WO2014176880A1 - 基于谐振线圈阵列的无线电能传输系统及其控制方法 - Google Patents

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李聃
张从鹏
董秀莲
孙伟
刘宝
刁德鹏
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Haier Group Corp
Haier Group Technology Research and Development Center
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; 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
    • H02J50/40—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using two or more transmitting or receiving devices
    • H02J50/402—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using two or more transmitting or receiving devices the two or more transmitting or the two or more receiving devices being integrated in the same unit, e.g. power mats with several coils or antennas with several sub-antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; 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

Definitions

  • Radio energy transmission system based on resonant coil array and control method thereof The patent application is filed on April 28, 2013, and the application number is 201310157224.9.
  • the applicant is Haier Group Technology R&D Center and Haier Group Corporation, and the invention name is "Resonance Based on Resonance”.
  • the priority of the Chinese patent application of the present invention is incorporated herein by reference.
  • the present invention relates to the field of radio energy transmission, and in particular to a radio energy transmission system based on a resonant coil array and a control method thereof.
  • the object of the present invention is to provide a wireless energy transmission system based on a resonant coil array and a control method thereof, which can reduce the hardware design complexity and stability of a wireless energy transmission system with a one-to-multiple receiving end load. This expands the number of loads that can be simultaneously charged, improving system scalability.
  • An aspect of the present invention provides a radio energy transmission system based on a resonant coil array, including a transmitter and a plurality of receiving end loads, wherein a plurality of resonant units in the transmitter are arranged in an array, and are respectively provided and a plurality of row lines and column lines corresponding to the number of rows and columns of the array; each row line simultaneously connects the same row of resonant units in the array, and each column line simultaneously connects the same column of resonant units in the array; The other ends of the line and the column line are respectively connected to corresponding pins of the transmitter MCU; wherein each resonance unit comprises a resonance coil and a delay switch; and one end of the resonance coil is connected to the column line, and the other end is connected to the delay On the switch, the other end of the delay switch is connected to the line;
  • the transmitter MCU controls the closing or opening of the delay switch of the resonant unit through the row and column lines.
  • the time delay switch When the time delay switch is closed, the corresponding resonant coil is incorporated into the inverter circuit, and the inverter circuit performs the resonant coil.
  • Charging the resonating unit is activated; when the delay switch is turned on, the corresponding resonant coil is disconnected from the inverter circuit; thereby generating a varying magnetic field around the transmitter, the plurality of receiving end load picking circuits are The changed magnetic field picks up energy and is rectified to supply power to the receiving end load.
  • each of the resonating units is respectively disposed at each intersection of the row line and the column line.
  • the number of rows and the number of columns of the array are equal, and the number of the corresponding row lines and the column lines are equal, and the number of the resonance units is less than or equal to the product of the number of the row lines and the number of the column lines.
  • the transmitter MCU controls the closing or opening of the delay switch of the resonant unit through the row and column lines, specifically: the transmitter MCU controls the i-vibration unit through the level of the row and column lines.
  • the delay switch is closed or opened,
  • the transmitter MCU controls the delay switch of the resonant unit to be closed, so that the resonant coil of the resonant unit is incorporated into the inverter circuit;
  • the delay switch of the transmitter MCU controlling the resonant unit is turned on, so that the resonant coil of the resonant unit is disconnected from the inverter circuit.
  • the row lines are all low level, and the column lines are all high level.
  • a second aspect of the present invention provides a control method of a radio energy transmission system based on a resonant line array, comprising:
  • the transmitter MCU sets a row line of the resonant unit to be activated connected to the column line to a high level according to the column strobe signal, and controls a delay switch of the corresponding resonant unit to be closed, and the resonant unit is activated;
  • the column line is restored to a high level, the corresponding row line is restored to a low level, an open signal is sent to the delay switch to determine whether all of the column lines are scanned, and if not, return to step S2;
  • the plurality of resonating units in the transmitter are arranged in an array, and a plurality of row lines and column lines respectively corresponding to the number of rows and columns of the array are set; each row line is simultaneously connected to the same row in the array Resonant unit, each column line is simultaneously connected to the same column of resonant units in the array; meanwhile, the other ends of the row and column lines are respectively connected to corresponding pins of the transmitter MCU; wherein each resonant unit comprises a resonant coil And a delay switch; and one end of the resonant coil is connected to the column line, the other end is connected to the delay switch, and the other end of the delay switch is connected to the line.
  • the time interval is less than or equal to the delay of the delay switch.
  • the number of the row lines and the column lines are equal, and the number of the resonance units is less than or equal to the product of the number of the row lines and the number of the column lines.
