CN203261135U - 一种具备防窃电功能的磁耦合谐振式无线电能传输装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具备防窃电功能的磁耦合谐振式无线电能传输装置，包括由相同的螺旋线圈和可调电容串联组成的发射装置和接收装置，分别各有一个调节装置连接至发射装置和接收装置用于调节可调电容的容值；接收装置输出端连接有检测控制装置用于检测当前负载的功率，并将负载功率通过无线收发模块传递给防窃电控制器，同时接收防窃电控制器发出的频率调节信号并向接收端调节装置发出电容调节命令；防窃电控制器对比负载功率和电源输出功率，判断系统是否处于窃电状态，并向电源、调节装置发出谐振频率调节控制信号改变系统的谐振频率，避免持续处于窃电状态，必要时还能发出报警，提醒相关人员注意，保证了电能的稳定传输。

Description

一种具备防窃电功能的磁耦合谐振式无线电能传输装置

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术和电磁学领域，尤其是适用于在磁耦合谐振式无线电能传输过程中容易发生窃电时的无线电能传输应用场合。

背景技术

2007年美国麻省理工大学的物理学助理教授Marin Solijacic和他的研究团队公开做了一个演示，利用谐振耦合技术在2米处成功点亮了一盏60W的灯泡，从此谐振耦合无线电能传输技术逐渐成为研究的热点。该技术具有传输效率高、功率大、距离远、对介质的依赖性小等特点，为中程无线电力传输技术的研究开辟了一个新的方向。磁耦合谐振式无线电能传输系统中发射装置和接收装置必须具有相同的自谐振频率，发射电源发出相同频率的能量，通过磁耦合谐振将能量源源不断地从发射端传输到接收端。

该技术以较高的效率实现了中短距离电能的传输，但是当接收端附近存在一个或多个自谐振频率与系统谐振频率相同的装置或负载时，同样会与发射端产生较强的磁耦合谐振现象并将电能吸收，导致在系统使用者不知情的状态下发生窃电现象。

发明内容

要解决的技术问题：针对现有技术的不足，本实用新型提供一种具备防窃电功能的磁耦合谐振式无线电能传输装置，解决在基于磁耦合谐振式无线电能传输过程中出现的因附近存在相同谐振频率装置或负载而发射的窃电现象。

技术方案：为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种具备防窃电功能的磁耦合谐振式无线电能传输装置，包括可调电源、发射装置、接收装置、检测控制装置和防窃电控制器；所述发射装置和接收装置结构完全相同，均包括螺旋线圈、可调电容和调节装置，所述螺旋线圈和可调电容串联，所述调节装置对可调电容进行调节控制；所述可调电源对发射装置进行供电，所述发射装置和接收装置谐振耦合，所述接收装置接收发射装置发出的电能并供给负载；所述检测控制装置用于检测负载功率并将负载功率发送给防窃电控制器，同时接收防窃电控制器发出的频率调节控制信号并向接收端调节装置发出电容调节命令；所述防窃电控制器对可调电源输出功率和负载功率进行比较，判断系统效率是否达到设定阈值，并根据判断结果发送谐振频率调节控制信号控制可调电源的频率和调节装置调节可调电容（2）的容值。

在本实用新型中，进一步的，所述可调电容的调节档位有3档以上。所述可调电容使系统可同时工作在3个及以上谐振频率点，使系统谐振频率调节范围具有一定的富于量，同时使系统达到较高的效率。

在本实用新型中，进一步的，所述发射装置和接收装置二者的螺旋线圈同轴对齐，距离固定。

在本实用新型中，进一步的，所述检测控制装置通过无线收发模块将负载功率发送给防窃电控制器。

在本实用新型中，进一步的，所述调节装置采用数字式控制模式，通过接收谐振频率调节控制信号驱动伺服电机转动相应圈数或角度，伺服电机带动可调电容的调节端改变容值。

在本实用新型中，进一步的，所述无线收发模块采用射频串行通信方式。实现控制信号和检测信号的双向传输。

在本实用新型中，进一步的，所述防窃电控制器带有报警系统。所述防窃电控制器判断发生窃电现象且各级谐振频率均已使用时发出报警，提醒相关人员注意，防止窃电现象持续进行。

有益效果：本实用新型通过实时检测比较负载功率和电源输出功率，判断装置是否处于窃电状态，及时调整电源、发射装置、接收装置的谐振频率，避免持续处于窃电状态。该实用新型解决了磁耦合谐振无线电能传输装置容易受附近具有相同谐振频率装置或负载影响的缺点，通过改变补偿电容调节系统谐振频率而使窃电状态无法持续，保证了电能的稳定传输。

附图说明

图1为本实用新型的示意图；

图2为本实用新型中调节装置工作示意图；

图3为本实用新型中防窃电控制器工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。

如附图1所示，一种具备防窃电功能的磁耦合谐振式无线电能传输装置由可调电源5、发射装置3、接收装置4、检测控制装置8、无线收发模块9、防窃电控制器10和负载6组成。可调电源5与发射装置3相连，用于提供能量，且可调电源5具有频率和功率可调功能，能够接受数字控制命令进行频率或功率的调节。发射装置3与接收装置4结构完全相同，均包括螺旋线圈1、可调电容2和调节装置7，无线电能传输模型采用串串电容补偿结构，即螺旋线圈1和可调电容2串联，所述调节装置7对可调电容2进行调节控制。发射装置3和接收装置4两者的螺旋线圈1严格同轴对齐且距离固定，保证能量在二者之间的传输具有固定的效率。根据负载的应用性质和功率要求，对发射装置3和接收装置4的螺旋线圈1的匝数和直径进行相应的设计，所述发射装置3和接收装置4之间的传输距离也会进行调整。可调电容2的电容调节级数有3档以上，使系统能够同时工作在3个及以上谐振频率点，使系统谐振频率调节范围具有一定的富余量，同时使系统达到较高的效率。所述可调电源1对发射装置3进行供电，所述发射装置3和接收装置4谐振耦合，所述接收装置4接收发射装置3发出的电能并供给负载6。检测控制装置8用于检测负载功率并将负载功率通过无线收发模块9发送给防窃电控制器10；该无线收发模块9采用射频串行通信方式，可进行信号的双向传输；所述防窃电控制器10对可调电源5输出功率和负载功率进行比较，判断系统效率是否达到设定阈值，并根据判断结果发送谐振频率调节控制信号控制调节装置7调节可调电容2的容值，同时控制调节可调电源5的频率。

