CN206135555U - 无线电能传输系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种无线电能传输系统，该无线电能传输系统可以解决被充电设备在快速拿走或快速放回等条件下造成发射端或接收端烧毁的问题。包括连接于电网的无线发射端，以及可接收无线发射端电能的无线接收端，无线发射端还包括发射端整流滤波电路，发射端整流滤波电路的输出端连接有逆变电路，发射线圈连接逆变电路的输出端，发射线圈内设有可感应发射线圈与接收线圈位置的接近式传感器，接近式传感器根据发射线圈与接收线圈距离形成感应信号，接近式传感器连接有发射端MCU，以接收接近式传感器形成的感应信号；发射端MCU中包括可接收感应信号和通讯信号的判断模块以及与判断模块电连的控制模块。

Description

无线电能传输系统

技术领域

本实用新型属于电能传输领域，尤其涉及一种利用无线电传输的电能传输系统。

背景技术

无线电能传输是一种通过空间电磁场耦合进行电能传输的技术，其主要优点是不需要插拔，使用简单方便；不会产生电火花，可以在易燃易爆的工业环境中使用；可以在水中进行能量传输，可以应用到海洋装备等水下应用中。无线电能传输系统主要包含两部分：一部分是能量传输，通过电能变换，将电能从发射端无线传输到接收端；另外一部分是通讯信号的传输，主要用于完成发射端与接收设备之间的信息和控制交互，保证整个系统工作的安全性和稳定性。

目前，应用于无线电能传输系统的通信方式主要有两种：

一种是采用载波调制方式，在传输能量的耦合线圈上调制控制信息，并通过调制和解调电路实现发射端与接收端的单向或双向通信。这种方法主要应用于小功率的无线电能传输系统中，采用载波调制的通信控制方式对于基波的幅值比较敏感，当无线电能传输系统的功率或变化范围较大时，这种方法存在较明显的局限性；

另外一种方法是采用单独的无线通信信道，采用射频通信的方式，实现发射端与接收端的双向通信。这种方案由于通信信道独立于能量传输通道，具有控制更灵活，适应功率等级更广等优点，可以应用于大功率的无线电能传输系统中。但是，当采用独立的无线通信信道控制无线电能传输系统时，如果连续快速移走并快速放回接收端设备时，经常会出现烧毁无线电能传输设备的现象。

在连续快速移走并快速放回接收端设备时产生故障的主要原因是：由于射频无线通信系统的有效传输距离(一般为几十厘米到几米)通常都远远大于无线电能传输的工作距离(通常只有几个到十几个厘米)。当接收端设备被快速拿走时，能量传输已经断开，但是无线通信还在有效工作距离内(通常接收端的掉电不会马上进行，而会有一段延迟时间)。在这种情况下，发射端还会继续根据接收端返回的状态信息，继续调大输出增益，导致发射端设备的瞬时励磁电流非常大。当接收端设备又被快速放回时，此时发射端正好处于最大的输出增益，此时通信控制将输出端增益调节到正常水平需要一定的延迟时间，这个过渡过程中接收端和发射端设备就处于瞬时的过压或过流状态，严重时就会导致烧毁设备。

因此，为了提高系统的稳定性和安全性，需要有效的解决上述问题。

发明内容

为了解决以上问题，本实用新型提供了一种无线电能传输系统以及无线电能传输控制方法，该实用新型在无线发射端设置有接近式传感器，实现了无线接收端设备移走或放入的监测，根据无线接收端设备的状态控制和调整发射端设备的工作频率和输出增益，使无线电能传输系统更安全、稳定的工作。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种无线电能传输系统，包括连接于电网的无线发射端，以及可接收无线发射端电能信号的无线接收端，无线发射端包括可传输无线电能的发射线圈，以及可接收通讯信号的通信接收模块；无线接收端外连负载，包括可接收发射线圈中发射电能的接收线圈，以及可将接收线圈输出电能转化为通讯信号传输至通信接收模块的通信发射模块，无线发射端还包括发射端整流滤波电路，发射端整流滤波电路的输出端连接有逆变电路，发射线圈连接逆变电路的输出端，发射线圈内设有可感应发射线圈与接收线圈距离的接近式传感器，接近式传感器根据发射线圈与接收线圈距离形成感应信号，发射线圈连接有发射端MCU，以接收接近式传感器形成的感应信号；发射端MCU电连通信接收模块的输出端，以接收通信接收模块中的通讯信号，发射端MCU电连逆变电路的输入端，以控制逆变电路中转换的交流电频率；发射端MCU中包括可接收感应信号和通讯信号的判断模块以及与判断模块电连的控制模块，判断模块根据感应信号判断无线接收端是否在工作区域内，如在工作区域内，则将通讯信号转化为判断信号发送至控制模块，控制模块根据该判断信号转化为控制信号控制无线发射端的工作频率；如不在工作区域，则判断模块内形成复位判断信号，并将该复位判断信号发送至控制模块，控制模块根据该复位判断信号转化为控制信号控制无线发射端处于待机状态。

