CN107196365A - 一种多负载智能无线充电装置和方法 - Google Patents

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CN107196365A CN201710419045.6A CN201710419045A CN107196365A CN 107196365 A CN107196365 A CN 107196365A CN 201710419045 A CN201710419045 A CN 201710419045A CN 107196365 A CN107196365 A CN 107196365A
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孙俊
赵伟昌
郭义
高海波
张波
徐弘基
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Wuhan University of Technology WUT
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
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Abstract

本发明公开了一种多负载智能无线充电装置,包括供电电源,供电电源的输出端连接发射电路,还包括数对频率相同的耦合发射线圈和耦合接收线圈,每个耦合发射线圈分别通过一个发射端谐振电容组连接多路继电器的一个输出端,多路继电器的输入端连接发射电路的输出端,多路继电器的控制端连接控制电路的信号输出端;耦合接收线圈的输出端依次连接有接收端谐振电容组、接收电路和负载工作电路。本发明还公开了一种多负载智能无线充电方法。本发明在实现为负载设备较远距离的无线充电的基础上,能够对多个负载设备充电,具有安全性、可用性、实用性,能够实现本装置的推广普及。

Description

一种多负载智能无线充电装置和方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域、自动化控制领、网络通信技术,尤其涉及一种多负载智能无线充电装置。
背景技术
物联网技术的定义是:通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,将任何物品与互联网相连接,进行信息交换和通讯,以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理的一种网络技术。目前已经有多家物联网厂商兴起(如机智云、微信硬件等),这些厂商往往提供其物联网接入的详细开发文档,有效降低物联网开发的入门门槛。大多数物联网厂商也提供支付入口,为接入设备收费提供可能。
Arduino是一个优秀的开源硬件开发平台,更是低成本硬件开发的趋势。Arduino简单的开发方式使得开发者更关注创意与实现,更快的完成项目开发,节约了学习的成本,缩短了开发的周期。由于其是开源硬件平台,任何人都可以基于其电路图重新设计,有效降低硬件开发成本。Arduino能通过各种各样的传感器来感知环境,通过控制灯光、马达、步进电机和其他的装置来反馈、影响环境。因为Arduino的种种优势,越来越多的专业硬件开发者已经或开始使用Arduino来开发他们的项目、产品;越来越多的软件开发者使用Arduino进入硬件、物联网等开发领域;大学里,自动化、软件,甚至艺术专业,也纷纷开展了Arduino相关课程。
