CN201656578U

CN201656578U - 无线电能传输装置

Info

Publication number: CN201656578U
Application number: CN2010201849855U
Authority: CN
Inventors: 朱俊杰
Original assignee: Central South University of Forestry and Technology
Current assignee: Central South University of Forestry and Technology
Priority date: 2010-05-05
Filing date: 2010-05-05
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2020-05-05

Abstract

本实用新型公开了一种无线电能传输装置，其特征在于，包括微处理器、电磁耦合阵列、电流检测电路、A\D转换器、接收线圈和用于输出直流电压给用电设备的桥式整流器，电磁耦合阵列由多个发送线圈组成，微处理器的输出端与电磁耦合阵列相连接，电磁耦合阵列与接收线圈之间形成电磁耦合，接收线圈接桥式整流器的输入端；电流检测电路的输出端接A\D转换器的输入端，A\D转换器的输出端接微处理器的输入端。采用该无线电能传输装置能便利地为便携式设备充电。

Description

无线电能传输装置

技术领域

本实用新型属于电子技术领域，涉及一种无线电能传输装置，主要应用于便携式设备供电。

背景技术

现代人生活在充斥着电线、插座的世界，受插座的制约，人们的用电受到较大的限制，另外，电线和插座如果多到一定程度，会造成环境的杂乱，影响室内的美观，而且，电线和插座的大量制造和使用，势必消耗大量的物质和能源，不利于构建资源节约型的和谐社会。

实用新型内容

本实用新型要解决技术问题是提供一种无线电能传输装置，采用该无线电能传输装置能便利地为便携式设备充电。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种无线电能传输装置，其特征在于，包括微处理器、电磁耦合阵列、电流检测电路、A\D转换器、接收线圈和用于输出直流电压给用电设备的桥式整流器，电磁耦合阵列由多个发送线圈组成，微处理器的输出端与电磁耦合阵列相连接，电磁耦合阵列与接收线圈之间形成电磁耦合，接收线圈接桥式整流器的输入端；电流检测电路的输出端接A\D转换器的输入端，A\D转换器的输出端接微处理器的输入端；

所述的电磁耦合阵列为由多个发送线圈组成的水平环形阵列，多个发送线圈彼此独立，每一个发送线圈属于一个单独的发送回路中，所述的发送回路由一个发送线圈(TRANSMITTER)、电子开关(Q4)、升压变压器的原边(T1)和电容(C2)串接而成，电容(C2)的正极接直流电源正极，电容(C2)的负极接地；电子开关(Q4)的控制端经驱动电路与微处理器的一个方波信号输出端相接；

升压变压器的副边接整流桥的输入端，整流桥的输出端接A\D转换器的输入端。

所述的微处理器为单片机或者CPLD，所述的电子开关为MOS管IRF640。

发送线圈和接收线圈的匝数比为1∶1，均为25匝，A\D转换器选用精度为8位的ADC0832，升压变压器的变比为500。

本实用新型的技术原理如下：

第一我们知道只有变压器的耦合程度为100％才可能是效率最高，这也就意味着该方案用于无线输电时，用于发射和接受的线圈必须紧紧耦合在一起，如果有一点错位效率便会迅速下降。为了解决这个问题，再发射端用一个个带磁芯的线圈做一组磁耦合阵列，每不同的带磁芯的线圈的方向不相同，而在接收端只用一个带磁芯的耦合线圈。假如在发射端有一个线圈与接收端是正对着的，由于某种原因，相对位置发生了变动，这时接收端的线圈很有可能与发射端线圈阵列里的另一个线圈正对，为了减少电能的浪费，可以采用单片机或者CPLD定时对发射端的线圈阵列各个线圈的电流进行采样，再根据线圈中的电流情况将电流低(即耦合程度低)的线圈从整列中切除，以节约电能。

第二在磁耦合阵列的线圈中如果没有接收端的线圈与之相对，那么这些线圈中会有很少的电流流过，而有接收端与之相对的那些线圈便会产生大电流，由此便知那些线圈应该工作哪些线圈不需要工作，而线圈工作时电流振荡的频率应尽可能的高，以减小线圈匝数，缩小耦合阵列面积，提高工作效率。

本实用新型的有益效果：

本无线电能传输装置采用方波脉冲控制方式以及分离式变压器的电磁耦合方式实现电能的传输，构思新颖，易于控制。

本无线电能传输装置采用检测反馈电流来检测发送线圈与接收线圈耦合度，并且采用环形的电磁耦合阵列，使得用电设备不管处于何种方向，总有一个发送线圈与用电设备的接收线圈接近于全耦合，因此，使用本实用新型，用电设备获得电能的方式更为自由和灵活；而且，微处理器通过各个发送线圈的电流反馈检测，只对耦合度最高的发送线圈供电，避免了电能的浪费，减少了电磁辐射，保障了电能传输的高效率。

本无线电能传输装置基于分离式功率变压器的电磁耦合方式实现电能的传输，从而在生活中为人们节省了一大堆不必要的充电器，实用性强。更重要的是，对于某些对电火花敏感的特殊场合，如果采用该无线电能传输装置将彻底解决传统接触式输电带来的危险，安全性高。电能的无线传输技术将有可能让人类部分摆脱电线、电池和插座带来的烦恼，只要笔记本电脑所在屋子装备有无线电能传输器，人们就可以不再需要将电脑与插座相连来充电，因为它会自动充电，到那时，手机、笔记本电脑就可以在配置有发射器的屋子里自动充电，甚至不需要电池，也不需要通过插座与电源相连就可以直接使用，由此带来生活的极大便利以及生活质量的显著提高。

