CN107134859A - 一种无线充电测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线供电技术领域，具体涉及一种无线充电测量系统，包括电磁场发射单元、电磁场接收单元、数据采编记录器、共振磁耦合无线电能传输模块、负载检测模块、动态调谐模块、计算机处理中心和通信模块；电磁发射单元分别与共振磁耦合无线电能传输模块和动态调谐模块相连；电磁场接收单元分别与数据采编记录器和传感器网相连，传感器网分别与数据采编记录器和负载检测模块相连；计算机处理中心通过通信模块分别与数据采编记录器、负载检测模块进行信息传递；电磁场接收单元与电磁场发射单元通过电磁场进行能量传递.该无线充电测量系统能够实时监测测量系统的负载的变化情况，调节共振频率，提高测量系统的稳定性，保证最大传输功率效率。

Description

一种无线充电测量系统

技术领域

本发明属于无线供电技术领域，尤其涉及一种无线充电测量系统。

背景技术

测量系统是用来对被测特性定量测量或定性评价的仪器或量具、标准、操作、方法、夹具、软件、人员、环境和假设的集合，用于获得测量结果的整个过程。通常的测量系统应包含传感器、测量放大器和记录器三个部分。如果选择不同的传感器，如选用温度传感器、流量传感器、压力传感器等等、就变成了不同用途的测量系统。

由于测量系统工作的环境往往比较复杂，因此面向具体的加工环境，要尽量保证测量仪表工作的可靠性、安全性。而供配电模块是测量系统正常工作的能量来源和基本保障，其可靠性和稳定性直接影响试验参数测量的准确度以及测量系统的综合性能。

传统的测量系统采用的是有线充电的方式，有线充电存在诸多缺点，例如充电线的存在造成的移动充电接口裸露、充电对象数量受到接口的限制、充电器输出高电压，充电插头在插拔过程中存在着发热、产生接触火花、漏电等安全隐患，灵活性差、外形不美观。

相对于有线充电，无线充电具体诸多优点，例如充电方式智能便捷，还有安全性的优势，它可以在特殊环境下使用，因为在无线充电的过程中不需要有金属的物理连接，因此无线充电技术特别适用于工作在特殊环境的设备进行安全供电，比如易燃易爆环境或者潮湿环境，这对于一些处于特殊工作环境的测量系统起到了有益的作用。

供配电模块贯穿整个测量系统，是测量系统正常工作的前提和基础。在无线供电过程中,发射线圈回路与接收线圈回路具有相同的运行频率。但在实际系统中，负载发生变化时会引起初级回路的共振频率发生变化使得整个发射线圈回路的阻抗性质发生了变化，同时接收线圈回路的品质因数发生改变使得系统不能以最大效率进行传输,严重时甚至会影响系统的稳定运行。事实上，作为一种无线充电测量系统的负载往往具有很大的随机性，这就不能保证最大传输功率效率和系统工作稳定。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够实时监测测量系统的负载的变化情况，调节共振频率，从而提高测量系统的稳定性，保证最大传输功率效率的无线充电测量系统。适合应用在工作时间长、环境恶劣、温度变化范围大的不同工作环境的测量系统中的无线充电系统，同时还可进行自适应调节电能发送功率，节省电能，并减少对电压波动设备产生潜在的影响与损害。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种无线充电测量系统，包括电磁场发射单元、电磁场接收单元、数据采编记录器、共振磁耦合无线电能传输模块、负载检测模块、动态调谐模块、计算机处理中心和通信模块；电磁发射单元分别与共振磁耦合无线电能传输模块和动态调谐模块相连；电磁场接收单元分别与数据采编记录器和传感器网相连，传感器网分别与数据采编记录器和负载检测模块相连；计算机处理中心通过通信模块分别与数据采编记录器、负载检测模块进行信息传递；电磁场接收单元与电磁场发射单元通过电磁场进行能量传递。