无线输电,是指不经过电缆将电能从发电装置传送到接收端的技术。该技术最大的困难在于,如何解决无线电波在传输中的弥散和衰减问题。对于无线通讯来说,电波的弥散可能是好事,但无线输电则恰恰相反。无线输电技术有多种形式,其中谐振耦合式无线输电技术的非辐射性、高效率等优点是其它无线充电技术无法相比的。所谓谐振耦合式就是利用接收线圈的电感和并联的电容形成共振回路,在接收端也组成同样共振频率的接收回路,利用谐振形成的强来实现高效率的无线电能传输。该技术的出现引起了国内外学术界与工业界的巨大兴趣,被公认为目前最具发展前景的一种无线能量传输技术方案。但是目前研究多是理论研究,缺乏可应用推广的实物成果。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足,提供一种多负载智能无线充电装置和方法,具有安全性、可用性、实用性。
本发明提供的一种多负载智能无线充电装置,包括供电电源,供电电源的输出端连接发射电路;还包括数对频率相同的耦合发射线圈和耦合接收线圈,每个耦合发射线圈分别通过一个发射端谐振电容组连接多路继电器的一个输出端,多路继电器的输入端连接发射电路的输出端,多路继电器的控制端连接控制电路的信号输出端;耦合接收线圈的输出端依次连接有接收端谐振电容组、接收电路和负载工作电路。
较佳地,还包括发射端温度传感器、发射端湿度传感器和/或发射端电压电流传感器,发射端温度传感器、发射端湿度传感器和/或发射端电压电流传感器的检测端设置于发射电路和/或耦合发射线圈,发射端温度传感器、发射端湿度传感器和/或发射端电压电流传感器的信号输出端连接控制电路的信号输入端。
较佳地,还包括数个接收端温度传感器、数个接收端湿度传感器和/或数个接收端电压电流传感器,数个接收端温度传感器、数个接收端湿度传感器和/或数个接收端电压电流传感器的检测端分别设置于各个接收电路和/或各个耦合接收线圈,接收端温度传感器、接收端湿度传感器和/或接收端电压电流传感器的信号输出端连接控制电路的信号输入端。
较佳地,接收端温度传感器、接收端湿度传感器和/或接收端电压电流传感器的信号输出端通过无线通信装置与用户终端通信,用户终端通过无线通信装置与控制电路通信。
较佳地,耦合发射线圈由步进电机控制转动,步进电机的控制端连接控制电路的信号输出端。
较佳地,发射电路包括罗耶自激震荡电路,接收电路包括整流全桥电路。
本发明还提供一种利用上述装置进行多负载智能无线充电的方法:发射电路获取供电电源输出的电能,通过继电器的各个输出端将电能输出至对应的发射端谐振电容组,经各个发射端谐振电容组变频后的电磁波信号通过对应的耦合发射线圈发出,与各个耦合发射线圈频率相同的耦合接收线圈将接收到的电磁波信号传输至接收端谐振电容组,经接收端谐振电容组变频之后的电磁波信号通过接收电路输出至负载工作电路进行供电。
较佳地,通过发射端温度传感器、发射端湿度传感器和/或发射端电压电流传感器获取发射电路和/或耦合发射线圈的发射端温度值、发射端湿度值和/或发射端电压电流值;
将发射端温度值、发射端湿度值和/或发射端电压电流值输送至控制电路;
控制电路判断发射端温度值、发射端湿度值和/或发射端电压电流值是否在预设阈值范围之内,当发射端温度值、发射端湿度值或发射端电压电流值中任一数值超过预设阈值范围,则控制电路控制通过多路继电器停止对相应发射端谐振电容组和耦合发射线圈的输出。
较佳地,通过各个接收端温度传感器、接收端湿度传感器和/或接收端电压电流传感器获取对应接收电路和/或耦合接收线圈的接收端温度值、接收端湿度值和/或接收端电压电流值;
将各个接收电路和/或耦合接收线圈的接收端温度值、接收端湿度值和/或接收端电压电流值输送至控制电路;
控制电路判断接收端温度值、接收端湿度值和/或接收端电压电流值是否在预设阈值范围之内,当任一接收电路和/或耦合接收线圈的发射端温度值、发射端湿度值或发射端电压电流值超过预设阈值范围,则控制电路控制通过多路继电器停止对相应发射端谐振电容组和耦合发射线圈的输出。
