CN103346624B - 能够自动控制的多负载无线能量传输装置 - Google Patents
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Abstract
能够自动控制的多负载无线能量传输装置，属于无线能量传输领域，本发明为解决现有的固定结构只能选择性的给指定需要充电的负载充电的问题。本发明包括能量发射装置和N个能量接收装置，能量发射装置用于连接外部供电电源，N个能量接收装置分别连接N个负载的电信号输入端，能量发射装置和N个能量接收装置通过耦合方式无线连接；能量发射装置包括发射端变换器和无线能量发射电路，能量接收装置包括无线能量接收模块和接收端变换器，无线能量发射电路包括发射端电容装置和发射端电感装置，无线能量接收模块包括接收端电容装置和接收端电感装置，它还包括N个控制器和N个负载检测器。本发明用于单能量发射端和多能量接收端的负载充电系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种能够自动控制的多负载无线能量传输装置，属于无线能量传输领域。
背景技术
无线能量传输克服了传统有线插拔式充电带来的不安全、易老化、不便捷等问题。无线能量传输具有广泛应用，如在电动汽车电池充电，家电充电，智能搬运车等领域的应用大大提高了自动化智能化水平。
随着无线能量传输技术的发展，多负载无线能量传输系统，即单能量发射端和多能量接收端系统可满足对多个负载充电的需求，然而，根据谐振原理可知，当能量发射端和能量接收端电路固定时，谐振频率随之固定，如何实现固定的结构选择性的给指定需要充电的负载充电是一个亟待解决的问题。
因此，有必要提供一种改进的系统和方法来解决上述技术问题。
发明内容
本发明目的是为了解决现有的固定结构只能选择性的给指定需要充电的负载充电的问题，提供了一种能够自动控制的多负载无线能量传输装置。
本发明所述能够自动控制的多负载无线能量传输装置，它包括能量发射装置和N个能量接收装置，能量发射装置的电信号输入端用于连接外部供电电源，N个能量接收装置的电信号输出端分别连接N个负载的电信号输入端，能量发射装置和N个能量接收装置通过耦合方式无线连接；
所述能量发射装置包括发射端变换器和无线能量发射电路，发射端变换器的电信号输入端用于连接外部供电电源，发射端变换器的电信号输出端连接无线能量发射电路的电信号输入端；
所述能量接收装置包括无线能量接收模块和接收端变换器，无线能量接收模块的电信号输出端连接接收端变换器的电信号输入端，接收端变换器的电信号输出端连接负载的电信号输入端；
所述无线能量发射电路包括发射端电容装置和发射端电感装置，发射端电容装置和发射端电感装置串联连接在无线能量发射电路的电信号输入端上；
所述无线能量接收模块包括接收端电容装置和接收端电感装置，接收端电容装置和接收端电感装置串联在无线能量接收模块的电信号输出端上；
它还包括N个控制器和N个负载检测器，N个负载检测器分别连接到N个负载上，用于检测所连接的负载的电量，N个控制器分别连接在N个能量接收装置中，控制器的控制信号输出端连接无线能量接收模块的控制信号输入端，N个负载检测器的检测信号输出端分别连接对应的N个控制器的检测信号输入端。
本发明所述的能够自动控制的多负载无线能量传输装置与传统的无线能量传输系统相比，将选频充电方法加入到了多负载充电装置中。通过调节无线能量发射端的接收端谐振频率，即电容装置的电容大小或电感装置电感大小来改变接收端谐振频率，以调节发射端谐振频率与所需被充电的负载对应的接收端谐振频率大致相等，从而实现对所需负载进行充电。并且，根据接收端谐振频率来选择提供给发射端变换器的开关信号的工作频率，以实现高效充电。该能够自动控制的多负载无线能量传输装置可选择性给所需充电负载进行高效充电。
本发明所述能够自动控制的多负载无线能量传输装置可实现多个负载同时充电，通过各自的接收端控制器来提供控制信号。该装置提高了充电自动化程度，同时只有需要被充电的负载对应的能量接收端电路导通而进行能量接收，大大提高了系统的效率，实现能量定向流动。
附图说明
图1是本发明所述能够自动控制的多负载无线能量传输装置的电路结构示意图；
图2是本发明所述接收端电容装置电路结构示意图；
图3是本发明所述接收端电容装置的另一种电路结构示意图；
图4是本发明所述接收端电感装置电路结构示意图；
图5是本发明所述接收端电感装置的另一种电路结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述能够自动控制的多负载无线能量传输装置，它包括能量发射装置1和N个能量接收装置2，能量发射装置1的电信号输入端用于连接外部供电电源3，N个能量接收装置2的电信号输出端分别连接N个负载4的电信号输入端，能量发射装置1和N个能量接收装置2通过耦合方式无线连接；
所述能量发射装置1包括发射端变换器11和无线能量发射电路12，发射端变换器11的电信号输入端用于连接外部供电电源3，发射端变换器11的电信号输出端连接无线能量发射电路12的电信号输入端；
所述能量接收装置2包括无线能量接收模块21和接收端变换器22，无线能量接收模块21的电信号输出端连接接收端变换器22的电信号输入端，接收端变换器22的电信号输出端连接负载4的电信号输入端；
