CN104810864B - 一种自适应频率跟踪无线能量传输接收装置及其接收方法 - Google Patents
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Abstract
一种自适应频率跟踪无线能量传输接收装置及其接收方法，由接收线圈9、取样检测装置10、磁芯11、控制线圈12、控制电路13、电容器14、检测控制装置15、开关16、滤波整流电路17、蓄电池18组成，通过增加或减小接收线圈的电感，使振荡回路中电流波峰值增至最大；当接振荡回路中的电流波峰值大于设定值Imax2时，在下一个电流过零点时刻控制开关16断开，电容器向蓄电池18充电；当电容器两端电压低于一个设定值Umin时，控制开关2闭合，振荡回路重新开始感应振荡，由此开始间歇式补能，实现了发射频率的自动跟踪，纠正谐振点偏移，提高传能效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种高压电网感应取电装置，将能量从输电线路上取出，通过无线能量传输装置将能量传送至输电杆塔上的能量接收装置中，为在杆塔上的监测设备供能，具体涉一种自适应频率跟踪无线能量传输接收装置及其接收方法。
背景技术
无线电能传输(Wireless Power Transmission，WPT)是借助于电磁波进行能量传递的一种技术。随着科技的发展传统的输电方式也很难满足其供电需求。因此，发展无线电能传输技术的重要性日益凸显出来。
无线输电大致可分为：电磁感应式、电磁辐射式和电磁共振式。电磁感应式传输距离近、效率低，发电机、电动机的定转子之间的能量传递就是利用此原理，传输距离为毫米级；电磁辐射式传输距离远，但如果是全方向性辐射，传输电能的效率会十分低，而如果是定向辐射，要具有不间断可视的方位和十分复杂的追踪仪器设备，其研制难度很大；电磁共振式，即我们主要研究的磁耦合谐振式输能技术，是对感应式的突破，可以在几米的范围内实现高效能量传输，磁耦合谐振式能量传输技术思路最早由MIT于2006年提出，于2007年得到了初步实验验证，实验结果发表在了《Science》杂志。该项技术本质上依靠磁场传递能量，它通过谐振线圈间磁场的耦合，借助发射和接收线圈产生的共振实现能量的无线传输。此项技术可以在米级距离传输较大功率的能量，同时具有穿越非导磁性障碍物、对相对位置要求较低等突出优点。国内目前对该项技术已有了一些初步的研究，但大部分研究成果都在围绕无线传能系统的发射端展开，附图1为现有感应取电与无线传能发射端的结构示意图，发射部分由取能线圈、整流滤波、取电功率调节、稳压电路、无线传能电路发射部分组成，感应取电通过铁芯2和线圈3将输电导线1上能量取出，通过整流滤波回路4、取电功率调节回路5、充电稳压电路6、无线传能电路发射部分8，将能量由发射线圈转化为电磁波的形式发射出去，发射频率等于发射振荡回路的谐振频率，同时，充电稳压电路6还向锂电池组7充电，并为无线传能发射端供能。无线能量传输接收装置接收无线传能发射端发出的电磁波，再转化为电能，为杆塔上的设备供电。目前，接收端线圈的频率固定的，接收端线圈的固定频率不能精确等于发射频率，当发射频率发生变化时，使得接收端无法适应频率改变造成的谐振点偏移，导致传能效率大大降低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能自动跟踪发射频率的自适应频率跟踪无线能量传输接收装置及其接收方法。
本发明采用的技术方案为：