较佳地,各个接收端温度传感器、接收端湿度传感器和/或接收端电压电流传感器所测得的接收端温度值、接收端湿度值和/或接收端电压电流值还通过无线通信装置发送到对应的用户终端,用户终端将用户指令、接收端温度值、接收端湿度值和/或接收端电压电流值通过无线通信装置发送至控制电路。
本发明的有益效果在于:采用无线充电距离较长,电路成本低,可靠性高,待机功耗小;本发明采用谐振式无线电能无线传输原理,利用电磁谐振原理,耦合发射线圈和耦合接收线圈,同频率工作,有效收集利用了电磁波。
接收电路采用快恢复二极管对高频电流进行全桥整流电路整流,比普通二极管或整流桥效率更高;电路没有采用任何昂贵的控制芯片,成本较低;采用自罗耶自激振荡电路,比传统使用三极管的自激振荡电路,可靠性较高,从而提高了装置的可靠性;加入由控制电路控制的多路继电器,控制电路通断和每组耦合发射线圈的通断,有效降低待机功耗。
利用传感器和继电器等元器件,保障装置工作安全可靠,也有效保护使用人员的安全;安全性是本装置设计的重要指标之一,本发明采用了多种传感器和继电器等元件保障使用者的安全,比如耦合发射线圈感应电流过大时,就可能是有金属进入耦合发射线圈磁场,或者相关器件温湿度、电压、电流异常,控制电路控制多路继电器及时动作,关闭该组耦合发射线圈的供电或者整个装置供电。保护动作在本地完成,不需要远程赋权操作,确保及时性。
当和物联网技术结合时,可以远程获取本装置的使用状态,实现对装置的远程控制,同时完成收费模式的设计,更贴近实际,有利于装置的普及推广。在实现无线充电的同时,通过微信硬件等物联网厂商平台,能够远程控制多负载无线充电装置和获取多负载无线充电装置实时信息,同时结合微信等支付入口,实现负载设备无线充电的智能收费,贴近实际,有利于此装置的推广普及。
附图说明
图1是本发明实施例一多负载智能无线充电装置的结构示意图,
图2是本发明实施例一发射电路采用的罗耶自激振荡电路拓扑和耦合发射线圈拓扑结构,
图3是本发明实施例一接收电路拓扑结构,
图4是本发明实施例一接收端稳压电路拓扑结构,
图5是本发明无线充电负载设备用户手机APP典型界面。
图中:1-供电电源,2-发射电路,3-多路继电器,4-发射端谐振电容组,5-耦合发射线圈,6-耦合接收线圈,7-接收端谐振电容组,8-接收电路,9-负载工作电路,10-用户终端,11-步进电机,12-继电器,13-控制电路,14-物联网远程控制平台。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述,但该实施例不应理解为对本发明的限制。
实施例一
一种多负载智能无线充电装置,包括供电电源1,供电电源1的输出端连接发射电路2;还包括数对频率相同的耦合发射线圈5和耦合接收线圈6,每个耦合发射线圈5分别通过一个发射端谐振电容组4连接多路继电器3的一个输出端,多路继电器3的输入端连接发射电路2的输出端,多路继电器3的控制端连接控制电路13的信号输出端;耦合接收线圈6的输出端依次连接有接收端谐振电容组7、接收电路8和负载工作电路9。
还包括发射端温度传感器、发射端湿度传感器和/或发射端电压电流传感器,发射端温度传感器、发射端湿度传感器和/或发射端电压电流传感器的检测端设置于发射电路2和/或耦合发射线圈5,发射端温度传感器、发射端湿度传感器和/或发射端电压电流传感器的信号输出端连接控制电路13的信号输入端。
还包括数个接收端温度传感器、数个接收端湿度传感器和/或数个接收端电压电流传感器,数个接收端温度传感器、数个接收端湿度传感器和/或数个接收端电压电流传感器的检测端分别设置于各个接收电路8和/或各个耦合接收线圈6,接收端温度传感器、接收端湿度传感器和/或接收端电压电流传感器的信号输出端连接控制电路13的信号输入端。
