CN112165182A - 一种线圈位置自适应调整式无线电能传输系统和方法 - Google Patents

一种线圈位置自适应调整式无线电能传输系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112165182A
CN112165182A CN202010975699.9A CN202010975699A CN112165182A CN 112165182 A CN112165182 A CN 112165182A CN 202010975699 A CN202010975699 A CN 202010975699A CN 112165182 A CN112165182 A CN 112165182A
Authority
CN
China
Prior art keywords
current
coil
transmitting coil
maximum value
current information
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010975699.9A
Other languages
English (en)
Inventor
高鹏飞
田晓盈
金楠
武洁
李琰琰
栗三一
岳伟超
刘康宁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhengzhou University of Light Industry
Original Assignee
Zhengzhou University of Light Industry
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhengzhou University of Light Industry filed Critical Zhengzhou University of Light Industry
Priority to CN202010975699.9A priority Critical patent/CN112165182A/zh
Publication of CN112165182A publication Critical patent/CN112165182A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/80—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the exchange of data, concerning supply or distribution of electric power, between transmitting devices and receiving devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/90—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving detection or optimisation of position, e.g. alignment

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

本发明公开了一种线圈位置自适应调整式无线电能传输系统和方法，该系统包括高频信号发生电路、功率放大电路、直流电源、发射线圈、接收线圈、线圈位置调整模块、电流信息采样电路、控制器。在线圈之间发生偏移时，系统传输效率下降，电流信息采样电路采集到的电流信息发生变化，控制器判断系统输出电流是否达到最大值，如果输出电流达到最大值则保持当前发射线圈位置不变；如果没有达到最大值，控制器控制线圈位置调整模块调整发射线圈位置，直到系统输出电流达到最大值。本发明能够提高无线电能传输系统在线圈间存在偏移时的传输性能，提高无线电能传输系统使用的自由度，增强设备使用的安全性与便捷性，加快和促进无线电能传输技术的推广。

Description

一种线圈位置自适应调整式无线电能传输系统和方法
技术领域：
本发明属于无线电能传输技术领域，涉及一种线圈位置自适应调整式无线电能传输系统和方法，特别是涉及一种适合线圈发生偏移时的无线电能传输系统线圈位置自适应调整方法。
背景技术：