所述无线能量发射电路12包括发射端电容装置121和发射端电感装置122，发射端电容装置121和发射端电感装置122串联连接在无线能量发射电路12的电信号输入端上；
所述无线能量接收模块21包括接收端电容装置211和接收端电感装置212，接收端电容装置211和接收端电感装置212串联在无线能量接收模块21的电信号输出端上；
它还包括N个控制器5和N个负载检测器6，N个负载检测器6分别连接到N个负载4上，用于检测所连接的负载4的电量，N个控制器5分别连接在N个能量接收装置2中，控制器5的控制信号输出端连接无线能量接收模块21的控制信号输入端，N个负载检测器6的检测信号输出端分别连接对应的N个控制器5的检测信号输入端。
本实施方式中，发射端变换器11用于将外部供电电源3提供的电能转换成交流电。所述能量发射装置1用于将外部供电电源3提供的电能转换成磁能量，该磁能量能够在空气介质中传输。所述能量接收装置2用于将无线接收的磁能量转换成电能，该电能对应负载4所需电能。
具体实施方式二：下面结合图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述接收端电容装置211包括第一支路选择器2111和电容控制电路2112，第一支路选择器2111与电容控制电路2112串联连接在接收端电容装置211的电信号输出端上，所述电容控制电路2112包括N条电容支路，所述N条电容支路并联，控制器5的控制信号输出端用于连接第一支路选择器2111。
本实施方式中，通过第一支路选择器2111选择不同的电容支路改变接收端电容装置211的电容大小，进而改变能量接收装置2的谐振频率，使能量发射装置1的谐振频率与负载4对应的能量接收装置2的谐振频率相等。
具体实施方式三：下面结合图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式二作进一步说明，所述第一支路选择器2111为一个单刀多掷开关。
具体实施方式四：下面结合图3说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述接收端电容装置包括N条电容支路，N条电容支路并联连接在接收端电容装置的电信号输入端上，每条电容支路包括一个第一开关2113和多个电容，所述第一开关2113和电容串联，控制器5的控制信号输出端用于连接第一开关2113。
本实施方式中，通过第一开关2113的关断选择不同的电容支路改变接收端电容装置的电容大小，进而改变能量接收装置2的谐振频率，使能量发射装置1的谐振频率与负载4对应的能量接收装置2的谐振频率相等。
具体实施方式五：下面结合图3说明本实施方式，本实施方式对实施方式三作进一步说明，所述第一开关2113为一个单刀单掷开关。
具体实施方式六：下面结合图4说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述接收端电感装置212包括第二支路选择器2121和电感控制电路2122，第二支路选择器2121与电感控制电路2122串联连接在接收端电感装置212的电信号输出端上，所述电感控制电路2122包括N条电感支路，所述N条电感支路并联，控制器5的控制信号输出端用于连接第二支路选择器2121。
本实施方式中，通过第二支路选择器2121选择不同的电感支路改变接收端电感装置212的电感大小，进而改变个能量接收装置2的谐振频率，使能量发射装置1的谐振频率与负载4对应的能量接收装置2的谐振频率相等。
具体实施方式七：下面结合图4说明本实施方式，本实施方式对实施方式五作进一步说明，所述第二支路选择器2121为一个单刀多掷开关。
具体实施方式八：下面结合图5说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述接收端电感装置212包括N条电感支路，N条电感支路并联连接在接收端电感装置212的电信号输入端上，每条电感支路包括一个第二开关2123和多个电感，所述第二开关2123和电感串联，控制器5的控制信号输出端用于连接第二开关2123。
本实施方式中，通过第二开关2123的关断选择不同的电感支路改变接收端电感装置212的电感大小，进而改变能量接收装置2的谐振频率，使能量发射装置1的谐振频率与负载4对应的能量接收装置2的谐振频率相等。
具体实施方式九：下面结合图5说明本实施方式，本实施方式对实施方式七作进一步说明，所述第二开关2123为一个单刀单掷开关。
选频定向充电原理为：每个负载对应的接收端谐振频率包括两个频率：公共频率和独立频率，发射端谐振频率包括多个频率：多个负载对应的多个独立频率和公共频率；接收端公共频率和发射端公共频率相同。
当多个负载需要同时充电时，调节发射端的谐振频率为公共频率，调节接收端的谐振频率为公共频率。
当一个负载需要充电时，调节发射端谐振频率为该需被充电负载对应的独立频率，调节接收端谐振频率为独立频率。
本发明所述的能够自动控制的多负载无线能量传输装置针对多负载无线能量传输系统，即单能量发射端，多能量接收端系统，通过改变能量接收端的谐振频率实现对需要充电的负载进行充电的过程。实质是通过改变接收端电容或电感的大小来实现谐振频率的改变。这种技术可以减小谐振电路的铜损以提高电能利用率，只有需要被充电的负载端的接收端电路处于工作状态，其余负载端的接收端电路不工作，从而可实现能量的定向流动(从能量发射端到需要被充电的负载对应的能量接收端)，进而提高能量利用率，提高系统效率。