接收端温度传感器、接收端湿度传感器和/或接收端电压电流传感器的信号输出端通过无线通信装置与用户终端10通信,用户终端10通过无线通信装置与控制电路13通信。
耦合发射线圈5由步进电机11控制转动,步进电机11的控制端连接控制电路13的信号输出端。
发射电路2包括罗耶自激震荡电路,接收电路8包括整流全桥电路。
控制电路13与发射电路2之间设有继电器12,用于开启或关闭发射电路2。
本实施例所述的控制电路13包括本地云系统,由Arduino系统控制,电压、电流、温湿度多信息反馈至所述控制电路13的本地云系统。
发射电路2采用罗耶自激振荡电路,面向多负载设备无线充电,分别对应使用多个耦合发射线圈5进行无线充电,每组耦合发射线圈5频率可调,可调频率范围在330KHz-2MHz之间;当耦合发射线圈5频率和耦合接收线圈6频率一致时,最大有效传输距离可达25厘米。
使用发射端温度传感器、发射端湿度传感器、发射端电压电流传感器采集相关发射电路2及耦合发射线圈5的发射端温度值、发射端湿度值和发射端电压电流值,如过耦合发射线圈5的感应电流过大,可能有金属进入耦合发射线圈5磁场,或者相关器件温度值、湿度值、电压电流值异常,可通过继电器12及时切断耦合发射线圈5供电回路,确保使用人员的安全。
本实施例的耦合发射线圈5带有步进电机11,通过步进电机11带动旋转耦合发射线圈5,可以提供更大功率的无线电能传输。
使用控制电路13的Arduino本地云控制系统,作为中心控制管理部分;通过微信硬件、机智云等物联网手段,远程获取多负载无线充电装置工作状态并控制负载设备和控制多负载无线充电装置。
发射电路2采用罗耶自激振荡电路,其开关管叫传统自激振荡电路改为采用高频电压电流特性较好的MOSFET开关管Q1、Q2;同时,发射电路2的供电通过Arduino发射电路2控制本地云系统控制的继电器12控制。
使用温湿度电压电流传感器,采集相关发射电路2信息。如耦合发射线圈5感应电流过大,就可能是有金属进入耦合发射线圈5磁场,或者相关器件温湿度、电压、电流异常,Arduino发射电路2控制本地云系统接收到异常反馈,通过其控制的继电器12,会及时切断有问题的相应耦合发射线圈5供电,确保使用人员和装置的安全。此动作在本地完成,不需要远程赋权操作。
系统面向多负载设备的智能无线充电装置,所述的发射电路2采用罗耶自激振荡电路,其拓扑结构如图2所示,包括电阻R1、R2、R3、R4、R5,电感L1和L2,二极管D1、D2,开关管Q1、Q2,电容C6。本电路将直流电逆变为高频交流电。与普通的自激振荡电路相比,不采用三极管,而采用两个高耐压低寄生电容MOSFET开关管Q1、Q2,提高电路效率,适应了电路的高频特性;同时使用的是聚丙烯电容C6,其具有较大耐压值(63-2000V),不会轻易地被击穿,不区分正负极,有效减小了加工难度。
如图2所示,耦合发射线圈5LA后连接5个谐振电容(C1-C5)构成的谐振电容组。使用中,通过传感器对发射电路2的电压电流信号的采集,然后通过步进电机11旋转,寻求效率最优、输出功率最大的点;耦合发射线圈5有多组,分别负责不同的负载无线供电;通过Arduino本地云控制系统控制步进电机11,采用滑动变阻器的工作原理,调整接入谐振电容(C1-C5)的数量,来调整发射频率(330KHz-2MHz),避免相同频率的干扰。其频率f计算公式如下:
其中L代表发射线圈电感值大小;C代表接入谐振电容值大小。
发射电路2由12V直流电源供电,通过高频罗耶自激振荡电路将其逆变成高频振荡电压,通过耦合发射线圈5发出高频电磁波,其中通过调整接入耦合线圈的谐振电容的数量,调整耦合发射线圈5的发射电压的频率(330KHz-2MHz),并且的电路可能有多个耦合线圈及与之配对的谐振电容组,以发射不同频率的电磁波,避免相互之间的电磁干扰;耦合发射线圈5通过步进电机11旋转,利用电压电流传感器,寻找提供较大功率的无线电能传输的角度,提高电能利用率;
