一種磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 磁耦合無(wú)線電能傳輸裝置即利用磁耦合諧振技術(shù)，將電能從供電設(shè)備無(wú)線輸送到 用電設(shè)備的輸電裝置。通過(guò)無(wú)線輸送的高頻電能轉(zhuǎn)化為直流電能提供給用電設(shè)備。現(xiàn)有技 術(shù)中通常利用電流轉(zhuǎn)換模塊將無(wú)線傳輸?shù)母哳l電能轉(zhuǎn)化為恒壓直流電能并輸送至用電設(shè) 備。
[0003] 在實(shí)際應(yīng)用中，無(wú)線輸電的距離、角度能因素的變化會(huì)導(dǎo)致諧振系統(tǒng)的耦合系數(shù) 隨之發(fā)生變化，為保證最大的無(wú)線電能傳輸效率，需要適當(dāng)調(diào)節(jié)諧振系統(tǒng)中發(fā)射線圈的工 作頻率。
[0004] 故，針對(duì)目前現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，本發(fā)明提供一種磁耦合諧振式無(wú)線電 能傳輸裝置方案，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，有效的解決物聯(lián)網(wǎng)中的各種傳感器供電效 率低的問(wèn)題，非接觸式地為負(fù)載提供電能，自動(dòng)追蹤電能的最大傳輸效率，能更方便地實(shí)現(xiàn) 單點(diǎn)發(fā)射、多點(diǎn)接收的功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸裝置， 用電流轉(zhuǎn)換模塊使不論用電設(shè)備處于何種工作狀態(tài)，對(duì)于所述電流轉(zhuǎn)換模塊和所述用電設(shè) 備構(gòu)成的整體，其輸入阻抗均為恒定的設(shè)定值，其中所述設(shè)定值為本實(shí)施例所述的E類功 率放大模塊的輸出阻抗?jié)M足共輒匹配，即能實(shí)現(xiàn)最大傳輸效率。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0007] -種磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸裝置，包括
[0008] 與供電設(shè)備連接的E類功放發(fā)送模塊；
[0009] 輸入端與所述E類功放發(fā)送模塊的輸出端連接的諧振系統(tǒng)；
[0010] 輸入端與所述諧振系統(tǒng)的輸出端連接的整流模塊；
[0011] 輸入端與所述整流模塊的輸出端相連、輸出端與用電設(shè)備連接的電流轉(zhuǎn)換模塊， 其中所述電流轉(zhuǎn)換模塊的輸入阻抗為固定的設(shè)定值且與所述高頻E類功放發(fā)送模塊的輸 出阻抗共輒匹配；
[0012] 輸入端與供電設(shè)備連接，輸出端與E類功放發(fā)送模塊連接的最適頻率自動(dòng)調(diào)節(jié)模 塊。
[0013] 優(yōu)選地，所述E類功放發(fā)送模塊包括第一電感、第二電感、第一電容和第二電容， 所述第一電感的一端連接輸入電壓，另一端分別連接第一電容的一端和第二電感的一端， 所述第二電感的另一端連接第二電容的一端，所述第二電感、第二電容構(gòu)成串聯(lián)諧振回路， 所述第二電容的一端連接第一電容的另一端，所述第一電感為射頻扼流圈，所述第二電感 為空心線圈，所述第一電感取值大于10倍的第二電感，所述第一電容是場(chǎng)效應(yīng)管輸入電 容，為分布電容和外界電容的總和。
[0014] 優(yōu)選地，所述諧振系統(tǒng)至少包含兩個(gè)耦合線圈，所述耦合線圈包括發(fā)射線圈和接 收線圈，所述發(fā)射線圈和接收線圈具有相同的共振頻率，所述發(fā)射線圈為L(zhǎng)C串聯(lián)諧振。
[0015] 優(yōu)選地，所述整流模塊與負(fù)載相匹配。
[0016] 優(yōu)選地，所述電流轉(zhuǎn)換模塊包含降壓-升壓型拓?fù)潆娐贰?br>[0017] 優(yōu)選地，所述電流轉(zhuǎn)換模塊包含升壓-降壓型拓?fù)潆娐贰?br>[0018] 優(yōu)選地，所述電流轉(zhuǎn)換模塊包含降壓型拓?fù)潆娐贰?br>[0019] 優(yōu)選地，所述電流轉(zhuǎn)換模塊包含升壓型拓?fù)潆娐贰?br>[0020] 優(yōu)選地，所述最適頻率調(diào)節(jié)模塊包括直流輸入電源、輸入電壓電源采集器和微控 制器單元MCU，用于檢測(cè)電路中的電壓、電流，并通過(guò)閉環(huán)控制自動(dòng)尋找最適的開關(guān)頻率使 得效率達(dá)到最大。
[0021] 與現(xiàn)有技術(shù)采用的無(wú)線電能傳輸裝置相比，本發(fā)明的有益效果如下：
[0022] (1)有效的解決物聯(lián)網(wǎng)中的各種傳感器供電效率低的問(wèn)題，非接觸式地為負(fù)載提 供電能，自動(dòng)追蹤電能的最大傳輸效率；
[0023] (2)能更方便地實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)發(fā)射、多點(diǎn)接收的功能。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為本發(fā)明一種磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸裝置的電路整體框圖。
