CN110165790A - 一种共振磁耦合无线供电工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种共振磁耦合无线供电工艺，包括共振磁耦合无线供电发射装置、共振磁耦合无线供电接收装置、共振触发电路、频率跟踪反馈电路，所述共振触发电路、频率跟踪反馈电路均与共振磁耦合无线供电发射装置、共振磁耦合无线供电接收装置电性连接，发射端的线圈、接收端的线圈具有相同谐振频率，且共振磁耦合无线充电发射端设置的无线信号接收电路用于接收共振磁耦合无线充电接收端中主控制电路的主控制器发射的信号，在反馈到共振磁耦合无线供电发射端的主控制器，共振磁耦合无线供电发射端的主控制器进行PWM控制信号的调整。本发明优点：提高传输容量和传输效率，提升接收端能量拾取效率、偏移适应性，提高了传输容量和传输效率。

Description

一种共振磁耦合无线供电工艺
技术领域
本发明涉及无线供电技术领域，特别是涉及一种共振磁耦合无线供电工艺。
背景技术
变电站设备巡检是保证变电站安全运行，提高供电可靠性的一项基础工作，随着变电站自动化水平的提高以及无人值守的普及，变电设备运行可靠性面临更加严峻的考验，变电站巡检收到了更大的重视。目前国内变电站均采用传统的人工巡视方式，由于受巡视人员劳动强度、业务水平、责任心和精神状态等诸多因素的制约，漏检、误检情况时有发生，造成重大经济损失，根据中国电力科学院2011年电网运行统计报告，变电设备漏检、误检造成的经济损失达到每年26亿元以上，由此可见，人工巡视已经越来越满足不了现代化变电站安全运行的要求，机器人代替人工巡视将是智能电网发展的必然趋势。
目前，变电站智能巡检机器人主要是采用接触式充电方式，通常借助激光测距仪、视觉传感器或是红外探测器与充电设备进行对接，但存在以下问题：首先，机器人从当前位置移动到充电座需要导航行为，受到定位误差的限制，导航精度较低；其次机器人与充电座触点的对接需要较高的精确性，这增加了设计的复杂性和控制的难度，同时对接操作过程非常复杂，消耗时间较长；最后，由于结构设计等方面原因，机器人和充电座触点之间频繁对接也容易对系统的可靠性带来影响，比如多次插拔对接操作会引起机械磨损，导致接触松动，不能有效传输电能；如果连接部件出现污物，将会导致接触不良或者电连接失败；若在潮湿或存在导电介质的环境中，也极容易引起电路短路。可见，要使机器人同时满足高导航精度、高速定位、高可靠性对接的充电要求是十分困难的。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种共振磁耦合无线供电工艺。
本发明采用如下技术方案：一种共振磁耦合无线供电发射装置，包括EMI滤波电路、整流滤波路、逆变电路、LC谐振电路、发射线圈，所述EMI滤波电路连接交流市电输入端，整流滤波电路与EMI滤波电路连接，逆变电路与整流滤波电路，LC谐振电路与逆变电路连接，所述发射线圈与EMI滤波电路、整流滤波电路、逆变电路、LC谐振电路均电性连接，发射线圈设有多个，发射线圈为环形L线圈，且发射线圈采用新型结构。
优选地，所述LC谐振电路与采样反馈电路连接，采集反馈电路与AD转换电路连接，AD转换电路、无线信号接收电路均与主控制电路连接，主控制电路与驱动电路连接，驱动电路与逆变电路连接。
优选地，所述EMI滤波电路滤出电路中的杂讯，整理滤波将交流电转换成稳定的直流电，逆变电路将输入的直流电变成高频的交流电，LC谐振电路产生高频电磁场。
优选地，采样反馈电路采集LC电路中的电压信号，AD转换电路将电压信号转换成数字信号，主控制电路根据数字信号进行发射能量调节，无线信号接收电路接收无线充电接收端发射的信号，然后输入给主控制电路中的主控制器，所述主控制器根据此信号进行驱动信号的调整。
优选地，所述发射线圈均与采样反馈电路、AD转换电路、主控制电路、无线信号接收电路、驱动电路连接。
优选地，所述发射线圈采用超导材料线圈，所述超导材料线圈表面覆盖磁性介质，且超导材料线圈中置入高磁导率材料制成的骨架结构。
