本發(fā)明屬于電氣領(lǐng)域，具體涉及一種基于頻率自適應(yīng)的無線能量傳輸裝置和方法。

背景技術(shù)：

無線能量傳輸在家用電器、現(xiàn)代電動(dòng)汽車、空間領(lǐng)域等受到普遍關(guān)注，目前無線能量傳輸在多方面得到應(yīng)用。比如手機(jī)、電動(dòng)汽車的無線充電等，擺脫傳統(tǒng)電力線纜的連接和防護(hù)要求，減少人為操作。

但目前無線能量傳輸應(yīng)用過程中需要單獨(dú)匹配，不具有互換性和通用性，尤其在電動(dòng)汽車領(lǐng)域中需要充電裝置適應(yīng)不同車型，不同車型具有不同的底盤高度，汽車載重不同時(shí)高度也會(huì)有所起伏，造成無線能量傳輸距離不符合理論設(shè)計(jì)值。空間領(lǐng)域中無線能量傳輸距離變化更為復(fù)雜，需要不斷適應(yīng)無線能量傳輸過程中距離的變化。

無線能量傳輸存在設(shè)計(jì)距離和設(shè)計(jì)頻率，設(shè)計(jì)頻率為在設(shè)計(jì)距離下能夠滿足輸出功率最高的工作頻率。在實(shí)際距離與設(shè)計(jì)距離不符的情況下，輸出功率會(huì)降低。不同傳輸距離存在著不同匹配頻率，使得輸出功率能夠達(dá)到相對(duì)最高，但低于設(shè)計(jì)值。無線能量傳輸器件的不一致性也會(huì)產(chǎn)生實(shí)際值與理論值的偏差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提供一種基于頻率自適應(yīng)的無線能量傳輸裝置和方法，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)能量傳輸前的工作頻率調(diào)節(jié)和能量傳輸過程中距離變化頻率自適應(yīng)，提高輸出功率。

一種基于頻率自適應(yīng)的無線能量傳輸裝置由高頻逆變電路模塊、整流電路模塊、初級(jí)線圈、次級(jí)線圈、距離傳感器、電壓電流采樣電路、控制器組成。

所述的高頻逆變電路模塊用于將直流電轉(zhuǎn)化為設(shè)定頻率的高頻交流電，高頻交流電通過初級(jí)線圈將能量轉(zhuǎn)化為交變磁場傳遞給次級(jí)線圈，次級(jí)線圈將交變磁場再轉(zhuǎn)化為高頻交流電，高頻交流電通過整流電路模塊轉(zhuǎn)化為直流電提供給輸出端。

所述的電壓電流采樣電路a和b采集輸入輸出的電壓和電流，控制器組成計(jì)算輸入輸出功率和效率。初次工作時(shí)高頻逆變電路在限值范圍內(nèi)調(diào)整不同輸出頻率，并計(jì)算輸出功率，當(dāng)輸出功率達(dá)到最大值時(shí)，鎖定輸出頻率正常輸出直到工作結(jié)束。工作頻率和相關(guān)信息存儲(chǔ)在控制器存儲(chǔ)單元，在以后相同條件時(shí)直接使用。

所述的距離傳感器用于檢測初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的距離。當(dāng)檢測到距離變化時(shí)，控制器組成根據(jù)距離變化情況調(diào)整輸出頻率，滿足輸出功率的最大化。距離傳感器適用于線圈距離經(jīng)常變化的場合，提高適應(yīng)速度?？刂破鹘M成檢測到距離超出預(yù)先設(shè)定值時(shí)，可關(guān)閉無線能量傳輸系統(tǒng)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)所設(shè)計(jì)頻率自適應(yīng)電路簡單可靠，易于控制；

(2)提高無線能量傳輸傳輸在不同工作條件下的適應(yīng)能力，提高輸出功率；

(3)可適應(yīng)存在初級(jí)線圈和次級(jí)線圈相對(duì)距離變化中的無線能量傳輸，使用更加靈活。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的電路原理圖；

圖2是本發(fā)明的方法流程圖；

圖中：

1-直流電源2-高頻逆變電路模塊3-初級(jí)線圈和次級(jí)線圈

4-整流電路模塊5-輸出負(fù)載6-電壓電流采樣電路a

7-控制器8-控制器存儲(chǔ)單元9-電壓電流采樣電路b

10-距離傳感器

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

一種基于頻率自適應(yīng)的無線能量傳輸裝置包括高頻逆變電路模塊2、整流電路模塊4、初級(jí)線圈和次級(jí)線圈3、距離傳感器10、電壓電流采樣電路a6、電壓電流采樣電路b9、控制器7。