在上述的无线充电测量系统中，共振磁耦合无线电能传输模块包括电源模块和功率变换模块。

在上述的无线充电测量系统中，通信模块采用超宽带或蓝牙方式进行无线通信。

在上述的无线充电测量系统中，电磁场接收单元的接收线圈回路接有采样电阻。

在上述的无线充电测量系统中，电磁场发射单元的发射线圈回路接有采样电阻。

在上述的无线充电测量系统中，功率变换模块包括整流滤波模块和功率振荡模块。

本发明的有益效果是：

1、具有较高的可靠性及安全性，适于应用在工作时间长、环境恶劣、温度变化范围大等不同工作环境的测量系统中。

2、能够实时监测测量系统的负载变化，调节共振频率，提高了测量系统工作频率稳定性，保证最大传输功率效率。

3、可进行自适应调节电能发送功率，节省了电能，并减少对电压波动设备产生潜在的影响与损害。

4、适用的测量系统功能范围广，可以记录系统工作过程中的温度、湿度、过载、振动、冲击、压力等参数以及数字量信号。

5、在工作过程中电磁辐射影响小，无有害气体排放，市场前景广阔。

附图说明

图1是本发明一个实施例的整体结构示意图；

图2是本发明一个实施例的共振磁耦合无线电能传输模块结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。

所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其它工艺的可应用性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“相连”“连接"应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于相关领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本实施例采用如下技术方案来实现：一种无线充电测量系统，包括电磁场发射单元、电磁场接收单元、数据采编记录器、共振磁耦合无线电能传输模块、负载检测模块、动态调谐模块、计算机处理中心和通信模块；电磁发射单元分别与共振磁耦合无线电能传输模块和动态调谐模块相连；电磁场接收单元分别与数据采编记录器和传感器网相连，传感器网分别与数据采编记录器和负载检测模块相连；计算机处理中心通过通信模块分别与数据采编记录器、负载检测模块进行信息传递；电磁场接收单元与电磁场发射单元通过电磁场进行能量传递。

进一步，共振磁耦合无线电能传输模块包括电源模块和功率变换模块。

进一步，通信模块采用超宽带或蓝牙方式进行无线通信。

进一步，电磁场接收单元的接收线圈回路接有采样电阻。

进一步，电磁场发射单元的发射线圈回路接有采样电阻。

更进一步，功率变换模块包括整流滤波模块和功率振荡模块。

具体实施时，如图1所示，一种无线充电测量系统，包括：传感器网1、数据采编记录器2、共振磁耦合无线电能传输模块3、电磁场接收单元4、负载检测模块5、电磁场发射单元6、动态调谐模块7、计算机处理中心8、通信模块9。

而且，电磁场发射单元6分别与共振磁耦合无线电能传输模块3和动态调谐模块7相连。电磁场接收单元6分别与传感器网1和数据采编记录器2相连，传感器网1分别与数据采编记录器2和负载检测模块5相连，计算机处理中心8通过通信模块9，分别与数据采编记录器2、负载检测模块5进行通信。

并且，如图2所示，共振耦合无线电能传输模块3包括电源模块和功率变换模块。通信模块9可以采用超宽带、蓝牙等方式进行无线通信。

一种无线充电测量系统的工作流程如下：

传感器网1是测量系统的信号输入端，与数据采编记录器2相连。

数据采编记录器2通过通信模块9，与计算机处理中心8进行通信，根据接收的采集不同信号的命令，控制不同类别传感器的信号采集并进行滤波、放大等调理。

共振磁耦合无线电能传输模块3包括电源模块、功率变换模块，用于为数据采编记录器2和传感器网1供电。

电磁场接收单元4的接收线圈回路中接有采样电阻，通过检测采样电阻的电压值变化，可检测到系统的负载变化。当负载变化时，负载检测模块5检测到电磁场接收单元4的接收线圈回路中采样电阻的电压值变化，得到无线充电测量系统的实时电压，将测量系统实时电压通过通信模块发送给计算机处理中心8。

电磁场发射单元6中的发射线圈回路装有采样电阻，而接收线圈的负载变化会通过耦合作用，相应地改变发射线圈回路的负载，引起发射线圈回路中的电流变化，这种变化可以通过检测发射线圈回路采样电阻的电压来捕捉。

当动态调谐模块7得知负载变化后，通过调制电路调节电磁场发射单元4回路中的发射线圈的共振频率，保持发射线圈与接收线圈工作频率的一致性。

计算机处理中心8通过通信模块9与数据采编记录器2和负载检测模块5进行通信。一方面完成对数据采编记录器的指令传输、数据传输、读数等功能，另一方面，与负载检测模块5进行通信得到接收线圈回路中采样电阻测得的实时测量系统电压。

计算机处理中心8通过通信模块9得到负载检测模块5中的采样电阻测得的实时测量系统电压，通过PID算法，将实时电压与预设的测量系统目标电压进行比对并产生误差量信号。根据差值电压计算出电源模块所需要采取的调节动作，相应地提高或者降低功率变换模块前的电源电压，实现对发射能量的控制。

以下对技术方案进行更进一步的阐述，如图1所示，传感器网1是测量系统的信号输入端，传感器将测量到的物理量转化为电信号输出到数据采编记录器2，再经数据采编记录器2对电信号进行相应的调理。

