CN112821577A - 一种基于自动频率调整的远距离无线能量传递装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于无线能量传输领域，特别涉及一种基于自动频率调整的远距离无线能量传递装置及方法。本发明在初次使用时发射线圈频率从低向高变化，检测到充电发射线圈电流最大值时停止，并记录下该电流时的频率值，正常工作时发射线圈直接调取频率保存值，频率调整模块直接调整到这个频率值进行工作。本发明简化了生产调试，提高了产品的一致性。
Description
技术领域
本发明属于无线能量传输领域，特别涉及一种基于自动频率调整的远距离无线能量传递装置及方法。
背景技术
现有的无线充电技术要求0—10mm的充电距离，或者要求对发射接收线圈进行严格的匹配，导致成本和通用性非常差，价格也高昂，严重限制了该技术的使用。
在现实的应用场景中，特别是工业应用中，由于工件或设备处于移动状态，工件或设备的供电和通信就不能使用有线的方式，工件或设备在移动运转的过程中，多采用自动化的设施，考虑到目前的技术水平和系统建设的成本，一般自动化的定位精度在正负30mm左右，系统设备运行时间长后，定位误差还会增大。
电磁感应方式无线充电基本上在10mm以内，无法解决目前的问题。磁共振方式可以实现20—200mm左右有效的能量传输，是优先方法。磁共振能有效的传输能量，需要满足两个最基本的条件，发射线圈和接收线圈具有相同的共振频率，发射线圈的发射频率要在线圈的共振频率上。不满足这两个基本条件，其能量传输基本没有实用性。
由于不同批次的同一规格型号的匹配电容有5％的误差，发射线圈误差更是达到10％，这就导致不同批次的不同厂家的线圈共振频率偏移大，导致固定的线圈驱动频率会偏离线圈本身固有的共振频率点，频率不同步。即使为同一批次其不同产品之间也具有一定的误差，影响能量传递效率。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于自动频率调整的远距离无线能量传递装置及方法。本发明在初次使用时发射线圈频率从低向高变化，检测到充电发射线圈电流最大值时停止，并记录下该电流时的频率值，正常工作时发射线圈直接调取频率保存值，频率调整模块直接调整到这个频率值进行工作。本发明简化了生产调试，提高了产品的一致性。
本发明技术方案是：一种基于自动频率调整的远距离无线能量传递装置，包括电源模块、发射线圈、发射匹配电容、频率自动调整模块、电子开关装置、电流检测模块、接收线圈、接收匹配电容，
发射线圈、发射匹配电容并联后与电子开关装置、电流检测模块串联后接入电源模块，接收线圈、接收匹配电容并联后与充电设备连接，其特征在于：频率自动调整模块与电子开关装置、电流检测模块连接，频率自动调整模块依据频率配置输出不同频率波形驱动电子开关装置，电流检测模块实时采集发射线圈流过的发射电流，电流检测模块将发射电流传输至频率自动调整模块，频率自动调整模块将实时发射电流并与其输出的频率数据绑定，获得优选频率。
根据如上所述的一种基于自动频率调整的远距离无线能量传递装置，其特征在于：正常工作室，频率自动调整模块输出优选频率驱动电子开关装置。
根据如上所述的一种基于自动频率调整的远距离无线能量传递装置，其特征在于：发射线圈、接收线圈为同一批次同一规格型号线圈，发射匹配电容、接收匹配电容为同一批次同一规格型号器件。
根据如上所述的一种基于自动频率调整的远距离无线能量传递装置，其特征在于：频率自动调整模块包含波形发生器、频率调整部分、波形输出部分、频率配置部分、实时电流信号与输出频率对比存储。
根据如上所述的一种基于自动频率调整的远距离无线能量传递装置，其特征在于：电子开关装置包括驱动部分、电子开关，电子开关装置接受频率自动调整模块输出的驱动波形，驱动电子开关进行高频开关动作。
根据如上所述的一种基于自动频率调整的远距离无线能量传递装置，其特征在于：电流检测模块包括采样电阻、运放、电阻、模数采集ADC。
一种基于自动频率调整的远距离无线能量传递方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、首先发射线圈频率从低向高变化或从高向低变化，将实时发射线圈电流值与发射线圈频率对应，获得优选频率。
步骤二、后续使用时，以优选频率控制发射线圈工作。
根据如上所述的一种基于自动频率调整的远距离无线能量传递方法，其特征在于：采用如上所述的基于自动频率调整的远距离无线能量传递装置。
根据如上所述的一种基于自动频率调整的远距离无线能量传递方法，其特征在于：还包括步骤三、当检测到电流大于安全阈值时，关闭电子开关模块。