一种自适应频率跟踪无线能量传输接收装置，由接收线圈、取样检测装置、磁芯、控制线圈、控制电路、电容器、检测控制装置、开关、滤波整流电路、蓄电池组成，其特征在于：接收线圈并联有电容器构成振荡回路，振荡回路连接有取样检测装置，取样检测装置连接控制电路，接收线圈中心有磁芯，磁芯后端绕有控制线圈，控制线圈连接控制电路，电容器两端并联有检测控制装置，检测控制装置连接开关的闭合控制电路，取样检测装置连接开关的断开控制电路，电容器通过滤波整流电路连接蓄电池。
一种自适应频率跟踪无线能量传输接收方法，由接收线圈、取样检测装置、磁芯、控制线圈、控制电路、电容器、检测控制装置、开关、滤波整流电路、蓄电池组成接收装置，接收线圈并联有电容器构成振荡回路，振荡回路连接有取样检测装置，取样检测装置连接控制电路，接收线圈中心有磁芯，磁芯后端绕有控制线圈，控制线圈连接控制电路，电容器两端并联有检测控制装置，检测控制装置连接开关的闭合控制电路，取样检测装置连接开关的断开控制电路，电容器通过滤波整流电路连接蓄电池，其特征在于：接收线圈感应发射端发射的电磁波并开始同频振荡；取样检测装置检测接收线圈中的电流及其振荡频率，控制电路用来控制控制线圈上的电流，随着控制线圈上电流增大，磁芯内部磁通量增加，接收线圈的电感亦随之增加，反之亦可减少；接收线圈与其并联的电容器构成振荡回路，振荡开始后给接收线圈增加一个微小的电感量，通过取样检测装置检测振荡回路的频率和电流变化，若频率增加，控制电路则继续增大接收线圈的电感，直到振荡回路中电流波峰值增至最大，若频率减小，则减小接收线圈的电感，直到振荡回路中电流波峰值增至最大；根据装置本身的技术特性，设定一个略低于振荡回路的最大电流Imax1的电流值Imax2，当振荡回路中的电流波峰值大于设定值Imax2时，在下一个电流过零点时刻取样检测装置连接的控制电路控制开关断开，回路中的能量全部存储在电容器内，电容器通过滤波整流电路向蓄电池充电；充电过程中检测控制装置检测电容器两端电压，当电容器两端电压低于一个设定值Umin时，检测控制装置控制开关闭合，振荡回路重新开始感应振荡接收发射装置发射的电磁波，由此开始间歇式补能，并将能量存储在蓄电池中。
本发明相比现有技术的有益效果是：实现了无线能量传输接收端对发射频率的自动跟踪，当发射频率发生变化时，接收端自动适应发射端频率的改变，纠正谐振点偏移，最大效率地取得了发射端发射的能量，解决了无线传能系统接收端自适应性差的难题。
附图说明
图1为现有感应取电与无线传能发射端的结构示意图；
图2为本发明实施例自适应频率跟踪无线能量传输接收装置的结构示意图。
图符说明：1.输电导线；2.铁芯；3.线圈；4.整流滤波回路；5.取电功率调节回路；6. 充电稳压电路；7. 锂电池组；8. 无线传能电路发射部分；9.接收线圈；10.取样检测装置；11.磁芯；12.控制线圈；13.控制电路；14.电容器；15.检测控制装置；16.开关；17.滤波整流电路；18.蓄电池。
具体实施方式
图1 为现有感应取电与无线传能发射端的结构示意图。
图2为本发明实施例自适应频率跟踪无线能量传输接收装置的结构示意图，本装置由接收线圈9、取样检测装置10、磁芯11、控制线圈12、控制电路13、电容器14、检测控制装置15、开关16、滤波整流电路17、蓄电池18组成，接收线圈9并联有电容器4构成振荡回路，振荡回路连接有取样检测装置10，取样检测装置10连接控制电路13，接收线圈9中心有磁芯11，磁芯11后端绕有控制线圈12，控制线圈12连接控制电路13，电容器14两端并联有检测控制装置15，检测控制装置15连接开关16的闭合控制电路，取样检测装置10连接开关16的断开控制电路，电容器14通过滤波整流电路17连接蓄电池18。