  • a third aspect of the present invention provides a control method of a radio energy transmission system based on a resonant coil array, including:
  • Ll initialize the system, set all the row lines in the transmitter to a low level, and all the column lines are set to a high level;
  • the transmitter MCU sets a column line of the resonant unit to be activated connected to the row line to a low level according to the row strobe signal, and controls a delay switch of the corresponding resonant unit to be closed, and the resonant unit is activated;
  • step L4 the row line is restored to a low level, the corresponding column line returns to a high level, and an open signal is sent to the corresponding delay switch to judge whether all the line lines are scanned, and if not, return to step L2, and if so, enter the next step; L5, starting a new round of scanning at preset time intervals;
  • the plurality of resonating units in the transmitter are arranged in an array, and a plurality of row lines and column lines respectively corresponding to the number of rows and columns of the array are set; each row line is simultaneously connected to the same row in the array Resonant unit, each column line is simultaneously connected to the same column of resonant units in the array; meanwhile, the other ends of the row and column lines are respectively connected to corresponding pins of the transmitter MCU; wherein each resonant unit comprises a resonant coil And a delay switch; and one end of the resonant coil is connected to the column line, the other end is connected to the delay switch, and the other end of the delay switch is connected to the line.
  • the time interval is less than or equal to the delay of the delay switch
  • the number of the row lines and the column lines are equal, and the number of the resonance units is less than or equal to the product of the number of the row lines and the number of the column lines.
  • all the resonant coils of the transmitter are arranged in an array of n rows and n columns, correspondingly setting n row lines and n column lines connecting the MCU pins of the transmitter, and each resonant coil passes a delay switch.
  • Figure 1 is a schematic illustration of an embodiment of a resonant coil array based radio energy transmission system of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of an embodiment of a transmitter of a resonant coil array based radio energy transmission system of the present invention.
  • Figure 3 is a flow chart showing an embodiment of a control method of a resonant coil array based radio energy transmission system of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram of a control method of a wireless energy transmission system based on a resonant coil array of the present invention. Schematic diagram of the implementation of the embodiment.
  • Figure 5 is a flow chart showing still another embodiment of a control method of a resonant coil array based radio energy transmission system of the present invention.
  • Fig. 6 is a view showing the execution of still another embodiment of a control method of a resonant energy coil system based radio energy transmission system according to the present invention.
  • the radio energy transmission system includes a transmitter 100 and a plurality of receivers 200, wherein the transmitter 100 includes: an inverter circuit, and an inverter circuit is connected.
  • MCU10 a plurality of resonating units 20 arranged in an array, and a plurality of row lines 30 and column lines 40 respectively corresponding to the number of rows and columns of the array; and each row line 30 is simultaneously connected in the same array a plurality of resonating units 20 in a row, each of the column lines 40 simultaneously connecting a plurality of resonating units 20 in the same column of the array, and the other ends of the row lines 30 and the column lines 40 are respectively connected to corresponding pins of the transmitter MCU;
  • the resonant unit 20 includes a resonant coil 21 and a delay switch 22, and one end of the resonant coil is connected to the column line, the other end is connected to the delay switch, and the other end of the delay switch is connected to the row line. .
  • the operating principle of the system is: when the delay switch 22 is closed, the corresponding resonant unit 20 is incorporated into the inverter circuit, and the inverter circuit charges the resonant coil of the resonant unit, and the resonant unit is activated; When the delay switch 22 is turned on, the corresponding resonating unit 20 is disconnected from the inverter circuit; the transmitter MCU controls the closing or opening of the delay switch of the plurality of resonating units through the row and column lines, so that the transmitting A varying magnetic field is generated around the device 100, and the pickup circuit of the plurality of receiving end loads 200 picks up energy from the changed magnetic field and rectifies and supplies power to the receiving end load.
  • each of the resonating units 20 is respectively disposed at each intersection of the row line 30 and the column line 40, so that the wiring of the transmitting end is more standardized, which is convenient for later management and maintenance.
  • the number of the resonance units is less than or equal to a product of the number of the row lines and the number of the column lines.
  • the number of rows and the number of columns of the array of the plurality of resonant units are equal, and the number of the corresponding row lines and the column lines are equal, that is, the number of the resonant units is less than or equal to the number of the row lines.
  • Flat Square or the square of the number of column lines Take the 3x3 dot matrix as an example (the actual use will be much larger than this).
  • the 3x3 array corresponds to 3 row lines and 3 column lines. Up to 9 resonant units can be set, and each resonant unit is placed at the intersection of the row and column lines.
  • the transmitter MCU controls the closing or opening of the delay switch of the plurality of resonating units through the row and column lines, so that the resonating unit is incorporated into the inverter circuit, specifically: the transmitter MCU is based on the resonating unit Selecting the feedback of the circuit (by sensing the voltage change across the capacitor or the coil) to obtain the levels on the row and column lines, and controlling the closing or opening of the delay switch according to the levels on the row and column lines .
