[發明專利]一種無線電能傳輸系統以及控制方法

在審

• 申請號: 201810589923.3
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN108667155A
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發明（設計）人: 楊林
• 申請（專利權）人: 深圳森陽環保材料科技有限公司
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H02J50/90;H02J50/80
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種無線電能傳輸系統，其特征在于，包括和外部電源連接的電能發射端，以及用來與電能發射端配合接收電能的電能接收端，電能發射端包括用來將電能轉換成電磁能的發射線圈，以及用來接收信號的通信接收模塊；電能接收端外部接有負載系統，包括用于接收發射線圈發出的電磁能的接收線圈，以及用于與電能發射端的通信接收模塊通信的通信發射模塊；所述電能發射端還包括發射端整流濾波電路，以及連接在整流濾波電路的輸出端的逆變電路，逆變電路的輸出端連接有發射端無功補償電路，發射線圈連接在無功補償電路的輸出端，發射線圈上設置有用來感應發射線圈與接收線圈之間距離的紅外距離傳感器；發射線圈連接到電能發射端的發射微處理器，用來接收紅外距離傳感器采集到的感應信號；發射微處理器還與通信接收模塊的輸出端連接，用于獲取通信接收模塊接收到的通信信號；發射微處理器還與發射端采樣電路模塊連接，用于獲取發射端采樣電路模塊采樣得到的電氣量；發射微處理器電連接至驅動電路的輸入端，用于控制驅動電路發出開關控制信號控制逆變電路中轉換的交流電頻率；所述發射微處理器中包括用于接收感應信號以及通信信號的判斷模塊，用于處理采集到的電氣量的處理模塊以及與判斷模塊、處理模塊連接的控制模塊；所述判斷模塊在同時接收到感應信號以及接收端發送過來的請求發射的通信信號后，才觸發產生發送判斷信號并將該信號送至控制模塊，控制模塊根據該發送判斷信號控制驅動電路工作，進行能量轉換傳輸；否則，則判斷模塊內形成待機判斷信號，并將該待機判斷信號發送至控制模塊，控制模塊根據該待機判斷信號，控制驅動電路處于待機狀態。

2.根據權利要求1所述的一種無線電能傳輸系統，其特征在于，紅外距離傳感器設置于可避免電磁場干擾的發射線圈的中心處。

3.根據權利要求1所述的一種無線電能傳輸系統，其特征在于，電能接收端的接收線圈連接有整流濾波電路有負載電路；電能接收端還包括接收微處理器，接收微處理器連接至通信發送模塊，用于將負載電路的電能接收請求信號送至通信發送模塊形成通信信號。

4.根據權利要求1所述的一種無線電能傳輸系統，其特征在于，接收線圈內置有增強紅外距離傳感器感應強度的感應物。

5.根據權利要求1所述的一種無線電能傳輸系統，其特征在于，發射端采樣電路模塊包括采樣節點電壓以及電流的電氣量檢測單元以及用于獲取各節點電壓、電流信號的過零時刻的過零檢測單元。

6.根據權利要求1所述的一種無線電能傳輸系統，其特征在于，所述處理模塊用于計算電能接收端電路等效至電能發射端時的等效阻抗；所述控制模塊還包括用于調節電能發射端的工作頻率的頻率控制單元以及用于根據等效阻抗計算輸出功率來反饋控制輸出功率的輸出功率控制單元。

7.根據權利要求6所述的一種無線電能傳輸系統，其特征在于，所述計算電能接收端電路等效至電能發射端時的等效阻抗的具體過程為：

(1)設定電氣量檢測單元的采樣周期，處理模塊獲取采樣得到的逆變電路輸出端節點處的電壓、電流信號；

(2)通過過零檢測單元獲取逆變電路輸出端節點電壓、電流的過零時刻，并將該過零時刻送至處理模塊；

(3)依據上述獲取到的電氣參數以及已知的發射端的無功補償電路以及發射線圈的內阻，計算其接收端電路等效至電能發射端時的等效阻抗：

式中，Z_d為等效阻抗，為采樣周期內逆變電路輸出端節點的電壓的有效值；為采樣周期內逆變電路輸出端節點的電流的有效值；I_f為采樣周期內發射線圈內流經電流的有效值；I_h為流經發射端無功補償網絡以及發射線圈對應阻抗的電流有效值；r_z為發射端無功補償網絡以及發射線圈對應阻抗值；為采樣周期內逆變電路輸出端節點的電流的最大值；I_fmax為采樣周期內發射線圈內流過的電流的最大值；w為逆變電路輸出端節點的電壓、電流的角頻率；t_u為采樣周期內逆變電路輸出端節點的電壓的過零時刻；t_i為采樣周期內逆變電路輸出端節點的電流的過零時刻。

8.一種無線傳輸的控制方法，使用權利要求1-7中任一項無線電能傳輸系統，對無線電能傳輸的控制，其特征在于，包括以下步驟：

S1:紅外距離傳感器感應電能接收端與電能發射端之間的距離，當該距離至發射端發射電能的工作區域內，則通過感應信號喚醒發射微處理器；

S2:發射微處理器喚醒后，控制通信接收模塊接收來自接收端的通信發射模塊發射的通信信號，發射微處理器獲取并處理該通信信號，決定電能發射端的起始發射時間以及發射輸出功率；

S3:發射微處理器中的判斷模塊依據上述信號觸發產生發送判斷信號并將該信號送至控制模塊，控制模塊根據該發送判斷信號控制驅動電路工作，開始能量轉換傳輸；

S4:在能量轉換傳輸的穩態運行過程中，發射端采樣電路模塊采集各節點的電氣參數，并將其送至處理模塊處理，所述頻率控制單元和輸出功率控制單元根據處理的結果對電能發射端的工作頻率以及輸出功率進行動態調節；

S5：接收線圈接收發射線圈傳輸的電能，并將電能供給負載；

S6：發射微處理器根據感應信號判斷電能接收端是否仍在工作區域內，如判斷電能接收端在工作區域內，則繼續進行無線電能傳輸；否則，則發出信號控制驅動電路進而使逆變電路停止工作。