随着科技进步与生活水平的提高，人们生活中电气设备的种类与数量也逐渐增多。传统的导线供电方式需要布置大量的电力线，这既影响了环境的美观又存在导线裸露、接触电火花的弊端，同时还具有发生触电与火灾事故的隐患。因此，人们对智能化、便捷化且安全系数高的供电方式的需求越来越强。无线电能传输技术与无线通信技术原理相似，是依靠空间软介质（电场、磁场等）进行的能量传输，摆脱了电力线的束缚，避免了用电器与电源的直接接触，进而有效排除了电线绝缘层损坏漏电、接触电火花等安全隐患，同时也减少了电力线的布置。由于无线电能传输技术具有使用方便、安全且能应用于恶劣环境等优点，该项技术逐渐被应用在了医疗、电动汽车、家电、油田、矿井等诸多领域。
目前，无线电能传输主要有三种方式：电磁感应式、微波式和磁耦合谐振式。电磁感应式无线电能传输技术传输效率高、传输功率大，但是传输距离在毫米级别，随着距离的增加传输效率迅速下降。微波式无线电能传输技术传输距离远、传输效率高、定向性好，但是电磁辐射大且易受障碍物、天气等影响。磁耦合谐振式无线电能传输技术传输效率高、传输功率大、传输距离远、受障碍物影响小且电磁辐射小，是目前的研究热点话题。因此，磁耦合谐振式无线电能传输技术能够满足且适合日常生活供电的需求，具有良好的应用前景。
目前无线电能传输技术主要应用在电动汽车、医疗植入、家用电器及便携式设备的充电方面，但在该技术的推广过程中都存在以下问题：
电动汽车充电方面：目前电动汽车无线充电都是将无线电能传输系统的发射线圈置在停车位的下边，电动汽车停在车位之后开始充电。但是在停车的时候不可能每次都将车停在使接收线圈与发射线圈相对齐的位置，这就造成无线电能传输系统发射线圈与接收线圈之间存在一定的偏移，导致无线电能传输的效率降低，这也是影响无线电能传输技术在电动汽车充电方面推广应用的一个重要因素。
医疗植入应用方面：随着医学与科技的进步，无线电能传输技术在医疗植入方面也得到了发展，一方面能够降低病人因更换电池造成的二次痛苦与经济压力，另一方面在胶囊肠胃镜方面的应用能够降低病人的痛苦。但是由于人体移动性强、植入部位不同等因素，在进行无线充电时无线电能传输系统发射线圈与接收线圈之间存在偏移，使得传输性能下降，影响病人的正常医疗进程。
在家用电器及便携式设备充电方面：随着人们生活水平的提高，家用电器的种类也越来越多，特别是手机、平板电脑等便携设备已经普及。目前，插线充电已经影响到了这些设备的正常使用，人们期望能够边充电边使用，且不用受导线的束缚，而无线电能传输技术的应用能够很好的解决这一问题。但是在边充电边使用的过程中，设备的位置是变化的，这就使得无线电能传输系统发射线圈与接收线圈之间存在偏移，导致充电性能下降，影响设备的正常使用。
综合上述分析，磁耦合谐振式无线电能传输系统只有在发射线圈与接收线圈完全对齐时传输效率才是最优的，但是在实际应用中发射线圈与接收线圈之间的相对位置具有一定的随机性，线圈之间的偏移是不可避免的，而线圈之间的偏移会导致传输效率大幅下降。目前影响无线电能传输技术在生活中普及应用的一个重要因素就是无线电能传输系统发射线圈与接收线圈之间存在偏移时传输性能下降的问题。因此，为解决这一问题，需要找到一种能够优化线圈偏移时无线电能传输系统传输效率的方法。本发明旨在找到并实现一种线圈位置自适应调整式无线电能传输系统及方法，使线圈之间存在偏移时传输效率能够得到优化。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是：提供一种线圈位置自适应调整式无线电能传输系统及方法，能够实现无线电能传输过程中线圈位置根据实际工作环境进行自适应调整，提高无线电能传输效率。
本发明为解决技术问题所采取的技术方案是：
一种线圈位置自适应调整式无线电能传输系统，包括高频信号发生电路、功率放大电路、直流电源、发射线圈、接收线圈、线圈位置调整模块、电流信息采样电路、控制器；
所述高频信号发生电路为无线电能传输系统提供信号，输出信号直接传递给功率放大电路；
所述功率放大电路将直流电源提供的直流电转换成高频交流电，并将高频交流电传递给发射线圈，所转换的高频交流电的频率与高频信号发生电路输出信号的频率一致；
所述发射线圈将功率放大电路输出的高频交流电转换为高频电磁能量并发射出去；接收线圈接收发射线圈发射出来的高频电磁能量并将其转换为高频交流电；发射线圈与接收线圈之间通过磁耦合谐振的形式进行能量传递；
所述直流电源为功率放大电路提供直流电；
所述电流信息采样电路由电流互感器及信号调理电路组成，电流互感器实时采集发射线圈内的电流信息并将采集到的电流信息传递给信号调理电路，信号调理电路将信息处理之后传递给控制器；
所述线圈位置调整模块由电机及线圈固定板组成，线圈固定板直接固定在电机的转子上，发射线圈固定在线圈固定板上，发射线圈的转动是通过电机带动线圈固定板转动完成的，转动的角度及转动的方向由控制器控制；