一种共振磁耦合无线供电接收装置，包括LC感应接收电路、整流滤波电路、DCDC转换电路、充电管理电路、可充电电池、接收端线圈，所述LC感应接收电路与整流滤波电路连接，整流滤波电路与DCDC转换电路连接，DCDC转换电路与充电管理电路连接，充电管理电路与可充电电池连接，所述接收端线圈均与LC感应接收电路、整流滤波电路、DCDC转换电路、充电管理电路、可充电电池连接，接收端线圈设有多个，接收端线圈采用并联，且接收端线圈采用新型材料。
优选地，所述充电管理电路与电池充电状态反馈信号连接，电池充电状态反馈信号与主控制电路连接，主控制电路与无线信号发射电路连接，电压采样电路与主控制电路连接，所述整流滤波电路与电压采样电路连接。
优选地，所述LC感应接收电路放置于无线充电发射端线圈的高频电磁场，LC感应接收电路感应出高频交流电，整流滤波电路将高频交流电转换成直流电，DCDC转换电路将所述直流电转换成充电管理电路输入需要的直流电压，充电管理线路输出端接入可充电电池，且充电管理电路对电池充电分为恒流充电阶段、恒压充电阶段，充电管理模块的输出电压可以通过电阻进行调节，调节反馈在18V-72V，适合大部分电池。
优选地，所述接收端线圈均与电压采样电路、主控制电路、电池充电状态反馈信号、无线信号发射电路连接，且接收端线圈采用超导材料线圈，超导线圈表面覆盖磁性介质，超导材料线圈中置入高磁导率材料制成的骨架结构。
优选地，所述电压采样电路收集到整流滤波后直流电的电压，将此电压反馈给主控制电路中的主控制器，主控制器通过无线信号发射电路将此信号发射出去。
优选地，所述主控制电路中的主控制器将接收到的电池充电状态反馈信号和电压采样电路采集到的电压信号提供给无线信号发射电路，无线信号发射电路将电池充电状态反馈信号、电压信号发射出去。
一种共振磁耦合无线供电工艺，包括共振磁耦合无线供电发射装置、共振磁耦合无线供电接收装置、共振触发电路、频率跟踪反馈电路，所述共振触发电路、频率跟踪反馈电路均与共振磁耦合无线供电发射装置、共振磁耦合无线供电接收装置电性连接，发射端的线圈、接收端的线圈具有相同谐振频率，且共振磁耦合无线充电发射端设置的无线信号接收电路用于接收共振磁耦合无线充电接收端中主控制电路的主控制器发射的信号，然后在反馈到共振磁耦合无线供电发射端的主控制器，共振磁耦合无线供电发射端的主控制器进行PWM控制信号的调整。
与现有技术相比，本发明具有的优点：1)、对系统草书进行优化和动态跟踪控制，提高传输容量和传输效率；2)、接收端线圈采用多单元并联，提升接收端能量拾取效率；3)、接收端线圈采用新型材料，提高接收端的能量拾取能力和偏移适应性；4)对系统参数进行优化和动态跟踪控制，从而提高传输容量和传输效率；5)在符合共振磁耦合频率要求的前提下提升高频逆变器和整流器的料率、容量和使用寿命；6)用尽可能少的发射单元实现移动轨道上范围覆盖；7)通过对匹配电路的控制，降低传输路径上的反射功率，使高频逆变器输出稳定和降低。
附图说明
图1是本发明的共振磁耦合无线供电技术系统示意图。
图2是本发明的共振触发电路图。
图3是本发明的频率跟踪反馈电路图。
图4是本发明的充电管理电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
一种共振磁耦合无线供电发射装置，包括EMI滤波电路、整流滤波路、逆变电路、LC谐振电路、发射线圈，所述EMI滤波电路连接交流市电输入端，整流滤波电路与EMI滤波电路连接，逆变电路与整流滤波电路，LC谐振电路与逆变电路连接，所述发射线圈与EMI滤波电路、整流滤波电路、逆变电路、LC谐振电路均电性连接，发射线圈设有多个，发射线圈为环形L线圈，且发射线圈采用新型结构。
优选地，所述LC谐振电路与采样反馈电路连接，采集反馈电路与AD转换电路连接，AD转换电路、无线信号接收电路均与主控制电路连接，主控制电路与驱动电路连接，驱动电路与逆变电路连接。
优选地，所述EMI滤波电路滤出电路中的杂讯，整理滤波将交流电转换成稳定的直流电，逆变电路将输入的直流电变成高频的交流电，LC谐振电路产生高频电磁场。