  • the delay switch of the resonant unit when the row line connected to the resonant unit is at a high level and the column line is at a low level, the delay switch of the resonant unit is controlled to be closed, so that the resonant unit is incorporated into the inverter circuit; Recharging the resonant line ⁇ of the resonant unit, the resonant unit is activated; when the row line connected to the resonant unit is at a low level and the column line is at a high level, controlling the delay switch of the resonant unit to open, causing the resonance The unit is disconnected from the inverter circuit, and the inverter circuit stops charging the resonant coil of the resonance unit.
  • the row lines are all low level, and the column lines are all high level. Due to the delay of the delay switch in the operation of the system according to the embodiment, the dynamic scanning principle is adopted, and the control of the n 2 resonance unit through the n row lines and the n column lines can be realized.
  • the plurality of resonant coils of the transmitter are arranged in an array of n rows and n columns, and n row lines and n column lines are correspondingly arranged, one end of each coil is connected to the column line, and the other end is connected.
  • the other end of the delay switch is connected to the row line, and when the row line is high and the column line is low, the resonant coil is closed to the inverter circuit for charging.
  • only 2n GPIO pins of the MCU can be used to control n 2 resonant coils, which reduces the number of components when reaching the same technical effect, and can increase the number of resonant coils and increase the emission under the same resources.
  • the present invention further provides an embodiment of a control method of a resonant coil array-based radio energy transmission system, the control method including The following steps S10-S50. S10.
  • S20 Scan the column line in turn, and set the currently scanned column line to a low level, and send a column strobe signal corresponding to the low level column line.
  • the column strobe signal indicates the column in which the currently activatable resonant unit is located. That is, scanning is performed based on the columns of the resonant cell array.
  • the transmitter MCU sets a row line of the resonant unit to be activated connected to the column line to a high level according to the column strobe signal, and controls a delay switch of the corresponding resonant unit to be closed, and the resonant unit is activated.
  • the transmitter MCU controls the delay switch of the resonance unit to be closed, so that the resonance unit is incorporated into the inverter circuit.
  • the row line connected to the resonant unit is low level, and when the column line is high level, the transmitter MCU controls the delay switch of the resonant unit to be closed, and the conversion belongs to the situation in the present embodiment. Equal replacement.
  • step S40 The column line is restored to a high level, and the corresponding row line is restored to a low level, and an open signal is sent to the corresponding delay switch to determine whether all the column lines are scanned. If not, the process returns to step S20.
  • the time interval is less than or equal to the delay of the delay switch
  • the number of the row lines and the column lines are equal
  • the number of the resonance units is less than or equal to the number of the row lines and the column.
  • the product of the number of lines, i.e., the number of said resonant units is less than or equal to the square of the number of said line lines.
  • the present invention further provides another embodiment of the control method of the resonant coil array-based radio energy transmission system, including the following steps L10-L50.
  • L10 initialize, set all row lines low, and all column lines are set high.
  • the transmitter MCU controls the delay switch of the resonant unit to be closed, so that the resonant unit is incorporated into the inverter circuit, that is, At initialization, the resonant units in the transmitter are all in an inactive state.
  • L20 Scan the row line in turn, and set the currently scanned row line to a high level, and send a line strobe signal corresponding to the high level line. That is, scanning is performed based on the rows of the resonant cell array.
  • the transmitter MCU sets a column line of the resonant unit to be activated connected to the row line to a low level according to the row strobe signal, and controls a delay switch of the corresponding resonant unit to be closed, and the resonant unit is activated.
  • the row line connected to the resonant unit is low level, and when the column line is high level, the transmitter MCU controls the delay switch of the resonant unit to be closed, and the conversion belongs to the situation in the present embodiment. Equal replacement.
  • the line line is restored to a low level, the corresponding column line returns to a high level, and an open signal is sent to the corresponding delay switch to judge whether all the line lines are scanned, and if not, return to step L20, and if yes, enter the next step.
  • the time interval is less than or equal to the delay of the delay switch
  • the number of the row lines and the column lines are equal
  • the number of the resonance units is less than or equal to the number of the row lines and the column.
  • the product of the number of lines that is, the square of the number of lines.
  • only 2 2 GPIO pins of the MCU can control n 2 resonant coils, reduce the number of components, increase the number of coils on the same resource basis, and increase the coverage area of the transmitting board;
  • the delay effect of the switch avoids the energy oscillation loss caused by frequent scanning of the gate coil;
  • the structural design of the embodiment of the invention is simple, the wiring mode is clear, and the later tube is convenient. Management and maintenance.