本发明的有益效果是：一是：简化了生产调试，提高了产品的一致性。二是实现远距离无线充电产品无需生产调试，提高了产品的一致性和可用性，增加无线能量的实际传输距离,达到20—110mm距离。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1所示，本发明的基于自动频率调整的远距离无线能量传递装置，包括电源模块、发射线圈、发射匹配电容、频率自动调整模块、电子开关装置、电流检测模块、接收线圈、接收匹配电容。发射线圈、发射匹配电容并联后与电子开关装置、电流检测模块串联后接入电源模块，接收线圈、接收匹配电容并联后与充电设备连接。频率自动调整模块与电子开关装置、电流检测模块连接，频率自动调整模块依据频率配置输出不同频率波形，来驱动电子开关装置。本发明中发射线圈、接收线圈为同一批次同一规格型号线圈，发射匹配电容、接收匹配电容为同一批次同一规格型号器件，这样最大程度保证了发射端和接收端在同一共振点。频率自动调整模块包含波形发生器、频率调整部分、波形输出部分、频率配置部分、实时电流信号与输出频率对比存储等。频率自动调整模块可以依据频率配置输出不同频率波形，来驱动电子开关装置。
电子开关装置包括驱动部分、电子开关。电子开关装置接受频率自动调整模块输出的驱动波形，驱动电子开关进行高频开关动作。
本发明的电源模块包含过流保险部分、稳压滤波部分。电流检测模块由采样电阻、运放、电阻、模数采集ADC组成，电流检测模块实时采集发射线圈流过的发射电流，电流检测模块将发射电流通讯至频率自动调整模块，频率自动调整模块可将实时发射电流并与其输出的频率数据绑定，获得发射电流最大时的输出的频率，本文成为优选频率。在正常工作时，以优选频率驱动电子开关装置工作。电流检测模块的运放、电阻最好为精密器件，模数采集ADC为高速模数采样器，这样以提高本发明的控制精度，提升能力传递效率。
本发明的还公开了一种基于自动频率调整的远距离无线能量传递方法，包括以下步骤：
步骤一、首先发射线圈频率从低向高变化或从高向低变化，频率变化从100KHZ至1200kHZ，将实时发射线圈电流值与发射线圈频率对应，以获得优选频率。
步骤二、后续使用时，以优选频率控制发射线圈工作。
本发明还可以包括步骤三、当检测到电流大于安全阈值时，关闭电子开关模块，以保护系统。
Claims (9)
1.一种基于自动频率调整的远距离无线能量传递装置，包括电源模块、发射线圈、发射匹配电容、频率自动调整模块、电子开关装置、电流检测模块、接收线圈、接收匹配电容，发射线圈、发射匹配电容并联后与电子开关装置、电流检测模块串联后接入电源模块，接收线圈、接收匹配电容并联后与充电设备连接，其特征在于：频率自动调整模块与电子开关装置、电流检测模块连接，频率自动调整模块依据频率配置输出不同频率波形驱动电子开关装置，电流检测模块实时采集发射线圈流过的发射电流，电流检测模块将发射电流传输至频率自动调整模块，频率自动调整模块将实时发射电流并与其输出的频率数据绑定，获得优选频率。
2.根据权利要求1所述的一种基于自动频率调整的远距离无线能量传递装置，其特征在于：正常工作室，频率自动调整模块输出优选频率驱动电子开关装置。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于自动频率调整的远距离无线能量传递装置，其特征在于：发射线圈、接收线圈为同一批次同一规格型号线圈，发射匹配电容、接收匹配电容为同一批次同一规格型号器件。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于自动频率调整的远距离无线能量传递装置，其特征在于：频率自动调整模块包含波形发生器、频率调整部分、波形输出部分、频率配置部分、实时电流信号与输出频率对比存储。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于自动频率调整的远距离无线能量传递装置，其特征在于：电子开关装置包括驱动部分、电子开关，电子开关装置接受频率自动调整模块输出的驱动波形，驱动电子开关进行高频开关动作。
6.根据权利要求1或2所述的一种基于自动频率调整的远距离无线能量传递装置，其特征在于：电流检测模块包括采样电阻、运放、电阻、模数采集ADC。
7.一种基于自动频率调整的远距离无线能量传递方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、首先发射线圈频率从低向高变化或从高向低变化，将实时发射线圈电流值与发射线圈频率对应，获得优选频率。
步骤二、后续使用时，以优选频率控制发射线圈工作。
8.根据权利要求7所述的一种基于自动频率调整的远距离无线能量传递方法，其特征在于：采用权利要求1所述的基于自动频率调整的远距离无线能量传递装置。
9.根据权利要求7所述的一种基于自动频率调整的远距离无线能量传递方法，其特征在于：还包括步骤三、当检测到电流大于安全阈值时，关闭电子开关模块。
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