CN113098149B - 功率自适应感应取电设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种功率自适应感应取电设备，包括：取电装置、整流电路和磁场控制装置，取电装置连接输电线路与整流电路，整流电路连接负载，磁场控制装置连接整流电路、输电线路及取电装置；磁场控制装置采集整流电路的输出电压的幅值与输电线路的电流的相位，并根据幅值与相位调整取电装置的磁场大小，从而调节取电装置的取电功率以满足负载的期望供电电压的要求。既能保证取电装置取电功率的稳定性，也能在大电流的情况下减少取电装置的功率输出，避免电压过高损坏设备。

Description

功率自适应感应取电设备

技术领域

本申请涉及高压供电领域，特别是涉及一种功率自适应感应取电设备。

背景技术

目前，感应取电装置已普遍应用在高压输电线路上，利用CT感应取电技术从高压输电线路产生磁场感应出电流，为安装在高压输电线路上的在线检测、监控、巡检、防盗等传感器或智能网关等设备提供工作电源。

但感应取电的方式受输电线路电流与所处电网的负荷情况影响较大，输电线路波动严重时大时小，电流互感器的取电功率稳定性得不到保障。且当输电线路电流较大时，取电装置会取来较多的能量，甚至会使传感器或智能网关等用电设备两端电压过高而损坏。

发明内容

基于此，有必要针对以上问题，提供一种功率自适应感应取电设备，能根据负载两端实际电压的大小与高压输电线路电流相位自动调节输出功率。

一种功率自适应感应取电设备，包括：取电装置、整流电路和磁场控制装置，所述取电装置连接输电线路与所述整流电路，所述整流电路连接负载，所述磁场控制装置连接所述整流电路、所述输电线路及所述取电装置；

所述磁场控制装置用于采集所述整流电路的输出电压的幅值与所述输电线路的电流的相位，并根据所述幅值与所述相位调整所述取电装置的磁场大小，从而调节所述取电装置的取电功率以满足所述负载的期望供电电压的要求。

在其中一个实施例中，所述取电装置包括磁芯和取电线圈，所述输电线路绕在所述磁芯的一次侧，所述取电线圈缠绕在所述磁芯的二次侧，所述取电线圈连接所述整流电路。

在其中一个实施例中，所述取电装置还包括谐振电容，所述谐振电容连接所述取电线圈和所述整流电路。

在其中一个实施例中，所述磁场控制装置包括反馈线圈、电压控制模块、相位控制模块和转换模块，所述电压控制模块连接所述整流电路与所述转换模块，所述相位控制模块连接所述输电线路与所述转换模块，所述转换模块连接所述反馈线圈，所述反馈线圈缠绕在所述磁芯的控制侧。

在其中一个实施例中，所述反馈线圈与所述取电线圈的缠绕方向相反。

在其中一个实施例中，所述反馈线圈对所述取电线圈激发的磁场为反向磁场，所述输电线路对所述取电线圈激发的磁场为原磁场，所述取电装置的磁场大小为所述原磁场与所述反向磁场叠加后的磁场大小。

在其中一个实施例中，所述电压控制模块包括采样电路、控制电路和输出电路，所述采样电路连接所述整流电路与所述控制电路，所述控制电路连接所述输出电路，所述输出电路连接所述整流电路与所述转换模块。

在其中一个实施例中，所述磁场控制装置还包括限流元件，所述转换模块通过所述限流元件连接所述反馈线圈。

在其中一个实施例中，上述功率自适应感应取电设备还包括保护电路，所述保护电路连接所述取电装置和所述整流电路。

在其中一个实施例中，上述功率自适应感应取电设备还包括稳压电路，所述稳压电路连接所述整流电路与所述负载。

本发明涉及一种功率自适应感应取电设备，连接输电线路感应取电。可根据负载两端的电压的幅值及输电线路的电流的相位调整取电装置的磁场的大小，进而调节取电装置的取电功率以满足负载的期望供电电压的要求。既能保证取电装置取电功率的稳定性，也能在大电流的情况下减少取电装置的功率输出，避免电压过高损坏设备。