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Abstract

提供了一种基于谐振线圏阵列的无线电能传输系统及其控制方法。该系统包括一个发射器（100）和多个接收端负载（200），该发射器的多个谐振单元（20）排列成阵列，对应地设置多条行线（30）和列线（40），数量分别与阵列的行数和列数对应；并且每条行线同时连接阵列中同一行的多个谐振单元，每条列线同时连接阵列中同一列的多个谐振单元，行线和列线的另一端分别连接发射器MCU（10）对应引脚；谐振单元包含一谐振线圏（21）和一延时开关（22）；通过控制延时开关的闭合或打开在发射器产生变化的磁场，多个接收端负载从变化的磁场中拾取能量。该系统及其控制方法降低了器件数量，避免了频繁扫描选通所造成的能量震荡损失。

Description

基于谐振线圈阵列的无线电能传输系统及其控制方法 本专利申请要求于 2013年 04月 28日提交的， 申请号为 201310157224.9, 申请人为海尔集团技术研发中心、 海尔集团公司， 发明名称为 "基于谐振线圈 阵列的无线电能传输系统及其控制方法" 的中国专利申请的优先权， 该申请的 全文以引用的方式并入本申请中。
技术领域
本发明涉及无线电能传输领域， 尤其涉及一种基于谐振线圈阵列的无线电 能传输系统及其控制方法。
背景技术
基于感应耦合电能传输技术的无线电能传输系统， 大部分仅能进行一对一 的充电， 即一个发射器同一时间只能对一个接收端负载进行充电， 限制性大， 无法满足对多个负载设备同时充电的需求。
而现有的少数能同时对多个接收端负载设备进行充电的无线电能传输系 统， 其无线电能发射器的发射板， 对每个发射器谐振单元（谐振线圈）都需要 一路控制信号控制其开闭。 因此数十个谐振单元的发射板， 对应的需要上百个 MCU GPIO ( General Purpose Input Output , 通用输入 /输出）管脚， 结构设 计复杂， 布线繁瑣。 当发射器谐振线圈数量庞大， 达到近百个发射谐振线圈时， 对应地则需要大量的 MCU资源， 甚至超出现有 MCU的承受能力， 系统扩展性差。 可见， 由于 MCU 资源的限制， 现有技术无法将发射板的面积做的更大， 进而制 约了一对多接收端负载的无线电能传输系统可同时充电的负载数量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于谐振线圈阵列的无线电能传输系统及其控 制方法， 以降低一对多接收端负载的无线电能传输系统的硬件设计复杂度和成 本， 扩充可同时充电的负载数量， 提高系统的扩展性。
为达此目的， 本发明采用以下技术方案：
本发明一方面提供了一种基于谐振线圈阵列的无线电能传输系统， 包括一 个发射器和多个接收端负载， 所述发射器中的多个谐振单元排列成阵列， 并设 置了分别与所述阵列的行数和列数对应的多条行线和列线； 每条行线同时连接 阵列中同一行的谐振单元， 每条列线同时连接阵列中同一列的谐振单元； 同时， 所述行线和列线的另一端分别连接发射器 MCU的对应引脚； 其中， 每个谐振单 元包含一个谐振线圈和一个延时开关； 且谐振线圈的一端接在列线上， 另一端 接在延时开关上， 延时开关的另一端接在行线上；
发射器 MCU通过所述行线和列线控制谐振单元的延时开关的闭合或打开， 当所述延时开关闭合时， 对应的谐振线圈并入逆变电路， 逆变电路对该谐振线 圈进行充电， 该谐振单元被激活； 当所述延时开关打开时， 对应的谐振线圈与 逆变电路断开； 由此在发射器四周产生变化的磁场， 所述多个接收端负载的拾 取电路从所述变化的磁场中拾取能量， 经整流后为接收端负载供电。
其中， 每个谐振单元分别设置在所述行线与所述列线的各个交叉点处。 其中， 所述阵列的行数和列数相等， 对应的所述行线和所述列线的数量相 等， 所述谐振单元的数量小于等于所述行线数量与所述列线数量的乘积。
其中， 所述发射器 MCU通过所述行线和列线控制谐振单元的延时开关的闭 合或打开， 具体为： 发射器 MCU通过所述行线和列线上的电平控制 i皆振单元的 延时开关的闭合或打开，
当谐振单元连接的行线为高电平， 列线为低电平时， 发射器 MCU控制该谐 振单元的延时开关闭合， 使该谐振单元的谐振线圈并入逆变电路；
当谐振单元连接的行线为低电平， 列线为高电平时， 发射器 MCU控制该谐 振单元的延时开关打开， 使该谐振单元的谐振线圈与逆变电路断开。
其中， 初始化系统时， 所述行线均为低电平， 所述列线均为高电平。
