[实用新型]一种新型磁耦合谐振式无线电能传输装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种新型磁耦合谐振式无线电能传输装置。特别是涉及一种具有高鲁棒性、高可靠性、智能化的一种新型磁耦合谐振式无线电能传输装置。

背景技术

自从1840年发现利用电磁感应现象及导线可以传输电能至今，电能的传输主要是由导线直接接触进行传输的。电工设备的充电一般是通过插头和插座来进行，但是在进行大功率充电时，这种充电方式存在高压触电的危险。且由于存在摩擦和磨损，系统的安全性、可靠性及使用寿命较低，特别是在化工、采矿等一些易燃、易爆领域，极易引发大的事故。新型无接触电能传输系统采用电磁感应原理、电力电子技术以及控制理论相结合，实现了电能的无线传输，完全克服了以上限制。

根据电能传输原理，无线电能传输大致上可以分为三类：第一类是变压器原理的直接耦合式，这种方式功率虽然较大，但是仅适于近距离；第二类电波无线能量传输技术，直接利用电磁波能量可以通过天线发射和接收的原理，这种方式虽然实现了长距离和大功率能量的传输，但是能量传输受方向限制，也不能绕过障碍物，并且损耗较大，对人体和其它生物都有严重伤害；第三类是非辐射耦合谐振方式，该技术可以在有障碍物的情况下传输，传输距离也比较远，传输功率也较大，而且对人体没有伤害。

综上所述，第三种电能传输方式有着很大的开发潜力，它的出现进一步扩大了无线电能传输技术的应用目标和领域。毫无疑问，这种传能模式必将成为无线电能传输一个新的发展方向。目前磁耦合谐振式电能传输技术的研究尚处于起步阶段，主要集中在系统性能的提高和特殊场合应用研究。

在无线电能传输过程中，受到外界障碍物(如导磁性物体等)、接收端负载和电路工作温度变化、传输距离发生变化或角度发生偏移等各方面的影响很容易使谐振频率发生变化，即失调，失调发生时效率会大幅下降。因此提高无线电能传输系统共振频率的鲁棒性是该技术进一步推广的关键。

本实用新型旨在克服了传统上导线对电能传输的束缚性，设计了一种具有高鲁棒性、高可靠性、智能化的一种新型磁耦合谐振式无线电能传输装置。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提出了一种新型磁耦合谐振式无线电能传输装置，该装置具有高鲁棒性、高可靠性、智能化的特点。

本实用新型所采用的技术方案是：一种新型磁耦合谐振式无线电能传输装置，包括频率跟踪自适应控制系统可接收功放功率和负载功率并计算系统效率，然后根据功率和效率判断信号源的输出频率，其特征在于，还设置有：射频功放系统将频率跟踪自适应控制系统的信号源进行功率放大，功放功率检测系统用于检测功放输出功率，磁发射系统将高频电能量转变成磁能量，磁接收系统接收磁能量并将其转变成电能量，整流调压系统将磁接收系统接收到的电能先整流而后调压供给负载，负载功率检测系统检测负载吸收的功率。

所述的频率跟踪自适应控制系统是无线电能传输的核心部分之一，包括无线通信电路、DSP核心控制电路和DDS电路。无线通信电路用于无线接收负载功率信号；DSP核心控制电路根据可根据接收到的攻放功率和负载功率计算出传能效率，然后根据最佳功率和效率调节DDS电路使其产生所需频率的信号源。

所述的射频功放系统由四个MOSFET芯片组成的E类功放，其输入和输出阻抗均为50欧姆。

所述的功放功率检测系统由射频功率检测模块检测功放的功率将其变成模拟信号，该模拟信号在经过AD变换成数字信号发送到频率跟踪自适应控制系统。

所述的磁发射系统由单匝激发线圈和多匝耦合线圈组成。单匝激发线圈与射频功放系统的输出连接，由射频功放电路产生的高频交流电压提供能量产生交变高频磁场。该高频磁场与多匝耦合线圈通过直接耦合使其产生更大强度的磁场发射出去。

所述的磁接收系统由多匝耦合线圈和负载线圈组成，接收线圈的多匝耦合线圈与发射线圈的多匝耦合线圈具有相同的谐振频率，通过谐振强耦合方式实现电磁能量的相互转换。负载线圈是一个单匝线圈，该线圈与接收线圈的多匝耦合线圈是通过直接耦合方式取能。

所述的整流调压系统由整流和调压两部分，整流部分利用肖特基二极管组成的桥式电路将交流电能变成直流，同时加一滤波电路滤除高次谐波；调压部分由DC/DC电路组成将电压进行调整达到负载所需电压。

所述的负载功率检测系统由负载功率检测电路、单片机控制电路、无线通信电路组成。负载功率检测电路检测到的功率信号经过AD变换送至单片机控制电路，单片机将功率信号以无线方式通过无线通信电路发射给频率跟踪自适应控制系统的无线通信电路。