所述控制器根据电流信息采样电路采集到的电流信息来判断系统输出电流是否达到了最大值：如果输出电流达到了最大值，控制器输出信号，控制电机不转动，使得发射线圈保持当前位置不变；如果输出电流没有达到最大值，控制器输出信号，控制电机转动，调整发射线圈的位置，直到输出电流达到最大值；发射线圈调整的方向及角度由控制器路根据电流信息采样电路的电流信息确定。
一种线圈位置自适应调整式无线电能传输方法，在发射线圈与接收线圈之间发生偏移时，电流信息采样电路采集到的电流信息发生变化，电流信息采样电路将采集到的电流信息传递给控制器，控制器判断系统输出电流是否达到最大值，如果输出电流达到最大值则保持当前发射线圈位置不变；如果没有达到最大值，则由控制器输出信号控制线圈位置调整模块调整发射线圈位置，直到系统输出电流达到最大值；在系统工作的过程中，电流信息采样电路对电流信息进行实时采集并传递给控制器。
本发明的有益效果是：
1、本发明能够提高无线电能传输系统在线圈间存在偏移时的传输效率，提高无线电能传输系统使用的自由度，增强设备使用的安全性与便捷性。
2、本发明能够扩展无线电能传输系统的使用范围，降低投入成本，增强设备使用的安全性和便捷性。
3、本发明能够促进无线电能传输技术在日常工作和生活中的应用，进一步加快无线电能传输技术的推广。
4、本发明所公开的一种线圈位置自适应调整式无线电能传输系统和方法，能够广泛应用于电动汽车、医疗植入设备、家用电器、便携式设备等诸多领域的无线充电系统。
附图说明：
图1是本发明中线圈位置自适应调整式无线电能传输系统的电路原理图；
图2是本发明中线圈位置自适应调整式无线电能传输方法的流程图。
具体实施方式：
为了使本发明技术方案的内容和优势更加清楚明了，以下结合附图，对本发明的一种线圈位置自适应调整式无线电能传输系统和方法进行进一步的的解释和说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
参见图1，一种线圈位置自适应调整式无线电能传输系统，包括高频信号发生电路、功率放大电路、直流电源、发射线圈、接收线圈、线圈位置调整模块、电流信息采样电路、控制器。
高频信号发生电路输出高频信号，输出信号直接接功率放大电路，为无线电能传输系统提供信号。
功率放大电路将直流电源提供的直流电转换成高频交流电，并将高频交流电传递给发射线圈，所转换的高频交流电的频率与高频信号发生电路输出高频信号的频率一致。
发射线圈将功率放大电路输出的高频交流电转换为高频电磁能量并发射出去；接收线圈接收发射线圈发射出来的高频电磁能量并将其转换为高频交流电，然后经整流滤波电路模块之后供负载使用；发射线圈与接收线圈之间通过磁耦合谐振的形式进行能量传递。
直流电源为功率放大电路提供直流电。
电流信息采样电路由电流互感器及信号调理电路组成，电流互感器实时采集发射线圈内的电流信息并将采集到的电流信息传递给信号调理电路，信号调理电路将信息处理之后传递给控制器。
线圈位置调整模块由电机及线圈固定板组成，线圈固定板直接固定在电机的转子上，发射线圈固定在线圈固定板上，发射线圈的转动是通过电机带动线圈固定板转动完成的，转动的角度及转动的方向由控制器控制。
控制器根据电流信息采样电路采集到的电流信息来判断系统输出电流是否达到了最大值：如果输出电流达到了最大值，控制器输出信号，控制电机不转动，使得发射线圈保持当前位置不变；如果输出电流没有达到最大值，控制器输出信号，控制电机转动，调整发射线圈的位置，直到输出电流达到最大值；发射线圈调整的方向及角度由控制器路根据电流信息采样电路的电流信息确定。
参见图2，一种线圈位置自适应调整式无线电能传输方法，在发射线圈与接收线圈之间发生偏移时，电流信息采样电路采集到的电流信息发生变化，电流信息采样电路将采集到的电流信息传递给控制器，控制器判断系统输出电流是否达到最大值，如果输出电流达到最大值则保持当前发射线圈位置不变；如果没有达到最大值，则由控制器输出信号控制线圈位置调整模块调整发射线圈位置，直到系统输出电流达到最大值；在系统工作的过程中，电流信息采样电路对电流信息进行实时采集并传递给控制器。
以上所述仅为本发明较佳的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，但凡熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，所做的等效修饰或变换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种线圈位置自适应调整式无线电能传输系统，其特征在于：所述线圈位置自适应调整式无线电能传输系统包括高频信号发生电路、功率放大电路、直流电源、发射线圈、接收线圈、线圈位置调整模块、电流信息采样电路、控制器；
