[發明專利]一種無線電能傳輸系統及啟停方法

有效

• 申請號: 202011088281.2
• 申請日: 2020-10-13
• 公開（公告）號: CN112260419B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 羅進;徐笑娟;沐扣曉;柯曉東
• 申請（專利權）人: 南京和若源電氣有限公司
• 主分類號: H02J50/90
• 分類號: H02J50/90;H02J50/10;H02J50/12;H02J50/80
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 朱戈勝

本發明屬于無線電能傳輸領域，涉及一種無線電能傳輸系統及啟停方法，具體的一種無線電能傳輸系統包括發射端、接收端、位于發射端中的永磁磁鐵、位于接收端中的磁場檢測電路、耦合度檢測電路、無線通信收發模塊、發射端控制器和接收端控制器；當接收端控制器判斷磁場檢測電路和耦合度檢測電路的信號都大于對應設定值的時候，開啟無線電能傳輸。本發明采用的電路簡單，對松耦合變壓器收發線圈的相對位置進行雙重確認，以及無線電能傳輸系統啟停的智能控制，確保系統在可靠的工作條件下運行。

技術領域

本發明屬于無線電能傳輸領域，涉及一種無線電能傳輸系統及啟停方法。

背景技術

無線電能傳輸是以電磁場為媒介實現電能的傳遞。主要優點是不需要插拔，使用簡單方便、不會產生電火花及觸電危險、無機械磨損和相應的維護問題、可以在易燃易爆的工業環境中使用、還可適應多種惡劣環境和天氣。對于無線電能傳輸系統，需要將變壓器一次、二次繞組分開，通過高頻磁場的耦合傳輸電能。

對于無線電能傳輸系統中的松耦合變壓器結構特殊之處在于一次側與二次側磁芯、繞組完全分離，繞組產生的磁通僅有一部分與另一側繞組耦合。松耦合變壓器的特點為一、二側繞組漏感大，耦合系數低。目前常用的無線電能傳輸技術有：電磁感應式與電磁共振式。電磁感應是通過磁場耦合感應相聯系，其傳輸距離較短；電磁共振式是一次和二次繞組采用相同頻率的諧振補償網絡，實現中等距離傳輸。兩種方式的松耦合變壓器一、二側線圈的距離大小，橫向、縱向的偏移都會對無線電能傳輸的效率產生較大的影響。如果一、二側線圈相對位置偏移較大、距離較遠將導致系統傳輸效率的大幅度降低，使電能轉化為過多熱能而導致設備過熱損壞。因此，為了保證無線電能傳輸系統的可靠、高效工作，其松耦合變壓器收發線圈相對位置的檢測顯得非常重要，也對無線電能傳輸的啟停控制提出了更高的要求。目前，實現無線電能傳輸系統多采用在接收端設備移走后發射端設備采取間歇性發送能量信號的方式來檢測接收端設備是否到來，當接收端收到能量后反饋給發射端信號得以確認，這種方式導致系統的待機功耗較高，如果用在輸入高電壓場合導致強磁干擾現象。

發明內容

本發明的目的在于針對上述存在的問題和不足，提出一種無線電能傳輸系統，包括發射端、接收端、位于發射端中的永磁磁鐵、位于接收端中的磁場檢測電路、無線通信收發模塊、發射端控制器和接收端控制器；發射端包括發射端電路；接收端包括接收端電路；所述的發射端控制器用于控制發射端電路的工作；發射端控制器與發射端電路連接；所述的磁場檢測電路用于檢測磁場強度信號，并將磁場信號轉化為電信號輸入到接收端控制器，磁場檢測電路與接收端控制器連接；無線通信收發模塊用于發射端控制器和接收端控制器之間通信。

進一步的，所述的發射端電路包括開關管T1、T2、T3、T4組成的逆變橋、電容Cs與發射線圈L1組成的串聯諧振電路；逆變橋與串聯諧振電路連接，發射端控制器與開關管T1、T2、T3、T4連接；所述的接收端電路包括接收線圈L2與電容Cp，接收線圈L2與電容Cp并聯組成并聯諧振電路，接收端電路的輸出端接負載。發射線圈L1和接收線圈L2構成松耦合變壓器的收發線圈。

發射端控制器通過控制由開關管T1、T2、T3、T4組成的逆變橋，將直流輸入電壓Vin變換成高頻的方波電壓輸出到由發射端的Cs與L1組成的串聯諧振電路，經諧振電路將交流電能轉換為磁場能量輸出，接收端線圈將感應到的磁場能量轉化為交流電場能量。

進一步的，永磁磁鐵位于發射線圈L1中；磁場檢測電路包括霍爾器件，所述的霍爾器件位于接收線圈L2中；永磁磁鐵與霍爾器件分別在發射線圈L1和接收線圈L2中的位置成鏡像關系；永磁磁鐵是耐高溫的高強度永磁磁鐵。

磁場檢測電路采用霍爾器件時刻對永磁磁場強度進行檢測，根據永磁在一定距離內的磁場強度來判斷松耦合變壓器收發線圈的距離，本發明根據永磁磁場強度智能控制無線電能傳輸的啟動與停止。

進一步的，永磁磁鐵位于發射線圈L1的中心位置，霍爾器件位于接收線圈L2的中心位置。