本发明第二方面提供了一种基于谐振线圏阵列的无线电能传输系统的控制 方法， 包括：
Sl、 初始化系统， 将发射器中的所有行线置为低电平， 所有列线置为高电 平；
52、 依次扫描所述列线， 并将当前扫描到的列线置低电平， 送出低电平列 线对应的列选通信号；
53、 发射器 MCU根据所述列选通信号， 将与该列线连接的、 需激活的谐振 单元的行线置高电平， 控制对应谐振单元的延时开关闭合， 该谐振单元被激活；
54、 将该列线恢复高电平， 对应的行线恢复低电平， 向所述延时开关发出 打开的信号， 判断所有列线是否扫描完， 若否， 则返回步骤 S2;
55、 按预设的时间间隔开始新一轮的扫描；
其中， 所述发射器中的多个谐振单元排列成阵列， 并设置了分别与所述阵 列的行数和列数对应的多条行线和列线； 每条行线同时连接阵列中同一行的谐 振单元， 每条列线同时连接阵列中同一列的谐振单元； 同时， 所述行线和列线 的另一端分别连接发射器 MCU 的对应引脚； 其中， 每个谐振单元包含一个谐振 线圈和一个延时开关； 且谐振线圈的一端接在列线上， 另一端接在延时开关上， 延时开关的另一端接在行线上。
其中， 所述时间间隔小于等于所述延时开关的延时。
其中， 所述行线和所述列线的数量相等， 所述谐振单元的数量小于等于所 述行线数量与所述列线数量的乘积。
本发明第三方面提供了一种基于谐振线圈阵列的无线电能传输系统的控制 方法， 包括：
Ll、 初始化系统， 将发射器中的所有行线置为低电平， 所有列线置为高电 平；
L2、 依次扫描所述行线， 并将当前扫描到的行线置高电平， 送出高电平行 线对应的行选通信号；
L3、 发射器 MCU根据所述行选通信号， 将与该行线连接的、 需激活的谐振 单元的列线置低电平， 控制对应谐振单元的延时开关闭合， 该谐振单元被激活；
L4、 将该行线恢复低电平， 对应的列线恢复高电平， 向对应延时开关发出 打开的信号， 判断所有行线是否扫描完， 若否， 则返回步骤 L2 , 若是， 进入下 一步； L5、 按预设的时间间隔开始新一轮的扫描；
其中， 所述发射器中的多个谐振单元排列成阵列， 并设置了分别与所述阵 列的行数和列数对应的多条行线和列线； 每条行线同时连接阵列中同一行的谐 振单元， 每条列线同时连接阵列中同一列的谐振单元； 同时， 所述行线和列线 的另一端分别连接发射器 MCU 的对应引脚； 其中， 每个谐振单元包含一个谐振 线圈和一个延时开关； 且谐振线圈的一端接在列线上， 另一端接在延时开关上， 延时开关的另一端接在行线上。
其中， 所述时间间隔小于等于所述延时开关的延时；
所述行线和所述列线的数量相等， 所述谐振单元的数量小于等于所述行线 数量与所述列线数量的乘积。
实施本发明实施例， 具有如下有益效果：
本发明实施例通过将发射器的所有谐振线圈按照 n行 n列的阵列方式排列， 对应设置连接发射器 MCU管脚的 n根行线和 n根列线， 每个谐振线圈通过一个 延时开关与一根行线和一根列线接通为一个回路， 因此， 只需 MCU的 2n个 GPI0 Pin 即可控制 n2个谐振线圏， 降低器件数量， 相同资源基础上增多线圏数量， 实现发射板覆盖面积增大； 而且， 通过延时开关的延时效应， 避免了频繁扫描 选通线圈造成的能量震荡损失； 本发明结构设计简单， 布线方式明了， 便于后 期管理和维护。
附图说明
图 1 是本发明一种基于谐振线圈阵列的无线电能传输系统的一实施方式的 示意图。
图 2是本发明一种基于谐振线圈阵列的无线电能传输系统的发射器的一实 施方式的示意图。
图 3是本发明一种基于谐振线圈阵列的无线电能传输系统的控制方法的一 实施方式的流程图。
图 4是本发明一种基于谐振线圈阵列的无线电能传输系统的控制方法的一 实施方式的执行示意图。
图 5是本发明一种基于谐振线圈阵列的无线电能传输系统的控制方法的又 一实施方式的流程图。
图 6是本发明一种基于谐振线圈阵列的无线电能传输系统的控制方法的又 一实施方式的执行示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
请参见图 1 和图 2, 本实施例中， 所述无线电能传输系统包括一个发射器 100和多个接收端负栽 200, 其中， 所述发射器 100 包含:逆变电路， 连接逆变 电路的 MCU10, 排列成阵列的多个谐振单元 20, 以及与所述阵列的行数和列数 分别对应的多条行线 30和列线 40; 并且， 每条行线 30同时连接位于阵列中同 一行的多个谐振单元 20,每条列线 40同时连接位于所述阵列中同一列的多个谐 振单元 20， 所述行线 30和列线 40的另一端分别连接发射器 MCU对应引脚； 其 中， 所述谐振单元 20包含一个谐振线圈 21和一个延时开关 22 , 且谐振线圈的 一端接在列线上， 另一端接在延时开关上， 延时开关的另一端接在行线上。