配合上述实施例一种自适应频率跟踪无线能量传输接收装置的结构，本发明一种自适应频率跟踪无线能量传输接收方法为：接收线圈9感应发射端发射的电磁波并开始同频振荡，接收线圈9连接的取样检测装置10检测接收线圈中的电流及其振荡频率，接收线圈9中心有磁芯11，磁芯11后端有控制线圈12，控制线圈12连接有控制电路13，控制电路13用来控制控制线圈12上的电流，随着控制线圈12上电流增大，磁芯11内部磁通量增加，接收线圈9的电感亦随之增加，反之亦可减少，由此可根据需要调节接收线圈9的电感；接收线圈9与其并联的电容器14构成振荡回路，其振荡频率与接收线圈9的电感的关系为倒U形曲线，接收装置的频率自适应的方法为：振荡开始后首先给接收线圈9增加一个微小的电感量，通过取样检测装置10检测振荡回路的频率和电流变化，若频率增加，连接取样检测装置10的控制电路13则继续增大接收线圈的电感，直到振荡回路中电流波峰值增至最大，若频率减小，则减小接收线圈的电感，直到振荡回路中电流波峰值增至最大；此时发射线圈与接收线圈都工作在谐振状态，传输效率达到最大化；在电容器14两端并联有检测控制装置15，检测控制装置15连接开关16的闭合控制电路，取样检测装置10连接开关16的断开控制电路，振荡回路开始感应振荡后，取样检测装置10检测振荡回路中的电流，根据装置本身的技术特性，设定一个略低于振荡回路的最大电流Imax1的电流值Imax2，当振荡回路中的电流波峰值大于设定值Imax2时，在下一个电流过零点时刻取样检测装置10连接的控制电路13控制开关16断开，回路中的能量全部存储在电容器14内，电容器14通过滤波整流电路17向蓄电池18充电；充电过程中检测控制装置15检测电容器14两端电压，当电容器两端电压低于一个设定值Umin时，检测控制装置15控制开关16闭合，振荡回路重新开始感应振荡接收发射装置发射的电磁波，由此开始间歇式补能，并将能量存储在蓄电池中。
本发明实现了发射频率的自动跟踪，当发射频率发生变化时，接收端自动适应发射端频率的改变，纠正谐振点偏移，提高传能效率。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种自适应频率跟踪无线能量传输接收方法，由接收线圈、取样检测装置、磁芯、控制线圈、控制电路、电容器、检测控制装置、开关、滤波整流电路、蓄电池组成接收装置，接收线圈并联有电容器构成振荡回路，振荡回路连接有取样检测装置，取样检测装置连接控制电路，接收线圈中心有磁芯，磁芯后端绕有控制线圈，控制线圈连接控制电路，电容器两端并联有检测控制装置，检测控制装置连接开关的闭合控制电路，取样检测装置连接开关的断开控制电路，电容器通过滤波整流电路连接蓄电池，其特征在于：接收线圈感应发射端发射的电磁波并开始同频振荡；取样检测装置检测接收线圈中的电流及其振荡频率，控制电路用来控制控制线圈上的电流，随着控制线圈上电流增大，磁芯内部磁通量增加，接收线圈的电感亦随之增加，反之亦可减少；接收线圈并联有电容器构成振荡回路，振荡开始后给接收线圈增加一个微小的电感量，通过取样检测装置检测振荡回路的频率和电流变化，若频率增加，控制电路则继续增大接收线圈的电感，直到振荡回路中电流波峰值增至最大，若频率减小，则减小接收线圈的电感，直到振荡回路中电流波峰值增至最大；根据装置本身的技术特性，设定一个略低于振荡回路的最大电流Imax1的电流值Imax2，当振荡回路中的电流波峰值大于设定值Imax2时，在下一个电流过零点时刻取样检测装置连接的控制电路控制开关断开，回路中的能量全部存储在电容器内，电容器通过滤波整流电路向蓄电池充电；充电过程中检测控制装置检测电容器两端电压，当电容器两端电压低于一个设定值Umin时，检测控制装置控制开关闭合，振荡回路重新开始感应振荡接收发射装置发射的电磁波，由此开始间歇式补能，并将能量存储在蓄电池中。
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