附图说明

图1为一实施例中功率自适应感应取电设备的结构框图；

图2为另一实施例中功率自适应感应取电设备的结构框图；

图3为一实施例中取电装置、保护电路、整流电路和稳压电路的结构原理图；

图4为一实施例中磁场控制装置的结构框图；

图5为一实施例中输出电路的原理图；

图6为一实施例中功率自适应感应取电设备的结构原理图。

附图说明：100、取电装置；110、磁芯；120、取电线圈；130、谐振电容；200、保护电路；300、整流电路；400、稳压电路；500、磁场控制装置；510、反馈线圈；520、电压控制模块；521、采集电路；522、控制电路；523、输出电路；530、相位控制模块；540、转换模块；550、限流元件。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。

可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种功率自适应感应取电设备，包括取电装置100、整流电路300和磁场控制装置500，取电装置100连接输电线路与整流电路300，整流电路300连接负载，磁场控制装置500连接整流电路300、输电线路及取电装置100。磁场控制装置500用于采集整流电路300的输出电压的幅值与输电线路的电流的相位，并根据幅值与相位调整取电装置100的磁场大小，从而调节取电装置100的取电功率以满足负载的期望供电电压的要求。

其中，取电装置100为基于电磁感应原理的取电装置，该取电装置100包括有一次侧线圈与二次侧线圈。磁场控制装置500中包括有控制侧线圈。一次侧线圈与控制侧线圈均分别通有交流电流，均会对二次侧线圈产生电磁感应激发出磁场。在一个实施例中，为了便于理解，将一次侧线圈对二次侧线圈激发的磁场称为原磁场，将控制侧线圈对二次侧线圈激发的磁场称为控制磁场。那么，取电装置100的磁场大小是指原磁场与控制磁场叠加后的磁场大小。

整流电路300是指能将交流电能转换为直流电能的电路。整流电路300由整流二极管组成，经过整流电路300之后的电压已经从交流电压变成单向脉动性直流电压。具体的，整流电路300可以为半波整流电路、全波整流电路、桥式整流电路或倍压整流电路等。在一个实施例中，整流电路300为全桥整流电路。

磁场控制装置500能调节并输出交流电流的幅值与相位输出至控制侧线圈，然后调节控制侧线圈中产生的控制磁场的大小来控制取电装置100的磁场大小。其中，幅值部分从整流电路300的两端采集并调节输出，根据负载的期望供电电压与实际电压的差值实时输出需要调整的幅值。另外，交流电流的初始相位

从输电线路中采集得到，磁场控制装置500对得到初始相位

加上

后输出。可通过调整

让控制侧线圈中的交流电流与输电线路中的交流电流处于不同相位，使控制磁场与原磁场能产生相互作用。

的取值并不唯一，可根据实际需求设置。例如，当

为0时，控制磁场对原磁场起到增强的作用，当

为180°时，控制磁场对原磁场起到抵消的作用，当

在0到180°之间时，根据实际相位差起到增强或抵消的作用，本实施例不作此限定。

在一个实施例中，将

取值为180°，期望原磁场与控制磁场方向相反，达到最佳的抵消效果，仅通过调节交流电流的幅值来调节叠加后的磁场大小。具体的，取电装置100基于电磁感应原理，通过其一次侧从输电线路获取交流电能，再由二次侧线圈输出至整流电路300将交流电能转换成直流电能，向负载供电。当输电线路的交流电流发生波动时，取电装置100的取电功率也随之波动，进而影响到整流电路300的输出给负载的直流电流的稳定性。此时，磁场控制装置500通过调节输出至控制侧线圈的交流电流的幅值，调整控制侧线圈所激发的控制磁场大小来调节取电装置100的磁场大小，保证取电装置100的取电功率稳定于负载的期望供电电压。当输电线路电流增大时，取电装置100的取电功率大于期望供电电压，磁场控制装置500调节输出更大的幅值，控制磁场增大来降低取电装置100的取电功率；当输电线路电流减小时，取电装置100的取电功率小于期望供电电压，磁场控制装置500调节输出减小幅值，减小控制磁场来增大取电装置100的取电功率。

下面先对取电装置100中原磁场与控制磁场的叠加后磁场大小的计算进行原理说明。

当仅由一次侧线圈对二次侧线圈产生电磁感应时，即由输电线路中的电流i₁对二次侧线圈产生的原磁场内电流为：

i_2a＝A sin(ωt) (1)