所述高频信号发生电路为无线电能传输系统提供信号，输出信号直接传递给功率放大电路；
所述功率放大电路将直流电源提供的直流电转换成高频交流电，并将高频交流电传递给发射线圈，所转换的高频交流电的频率与高频信号发生电路输出信号的频率一致；
所述发射线圈将功率放大电路输出的高频交流电转换为高频电磁能量并发射出去；接收线圈接收发射线圈发射出来的高频电磁能量并将其转换为高频交流电；发射线圈与接收线圈之间通过磁耦合谐振的形式进行能量传递；
所述直流电源为功率放大电路提供直流电；
所述电流信息采样电路由电流互感器及信号调理电路组成，电流互感器实时采集发射线圈内的电流信息并将采集到的电流信息传递给信号调理电路，信号调理电路将信息处理之后传递给控制器；
所述线圈位置调整模块由电机及线圈固定板组成，线圈固定板直接固定在电机的转子上，发射线圈固定在线圈固定板上，发射线圈的转动是通过电机带动线圈固定板转动完成的，转动的角度及转动的方向由控制器控制；
所述控制器根据电流信息采样电路采集到的电流信息来判断系统输出电流是否达到了最大值：如果输出电流达到了最大值，控制器输出信号，控制电机不转动，使得发射线圈保持当前位置不变；如果输出电流没有达到最大值，控制器输出信号，控制电机转动，调整发射线圈的位置，直到输出电流达到最大值；发射线圈调整的方向及角度由控制器根据电流信息采样电路的电流信息确定。
2.一种线圈位置自适应调整式无线电能传输方法，其特征在于：在发射线圈与接收线圈之间发生偏移时，电流信息采样电路采集到的电流信息发生变化，电流信息采样电路将采集到的电流信息传递给控制器，控制器判断系统输出电流是否达到最大值，如果输出电流达到最大值则保持当前发射线圈位置不变；如果没有达到最大值，则由控制器输出信号控制线圈位置调整模块调整发射线圈位置，直到系统输出电流达到最大值；在系统工作的过程中，电流信息采样电路对电流信息进行实时采集并传递给控制器。
CN202010975699.9A 2020-09-16 2020-09-16 一种线圈位置自适应调整式无线电能传输系统和方法 Pending CN112165182A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010975699.9A CN112165182A (zh) 2020-09-16 2020-09-16 一种线圈位置自适应调整式无线电能传输系统和方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010975699.9A CN112165182A (zh) 2020-09-16 2020-09-16 一种线圈位置自适应调整式无线电能传输系统和方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112165182A true CN112165182A (zh) 2021-01-01

Family

ID=73858110

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010975699.9A Pending CN112165182A (zh) 2020-09-16 2020-09-16 一种线圈位置自适应调整式无线电能传输系统和方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112165182A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113783314A (zh) * 2021-08-31 2021-12-10 东方电气集团东方电机有限公司 一种水轮发电机转子监测系统无线供电及信号传输方法
CN114123542A (zh) * 2021-11-16 2022-03-01 广西电网有限责任公司柳州供电局 基于四线圈无线输电系统的旋转角度自适应阻抗匹配方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104158305A (zh) * 2014-07-30 2014-11-19 华南理工大学 基于自适应磁耦合谐振匹配的能量与信息同步传输系统
CN104539033A (zh) * 2015-01-15 2015-04-22 东北大学 一种电动汽车自调整无线充电系统及方法
CN205829320U (zh) * 2016-07-22 2016-12-21 桂林电子科技大学 一种磁耦合谐振式无线能量传输系统
JP6719682B1 (ja) * 2019-04-01 2020-07-08 三菱電機株式会社 ワイヤレス給電システムおよび受電装置