附图说明

图1为总体结构示意图；

图2为电能发送端的电路原理图；

图3为电磁耦合阵列示意图；

图4为电能接收端的电路原理图；

图5为电磁耦合阵列结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1：

如图1和2所示，一种无线电能传输装置，其特征在于，包括微处理器、电磁耦合阵列、电流检测电路、A\D转换器、接收线圈和用于输出直流电压给用电设备的桥式整流器，电磁耦合阵列由多个发送线圈组成，微处理器的输出端与电磁耦合阵列相连接，电磁耦合阵列与接收线圈之间形成电磁耦合，接收线圈接桥式整流器的输入端；电流检测电路的输出端接A\D转换器的输入端，A\D转换器的输出端接微处理器的输入端；

所述的电磁耦合阵列为由多个发送线圈组成的水平环形阵列，多个发送线圈彼此独立，每一个发送线圈属于一个单独的发送回路中，所述的发送回路由一个发送线圈TRANSMITTER、电子开关Q4、升压变压器的原边T1和电容C2串接而成，电容C2的正极接直流电源正极，电容C2的负极接地；电子开关Q4的控制端经驱动电路与微处理器的一个方波信号输出相接；

升压变压器的副边接整流桥的输入端，整流桥的输出端接A\D转换器的输入端

本无线电能传输装置采用分体式的变压器的进行互感耦合来实现电能传输，使次级线圈产生电压，初级线圈(即发送线圈)和次级线圈(即接收线圈)的匝数比为1∶1(初级线圈和次级线圈各为25匝)，在电能发射端，由微处理器采用AD转换器和升压变压器进行初级线圈的电流大小采集，然后根据电流的大小就能找到和次级线圈耦合度最高的发送线圈，从而只需要对耦合度最高的那个或多个线圈供电即可，将很多个这种的耦合度高的初级线圈以图3的连接方式连在一起，这样作为接收端的次级线圈就不需要固定在一个地方而可以在一定范围内任意移动。

采集初级线圈电流大小电路设计：

如图2，由发送器(TRANSMITTER)，MOS管Q4，电容C2，变压器T1构成初级线圈的主回路，初级线圈通过发送器(TRANSMITTER)把能量耦合给次级线圈，可以通过检测主回路的电流大小来找到和次级线圈耦合度最高的初级线圈，通过匝数比为1∶500的变压器T1进行电压放大，后经二极管D3，D4，D5，D6构成的桥式整流电路整流和C2平滑，所获得的直流电压经AD转换器后进入微处理器。

驱动电路的结构与原理说明：

驱动电路结构为：驱动电路采用9V直流电源，驱动电路分为三级：

第一级：三极管Q1(9013)的基极接来自微处理器的方波信号，三极管Q1的集电极通过电阻R1接+9V，三极管Q1的发射极接地；

第二级：三极管Q2(8050)与三极管Q3(8550)的基极相连并连接到三极管Q1的集电极；三极管Q2的集电极接+9V，三极管Q2(8050)的发射极与三极管Q3(8550)的发射极相连并接MOS管Q4(IRF640)的栅极；三极管Q3(8550)的集电极接地；

第三级：二极管D1和D2串接，串接后的正极接+9V，串接后的负极接地，二极管D1和D2的连接点接MOS管Q4(IRF640)的栅极。

工作原理说明：

方波为高电平时，三极管Q1导通，Q1的V_CE较小，以致三极管Q2和Q3均截止，因此MOS管Q4的栅极处于高阻状态，MOS管Q4处于截止状态，即电子开关不导通，发送线圈TRANSMITTER不能往外发送电能；

方波为低电平时，三极管Q1截止，Q1的C极处为高电平，以致三极管Q2和Q3均导通，因此MOS管Q4的栅极处于高电平，则MOS管Q4处于导通状态，即电子开关导通，发送线圈TRANSMITTER往外发送电能。

每一个发送线圈都对应了一个图2所示的电路，因此，必要时，微处理器的方波信号输出端口需要扩展，扩展微处理器的输出端口属于现有的成熟技术。

如图5，多个发送线圈采用水平的环形排列，目的是使得朝哪个方向的发送线圈都有，即不管用电设备在哪一个位置，朝哪一个方向，总有一个发送线圈与用电设备的接收线圈接近于全耦合。作为改进，图5所示的电磁耦合阵列可以为多个，不同的电磁耦合阵列按不同的高度设置，这样，更增加了用电设备获取电能的灵活性，即用电设备在不同的高度和不同的方向，都能最大限度的获取电能，也提高了电能的利用效率。

初级线圈电流采集的A\D转换器选用精度为8位的ADC0832。

能量发送器和能量接收器电路设计：

如图4，能量接收器次级线圈采用桥式整流滤波，即得到从初级线圈耦合过来的电能，从而实现无线电能传输。

Claims

1.一种无线电能传输装置，其特征在于，包括微处理器、电磁耦合阵列、电流检测电路、A\D转换器、接收线圈和用于输出直流电压给用电设备的桥式整流器，电磁耦合阵列由多个发送线圈组成，微处理器的输出端与电磁耦合阵列相连接，电磁耦合阵列与接收线圈之间形成电磁耦合，接收线圈接桥式整流器的输入端；电流检测电路的输出端接A\D转换器的输入端，A\D转换器的输出端接微处理器的输入端；

2.根据权利要求1所述的无线电能传输装置，其特征在于，所述的微处理器为单片机或者CPLD，所述的电子开关为MOS管IRF640。

3.根据权利要求1或2所述的无线电能传输装置，其特征在于，发送线圈和接收线圈的匝数比为1∶1，均为25匝，A\D转换器选用精度为8位的ADC0832，升压变压器的变比为500。