其中，A为电流i₁的幅值，ω为电流i₁的频率。

当采用控制侧线圈电流i₃对二次侧线圈进行磁场叠加时，其在二次侧线圈中激发的控制磁场的电流为：

其中，B为电流i₃的幅值，电流i₃与电流i₁的频率一致均为ω，

为电流i₃与电流i₁的相位差。

综合式(1)与式(2)，可得原磁场与控制磁场叠加后在二次侧线圈产生的电流i₂为：

在本实施例中，将

取值为180°来计算，可得：

i₂＝A sin(ωt)+B sin(ωt+π)＝(A-B)sin(ωt) (4)

进一步的，针对输电线路电流与控制侧线圈电流变化时，与整流电路300的输出电压的关系进行原理说明。

当一次侧为正弦输入时，取电装置100中二次侧线圈由磁芯中变化的磁场感应到的二次侧电压e₂为：

其中，N₂为二次侧线圈匝数，φ为磁芯磁通量，t为时间。

磁芯磁通量φ为：

φ＝BS cosθ (6)

其中，B为磁感应强度，S为二次侧线圈的横截面积，θ为平面与磁感线方向的夹角。

由安培环路定理得：

Hl_m＝N₁i_μ (7)

B＝μ₀μ_rH (8)

其中，N₁为一次侧线圈匝数，μ₀、μ_r、H、l_m分别为真空磁导率，磁芯相对磁导率、磁场强度与平均磁路长度，其中，平均磁路长度指的是磁芯中磁路中心线的长度。i_μ为磁化电流的瞬时值，受一次侧线圈电流i₁、二次侧线圈电流i₂与控制侧线圈电流i₃的共同影响，在一次侧线圈电流i₁、二次侧线圈电流i₂不变的情况下，增加控制侧线圈电流i₃，会使磁化电流i_μ减小。

结合式(5)-式(8)，可得二次侧电压e₂为：

其中，λ＝cosθ，N₂为二次侧线圈匝数。

由此可知，在输出的相位固定相差π的情况下，磁场控制装置500输出交流电流的幅值B越大，控制侧线圈电流i₃越大，磁化电流i_μ越小，二次侧电压e₂越小，从而取电装置100的取电功率越小，所以，磁场控制装置500输出交流电流的幅值B与取电装置100的取电功率成负相关。基于此，可以通过调整控制侧线圈获取的交流电流的幅值来调整控制侧线圈的电流所激发的控制磁场的大小，达到调整取电装置100的取电功率以满足负载期望供电电压的目的。

此外，本实施例中提及的达到取电功率满足负载期望的供电电压的要求，判定方式可以是整流电路300的输出电压与负载的期望供电电压相等，也可以是两者的差值在允许的误差范围内。其中，该误差范围的取值不唯一，可根据实际情况设定，本实施例不做此限定。

上述功率自适应感应取电设备，通过磁场控制装置500调节并输出交流电流的幅值与相位输出至控制侧线圈，在取电装置100中产生一个控制磁场来调节取电装置100的磁场大小，进而调节取电装置100的取电功率以满足负载的期望供电电压的要求。既能保证取电装置取电功率的稳定性，也能在大电流的情况下增大控制磁场减少取电装置的功率输出，避免电压过高损坏设备。

在一个实施例中，如图2所示，功率自适应感应取电设备还包括保护电路200，保护电路200连接取电装置100和整流电路300。

其中，保护电路200，包含压敏电阻或TVS二极管(Transient VoltageSuppressor，瞬态二极管)等保护器件。该保护电路200连接于取电装置100和整流电路300之间，可以泄放异常情况下产生的瞬时大电流，避免因瞬时大电流造成的器件损坏，可以保护电路安全，有利于提高感应取电设备的可靠性。

在一个实施例中，请继续参考图2，功率自适应感应取电设备还包括稳压电路400，稳压电路400连接整流电路300和负载。

其中，稳压电路400包括稳压电源或稳压电容等器件。当稳压电路400由稳压电容组成时，该稳压电容的数量可以是一个也可以是多个，且多个稳压电容的连接方式可以是串联、并联或混联。如图3中，稳压电路400为电容C2。进一步的，上述稳压电容可以为极性电容也可以为非极性电容。具体的，整流电路300整流后得到的直流电能，在输出至负载之前，先由稳压电路400进行稳压处理，有利于提高功率自适应感应取电设备输出的直流电压的质量。