[0025]圖2為本發(fā)明一種磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸裝置E類功放發(fā)送模塊原理圖。
[0026] 圖3為本發(fā)明一種磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸裝置的前級(jí)硬件原理圖。
[0027] 圖4為本發(fā)明一種磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸裝置的后級(jí)硬件原理圖。
[0028]圖5a為本發(fā)明一種磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸裝置的電流轉(zhuǎn)換模塊的一種結(jié)構(gòu) 示意圖；
[0029] 圖5b為本發(fā)明一種磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸裝置的電流轉(zhuǎn)換模塊的又一種結(jié) 構(gòu)示意圖；
[0030] 圖5c為本發(fā)明一種磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸裝置的電流轉(zhuǎn)換模塊的又一種結(jié) 構(gòu)示意圖；
[0031] 圖5d為本發(fā)明一種磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸裝置的電流轉(zhuǎn)換模塊的又一種結(jié) 構(gòu)示意圖。
[0032] 附圖標(biāo)記說(shuō)明：1-E類功放發(fā)送模塊；2-諧振系統(tǒng)；3-最適頻率調(diào)節(jié)模塊；4-整流 模塊；9-電流轉(zhuǎn)換模塊；5-第一電感；6-第二電感；7-第一電容；8-第二電容。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0034] 相反，本發(fā)明涵蓋任何由權(quán)利要求定義的在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修 改、等效方法以及方案。進(jìn)一步，為了使公眾對(duì)本發(fā)明有更好的了解，在下文對(duì)本發(fā)明的細(xì) 節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)沒(méi)有這些細(xì)節(jié)部分的 描述也可以完全理解本發(fā)明。
[0035] 參見圖1，其為本發(fā)明一種磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸裝置的電路整體框圖，包括 與供電設(shè)備連接的E類功放發(fā)送模塊1 ;輸入端與E類功放發(fā)送模塊的輸出端連接的諧振 系統(tǒng)2 ;輸入端與諧振系統(tǒng)的輸出端連接的整流模塊4 ;輸入端與整流模塊的輸出端相連、 輸出端與用電設(shè)備連接的電流轉(zhuǎn)換模塊9,其中電流轉(zhuǎn)換模塊的輸入阻抗為固定的設(shè)定值 且與高頻E類功放發(fā)送模塊的輸出阻抗共輒匹配；輸入端與供電設(shè)備連接，輸出端與E類功 放發(fā)送模塊連接的最適頻率自動(dòng)調(diào)節(jié)模塊3。
[0036] 參見圖2,所示為本發(fā)明基于E類功放的無(wú)線電能傳輸裝置的E類功放發(fā)送模塊 原理圖，E類功放發(fā)送模塊包括第一電感5、第二電感6和第一電容7、第二電容8，第一電感 5的一端連接輸入電壓，另一端分別連接第一電容7的一端和第二電感6的一端，第二電感 6的另一端連接第二電容8的一端，第二電感6、第二電容8構(gòu)成串聯(lián)諧振回路，第二電容8 的一端連接第一電容7的另一端，第一電感5為射頻扼流圈，第二電感6為空心線圈，第一 電感5取值大于10倍的第二電感6,第一電容7是場(chǎng)效應(yīng)管輸入電容，為分布電容和外界電 容的總和。E類功率放大器不消耗功耗，所以理想E類功放的效率可達(dá)100%。
[0037] 在具體應(yīng)用實(shí)施例中，諧振系統(tǒng)至少包含兩個(gè)耦合線圈，耦合線圈包括發(fā)射線圈 和接收線圈，發(fā)射線圈和接收線圈具有相同的共振頻率。發(fā)射線圈為L(zhǎng)C串聯(lián)諧振，發(fā)射線 圈連接E類功放發(fā)送模塊獲取電能，接收線圈以磁共振的方式從發(fā)射線圈吸取能量，即發(fā) 生強(qiáng)耦合諧振現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)電能的無(wú)線傳輸，并通過(guò)連接在其后端的整流濾波電路給負(fù)載供 電。磁共振的方式無(wú)需線圈件的位置完全吻合，即可實(shí)現(xiàn)能量高效長(zhǎng)距離傳輸。
[0038] 在具體應(yīng)用實(shí)施例中，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，開關(guān)頻率需略低于發(fā)射、接收諧振頻率，效 率才會(huì)達(dá)到最高點(diǎn)。因此，最適頻率自動(dòng)調(diào)節(jié)模塊包括直流輸入電源、輸入電壓電源采集器 和微控制器單元MCU，輸入直流電源通過(guò)MCU檢測(cè)電路中的電壓、電流，并