所述的高頻逆變電路模塊2用于將直流電源1的直流電轉(zhuǎn)化為設(shè)定頻率的高頻交流電，高頻交流電通過初級(jí)線圈將能量轉(zhuǎn)化為交變磁場傳遞給次級(jí)線圈，次級(jí)線圈將交變磁場再轉(zhuǎn)化為高頻交流電，高頻交流電通過整流電路模塊4轉(zhuǎn)化為直流電提供給輸出負(fù)載5。

所述的電壓電流采樣電路a6和電壓電流采樣電路b9采集輸入輸出的電壓和電流，控制器7計(jì)算輸入輸出功率和效率。初次工作時(shí)高頻逆變電路模塊2在限值范圍內(nèi)調(diào)整不同輸出頻率，并計(jì)算輸出功率，當(dāng)輸出功率達(dá)到最大值時(shí)，鎖定輸出頻率正常輸出直到工作結(jié)束。工作頻率和相關(guān)信息存儲(chǔ)在控制器存儲(chǔ)單元8，在以后相同條件時(shí)直接使用。

所述的距離傳感器10用于檢測初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的距離。當(dāng)檢測到距離變化時(shí)，控制器7根據(jù)距離變化情況調(diào)整輸出頻率，滿足輸出功率的最大化。距離傳感器10適用于線圈距離經(jīng)常變化的場合，提高適應(yīng)速度?？刂破?檢測到距離超出預(yù)先設(shè)定值時(shí)，可關(guān)閉無線能量傳輸系統(tǒng)。

本發(fā)明是一種基于頻率自適應(yīng)的無線能量傳輸方法，無線能量傳輸裝置工作時(shí)，電壓電流采樣電路a6和電壓電流采樣電路b9采集輸入輸出的電壓和電流，控制器7計(jì)算輸入輸出功率和效率。

線圈距離滿足在設(shè)定距離附近基本穩(wěn)定的無線能量傳輸裝置可以不使用距離傳感器10，初次工作時(shí)高頻逆變電路模塊2在限值范圍內(nèi)調(diào)整不同輸出頻率，并計(jì)算輸出功率，當(dāng)輸出功率達(dá)到最大值時(shí)，鎖定輸出頻率正常輸出直到工作結(jié)束。工作頻率和相關(guān)信息存儲(chǔ)在控制器存儲(chǔ)單元8，在以后相同條件時(shí)直接使用。

再次使用時(shí)若輸出符合上次使用輸出范圍，可直接正常。若與上次輸出范圍不符，直接返回初次工作狀態(tài)模式?？刂破鞔鎯?chǔ)單元8可累積多次使用信息，達(dá)到記憶學(xué)習(xí)目的。

距離傳感器7用于檢測初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的距離。用于距離經(jīng)常變化的場合，當(dāng)檢測到距離變化時(shí)，控制器7根據(jù)距離變化情況調(diào)整輸出頻率，滿足輸出功率的最大化?？刂破鞔鎯?chǔ)單元同時(shí)記憶頻率和距離的相關(guān)信息，使用時(shí)若初級(jí)、次級(jí)線圈距離與某個(gè)記憶距離相符，直接調(diào)取記憶頻率工作。若初級(jí)、次級(jí)線圈距離在某個(gè)記憶距離附近，可縮小頻率調(diào)節(jié)范圍盡快達(dá)到輸出功率最大值，節(jié)省調(diào)節(jié)時(shí)間。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于頻率自適應(yīng)的無線能量傳輸裝置和方法，自動(dòng)匹配不同距離的無線能量傳輸，使輸出功率能夠達(dá)到最大值，所述電路由高頻逆變電路模塊、整流電路模塊、初級(jí)線圈、次級(jí)線圈、距離傳感器、電壓電流采樣電路、控制器組成。電路通過控制器調(diào)節(jié)高壓逆變模塊的輸出頻率，并檢測輸出電壓電流值計(jì)算輸出功率，并在輸出功率達(dá)到最大值時(shí)鎖定輸出頻率，來達(dá)到滿足輸出功率最大的方式。同時(shí)使用距離傳感器和控制器中的存儲(chǔ)功能輔助快速鎖定頻率。提高無線能量傳輸?shù)耐ㄓ眯浴?br/>
技術(shù)研發(fā)人員：楊世春;閆嘯宇;何紅;楊海圣;楊鵬
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京航空航天大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.29
技術(shù)公布日：2017.10.20