本发明所述能够自动控制的多负载无线能量传输装置可实现多个负载同时充电，通过各自的接收端控制器来提供控制信号。提高了系统的自动化，如当负载为充电电池时，控制器检测充电电池电量，当充电电池电量大于上限值时，控制器提供打开信号使开关处于关断状态以断开该负载对应的能量接收电路结束充电过程。当充电电池电量小于下限值时，控制器提供导通信号使开关处于导通状态以导通该负载对应的能量接收电路进行充电过程。
Claims (9)
1.能够自动控制的多负载无线能量传输装置，其特征在于，它包括能量发射装置(1)和N个能量接收装置(2)，能量发射装置(1)的电信号输入端用于连接外部供电电源(3)，N个能量接收装置(2)的电信号输出端分别连接N个负载(4)的电信号输入端，能量发射装置(1)和N个能量接收装置(2)通过耦合方式无线连接；
所述能量发射装置(1)包括发射端变换器(11)和无线能量发射电路(12)，发射端变换器(11)的电信号输入端用于连接外部供电电源(3)，发射端变换器(11)的电信号输出端连接无线能量发射电路(12)的电信号输入端；
所述能量接收装置(2)包括无线能量接收模块(21)和接收端变换器(22)，无线能量接收模块(21)的电信号输出端连接接收端变换器(22)的电信号输入端，接收端变换器(22)的电信号输出端连接负载(4)的电信号输入端；
所述无线能量发射电路(12)包括发射端电容装置(121)和发射端电感装置(122)，发射端电容装置(121)和发射端电感装置(122)串联连接在无线能量发射电路(12)的电信号输入端上；
所述无线能量接收模块(21)包括接收端电容装置(211)和接收端电感装置(212)，接收端电容装置(211)和接收端电感装置(212)串联在无线能量接收模块(21)的电信号输出端上；
它还包括N个控制器(5)和N个负载检测器(6)，N个负载检测器(6)分别连接到N个负载(4)上，用于检测所连接的负载(4)的电量，N个控制器(5)分别连接在N个能量接收装置(2)中，控制器(5)的控制信号输出端连接无线能量接收模块(21)的控制信号输入端，N个负载检测器(6)的检测信号输出端分别连接对应的N个控制器(5)的检测信号输入端；
该能够自动控制的多负载无线能量传输装置采用选频定向的方法进行无线能量传输，每个负载(4)对应的接收端的谐振频率包括公共频率和独立频率，发射端的谐振频率包括公共频率和N个负载(4)对应的N个独立频率，接收端的公共频率和发射端的公共频率相同；当对多个负载(4)同时进行无线能量传输时，调节发射端和接收端的谐振频率为公共频率；当对一个负载(4)进行无线能量传输时，调节发射端和接收端的谐振频率为该负载(4)对应的独立频率。
2.根据权利要求1所述能够自动控制的多负载无线能量传输装置，其特征在于，所述接收端电容装置(211)包括第一支路选择器(2111)和电容控制电路(2112)，第一支路选择器(2111)与电容控制电路(2112)串联连接在接收端电容装置(211)的电信号输出端上，所述电容控制电路(2112)包括N条电容支路，所述N条电容支路并联，控制器(5)的控制信号输出端用于连接第一支路选择器(2111)。
3.根据权利要求2所述能够自动控制的多负载无线能量传输装置，其特征在于，所述第一支路选择器(2111)为一个单刀多掷开关。
4.根据权利要求1所述能够自动控制的多负载无线能量传输装置，其特征在于，所述接收端电容装置(211)包括N条电容支路，N条电容支路并联连接在接收端电容装置(211)的电信号输入端上，每条电容支路包括一个第一开关(2113)和多个电容，所述第一开关(2113)和电容串联，控制器(5)的控制信号输出端用于连接第一开关(2113)。
5.根据权利要求4所述能够自动控制的多负载无线能量传输装置，其特征在于，所述第一开关(2113)为一个单刀单掷开关。
6.根据权利要求1所述能够自动控制的多负载无线能量传输装置，其特征在于，所述接收端电感装置(212)包括第二支路选择器(2121)和电感控制电路(2122)，第二支路选择器(2121)与电感控制电路(2122)串联连接在接收端电感装置(212)的电信号输出端上，所述电感控制电路(2122)包括N条电感支路，所述N条电感支路并联，控制器(5)的控制信号输出端用于连接第二支路选择器(2121)。
7.根据权利要求6所述能够自动控制的多负载无线能量传输装置，其特征在于，所述第二支路选择器(2121)为一个单刀多掷开关。
8.根据权利要求1所述能够自动控制的多负载无线能量传输装置，其特征在于，所述接收端电感装置(212)包括N条电感支路，N条电感支路并联连接在接收端电感装置(212)的电信号输入端上，每条电感支路包括一个第二开关(2123)和多个电感，所述第二开关(2123)和电感串联，控制器(5)的控制信号输出端用于连接第二开关(2123)。
9.根据权利要求8所述能够自动控制的多负载无线能量传输装置，其特征在于，所述第二开关(2123)为一个单刀单掷开关。
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