在一个实施例中，如图3所示，取电装置100包括磁芯110和取电线圈120，磁芯110的一次侧线圈为输电线路，取电线圈120缠绕在磁芯110的二次侧，取电线圈120连接整流电路300。

其中，磁芯110的材料可以是锰-锌铁氧体或镍-锌铁氧体。磁芯110的形状可以是圆环形、正方形或长方形。磁芯110的一次侧和二次侧分别用于缠绕输电线路和取电线圈120，根据电磁感应原理，输电线路即为一次侧线圈，取电线圈120即为二次侧线圈。总之，本实施例对磁芯110的材料和形状，以及取电线圈120的匝数均不作限定。

在本实施例中，输电线路具体为高压输电线路，其中输送的为交流电，当线路中的电流i₁发生变化时，引起磁芯110的一次侧内磁场的变化，则其二次侧内的磁场也随之变化，基于电磁感应原理，取电线圈120中将产生电流i₂，实现电磁互感取电。

进一步的，在一个实施例中，如图3所示，取电线圈100还包括谐振电容130。谐振电容往往是与电感并联实现电场与磁场的能量转换，互相补偿。如图3中，谐振电容130为谐振电容C1，谐振电容C1与取电线圈120串联，形成谐振回路，有利于降低损耗和噪声。

在一个实施例中，如图4所示，磁场控制装置500包括反馈线圈510，电压控制模块520、相位控制模块530和转换模块540。电压控制模块520连接整流电路300与转换模块540，相位控制模块530连接输电线路与转换模块540，转换模块540连接反馈线圈510，反馈线圈510缠绕在磁芯的控制侧。

具体的，磁芯110的一次侧与二次侧的中间还包括控制侧，以磁芯110为圆环形为例，可以是将圆环形磁芯相对两侧的部位分别作为一次侧和二次侧，将圆环形磁芯位于一次侧和二次侧之间的部位作为控制侧。反馈线圈510缠绕在磁芯100的控制侧，作为取电装置100的控制侧线圈，对二次侧线圈激发控制磁场来调整磁芯100内的磁场大小。在本实施例中，对反馈线圈510的匝数也不作限定。

电压控制模块520能实时采集整流电路300的两端的输出电压，并将其与负载的期望供电电压做差值，得到需要调整的电压信号的幅值差。然后根据该幅值差实时对整流电路300的输出电压信号进行调制输出至转换模块540。相位控制模块530采集输电线路内的电流的相位，并将其输送至转换模块540。转换模块540将相位控制模块530输出的相位加上初始相位

加上

后，结合电压控制模块520输出的调制后电压信号的幅值，输出交流电流至反馈线圈510。反馈线圈510得电后将会对取电装置100产生电磁感应激发控制磁场，改变取电装置100的磁芯内的磁场大小与取电功率。

以下针对

为180°时，仅通过调节输出的交流电流的幅值来调节取电装置100的磁芯内磁场大小的情况为例进行解释说明。假设在初始状态下，整流电路300两端的实际电压值就等于负载期望的供电电压。当输电线路电流增大时，整流电路300两端的实际电压值会大于期望供电电压，此时电压控制模块520计算到的输出电压与期望的供电电压的幅值差值增大，然后根据该幅值差实时对整流电路300的输出电压信号进行调制使输出的电压幅值B增大。转换模块540将幅值B结合相位控制模块530采集输电线路内的电流的相位输出交流电流至反馈线圈510，使得取电装置100的磁化电流i_μ减小，电压e₂也减小，整流电路300两端的实际电压值也将减小，与负载期望的供电电压差值变小。在后续工作过程中，如果出现输电电路电流减小，电压控制模块520输出的幅值B减小，使得取电装置100的磁化电流i_μ增大，电压e₂也增大，整流电路300两端的实际电压值也将增大，再次与负载期望的供电电压差值变小。基于此，达到调整取电装置100的取电功率以满足负载期望的供电电压的目的。

其中，相位控制模块530为相位传感器，可以采用磁电式，也可以采用霍尔式，本实施例不以此为限定。转换模块540可以是交直流电源，也可以是交流变送器，还可以是逆变器。在一个实施例中，转换模块540采用逆变器，逆变器是由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成的能把直流电能转变为交流电的装置。

