CN103346628B - 原端电容选频的多负载无线能量传输装置 - Google Patents
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Abstract
原端电容选频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，能量发射装置包括发射端变换器和无线能量发射电路，每个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电容装置和电感装置，电容装置包括支路选择器和电容控制电路。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
本发明涉及一种原端电容选频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，提供了一种原端电容选频的多负载无线能量传输装置。
本发明所述原端电容选频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；
所述每个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电容装置和电感装置，电容装置和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；
所述电容装置包括支路选择器和电容控制电路，支路选择器与电容控制电路串联连接在电容装置的电信号输入端上，所述电容控制电路包括N条电容支路，所述N条电容支路并联。
本发明所述原端电容选频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；
所述每个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电容装置和电感装置，电容装置和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；
所述电容装置包括N条电容支路，N条电容支路并联连接在电容装置的电信号输入端上，每条电容支路包括一个开关和多个电容，所述开关和电容串联。
本发明所述的原端电容选频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发射端谐振频率，即电容装置的电容大小来改变发射端谐振频率，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。该原端电容选频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。
附图说明
图1是本发明所述原端电容选频的多负载无线能量传输装置的电路结构示意图；
图2是本发明所述能量发射装置的电容装置电路结构示意图；
图3是本发明所述原端电容选频的多负载无线能量传输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和图2说明本实施方式，本实施方式所述原端电容选频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；
所述每个能量接收装置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包括电容装置121和电感装置122，电容装置121和电感装置122串联连接在无线能量发射电路12的电信号输入端上；
所述电容装置121包括支路选择器1211和电容控制电路1212，支路选择器1211与电容控制电路1212串联连接在电容装置121的电信号输入端上，所述电容控制电路1212包括N条电容支路，所述N条电容支路并联。
本实施方式中，通过支路选择器1211选择不同的电容支路改变电容装置121的电容大小，进而改变能量发射装置1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。
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，所述支路选择器1211为一个单刀多掷开关。
本实施方式中，所述单刀多掷开关选择不同电容支路的方式为：控制单刀多掷开关的导通或关断来选择连接入能量发射装置1的电容支路。
所述N条电容支路的每条电容支路包括一个或多个电容串联。
具体实施方式三：下面结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式所述原端电容选频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；
所述每个能量接收装置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包括电容装置121和电感装置122，电容装置121和电感装置122串联连接在无线能量发射电路12的电信号输入端上；
所述电容装置121包括N条电容支路，N条电容支路并联连接在电容装置121的电信号输入端上，每条电容支路包括一个开关1213和多个电容，所述开关和电容串联。
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三作进一步说明，所述开关1213为一个单刀单掷开关。
本实施方式中，通过开关1213的关断选择不同的电容支路改变电容装置121的电容大小，进而改变能量发射装置1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2和图3说明本实施方式，本实施方式对实施方式一或实施方式三作进一步说明，所述N条电容支路的每条电容支路是一个电容或由多个电容串联组成。
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。
本发明所述的原端电容选频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，通过改变能量发射端的谐振频率实现对需要充电的负载进行充电的过程。实质是通过改变发射端电容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。
Claims (5)
1.原端电容选频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；
所述每个能量接收装置(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)包括电容装置(121)和电感装置(122)，电容装置(121)和电感装置(122)串联连接在无线能量发射电路(12)的电信号输入端上；
所述电容装置(121)包括支路选择器(1211)和电容控制电路(1212)，支路选择器(1211)与电容控制电路(1212)串联连接在电容装置(121)的电信号输入端上，所述电容控制电路(1212)包括N条电容支路，所述N条电容支路并联；
该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所述原端电容选频的多负载无线能量传输装置，其特征在于，所述支路选择器(1211)为一个单刀多掷开关。
3.原端电容选频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；
所述每个能量接收装置(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)包括电容装置(121)和电感装置(122)，电容装置(121)和电感装置(122)串联连接在无线能量发射电路(12)的电信号输入端上；
所述电容装置(121)包括N条电容支路，N条电容支路并联连接在电容装置(121)的电信号输入端上，每条电容支路包括一个开关(1213)和多个电容，所述开关和电容串联；
该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。
4.根据权利要求3所述原端电容选频的多负载无线能量传输装置，其特征在于，所述开关(1213)为一个单刀单掷开关。
5.根据权利要求1或3所述原端电容选频的多负载无线能量传输装置，其特征在于，所述N条电容支路的每条电容支路是一个电容或由多个电容串联组成。
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