各个耦合发射线圈5连接谐振电容组,第一个耦合发射线圈5LA连接谐振电容组C1-C5,第n个耦合发射线圈5LAn连接谐振电容组C1n-C5n。各个耦合发射线圈5附带的谐振电容组可以通过步进电机11控制接入电路的数量,改变耦合发射线圈5的发射频率。
如图3中所示,耦合接收线圈6LR,附带有由5个谐振电容(C7-C11)组成的谐振电容组,通过调整接入谐振电容(C7-C11)的数量,来调节耦合接收线圈6的频率(330KHz-2MHz),只有耦合发射线圈5的频率和耦合接收线圈6的频率相同或相近,接收线圈才能接受较多电能。耦合接收线圈6的模式一般由用户自行选定,但是原则上,要避免相邻线圈频率相同,以免线圈间相互干扰,降低充电效率。另外耦合线圈如果需要小型化,可以采用Litz线进行绕制,谐振电容(C7-C11)和滤波电容C12可以采用耐压较高而且外形较小、安全性更好的高压瓷片电容。
接收电路8中的快恢复二极管(D1-D4)整流全桥电路,如图3中所示,因需要整流的交流电压频率较高,普通二极管整流,反应时间过慢,往往效率较低。经过仿真和实验,快恢复二极管(D1-D4)整流效率明显好于整流桥和普通二极管整流,整流效率余约提高一倍。
所述的接收电路8的稳压电路采用MC34063A芯片做DC-DC变换器,连接有电阻R7、R8、R9,电容C13、C14、C15,二极管D6,电感L3。如图4,输出5V左右电压,效率为85%以上。此电路结构简单,效率较高,成本较低。其中R7是限流电阻,R7电压大于0.3v时,MC34063A内部限流电路开始工作,根据手册,可以计算出限流值:0.3V/R1mA;稳压端输出的电压由R8、R9的电阻值决定,计算公式为Vout=(1+R9/R8)*1.23,其中Vout单位为V。如果此电路要和负载设备结合,必要时可进行小型化,具有一定的实用性。
耦合接收线圈6LR通过谐振电容组C7-C11将转换后的电能输出至接收电路8。接收电路8使用快恢复二极管(D1-D4)进行全桥整流,提高整流效率;末端采用包括电容C12、电阻R6和二极管D5在内的MC34063稳压电路,提供5V左右的电压输出,同时进行电压电流检测,当用户超出有效无线输电距离时或无线充电异常时,通过Arduino本地云控制系统接入的机智云、微信硬件等物联网厂商提供的推送,对用户进行提示,保证无线充电的有效性和安全性。负载端通过耦合接收线圈6接收电磁能,耦合接收线圈6同时也通过调整接入谐振电容的数量来实现与发射电路2相同的频率输出,更好的接收能量,然后使用快恢复二极管全桥整流电路整流成直流电压,最后通过MC34063稳压电路将电压以5V左右电压输出,实现对应多负载的无线电能传输;
Arduino本地云控制系统,采用性能较高的Arduino控制板作为中心控制管理,并且接入物联网厂商平台,远程获取设备状态并控制设备,通过微信客户端或者自主开发APP进行智能控制和收费。
使用继电器12控制发射电路2和耦合发射线圈5的通断。使用温湿度电压电流传感器,采集相关发射电路2信息,如耦合发射线圈5感应电流过大,可能有金属进入耦合发射线圈5磁场,要通过及时断电,确保使用人员的安全,或者装置使用环境湿度过大,也要及时断电,避免此装置短路;本装置的耦合发射线圈5带有步进电机11,可以让耦合发射线圈5旋转,以提供较大功率的无线电能传输,使装置工作在较好的状态;使用Arduino本地云控制系统,作为中心控制管理;同时,使用微信硬件、机智云等物联网手段,远程获取多负载无线充电装置工作状态并控制多负载无线充电装置,同时结合微信等支付入口,实现对使用者的合理收费。