在本实施例中，通过电压控制模块520根据负载的实际电压与期望的供电电压之间的差值实时调节输出至反馈线圈510的交流电流的幅值B，达到调节取电装置100的取电功率以满足负载的期望供电电压的目的。

在一个实施例中，请继续参考图4，反馈线圈510与取电线圈120的缠绕方向相反。

具体的，反馈线圈510与取电线圈120的缠绕方向相反，与输电线路的缠绕方向相同。且从转换模块540输送至反馈线圈510的交流电流在初始相位

的基础上，增加了

可通过调整

让反馈线圈510中的交流电流与输电线路中的交流电流处于不同相位。在本实施例中，将

取值为180°。使得反馈线圈510能在取电装置100中产生一个与原磁场方向相反的磁场。

在一个实施例中，请继续参考4，反馈线圈510对取电线圈120激发的磁场为反向磁场，输电线路对取电线圈120激发的磁场为原磁场，取电装置100的磁场大小为原磁场与反向磁场叠加后的磁场大小。

具体的，反馈线圈510中的交流电流对取电线圈120激发的控制磁场可称为反向磁场，输电线路中的交流电流可对取电线圈120激发原磁场。由于与输电线路的绕线方向相反且相位相差180°，则该反向磁场能对输电线路产生对的原磁场起到抵消作用。磁芯110内的原磁场与反向磁场叠加后的磁场即取电装置100的磁场大小。

在本实施例中，通过采用与取电线圈120反向缠绕、与输电线路同向缠绕的反馈线圈510，能产生一个反向磁场，达到控制磁芯110内磁场大小的目的。

在一个实施例中，请继续参考图4，电压控制模块520包括采样电路521、控制电路522和输出电路523，采样电路521连接整流电路300与控制电路522，控制电路522连接输出电路523，输出电路523连接整流电路300与转换模块540。

具体的，采样电路521用于采集整流电路300的两端的输出电压，并将其与负载的期望供电电压做差值，得到需要调整的电压信号的幅值差。在一个实施例中，采样电路521包括电压传感器与加法器，电压传感器连接整流电路300，加法器连接电压传感器与控制电路522。其中，电压传感器可以是基于互感原理或分压原理进行电压采样的电路结构。电压传感器获取整流电路300的输出电压后，将其输入到加法器的一端，加法器的另一端输入为负载期望的供电电压。通过加法器得到需要调整的电压信号的幅值差，并发送至控制电路522。

控制电路522可以是包含各类控制芯片及其外围电路的控制器件，也可以是包含逻辑器件的控制电路。该控制芯片可以是MCU(Microcontroller Unit，单片机)芯片，也可以是FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)芯片，还可以是其他类型的芯片。在一个实施例中，控制电路520包括A/D转换器、控制芯片和D/A转换器。在本实施例中，控制芯片为MCU芯片。由加法器得到需要调整的电压信号的幅值差为模拟信号，发送至控制电路522后，先由A/D转换器转换为数字信号发送至MCU芯片。MCU芯片根据该数字信号输出相应占空比的PWM波至D/A转换器转换成模拟的控制信号发送至输出电路523。

输出电路523用于根据接收到的PWM控制信号对整流电路300的输出电压信号进行调制并输出至转换模块540。该输出电路523，可以是升降压转换电路。在一个实施例中，输出电路523为升降压斩波电路。如图5所示，该升降压斩波电路包括开关管Q1、电感L1、二极管D5和稳压电容C3。开关管Q1的控制端连接控制电路522，开关管Q1的第一端连接整流电路300的第一输出端，开关管Q1的第二端通过电感L1连接整流电路300的第二输出端。二极管D5的负极连接开关管Q1的第二端，二极管D5的正极连接转换模块540的一端和稳压电容C3的第一端，稳压电容C3的第二端连接整流电路300的第二输出端和转换模块540的另一端。

具体的，控制电路522根据采样电路521输出的需要调整的电压信号的幅值差，向开关管Q1输出PWM控制信号，控制开关管Q1的通断。当开关管Q1处于导通状态时，整流电路300输出的电压经过开关管Q1向电感L1供电，使电感L1储存能量，同时由稳压电容C3向转换模块540提供调制后的电压信号；当开关管处于断开状态时，电感L1中储存的能量向转换电路540释放。通过PWM控制信号改变开关管Q1的导通比，可以实现升压或降压转换，最终达到按照幅值差调制转换电路540输入电压大小的效果。

