的制作方法

本发明涉及一种用于智能马桶的供电系统及该智能马桶。

背景技术：

目前，多数智能马桶都是通过电源线来供电的直接供电方式，这种直接供电方式需要将电源线插到智能马桶附近墙壁的插座上。但是，由于马桶的使用环境是在卫生间，这种环境中湿度较大，存在触电短路的危险。

另一方面，随着无线供电技术的发展，可以实现功率在5kW以下的无线电能传输。

针对相关技术中直接供电方式存在短路风险的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

针对相关技术中直接供电方式存在短路风险的问题，本发明提出一种用于智能马桶的供电系统及智能马桶，能够实现对智能马桶的无线供电，避免直接供电方式中存在的短路风险。

本发明的技术方案是这样实现的：

根据本发明的一个方面，提供了一种用于智能马桶的供电系统，包括：无线发射模块，所述无线发射模块包括连接于输入电压的发射控制模块、和连接于所述发射控制模块的发射线圈；无线接收模块，所述无线接收模块包括接收线圈、和连接于所述接收线圈的接收控制模块；其中，通过所述输入电压以使所述发射线圈生成磁能，所述接收线圈将接收到的所述磁能转换为电能以生成供电电压。

根据本发明的一个实施例，所述无线接收模块设置于所述智能马桶的马桶盖内部；所述无线发射模块封装于壳体中，所述壳体嵌入在靠近所述无线接收模块的墙体中；其中，所述发射线圈与所述接收线圈同轴。

根据本发明的一个实施例，所述接收控制模块包括：负载选择模块，连接于所述接收线圈和负载模块之间；负载控制模块，连接于所述供电电压和所述负载选择模块；其中，所述负载模块包括多个负载，所述负载控制模块用于根据需要启动的负载生成相应的控制信号；所述负载选择模块用于根据所述相应的控制信号为所述需要启动的负载提供所述供电电压。

根据本发明的一个实施例，所述负载选择模块包括：多个线性开关模块，分别对应连接于所述多个负载；其中，多个负载的功率不全相同，所述多个线性开关模块采用软切换方式以形成所述多个负载之间的软切换。

根据本发明的一个实施例，所述多个线性开关模块均包括RC延时电路以形成多个负载之间的所述软切换。

根据本发明的一个实施例，所述发射控制模块包括：连接于所述输入电压和所述发射线圈之间的逆变模块；其中，所述输入电压为直流输入电压；所述逆变模块用于将所述直流输入电压逆变为高频交流电压并输送至所述发射线圈。

根据本发明的一个实施例，所述发射控制模块还包括：连接于所述输入电压和所述逆变模块之间的发射控制模块，所述发射控制模块用于对所述逆变模块进行控制。

根据本发明的一个实施例，所述发射控制模块还包括：负载功率检测模块，连接于所述输入电压和所述发射控制模块，用于获取负载模块的功率；以及频率检测模块，连接于所述输入电压、所述发射控制模块和所述逆变模块的输出端，用于获取所述高频交流电压的频率；其中，所述发射控制模块对所述逆变模块的控制进一步基于所述功率和高频交流电压的频率。

根据本发明的一个实施例，所述负载模块包括加热模块和冲水模块。

根据本发明的一个实施例，所述接收控制模块包括：与所述接收线圈连接的处理模块，用于对所述供电电压进行整流、滤波、和稳压处理。

根据本发明的另一方面，提供了一种智能马桶，包括上述供电系统。

根据本发明的一个实施例，还包括主控模块，连接至所述供电电压，用于根据用户指令控制相应功能开启。

根据本发明的一个实施例，还包括控制面板，连接至所述供电电压和所述主控模块，用于根据用户操作生成所述用户指令。

根据本发明的一个实施例，所述功能包括：上盖开/关、冲洗、烘干、除臭、水加热、座圈加热、水位选择、位置选择、和停止之中的任意多种。

本发明通过设置包括发射线圈的无线发射模块和包括接收线圈的无线接收模块，利用非辐射性磁耦合共振的原理生成供电电压，实现了对智能马桶的无线供电，保证了智能马桶的用电安全；通过软切换方式控制不同负载不同功率段的切换，能够保证无线供电性能的稳定性，保证输出的供电电压不出现电压过冲或者欠压的情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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是根据本发明实施例的供电系统的框图；

图2是根据本发明实施例的智能马桶的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的发射控制模块的频率控制的流程示意图；

图4是根据本发明实施例的供电系统通过线性开关模块切换负载的连接示意图；

图5是根据本发明实施例的供电系统的线性开关模块的电路示意图；

图6(a)是根据本发明实施例的负载切换时加载到负载两端的电压的波形图；

图6(b)是根据本发明实施例的负载切换时加载到负载两端的电压随时间变化的示意图；

图7(a)是根据现有技术的负载切换时加载到负载两端的电压的波形图；

图7(b)是根据现有技术的负载切换时加载到负载两端的电压随时间变化的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明的实施例，提供了一种用于智能马桶盖的供电系统。