所述系统的工作原理为： 当所述延时开关 22 闭合时， 对应的谐振单元 20 并入逆变电路， 逆变电路对该谐振单元的谐振线圈进行充电， 该谐振单元被激 活； 当所述延时开关 22打开时， 对应的谐振单元 20与逆变电路断开； 发射器 MCU通过所述行线和列线控制所述多个谐振单元的延时开关的闭合或打开，使得 在发射器 100四周产生变化的磁场， 所述多个接收端负载 200的拾取电路从所 述变化的磁场中拾取能量， 经整流后为接收端负载供电。
较佳地， 如图 2所示， 所述每个谐振单元 20分别设置在所述行线 30与所 述列线 40的各个交叉点上，使得发送端的布线更加规范，便于后期管理和维护。
较佳地， 所述谐振单元的数量小于等于所述行线数量与所述列线数量的乘 积。 本实施例中， 多个谐振单元组成的阵列的行数和列数相等， 对应的所述行 线和所述列线的数量相等， 即所述谐振单元的数量小于等于所述行线数量的平 方或所述列线数量的平方。 以 3x3点阵为例（实际使用时会远远大于此）。 3x3 阵列对应 3条行线和 3条列线， 最多可设置 9个谐振单元， 且每个谐振单元放 置在行线和列线的交叉点上。
工作时， 发射器 MCU通过行线和列线控制所述多个谐振单元的延时开关的 闭合或打开， 使得对于的谐振单元并入所述逆变电路， 具体为： 发射器 MCU根 据谐振单元选择电路的反馈（通过感应电容或线圈两端电压变化）获得所述行 线和列线上的电平， 根据所述行线和列线上的电平控制所述延时开关的闭合或 打开。 本实施例中为： 当谐振单元连接的行线为高电平， 列线为低电平时， 则 控制该谐振单元的延时开关闭合， 使该谐振单元并入逆变电路； 逆变电路开始 对该谐振单元的谐振线圏进行充电， 该谐振单元被激活； 当谐振单元连接的行 线为低电平， 列线为高电平时， 则控制该谐振单元的延时开关打开， 使该谐振 单元与逆变电路断开， 逆变电路停止对该谐振单元的谐振线圈充电。 由此在发 射器四周产生变化的磁场， 所述多个接收端负载的拾取电路从所述变化的磁场 中拾取能量， 经整流后为接收端负载供电。 本实施例的所述系统初始化时， 所 述行线均为低电平， 所述列线均为高电平。 由于本实施例所述系统工作时配合 延时开关的延时， 采用动态扫描原理， 可实现通过 n条行线和 n条列线的对 n2 谐振单元的控制。
换言之， 本实施例将发射器的多个谐振线圈按照 n行 n列的阵列方式排列， 并对应设置 n根行线和 n根列线， 每个线圈的一端接在列线上， 另一端接在一 个延时开关上， 延时开关的另一端接在行线上， 并在行线为高电平、 列线为低 电平时闭合该谐振线圈到逆变电路上， 进行充电。
本实施例只需 MCU的 2n个 GPIO Pin即可控制 n2个谐振线圈， 为到达同等 的技术效果时降低了器件数量， 在相同资源前提下可增加更多的谐振线圈数 量， 增大了发射板的覆盖面积； 而且， 通过与所述谐振线圈连接的延时开关控 制， 还避免了频繁扫描选通谐振线圈造成的能量震荡损失。
基于上述实施例的基于谐振线圈阵列的无线电能传输系统， 参见图 3 和图 4, 本发明还提供了一种基于谐振线圈阵列的无线电能传输系统的控制方法的实 施例， 所述控制方法包括如下步骤 S10- S50. S10、 初始化所述系统， 将发射器中的所有行线置为低电平， 所有列线置为 高电平； 由于在本实施例中， 当谐振单元连接的行线为高电平， 列线为低电平 时， 发射器 MCU控制该谐振单元的延时开关闭合， 使该谐振单元并入逆变电路， 即初始化时， 所述发射器中的谐振单元均处于未激活状态。
S20、 依次扫描所述列线， 并将当前扫描到的列线置低电平， 送出低电平列 线对应的列选通信号。 所述列选通信号指示了当前可激活谐振单元所在的列。 即基于谐振单元阵列的列进行扫描。
S30、 发射器 MCU根据所述列选通信号， 将与该列线连接的、 需激活的谐振 单元的行线置高电平， 控制对应谐振单元的延时开关闭合， 该谐振单元被激活。
较佳地， 本实施例中当谐振单元连接的行线为高电平， 列线为低电平时， 发射器 MCU控制该谐振单元的延时开关闭合， 使该谐振单元并入逆变电路。 同 理， 也可根据需要设定为当谐振单元连接的行线为低电平， 列线为高电平时， 发射器 MCU控制该谐振单元的延时开关闭合， 该变换属于本实施所述情况的同 等置换。