作为本实用新型的进一步优化，接收线圈内置有可增强接近式传感器感应强度的感应物。

作为本实用新型的进一步优化，无线接收端的接收线圈连接有整流滤波电路，整流滤波电路的输出端连接输出电压采样电路，以采集整流滤波电路整流后的输出电压，输出电压采样电路的输出端连接接收端MCU，接收端MCU连接通信发射模块，以将转换后的数字信号传输至通信发射模块形成通讯信号。

作为本实用新型的进一步优化，无线接收端的整流滤波电路的输出端连接有可输出恒定电压的稳压电路，稳压电路的输出端连接负载。

作为本实用新型的进一步优化，接近式传感器设置于可避免电磁场干扰的发射线圈中心处。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果在于：

1、本实用新型的无线电能传输系统，能够实时监测无线接收端设备移走或放入，并将该感应信号传输至发射端MCU中，发射端MCU根据感应信号和通信信号控制和调整发射端设备的工作频率和输出增益，使无线电能传输系统更安全、稳定的工作。

2、本实用新型的无线电能传输系统，发射端MCU中具有判断模块，进而根据判断模块形成的控制信号控制无线发射端的工作频率，具有智能化的特点；

3、本实用新型的无线电能传输控制方法，当无线接收端与无线发射端不在工作区域中时，可使无线发射端处于待机状态，更节能，同时，在无线发射端与无线接收端进入至工作区域时，可根据预设频率工作，不会导致无线接收端和无线发射端设备处于瞬时的过压或过流状态，保护了设备。

附图说明

图1为本实用新型无线电能传输系统的示意图；

图2为本实用新型无线电能传输控制方法的流程图。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本实用新型进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

参见图1，是本实用新型中无线电能传输系统的示意图。如图1所示，本实用新型的无线电能传输系统，包括连接于电网的无线发射端，以及可接收无线发射端电能信号的无线接收端，无线发射端包括可传输无线电能的发射线圈，以及可接收通讯信号的通信接收模块。无线接收端外连负载，包括可接收发射线圈中发射电能的接收线圈，以及可将接收线圈输出电能转化为通讯信号传输至通信接收模块的通信发射模块，通过上述发射线圈与接收线圈的设置，可实现无线电能的传输，该处的接收线圈通过磁场耦合拾取发射线圈的能量；而上述通信发射模块与通信接收模块的设置，实现了无线发送端与无线接收端之间的通讯传输，通讯传输的建立有利于无线发射端根据无线接收端负载的需求而适时改变。

继续参见图1，无线发射端还包括可将电网中传输的交流电整流形成直流电的发射端整流滤波电路，发射端整流滤波电路的输出端连接有可将直流电转换为交流电的逆变电路，发射线圈连接逆变电路的输出端，发射线圈内设有可感应发射线圈与接收线圈距离的接近式传感器，接近式传感器根据发射线圈与接收线圈距离形成感应信号，发射线圈连接有发射端MCU，以接收接近式传感器形成的感应信号；发射端MCU电连通信接收模块的输出端，以接收通信接收模块中的通讯信号，发射端MCU电连逆变电路的输入端，以控制逆变电路中转换的交流电频率；发射端MCU中包括可接收感应信号和通讯信号的判断模块以及与判断模块电连的控制模块，判断模块根据感应信号判断无线接收端是否在工作区域内，如在工作区域内，则将通讯信号转化为判断信号发送至控制模块，控制模块根据该判断信号转化为控制信号控制无线发射端的工作频率；如不在工作区域，则判断模块内形成复位判断信号，并将该复位判断信号发送至控制模块，控制模块根据该复位判断信号转化为控制信号控制无线发射端处于待机状态。

另外，发射端MCU与逆变电路之间连接有驱动电路，以将控制模块中形成的控制信号通过驱动电路控制逆变电路。

需要说明的是，本实用新型中所述的工作区域是以发送线圈为中心，在适当的垂直工作距离和水平偏移条件下，并且保证系统效率及安全可靠工作的最大工作区域。

另外，上述的接近式传感器为能感知无线接收端移走或进入状态，如霍尔磁场传感器、GMR巨磁阻传感器、红外传感器等。另外，为了使接近式传感器的感应强度更好，接收线圈上可放置有增强接近式传感器传感效果的感应物。举例说明，如永磁体、铁磁性金属、视觉标记等。