在其中一个实施例中，如图6所示，磁场控制装置500还包括限流元件550，转换模块540通过限流元件550连接反馈线圈510。限流元件550在本实施例中具体是限流电阻R1，用于根据调制后的转换模块540的电压信号改变输入至反馈线圈510中的交流电流。

在本实施例中，磁场控制装置500通过对输入反馈线圈510的交流电流的幅值与相位的控制，进而调节取电装置100的取电功率以满足负载的期望供电电压的要求。

为便于理解，下面结合图5和图6对功率自适应感应取电设备的具体结构和工作过程进行详细说明。

如图6所示，功率自适应感应取电设备包括依次连接的取电装置100、保护电路200、整流电路300、稳压电路400和磁场控制装置500。

其中，取电装置100包括磁芯110、取电线圈200和谐振电容C1。磁芯110的一次侧线圈为输电线路，取电线圈120缠绕在磁芯110的二次侧，且取电线圈120和谐振电容C1串联，形成谐振回路。

保护电路200为TVS二极管，稳压电路400为电容C2。整流电路300为全桥整流电路，包括四个首尾连接的二极管：二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4。其中，二极管D1的正极与二极管D3的负极连接、二极管D2的正极与二极管D4的负极连接、二极管D1的负极与二极管D2的负极连接、二极管D3的正极和二极管D4的正极连接。二极管D1与二极管D3的公共连接点作为交流侧的第一输入极，二极管D2与二极管D4的公共连接点作为交流侧的第二输入极。二极管D1与二极管D2的公共连接点作为输出正极，二极管D3与二极管D4的公共连接点作为输出负极。

磁场控制装置500包括反馈线圈510、电压控制模块520、相位控制模块530、转换模块540和限流电阻R1。相位控制模块530为相位传感器，转换模块540位逆变器。电压控制模块520包括采样电路521、控制电路522和输出电路523。采样电路521包括电压传感器与加法器。控制电路522包括A/D转换器、MCU芯片和D/A转换器。如图5所示，输出电路530包括开关管Q1、电感L1、二极管D5和稳压电容C3。

其中，电压传感器的输入侧连接整流电路300的输出侧，电压传感器的输出侧连接加法器的输出侧一端，加法器输入侧的另一端为负载期望的供电电压。A/D转换器连接加法器的输出侧和MCU芯片，D/A转换器连接MCU芯片和开关管Q1的控制端。开关管Q1的第一端连接整流电路300的第一输出端，开关管Q1的第二端通过电感L1连接整流电路300的第二输出端。二极管D5的负极连接开关管Q1的第二端，二极管D5的正极连接逆变器的一端和稳压电容C3的第一端，稳压电容C3的第二端连接整流电路300的第二输出端和逆变器的另一端。相位传感器连接输电线路和逆变器，逆变器通过限流电阻R1连接反馈线圈510。反馈线圈510缠绕在磁芯110的控制侧，反馈线圈510的缠绕方向与取电线圈120相反、与输电线路的缠绕方向相同，即如图6中所示，a、b和c是三个线圈的同名端。

其中，在本实施例中，逆变器输出的交流电流的相位将会根据相位传感器输出的初始相位

固定加上π后输出，仅通过调节交流电流的幅值来调节叠加后的磁场大小。

具体的，假设在初始情况下，整流电路300供给负载的输出电压就是负载的期望供电电压。

当输电线路电流i₁增大时，导致取电装置100的取电功率增加，则整流电路300的输出电压将大于负载的期望供电电压。此时，加法器输出的负载两端实际电压与期望的供电电压的差值变大，MCU芯片将输出具有更大占空比的PWM信号，控制输出电路对整流电路300的输出电压信号调制增大输出至逆变器。逆变器将该调制后的电压信号的幅值B结合相位传感器给的相位后，转换成交流电流通过限流电阻R1输出至反馈线圈510，令反馈线圈510内产生的反向磁场增大，导致取电线圈120中的有效磁通减少，取电功率减小，从而达到减小负载两端电压的目的。