如图1所示，根据本发明实施例的用于智能马桶盖的供电系统包括：无线发射模块10和无线接收模块20，无线发射模块10包括连接于输入电压V_in的发射控制模块12、和连接于发射控制模块12的发射线圈11；无线接收模块20包括接收线圈21、和连接于接收线圈21的接收控制模块22；通过输入电压V_in使发射线圈11生成磁能，接收线圈21将接收到的磁能转换为电能以生成供电电压。

上述技术方案，通过设置包括发射线圈11的无线发射模块10和包括接收线圈21的无线接收模块20，利用非辐射性磁耦合共振的原理生成供电电压，实现了对智能马桶的无线供电，保证了智能马桶的用电安全。

如图2所示，无线接收模块20可以设置于智能马桶盖内部；无线发射模块10可以封装于壳体中，将该壳体嵌入在靠近无线接收模块20的墙体中，具体的无线接收模块20可以设置于智能马桶盖后侧的内部，安装时要求接收线圈21和发射线圈11在同轴安装，以使得发射线圈11与接收线圈21同轴。优选地，发射线圈11与接收线圈21之间的直线距离为50mm。通过将无线接收模块20设置在马桶盖内部，就能与具有接收线圈21的墙内的无线接收模块20形成无线供电传输的供电系统。

进一步地，由包括发射线圈11和发射控制模块12的无线发射模块10、将输入电压V_in的电能转换成磁能传递给无线接收模块20，同时无线接收模块20将接收到的磁能转换成电能生成供电电压，可以将供电电压供给智能马桶的主控模块50以及智能马桶的控制面板70。

图1所示，发射控制模块12可以包括：连接于输入电压V_in和发射线圈11之间的逆变模块13；

其中，输入电压V_in为直流输入电压；逆变模块13可以用于将直流的输入电压V_in逆变为高频交流电压并输送至发射线圈11，发射线圈11可以响应于该高频交流电压产生高频交流磁场。

在一个实施例中，发射控制模块12还可以包括：连接于输入电压V_in和逆变模块13之间的发射控制模块14，发射控制模块14可以用于对逆变模块13进行控制。可选地，发射控制模块14可以采用来进行MCU对逆变模块13的控制。

进一步地，发射控制模块12还可以包括：负载功率检测模块15和频率检测模块16，负载功率检测模块15连接于输入电压V_in和发射控制模块14，可以用于获取负载模块30的功率；频率检测模块16连接于输入电压V_in、发射控制模块14和逆变模块13的输出端，可以用于获取逆变模块13输出的高频交流电压的频率，即驱动频率。发射控制模块14可以基于功率和高频交流电压的频率对逆变模块13进行控制。如图3所示，在初始化之后，在S302处，可以通过负载功率检测模块15来检测负载模块的功率，发射控制模块14根据负载模块30的功率改变用于控制逆变模块13的控制频率参数；在S304处，持续检测并判断负载模块30的功率是否发生了变化，若发生了变化则返回步骤S302重新设置控制频率参数，若没有发生变化则进入S306，保持控制频率参数不变。

发射控制模块12还可以包括供电模块17。供电模块17可以为相应的模块，例如发射控制模块14、负载功率检测模块15和频率检测模块16，提供输入电压V_in。

同样如图1所示，接收控制模块22可以包括负载选择模块25和负载控制模块24。负载选择模块25连接于接收线圈21和负载模块30之间；负载控制模块24连接于供电电压和负载选择模块25。其中，负载模块30可以包括多个负载，负载控制模块24可以根据需要启动的负载生成相应的控制信号；负载选择模块25可以根据相应的控制信号为需要启动的负载提供供电电压。

如图4所示，负载选择模块25可以包括多个线性开关模块(S1，S2，…Sn)，多个线性开关模块(S1，S2，…Sn)分别对应连接于多个负载(负载1，负载2，…负载n)。其中，多个负载的功率不全相同，多个线性开关模块采用软切换方式以形成多个负载模块之间的软切换。可以通过负载选择控制单元251来生成负载选择信号，多个线性开关模块(S1，S2，…Sn)可以响应于负载选择信号，使得相应的线性开关模块闭合导通，进而为相应的负载提供供电电压。通过软切换方式控制不同负载不同功率段的切换，能够保证本发明的无线供电性能的稳定性。可选地，负载选择控制单元251可以通过采用MCU来生成上述负载选择信号。

在一个实施例中，负载模块可以包括加热模块和冲水模块。无线接收模块在多个负载进行不同功率段切换时，采用软切换的方式来控制不同功率段切换。功率段的不同主要是在加热和冲水等不同状态下，功率也不同。