CN111668893A (zh) * 2020-05-20 2020-09-15 苏州蓝沛无线通信科技有限公司 一种无线充电控制方法和无线充电装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104158305A (zh) * 2014-07-30 2014-11-19 华南理工大学 基于自适应磁耦合谐振匹配的能量与信息同步传输系统
CN104539033A (zh) * 2015-01-15 2015-04-22 东北大学 一种电动汽车自调整无线充电系统及方法
CN205829320U (zh) * 2016-07-22 2016-12-21 桂林电子科技大学 一种磁耦合谐振式无线能量传输系统
JP6719682B1 (ja) * 2019-04-01 2020-07-08 三菱電機株式会社 ワイヤレス給電システムおよび受電装置
CN111668893A (zh) * 2020-05-20 2020-09-15 苏州蓝沛无线通信科技有限公司 一种无线充电控制方法和无线充电装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113783314A (zh) * 2021-08-31 2021-12-10 东方电气集团东方电机有限公司 一种水轮发电机转子监测系统无线供电及信号传输方法
CN113783314B (zh) * 2021-08-31 2024-02-20 东方电气集团东方电机有限公司 一种水轮发电机转子监测系统无线供电及信号传输方法
CN114123542A (zh) * 2021-11-16 2022-03-01 广西电网有限责任公司柳州供电局 基于四线圈无线输电系统的旋转角度自适应阻抗匹配方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN205945131U (zh) 近场谐振与感应耦合协同式生物遥测装置无线充电系统
CN106160260A (zh) 一种采用磁场原理进行对位的无线充电装置及方法
EP3319206A1 (en) Multi-mode wireless power transmission method and device for same
CN112165182A (zh) 一种线圈位置自适应调整式无线电能传输系统和方法
CN101673962A (zh) 电动汽车无线充电系统
CN103944243A (zh) 一种电动汽车用带有精确对中功能的感应式非接触充电装置
CN205004794U (zh) 磁耦合电能无线传输充电装置
CN203707858U (zh) 电动自行车磁耦合谐振式无线充电器
CN102355035A (zh) 无线充电发送装置、无线充电系统以及无线充电控制方法
CN107370248B (zh) 等半径电磁谐振并联供电线圈设计方法
CN201698665U (zh) 具有无线供电的显示装置
US11894694B2 (en) Wireless charging device and to-be-charged device
CN202817865U (zh) 智能型非接触充电系统
CN103501037A (zh) 植入式医疗仪器用具有调频调幅功能的经皮无线充电装置
CN106505748A (zh) 无人机机载储能反向无线供电系统及供电方法
CN106787262A (zh) 无线充电装置及其充电方法
CN110311439A (zh) 一种基于无线能量传输系统的无线充电方法
KR20160105079A (ko) 무선 전력 수신 장치 및 이를 포함하는 무선전력전송 시스템
CN107040050A (zh) 一种无线电能传输装置及传输方法
CN203967805U (zh) 一种蓝牙无线智能充电设备
CN104836313A (zh) 一种人工耳蜗言语处理器无线充电装置及方法
Kim et al. System level power control algorithm in wireless power transmission for reducing EMF
KR20130020035A (ko) 초음파를 이용한 무선 전력 전송 장치
CN112165181A (zh) 一种频率自适应调节无线电能传输系统和方法
CN107199901A (zh) 一种法线式多线圈聚磁的电动汽车无线充电装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210101