优选地，采样反馈电路采集LC电路中的电压信号，AD转换电路将电压信号转换成数字信号，主控制电路根据数字信号进行发射能量调节，无线信号接收电路接收无线充电接收端发射的信号，然后输入给主控制电路中的主控制器，所述主控制器根据此信号进行驱动信号的调整。
优选地，所述发射线圈均与采样反馈电路、AD转换电路、主控制电路、无线信号接收电路、驱动电路连接。
优选地，所述发射线圈采用超导材料线圈，所述超导材料线圈表面覆盖磁性介质，且超导材料线圈中置入高磁导率材料制成的骨架结构。
一种共振磁耦合无线供电接收装置，包括LC感应接收电路、整流滤波电路、DCDC转换电路、充电管理电路、可充电电池、接收端线圈，所述LC感应接收电路与整流滤波电路连接，整流滤波电路与DCDC转换电路连接，DCDC转换电路与充电管理电路连接，充电管理电路与可充电电池连接，所述接收端线圈均与LC感应接收电路、整流滤波电路、DCDC转换电路、充电管理电路、可充电电池连接，接收端线圈设有多个，接收端线圈采用并联，且接收端线圈采用新型材料。
优选地，所述充电管理电路与电池充电状态反馈信号连接，电池充电状态反馈信号与主控制电路连接，主控制电路与无线信号发射电路连接，电压采样电路与主控制电路连接，所述整流滤波电路与电压采样电路连接。
优选地，所述LC感应接收电路放置于无线充电发射端线圈的高频电磁场，LC感应接收电路感应出高频交流电，整流滤波电路将高频交流电转换成直流电，DCDC转换电路将所述直流电转换成充电管理电路输入需要的直流电压，充电管理线路输出端接入可充电电池，且充电管理电路对电池充电分为恒流充电阶段、恒压充电阶段，充电管理模块的输出电压可以通过电阻进行调节，调节反馈在18V-72V，适合大部分电池。
优选地，所述接收端线圈均与电压采样电路、主控制电路、电池充电状态反馈信号、无线信号发射电路连接，且接收端线圈采用超导材料线圈，超导线圈表面覆盖磁性介质，超导材料线圈中置入高磁导率材料制成的骨架结构。
优选地，所述电压采样电路收集到整流滤波后直流电的电压，将此电压反馈给主控制电路中的主控制器，主控制器通过无线信号发射电路将此信号发射出去。
优选地，所述主控制电路中的主控制器将接收到的电池充电状态反馈信号和电压采样电路采集到的电压信号提供给无线信号发射电路，无线信号发射电路将电池充电状态反馈信号、电压信号发射出去。
一种共振磁耦合无线供电工艺，包括共振磁耦合无线供电发射装置、共振磁耦合无线供电接收装置、共振触发电路、频率跟踪反馈电路，所述共振触发电路、频率跟踪反馈电路均与共振磁耦合无线供电发射装置、共振磁耦合无线供电接收装置电性连接，发射端的线圈、接收端的线圈具有相同谐振频率，且共振磁耦合无线充电发射端设置的无线信号接收电路用于接收共振磁耦合无线充电接收端中主控制电路的主控制器发射的信号，然后在反馈到共振磁耦合无线供电发射端的主控制器，共振磁耦合无线供电发射端的主控制器进行PWM控制信号的调整。
交流市电输入后，首先经过EMI滤波电路滤出电路中的杂讯，然后经过整流滤波电路后将交流电转换成稳定的直流电，然后再经过逆变电路将输入的直流电变成高频的交流电，再经过LC谐振电路会产生高频的电磁场，最后通过空气将能量以电磁波的形式无线发射出去，其中采样反馈电路采集LC电路中的电压信号，经过AD转换电路转换成数字信号，提供给主控制电路，主控制电路根据此反馈的信号进行发射能量的调节，无线信号接收电路接收到从无线充电接收端发射过来的信号，然后输入给主控制器，主控制器根据此信号来进行驱动信号的调整，从而实现调整发射功率的目的；LC感应接收电路放置于无线充电发射端线圈的高频电磁场中，根据电磁感应原理就会感应出高频的交流电，高频交流电经过整流滤波电路后变成直流电，然后经过DCDC转换电路转换成充电管理电路输入需要的直流电压，充电管理线路的输出端接入到可充电电池上进行充电。充电管理电路会对电池充电的整个过程进行管理，电压采样电路收集到整流滤波后直流电的电压，将此电压反馈给主控制器，主控制器通过无线信号发射电路将此信号发射出去。