具体的，在现有技术的无线电能传输系统中，都是通过继电器开关来控制负载不同功率段的切换。当负载切换至不同的功率段时，根据无线电力传输原理，不同功率段的负载之间的切换会影响原边模块(即无线发射模块)的稳定性，导致无线电能传输系统不能正常工作。另外，当负载切换至不同的功率段时，由于原边电路(即发射控制模块)的动态响应问题，副边电路(即接收控制模块)会出现电压过冲或者欠压问题，从而影响负载的正常工作。

发射控制模块通过采用软切换技术来控制负载的不同功率段切换。能够逐渐升高负载两端电压而不使负载两端电压发生突变，使得当负载切换至不同的功率段时，发射控制模块能稳定工作；同时能够保证输出的供电电压不出现电压过冲或者欠压的情况。

进一步地，同样参考图4，假设系统一直工作在负载1的状态下，这时线性开关模块S1为导通状态，S1的阻抗Zs1近似为0，副边的等效阻抗近似为负载1的阻抗Z1；当采用软切换方式加入负载2时，副边的等效阻抗近似为：

根据开关管开通时的内阻特性，Zs2为一个变量，软切换的过程中，Zs2由无穷大逐步变化为O。副边的等效阻抗也由Z1逐步变为

由以上分析可以看出，软切换方式可以实现副边的等效阻抗由Z1逐步变为根据无线电能传输原理，副边对原边的反射阻抗也是在逐步变化，反射阻抗逐步影响系统驱动频率及相位，原边模块能稳定工作。同时对于系统的输出电压，由于负载切换是采用软切换逐步切换负载，原边模块能进行动态调整以保证系统输出电压的稳定性，因此不出现电压过冲或者欠压的情况。

优选地，多个线性开关模块均包括RC延时电路以形成多个负载之间的软切换。参考图5所示，非限定性的示出了线性开关模块的电路示意图。其中，在开关管的驱动电路中加入由电阻R2和电容器C1构成的RC延时电路，通过该RC延时电路将开关模式设置为线性开关模式，能够实现斜坡升压的软切换方式来切换负载。还可以通过调整RC延时电路的参数来设置软切换的时间。

应当理解，开关管Q3和Q4可以包括但不仅限于：MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管)、IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、功率三极管和SCR(晶闸管)，开关管Q3和Q4也可以是其它相关的开关器件。

具体地，采用软切换方式切换负载时，由图6(a)、6(b)所示，其中纵坐标U表示负载切换时加载到负载两端的电压，t表示时间。可以看出加载到负载两端的电压是在△t的时间里(经过几个周期后)才升高到正常的供电电压。由于加载到负载两端的电压是缓慢增加，因此带载的功率变化也是缓慢变化的。所以在单位时间里的功率变化较小，对系统的各项参数的影响也较小。

其中，

因此可以通过调整RC延时电路的参数来设置软切换的时间。

如7(a)、7(b)所示，采用普通开关来控制不同功率负载的切换，由于图7(b)中的△t近似为0，加载到负载两端的电压是在开关打开时就突变至正常供电电压。因此使得带载的功率突变，进而对系统的各项参数会产生较大的影响。

在一个实施例中，无线接收模块20可以包括与接收线圈21连接的处理模块23，用于对供电电压进行整流、滤波、和稳压处理。

如图2所示，根据本发明的实施例，还提供了一种智能马桶，包括：上述权利要求1-10任一项的供电系统。

在一个实施例中，还包括主控模块50。主控模块50连接至供电系统生成的供电电压，主控模块50可以根据用户指令控制相应功能开启。

在一个实施例中，还包括控制面板70。控制面板70连接至供电电压和主控模块50，用于根据用户操作生成用户指令。

在一个实施例中，功能可以包括：上盖开/关、冲洗、烘干、除臭、水加热、座圈加热、水位选择、位置选择、和停止之中的任意多种。

具体的，结合图1和图2，无线接收模块20可以提供供电电压给智能马桶的主控模块50、以及控制面板70，控制面板70通过按键给主控模块50发出用户指令，主控模块50响应于用户指令启动相关功能，例如启动加热模块和冲水模块，从而实现加热和冲水的功能。

智能马桶的控制面板70主要按键可以包括开关、冲洗、烘干、除臭、加热、停止以及水位选择和位置选择等按键。相应的，开关功能可以实现上盖60的开和关；冲洗功能主要包括臀部，下身、轻柔等三种功能，可以根据需要选择不同的功能；按下烘干按键实现烘干功能；按下除臭按键就可以除臭功能；其中加热按键主要包括水加热按键和座圈加热按键，按下水加热按键就可以给清洗的水加热，按下座圈加热按键可以实现对座圈进行加热；按下停止按键可以停止所有功能并进入省电模式；依次按下水位选择按键可以实现不同水位的选择；依次按下位置选择按键可以实现座圈位置的选择。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。