同时，本实用新型中在无线发射端以及无线接收端均设置有电能转换电路。具体说明：无线接收端的接收线圈连接有整流滤波电路，整流滤波电路的输出端连接输出电压采样电路，以采集整流滤波电路整流后的输出电压，输出电压采样电路的输出端连接接收端MCU，接收端MCU连接通信发射模块，以将转换后的数字信号传输至通信发射模块形成通讯信号。

无线接收端外连负载，该负载可为充电负载或供电负载，一般在为负载供电时，都需要输出稳定电压，因此，无线接收端的整流滤波电路的输出端连接有可输出恒定电压的稳压电路，稳压电路的输出端连接负载。

优选的实施例，本实用新型中的发射线圈可在中间设置有通孔，该通孔处电磁场干扰较弱，接近式传感器可设置于可避免电磁场干扰的发射线圈中心处。

参见图2，图2是本实用新型无线电能传输控制方法的流程图。如图2所示，本实用新型的无线电能传输控制方法，使用上述无线电能传输系统，包括以下步骤：

S1：启动无线电能传输系统；

S2：无线电能传输系统以待机频率待机，该处的待机频率是指系统能在空载时安全工作的频率；

S3：接近式传感器感应无线发射端与无线接收端的距离形成感应信号，并将感应信号传输至发射端MCU；

S4：接收端MCU根据感应信号判断无线接收端是否进入工作区域，如果接收端MCU判断无线接收端已进入至工作区域，则继续进行S5；否则，返回S3。

通过上述步骤，即可防止在无线接收端移入至无线发射端的工作区域内的初始状态出现瞬时的过压或过流状态，进而烧毁设备。

本实用新型中，还可实现在通讯过程中，无线接收端移入或移出的过流或过压保护，具体的，还包括以下步骤：

S5：将无线电能传输系统的通讯初始化，此时发射线圈根据预设频率工作，该处的通讯初始化是指通信发射模块与通讯接收模块开始传输通讯信号，预设频率是指在使用该无线电能传输系统时设定的初始频率；

S6：接收线圈接收发射线圈传输的电能；

S7：发射线圈输出的电能经整流滤波后传输到接收端MCU通过通信发射模块形成通讯信号，通信接收模块接收该通讯信号，并将该通讯信号发送至发射端MCU；

S8：发射端MCU根据感应信号判断无线接收端是否在工作区域内，如判断无线接收端在工作区域内，则执行S9；否，则执行S10；

S9：发射端MCU根据通讯信号调节无线发射端的工作频率，然后返回执行S6；

S10：停止能量传输并复位无线发射端的工作频率，然后返回执行S2。

通过上述步骤，本实用新型无线电能传输控制方法，能够检测到无线接收端是否移入或移出无线发射端的工作区域，不会导致无线接收端和无线发射端出现瞬态的过压或过流状态，进而导致发射端或接收端设备的烧毁。

Claims (5)

1.一种无线电能传输系统，包括连接于电网的无线发射端，以及可接收无线发射端电能的无线接收端，无线发射端包括可传输无线电能的发射线圈，以及可接收通讯信号的通信接收模块；无线接收端外连负载，包括可接收发射线圈中发射电能的接收线圈，以及可将接收线圈输出电能转化为通讯信号传输至通信接收模块的通信发射模块，其特征在于：

无线发射端还包括发射端整流滤波电路，发射端整流滤波电路的输出端连接有逆变电路，发射线圈连接逆变电路的输出端，发射线圈内设有可感应发射线圈与接收线圈位置的接近式传感器，接近式传感器根据发射线圈与接收线圈距离形成感应信号，接近式传感器连接有发射端MCU，以接收接近式传感器形成的感应信号；发射端MCU电连通信接收模块的输出端，以接收通信接收模块中的通讯信号，发射端MCU电连逆变电路的控制端，以控制逆变电路中转换的高频交流电频率；

发射端MCU中包括可接收感应信号和通讯信号的判断模块以及与判断模块电连的控制模块。

2.根据权利要求1所述无线电能传输系统，其特征在于：接收线圈内置有可增强接近式传感器感应强度的感应物。

3.根据权利要求1或2所述无线电能传输系统，其特征在于：无线接收端的接收线圈连接有整流滤波电路，整流滤波电路的输出端连接输出电压采样电路，以采集整流滤波电路整流后的输出电压，输出电压采样电路的输出端连接接收端MCU，接收端MCU连接通信发射模块，以将转换后的数字信号传输至通信发射模块形成通讯信号。

4.根据权利要求3所述无线电能传输系统，其特征在于：无线接收端的整流滤波电路的输出端连接有可输出恒定电压的稳压电路，稳压电路的输出端连接负载。

5.根据权利要求1或2或4所述无线电能传输系统，其特征在于：接近式传感器设置于可避免电磁场干扰的发射线圈中心处。