控制电路13包括的Arduino本地云控制系统可以包括:电压电流传感器、温度传感器、湿度传感器、多路继电器3、WiFi接收模块、WiFi发射模块、Arduino电路板等部分组成。通过各个传感器监测发射电路2和耦合发射线圈5电压电流、温湿度信息。
本装置处理内容分为本地内容和远程内容。
本地处理内容有:①发生耦合发射线圈5感应电流过大,或者无线充电装置工作环境的温湿度不符合要求,或者其他危害装置和使用者的情况,Arduino控制板可以及时动作,发射电路2供电控制端口或者耦合发射线圈5供电控制端口发出信号,通过继电器12关闭发射电路2电路或者切断相应的耦合发射线圈5供电,保证装置和使用者的安全;②可以通过控制步进电机11旋转耦合发射线圈5方向,以提供较大无线充电功率。
远程内容借助物联网平台如机智云、微信硬件等物联网平台实施,主要有:①用户通过手机APP应用端,选定充电频率时,Arduino控制板可以调整发射线圈接入谐振电容的数量,改变发射电磁波的频率,负载设备也对接入谐振电容数量进行相应调整;②用户和管理者可以通过,看到经Arduino控制板采集和计算后,通过物联网厂商平台推送的相关电压、电流、无线充电功率、无线充电时间信息。
通过本实施例所述装置可以实现25厘米的较大有效无线电能传输距离;提出耦合线圈旋转装置,为无线充电的负载设备提供较大的功率输入,提高负载设备方向的自由度;通过调整接入耦合发射线圈5谐振电容的数量,耦合发射线圈5发出不同频率的电磁波,避免多个负载无线充电时的同频干扰;和物联网技术结合,可以实现设备的远程控制和对客户的费用结算,利于此装置及其技术的推广普及。
实施例二
一种多负载智能无线充电的方法:发射电路2获取供电电源1输出的电能,通过继电器12的各个输出端将电能输出至对应的发射端谐振电容组4,经各个发射端谐振电容组4变频后的电磁波信号通过对应的耦合发射线圈5发出,与各个耦合发射线圈5频率相同的耦合接收线圈6将接收到的电磁波信号传输至接收端谐振电容组7,经接收端谐振电容组7变频之后的电磁波信号通过接收电路8输出至负载工作电路9进行供电。
通过发射端温度传感器、发射端湿度传感器和/或发射端电压电流传感器获取发射电路2和/或耦合发射线圈5的发射端温度值、发射端湿度值和/或发射端电压电流值;
将发射端温度值、发射端湿度值和/或发射端电压电流值输送至控制电路13;
控制电路13判断发射端温度值、发射端湿度值和/或发射端电压电流值是否在预设阈值范围之内,当发射端温度值、发射端湿度值或发射端电压电流值中任一数值超过预设阈值范围,则控制电路13控制通过多路继电器3停止对相应发射端谐振电容组4和耦合发射线圈5的输出。
通过各个接收端温度传感器、接收端湿度传感器和/或接收端电压电流传感器获取对应接收电路8和/或耦合接收线圈6的接收端温度值、接收端湿度值和/或接收端电压电流值;
将各个接收电路8和/或耦合接收线圈6的接收端温度值、接收端湿度值和/或接收端电压电流值输送至控制电路13;
控制电路13判断接收端温度值、接收端湿度值和/或接收端电压电流值是否在预设阈值范围之内,当任一接收电路8和/或耦合接收线圈6的发射端温度值、发射端湿度值或发射端电压电流值超过预设阈值范围,则控制电路13控制通过多路继电器3停止对相应发射端谐振电容组4和耦合发射线圈5的输出。
各个接收端温度传感器、接收端湿度传感器和/或接收端电压电流传感器所测得的接收端温度值、接收端湿度值和/或接收端电压电流值还通过无线通信装置发送到对应的用户终端10,用户终端10将用户指令、接收端温度值、接收端湿度值和/或接收端电压电流值通过无线通信装置发送至控制电路13。