S40、 将该列线恢复高电平， 对应的行线恢复低电平， 向对应延时开关发出 打开的信号， 判断所有列线是否扫描完， 若否， 则返回步骤 S20。
S50、 按预设的时间间隔开始新一轮的扫描。
本实施例中， 所述时间间隔小于等于所述延时开关的延时， 所述行线和所 述列线的数量相等， 所述谐振单元的数量小于等于所述行线数量与所述列线数 量的乘积， 即所述谐振单元的数量小于等于所述行线数量的平方。
由上述实施例可知， 虽然同一时刻只有一列的谐振单元被激活， 但由于延 时开关的延时效应， 所有被激活过的谐振单元在关闭之前， 都会被下一轮的动 态扫描再次激活， 因此， 可保证所有需工作的谐振单元都保持在激活^！史态； 当 某一谐振单元不再需要工作时， 则在下一轮动态扫描时不激活此谐振单元， 延 时开关正常延时后打开， 此谐振单元与逆变电路断开。 配合延时开关， 釆用周 而复始循环的动态扫描原理， 避免了频繁扫描选通线圈造成的能量震荡损失。
基于上述实施例， 参见图 5和图 6, 本发明还提供了所述基于谐振线圈阵列 的无线电能传输系统的控制方法的另一实施例， 包括如下步骤 L10-L50. L10、 初始化， 将所有行线置为低电平， 所有列线置为高电平。 由于在本实施例中， 当谐振单元连接的行线为高电平， 列线为低电平时， 发射器 MCU控制该谐振单元的延时开关闭合， 使该谐振单元并入逆变电路， 即 初始化时， 所述发射器中的谐振单元均处于未激活状态。
L20、 依次扫描所述行线， 并将当前扫描到的行线置高电平， 送出高电平行 线对应的行选通信号。 即基于谐振单元阵列的行进行扫描。
L30、 发射器 MCU根据所述行选通信号， 将与该行线连接的、 需激活的谐振 单元的列线置低电平， 控制对应谐振单元的延时开关闭合， 该谐振单元被激活。
同理， 也可根据需要设定为当谐振单元连接的行线为低电平， 列线为高电 平时， 发射器 MCU控制该谐振单元的延时开关闭合， 该变换属于本实施所述情 况的同等置换。
L40、 将该行线恢复低电平， 对应的列线恢复高电平， 向对应延时开关发出 打开的信号， 判断所有行线是否扫描完， 若否， 则返回步骤 L20, 若是， 进入下 一步。
L50、 按预设的时间间隔开始新一轮的扫描。
本实施例中， 所述时间间隔小于等于所述延时开关的延时， 所述行线和所 述列线的数量相等， 所述谐振单元的数量小于等于所述行线数量与所述列线数 量的乘积， 即所述行线数量的平方。
由上述实施例可知， 虽然同一时刻只有一行的谐振单元被激活， 但由于延 时开关的延时效应， 所有被激活过的谐振单元在关闭之前， 都会被下一轮的动 态扫描再次激活， 因此， 可保证所有需工作的谐振单元都保持在激活状态； 当 某一谐振单元不再需要工作时， 则在下一轮动态扫描时不激活此谐振单元， 延 时开关正常延时后打开， 此谐振单元与逆变电路断开。 配合延时开关， 采用周 而复始循环的动态扫描原理， 避免了频繁扫描选通线圈造成的能量震荡损失。
通过实施本发明的上述实施例， 只需 MCU的 2n个 GPIO Pin即可控制 n2个 谐振线圈， 降低器件数量， 相同资源基础上增多线圈数量， 实现发射板覆盖面 积增大； 而且， 通过延时开关的延时效应， 避免了频繁扫描选通线圈造成的能 量震荡损失； 此外， 本发明实施例结构设计简单， 布线方式明了， 便于后期管 理和维护。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并不用以限制本发明， 凡在本发 明的精神和原则之内所作的任何修改、 等同替换和改进等， 均应包含在本发明 的保护范围之内。

Claims

杈 利 要 求 书
1、 一种基于谐振线圈阵列的无线电能传输系统， 包括一个发射器和多个接 收端负载， 其特征在于， 所述发射器中的多个谐振单元排列成阵列， 并设置了 分别与所述阵列的行数和列数对应的多条行线和列线； 每条行线同时连接阵列 中同一行的谐振单元， 每条列线同时连接阵列中同一列的谐振单元； 同时， 所 述行线和列线的另一端分别连接发射器 MCU的对应引脚； 其中， 每个谐振单元 包含一个谐振线圈和一个延时开关， 且谐振线圈的一端接在列线上， 另一端接 在延时开关上， 延时开关的另一端接在行线上；