不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种共振磁耦合无线供电发射装置，其特征在于，包括EMI滤波电路、整滤波路、逆变电路、LC谐振电路、发射线圈，所述EMI滤波电路连接交流市电输入端，整流滤波电路与EMI滤波电路连接，逆变电路与整流滤波电路，LC谐振电路与逆变电路连接，所述LC谐振电路与采样反馈电路连接，采集反馈电路与AD转换电路连接，AD转换电路、无线信号接收电路均与主控制电路连接，主控制电路与驱动电路连接，驱动电路与逆变电路连接，所述发射线圈与EMI滤波电路、整流滤波电路、逆变电路、LC谐振电路均电性连接，发射线圈设有多个，发射线圈为环形L线圈，且发射线圈采用新型材料。
2.根据权利要求1所述的共振磁耦合无线供电技术，其特征在于，所述EMI滤波电路滤出电路中的杂讯，整理滤波将交流电转换成稳定的直流电，逆变电路将输入的直流电变成高频的交流电，LC谐振电路产生高频电磁场，采样反馈电路采集LC电路中的电压信号，AD转换电路将电压信号转换成数字信号，主控制电路根据数字信号进行发射能量调节，无线信号接收电路接收无线充电接收端发射的信号，然后输入给主控制电路中的主控制器，所述主控制器根据此信号进行驱动信号的调整。
3.根据权利要求1所述的共振磁耦合无线供电技术，其特征在于，所述发射线圈均与采样反馈电路、AD转换电路、主控制电路、无线信号接收电路、驱动电路连接，所述发射线圈采用超导材料线圈，所述超导材料线圈表面覆盖磁性介质，且超导材料线圈中置入高磁导率材料制成的骨架结构。
4.一种共振磁耦合无线供电接收装置，其特征在于，包括LC感应接收电路、整流滤波电路、DCDC转换电路、充电管理电路、可充电电池、接收端线圈，所述LC感应接收电路与整流滤波电路连接，整流滤波电路与DCDC转换电路连接，DCDC转换电路与充电管理电路连接，充电管理电路与可充电电池连接，所述充电管理电路与电池充电状态反馈信号连接，电池充电状态反馈信号与主控制电路连接，主控制电路与无线信号发射电路连接，电压采样电路与主控制电路连接，所述整流滤波电路与电压采样电路连接，所述接收端线圈均与LC感应接收电路、整流滤波电路、DCDC转换电路、充电管理电路、可充电电池连接，接收端线圈设有多个，接收端线圈采用并联，且接收端线圈采用新型材料。
5.根据权利要求4所述的共振磁耦合无线供电接收装置，其特征在于，所述LC感应接收电路放置于无线充电发射端线圈的高频电磁场，LC感应接收电路感应出高频交流电，整流滤波电路将高频交流电转换成直流电，DCDC转换电路将所述直流电转换成充电管理电路输入需要的直流电压，充电管理线路输出端接入可充电电池，且充电管理电路对电池充电分为恒流充电阶段、恒压充电阶段。
6.根据权利要求4所述的共振磁耦合无线供电接收装置，其特征在于，所述接收端线圈均与电压采样电路、主控制电路、电池充电状态反馈信号、无线信号发射电路连接，且接收端线圈采用超导材料线圈，超导线圈表面覆盖磁性介质，超导材料线圈中置入高磁导率材料制成的骨架结构。
7.根据权利要求4所述的共振磁耦合无线供电接收装置，其特征在于，所述电压采样电路收集到整流滤波后直流电的电压，将此电压反馈给主控制电路中的主控制器，主控制器通过无线信号发射电路将此信号发射出去，所述主控制电路中的主控制器将接收到的电池充电状态反馈信号和电压采样电路采集到的电压信号提供给无线信号发射电路，无线信号发射电路将电池充电状态反馈信号、电压信号发射出去。
8.一种共振磁耦合无线供电工艺，其特征在于，包括共振磁耦合无线供电发射装置、共振磁耦合无线供电接收装置、共振触发电路、频率跟踪反馈电路，所述共振触发电路、频率跟踪反馈电路均与共振磁耦合无线供电发射装置、共振磁耦合无线供电接收装置电性连接，发射端的线圈、接收端的线圈具有相同谐振频率，且共振磁耦合无线充电发射端设置的无线信号接收电路用于接收共振磁耦合无线充电接收端中主控制电路的主控制器发射的信号，然后在反馈到共振磁耦合无线供电发射端的主控制器，共振磁耦合无线供电发射端的主控制器进行PWM控制信号的调整。
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