使用继电器12控制发射电路2和耦合发射线圈5的通断。使用温湿度电压电流传感器,采集相关发射电路2信息,如耦合发射线圈5感应电流过大,可能有金属进入耦合发射线圈5磁场,要通过及时断电,确保使用人员的安全,或者装置使用环境湿度过大,也要及时断电,避免此装置短路;本装置的耦合发射线圈5带有步进电机11,可以让耦合发射线圈5旋转,以提供较大功率的无线电能传输,使装置工作在较好的状态;使用Arduino本地云控制系统,作为中心控制管理;同时,使用微信硬件、机智云等物联网手段,远程获取多负载无线充电装置工作状态并控制多负载无线充电装置,同时结合微信等支付入口,实现对使用者的合理收费。
通过各个传感器监测发射电路2和耦合发射线圈5电压电流、温湿度信息。其处理内容分为本地内容和远程内容。
本地处理内容有:①发生耦合发射线圈5感应电流过大,或者无线充电装置工作环境的温湿度不符合要求,或者其他危害装置和使用者的情况,Arduino控制板可以及时动作,发射电路2供电控制端口或者耦合发射线圈5供电控制端口发出信号,通过继电器12关闭发射电路2电路或者切断相应的耦合发射线圈5供电,保证装置和使用者的安全;②可以通过控制步进电机11旋转耦合发射线圈5方向,以提供较大无线充电功率。
远程内容借助物联网平台如机智云、微信硬件等物联网平台实施,主要有:①用户通过手机APP应用端,选定充电频率时,Arduino控制板可以调整发射线圈接入谐振电容的数量,改变发射电磁波的频率,负载设备也对接入谐振电容数量进行相应调整;②用户和管理者可以通过,看到经Arduino控制板采集和计算后,通过物联网厂商平台推送的相关电压、电流、无线充电功率、无线充电时间信息。
本发明设计的一种多负载智能无线充电装置和方法,采用谐振式无线输电技术原理,和物联网技术结合,以Arduino平台为本地云控制系统,实现一种安全高效、智能、具有高度实用性的多负载智能无线充电装置。在保证使用者绝对安全的状态下,此装置可以为多个负载设备同时充电,耦合发射线圈5可以分别发射不同频率的电磁波,避免相互干扰;有较高的有效无线充电距离;结合物联网技术,可以远程获取多负载无线充电装置工作状态、远程控制多负载无线充电装置,实现多负载智能无线充电,通过用户终端10,例如手机APP(界面如图5)所示连接物联网远程控制平台14同时结合微信等支付入口,实现合理收费。
本发明采用了无线充电,所以有效距离较长,有效距离可达25厘米;电路成本低,可靠性高,待机功耗小;本发明采用谐振式无线电能无线传输原理,利用电磁谐振原理,耦合发射线圈5和耦合接收线圈6,同频率工作,有效收集利用了电磁波。经过试验,最大效率可达65%,10cm处为55%。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种多负载智能无线充电装置,包括供电电源(1),其特征在于:所述供电电源(1)的输出端连接发射电路(2);还包括数对频率相同的耦合发射线圈(5)和耦合接收线圈(6),每个所述耦合发射线圈(5)分别通过一个发射端谐振电容组(4)连接多路继电器(3)的一个输出端,所述多路继电器(3)的输入端连接所述发射电路(2)的输出端,所述多路继电器(3)的控制端连接控制电路(13)的信号输出端;所述耦合接收线圈(6)的输出端依次连接有接收端谐振电容组(7)、接收电路(8)和负载工作电路(9)。
2.根据权利要求1所述的一种多负载智能无线充电装置,其特征在于:还包括发射端温度传感器、发射端湿度传感器和/或发射端电压电流传感器,所述发射端温度传感器、发射端湿度传感器和/或发射端电压电流传感器的检测端设置于所述发射电路(2)和/或所述耦合发射线圈(5),所述发射端温度传感器、发射端湿度传感器和/或发射端电压电流传感器的信号输出端连接所述控制电路(13)的信号输入端。