发射器 MCU通过所述行线和列线控制谐振单元的延时开关的闭合或打开， 当所述延时开关闭合时， 对应的谐振单元并入逆变电路， 逆变电路对该谐振单 元的谐振线圈进行充电， 该谐振单元被激活； 当所述延时开关打开时， 对应的 谐振单元与逆变电路断开； 由此在发射器四周产生变化的磁场， 所述多个接收 端负载的拾取电路从所述变化的磁场中拾取能量， 经整流后为接收端负载供电。
2、 根据权利要求 1所述的基于谐振线圈阵列的无线电能传输系统， 其特征 在于， 每个谐振单元分别设置在所述行线与所述列线的各个交叉点处。
3、 根据权利要求 1所述的基于谐振线圈阵列的无线电能传输系统， 其特征 在于， 所述阵列的行数和列数相等， 对应的所述行线和所述列线的数量相等， 所述谐振单元的数量小于等于所述行线数量与所述列线数量的乘积。
4、 根据权利要求 1所述的基于谐振线圈阵列的无线电能传输系统， 其特征 在于， 所述发射器 MCU通过所述行线和列线控制谐振单元的延时开关的闭合或 打开， 具体为： 发射器 MCU通过所述行线和列线上的电平控制谐振单元的延时 开关的闭合或打开，
当谐振单元连接的行线为高电平， 列线为低电平时， 发射器 MCU控制该谐 振单元的延时开关闭合， 使该谐振单元的谐振线圈并入逆变电路；
当谐振单元连接的行线为低电平， 列线为高电平时， 发射器 MCU控制该谐 振单元的延时开关打开， 使该谐振单元的谐振线圈与逆变电路断开。
5、 根据权利要求 4所述的基于谐振线圈阵列的无线电能传输系统， 其特征 在于， 初始化系统时， 所述行线均为 电平， 所述列线均为高电平。
6、 一种基于谐振线圈阵列的无线电能传输系统的控制方法， 其特征在于， 包括：
51、 初始化系统， 将发射器中的所有行线置为低电平， 所有列线置为高电 平；
52、 依次扫描所述列线， 并将当前扫描到的列线置低电平， 送出低电平列 线对应的列选通信号；
53、 发射器 MCU根据所述列选通信号， 将与该列线连接的、 需激活的谐振 单元的行线置高电平， 控制对应谐振单元的延时开关闭合， 该谐振单元被激活；
54、 将该列线恢复高电平， 对应的行线恢复低电平， 向所述延时开关发出 打开的信号， 判断所有列线是否扫描完， 若否， 则返回步骤 S2;
55、 按预设的时间间隔开始新一轮的扫描；
其中， 所述发射器中的多个谐振单元排列成阵列， 并设置了分别与所述阵 列的行数和列数对应的多条行线和列线； 每条行线同时连接阵列中同一行的谐 振单元， 每条列线同时连接阵列中同一列的谐振单元； 同时， 所述行线和列线 的另一端分别连接发射器 MCU 的对应引脚； 其中， 每个谐振单元包含一个谐振 线圈和一个延时开关； 且谐振线圈的一端接在列线上， 另一端接在延时开关上， 延时开关的另一端接在行线上。
7、 根据权利要求 6所述的控制方法， 其特征在于， 所述时间间隔小于等于 所述延时开关的延时。
8、 根据权利要求 6所述的控制方法， 其特征在于， 所述行线和所述列线的 数量相等， 所述谐振单元的数量小于等于所述行线数量与所述列线数量的乘积。
9、 一种基于谐振线圈阵列的无线电能传输系统的控制方法， 其特征在于， 包括：
Ll、 初始化系统， 将发射器中的所有行线置为低电平， 所有列线置为高电 平；
L2、 依次扫描所述行线， 并将当前扫描到的行线置高电平， 送出高电平行 线对应的行选通信号；
L3、 发射器 MCU根据所述行选通信号， 将与该行线连接的、 需激活的谐振 单元的列线置低电平， 控制对应谐振单元的延时开关闭合， 该谐振单元被激活； L4、 将该行线恢复低电平， 对应的列线恢复高电平， 向对应延时开关发出 打开的信号， 判断所有行线是否扫描完， 若否， 则返回步骤 L2 , 若是， 进入下 一步；
L5、 按预设的时间间隔开始新一轮的扫描；
其中， 所述发射器中的多个谐振单元排列成阵列， 并设置了分别与所述阵 列的行数和列数对应的多条行线和列线； 每条行线同时连接阵列中同一行的谐 振单元， 每条列线同时连接阵列中同一列的谐振单元； 同时， 所述行线和列线 的另一端分别连接发射器 MCU的对应引脚； 其中， 每个谐振单元包含一个谐振 线圈和一个延时开关； 且谐振线圈的一端接在列线上， 另一端接在延时开关上， 延时开关的另一端接在行线上。
10、 根据权利要求 9所述的控制方法， 其特征在于，
所述时间间隔小于等于所述延时开关的延时；
所述行线和所述列线的数量相等， 所述谐振单元的数量小于等于所述行线 数量与所述列线数量的乘积。
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