当输电线路电流i₁减小时，导致取电装置100的取电功率减少，则整流电路300的输出电压将小于负载的期望供电电压。此时，加法器输出的负载两端实际电压与期望的供电电压的差值变小，MCU芯片将输出具有更小占空比的PWM信号，控制输出电路对整流电路300的输出电压信号调制减小输出至逆变器。逆变器将该调制后的电压信号的幅值B结合相位传感器给的相位后，转换成交流电流通过限流电阻R1输出至反馈线圈510，令反馈线圈510内产生的反向磁场减小，导致取电线圈120中的有效磁通增多，取电功率增大，从而达到增大负载两端电压的目的。

在本实施例中，通过磁场控制装置500调节并输出交流电流的幅值与相位输出至反馈线圈510，在取电装置100中产生一个反向磁场来抵消原磁场大小，进而调节取电装置100的取电功率以满足负载的期望供电电压的要求。既能保证取电装置取电功率的稳定性，也能在大电流的情况下增大反向磁场减少取电装置的功率输出，避免电压过高损坏设备。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种功率自适应感应取电设备，其特征在于，包括：取电装置、整流电路和磁场控制装置，所述取电装置连接输电线路与所述整流电路，所述整流电路连接负载，所述磁场控制装置连接所述整流电路、所述输电线路及所述取电装置；

所述磁场控制装置用于采集所述整流电路的输出电压的幅值与所述输电线路的电流的相位，并根据所述幅值与所述相位调整所述取电装置的磁场大小，从而调节所述取电装置的取电功率以满足所述负载的期望供电电压的要求；

其中，所述磁场控制装置包括反馈线圈、电压控制模块、相位控制模块和转换模块；所述电压控制模块连接所述整流电路与所述转换模块，所述相位控制模块连接所述输电线路与所述转换模块，所述转换模块连接所述反馈线圈，所述反馈线圈缠绕在所述取电装置的控制侧；

所述电压控制模块用于采集所述整流电路两端的输出电压，并将所述整流电路两端的输出电压与所述负载的期望供电电压做差值，得到需要调整的电压信号的幅值差，再根据所述幅值差对所述整流电路两端的输出电压进行调制并输出调至后的电压信号至所述转换模块；所述相位控制模块用于采集所述输电线路的电流的相位并发送至所述转换模块；所述转换模块用于根据所述输电线路的电流的相位与预设相位差值，结合所述调至后的电压信号的幅值输出交流电流至所述反馈线圈；所述反馈线圈在得电后产生控制磁场来调整所述取电装置的磁场大小，从而调节所述取电装置的取电功率以满足所述负载的期望供电电压的要求。

2.根据权利要求1所述的功率自适应感应取电设备，其特征在于，所述取电装置包括磁芯和取电线圈，所述输电线路绕在所述磁芯的一次侧，所述取电线圈缠绕在所述磁芯的二次侧，所述取电线圈连接所述整流电路。

3.根据权利要求2所述的功率自适应感应取电设备，其特征在于，所述取电装置还包括谐振电容，所述谐振电容连接所述取电线圈和所述整流电路。

4.根据权利要求2所述的功率自适应感应取电设备，其特征在于，所述反馈线圈缠绕在所述磁芯的控制侧。

5.根据权利要求4所述的功率自适应感应取电设备，其特征在于，所述反馈线圈与所述取电线圈的缠绕方向相反。

6.根据权利要求5所述的功率自适应感应取电设备，其特征在于，所述反馈线圈对所述取电线圈激发的磁场为反向磁场，所述输电线路对所述取电线圈激发的磁场为原磁场，所述取电装置的磁场大小为所述原磁场与所述反向磁场叠加后的磁场大小。

7.根据权利要求5所述的功率自适应感应取电设备，其特征在于，所述电压控制模块包括采样电路、控制电路和输出电路，所述采样电路连接所述整流电路与所述控制电路，所述控制电路连接所述输出电路，所述输出电路连接所述整流电路与所述转换模块。

8.根据权利要求5所述的功率自适应感应取电设备，其特征在于，所述磁场控制装置还包括限流元件，所述转换模块通过所述限流元件连接所述反馈线圈。

9.根据权利要求1-7中的任意一项所述的功率自适应感应取电设备，其特征在于，还包括保护电路，所述保护电路连接所述取电装置和所述整流电路。

10.根据权利要求1-7中的任意一项所述的功率自适应感应取电设备，其特征在于，还包括稳压电路，所述稳压电路连接所述整流电路与所述负载。

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