3.根据权利要求2所述的一种多负载智能无线充电装置,其特征在于:还包括数个接收端温度传感器、数个接收端湿度传感器和/或数个接收端电压电流传感器,数个所述接收端温度传感器、数个接收端湿度传感器和/或数个接收端电压电流传感器的检测端分别设置于各个所述接收电路(8)和/或各个所述耦合接收线圈(6),所述接收端温度传感器、接收端湿度传感器和/或接收端电压电流传感器的信号输出端连接所述控制电路(13)的信号输入端。
4.根据权利要求3所述的一种多负载智能无线充电装置,其特征在于:所述接收端温度传感器、接收端湿度传感器和/或接收端电压电流传感器的信号输出端通过无线通信装置与用户终端(10)通信,所述用户终端(10)通过无线通信装置与所述控制电路(13)通信。
5.根据权利要求1或2所述的一种多负载智能无线充电装置,其特征在于:所述耦合发射线圈(5)由步进电机(11)控制转动,所述步进电机(11)的控制端连接所述控制电路(13)的信号输出端。
6.根据权利要求1所述的一种多负载智能无线充电装置,其特征在于:所述发射电路(2)包括罗耶自激震荡电路,所述接收电路(8)包括整流全桥电路。
7.一种利用如权利要求1-6任一项所述装置进行多负载智能无线充电的方法,其特征在于:发射电路(2)获取供电电源(1)输出的电能,通过继电器的各个输出端将电能输出至对应的发射端谐振电容组(4),经各个所述发射端谐振电容组(4)变频后的电磁波信号通过对应的所述耦合发射线圈(5)发出,与各个所述耦合发射线圈(5)频率相同的所述耦合接收线圈(6)将接收到的电磁波信号传输至接收端谐振电容组(7),经所述接收端谐振电容组(7)变频之后的电磁波信号通过所述接收电路(8)输出至所述负载工作电路(9)进行供电。
8.根据权利要求7所述的一种多负载智能无线充电的方法,其特征在于:
通过发射端温度传感器、发射端湿度传感器和/或发射端电压电流传感器获取所述发射电路(2)和/或所述耦合发射线圈(5)的发射端温度值、发射端湿度值和/或发射端电压电流值;
将所述发射端温度值、所述发射端湿度值和/或所述发射端电压电流值输送至所述控制电路(13);
所述控制电路(13)判断所述发射端温度值、所述发射端湿度值和/或所述发射端电压电流值是否在预设阈值范围之内,当所述发射端温度值、所述发射端湿度值或所述发射端电压电流值中任一数值超过预设阈值范围,则所述控制电路(13)控制通过多路继电器(3)停止对相应发射端谐振电容组(4)和耦合发射线圈(5)的输出。
9.根据权利要求8所述的一种多负载智能无线充电的方法,其特征在于:
通过各个接收端温度传感器、接收端湿度传感器和/或接收端电压电流传感器获取对应所述接收电路(8)和/或所述耦合接收线圈(6)的接收端温度值、接收端湿度值和/或接收端电压电流值;
将各个所述接收电路(8)和/或所述耦合接收线圈(6)的所述接收端温度值、所述接收端湿度值和/或所述接收端电压电流值输送至所述控制电路(13);
所述控制电路(13)判断所述接收端温度值、所述接收端湿度值和/或所述接收端电压电流值是否在预设阈值范围之内,当任一所述接收电路(8)和/或所述耦合接收线圈(6)的所述发射端温度值、所述发射端湿度值或所述发射端电压电流值超过预设阈值范围,则所述控制电路(13)控制通过多路继电器(3)停止对相应发射端谐振电容组(4)和耦合发射线圈(5)的输出。
10.根据权利要求9所述的一种多负载智能无线充电的方法,其特征在于:各个所述接收端温度传感器、接收端湿度传感器和/或接收端电压电流传感器所测得的所述接收端温度值、所述接收端湿度值和/或所述接收端电压电流值还通过无线通信装置发送到对应的用户终端(10),所述用户终端(10)将用户指令、所述所述接收端温度值、所述接收端湿度值和/或所述接收端电压电流值通过无线通信装置发送至所述控制电路(13)。
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