如附图2所示，本实用新型所述调节装置7由控制器11、伺服电机12和蓄电池13组成，蓄电池13为控制器11和伺服电机12提供电能供给。所述调节装置7采用数字控制模式，通过接收谐振频率控制信号，控制器11根据谐振频率调节控制信号换算出补偿电容的容值，进而换转成控制伺服电机12速度的PWM信号，并传输给伺服电机12进行相应的圈数调节，伺服电机12带动可调电容2的调节端改变容值，进而改变发射装置3和接收装置4的自谐振频率。

如附图3所示，设定可调电容2初始调节级数为n，检测控制装置8将负载的功率P_L通过无线收发模块9传输给防窃电控制器10，电源功率P_S通过串行连接线传输给防窃电控制器10，防窃电控制器10开机后将负载功率P_L与电源输出功率P_S比较得出系统的效率η，将系统效率η与设定阈值η_min比较，进行条件判断：若η>η_min，则返回程序开始段，取新的负载功率P_L与电源输出功率P_S继续计算η并进行判断；若η<η_min，将可调电容2的调节级数n加1，若n已经超过可调电容的调节的最大级数n_max，则发出系统工作错误的报警信息；若尚有未使用的谐振频率，则可以进行谐振频率调整，所述防窃电控制器10向可调电源5、发射装置3的调节装置7和无线收发模块9发出谐振频率调节控制信号，所述无线收发模块9将频率调节控制信号传送给接收侧的检测控制装置，调节系统处于另一个谐振频率；之后再返回程序开始段，重复上述判断。

装置工作时，通过可调电源5发出具有一定频率的交流电，发射装置3和接收装置4工作在该谐振频率下，将电能传递给负载6。检测控制装置8检测到负载的功率，通过无线收发模块9传递给防窃电控制器10，防窃电控制器10比较其测得的电源输出功率和接收到的负载功率得出系统效率，若系统效率低于设定的阈值，且此时尚有未使用的谐振频率，则防窃电控制器10向可调电源5、发射装置3的调节装置和无线收发模块9发送谐振频率调节控制信号，无线收发装置9将频率调节控制信号传送给接收侧的检测控制装置，通过同时改变可调电源5、发射装置3的补偿电容和接收装置4的补偿电容调节整个系统的谐振频率。若判断发生窃电现象而各级谐振频率均已使用，则防窃电控制器10发出报警，提醒相关人员注意，避免因附近具有相同谐振频率的装置或负载而导致磁耦合谐振导致电能的损失。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种具备防窃电功能的磁耦合谐振式无线电能传输装置，其特征在于：包括可调电源（5）、发射装置（3）、接收装置（4）、检测控制装置（8）和防窃电控制器（10）；所述发射装置（3）和接收装置（4）结构完全相同，均包括螺旋线圈（1）、可调电容（2）和调节装置（7），所述螺旋线圈（1）和可调电容（2）串联，所述调节装置（7）对可调电容（2）进行调节控制；所述可调电源（1）对发射装置（3）进行供电，所述发射装置（3）和接收装置（4）谐振耦合，所述接收装置（4）接收发射装置（3）发出的电能并供给负载（6）；所述检测控制装置（8）用于检测负载功率并将负载功率发送给防窃电控制器（10），同时接收防窃电控制器（10）发出的谐振频率调节信号并向接收端调节装置发出电容调节命令；所述防窃电控制器（10）对可调电源（5）输出功率和负载功率进行比较，判断系统效率是否达到设定阈值，并根据判断结果发送谐振频率调节控制信号调节可调电源（5）的频率和控制调节装置（7）调节可调电容（2）的容值。

2.根据权利要求1所述的一种具备防窃电功能的磁耦合谐振式无线电能传输装置，其特征在于：所述可调电容（2）的调节档位有3档以上。

3.根据权利要求1所述的一种具备防窃电功能的磁耦合谐振式无线电能传输装置，其特征在于：所述发射装置（3）和接收装置（4）二者的螺旋线圈（1）同轴对齐，距离固定。

4.根据权利要求1所述的一种具备防窃电功能的磁耦合谐振式无线电能传输装置，其特征在于：所述检测控制装置（8）通过无线收发模块（9）将负载功率发送给防窃电控制器（10）。

5.根据权利要求1所述的一种具备防窃电功能的磁耦合谐振式无线电能传输装置，其特征在于：所述调节装置（7）采用数字式控制模式，通过接收谐振频率调节控制信号驱动伺服电机（12）转动相应圈数或角度，伺服电机（12）带动可调电容（2）的调节端改变容值。

6.根据权利要求2所述的一种具备防窃电功能的磁耦合谐振式无线电能传输装置，其特征在于：所述无线收发模块（9）采用射频串行通信方式。

7.根据权利要求1所述的一种具备防窃电功能的磁耦合谐振式无线电能传输装置，其特征在于：所述防窃电控制器（10）带有报警系统。

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