数据采编记录器2是整个测量系统的核心组成部分，数据采编记录器2通过通信模块9与计算机处理中心8通信，根据接收的采集不同信号的命令，控制不同类别传感器的信号采集，并对所有传感器输出的电信号进行滤波、放大等调理。

共振磁耦合无线电能传输模块3不仅为数据采编记录器2提供能量，还为传感器网1供电。如图2所示，共振磁耦合无线电能传输模块3由电源模块、功率变换模块两部分构成，其中，电源模块用来为供电系统提供输入功率，本实施例中预设电源模块的输入电压为电网供电电压380V，该输入电压在测量系统工作过程中，会随着负载的变动发生调整改变。功率变换模块包括整流滤波模块和功率振荡模块，其中，整流滤波模块把电源模块输出的工频交流电整流为直流电，再滤波消除整流输出直流电中的高次谐波，从而输出恒定电压直流电，功率振荡模块将整流滤波后的恒定电压直流电转换为适应系统频率要求的高频交流电。本实施例中功率振荡模块输出交变电流的频率为100kHz，可依照实际需求调整输出高频交流电的频率。功率变换模块与电磁场发射单元6相连。

在无线充电测量系统工作的过程中，数据采编记录器2能够保持工作状态，而不同的传感器在采集不同类别的信号时工作状态不同，这时候对于无线充电模块而言，产生负载变化。电磁场接收单元4回路中接有采样电阻，通过检测接收线圈回路中采样电阻的电压变化可以检测到负载变化。

负载检测模块5用于实现对电磁场接收单元4中接收线圈回路的采样电阻的电压来捕捉负载变化，得到测量系统的实时电压，将测量系统实时电压通过通信模块9发送给计算机处理中心8。

电磁场发射单元6中的发射线圈回路装有采样电阻，而接收线圈的负载变化会通过耦合作用，相应地改变发射线圈回路的负载，引起发射线圈回路中的电流变化，这种变化可以通过检测发射线圈回路采样电阻的电压来捕捉。

动态调谐模块7用于调整发射线圈回路中的共振频率。当动态调谐模块7得知负载变化后，通过调制电路调节电磁场发射单元4回路中的发射线圈的共振频率，保持发射线圈与接收线圈工作频率的一致性。

计算机处理中心8通过通信模块9与数据采编记录器2和负载检测模块5进行通信。一方面完成对数据采编记录器的指令传输、数据传输、读数等功能，另一方面，与负载检测模块5进行通信得到接收线圈回路中采样电阻测得的实时测量系统电压。

当负载检测模块5检测到电能接收回路负载的改变，通过通信模块9将接收线圈回路中采样电阻测得的实时测量系统电压发送给计算机处理中心8。计算机处理中心8使用PID算法，将实时电压与预设的测量系统目标电压进行比对并产生误差量信号。根据差值电压计算出电源模块所需要采取的调节动作，相应地提高或者降低功率变换模块前的电源电压，实现对发射能量的控制。

通信模块9用于处理计算机处理中心8与负载检测模块5、数据采编记录器之间的通信，在实际应用中，如果对数据率要求比较高，可以采用超宽带、蓝牙等方式进行无线通信。在本实施例中预设使用蓝牙方式进行无线通信。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (6)

1.一种无线充电测量系统，其特征是，包括电磁场发射单元、电磁场接收单元、数据采编记录器、共振磁耦合无线电能传输模块、负载检测模块、动态调谐模块、计算机处理中心和通信模块；电磁发射单元分别与共振磁耦合无线电能传输模块和动态调谐模块相连；电磁场接收单元分别与数据采编记录器和传感器网相连，传感器网分别与数据采编记录器和负载检测模块相连；计算机处理中心通过通信模块分别与数据采编记录器、负载检测模块进行信息传递；电磁场接收单元与电磁场发射单元通过电磁场进行能量传递。

2.如权利要求1所述的无线充电测量系统，其特征是，共振磁耦合无线电能传输模块包括电源模块和功率变换模块。

3.如权利要求1所述的无线充电测量系统，其特征是，通信模块采用超宽带或蓝牙方式进行无线通信。

4.如权利要求1所述的无线充电测量系统，其特征是，电磁场接收单元的接收线圈回路接有采样电阻。

5.如权利要求1所述的无线充电测量系统，其特征是，电磁场发射单元的发射线圈回路接有采样电阻。

6.如权利要求2所述的无线充电测量系统，其特征是，功率变换模块包括整流滤波模块和功率振荡模块。