一種可調電感裝置及其無線能量傳輸系統(tǒng)和控制方法
【專利摘要】一種可調電感裝置及其無線能量傳輸系統(tǒng)和控制方法，包括一個鐵芯和線圈，將線圈纏繞在空心圓柱支架上，鐵芯置于空心圓柱支架內部，鐵芯與一臺步進電機連接；所述線圈的兩個自由端就是電感的兩個自由端。通過利用步進電機來調節(jié)鐵芯置于空心圓柱支架內部的位置，從而調節(jié)電感的電感值，這種可調電感裝置具有電感值連續(xù)可調、動態(tài)響應快的特點。上述線圈可使用普通線圈實現(xiàn)。
【專利說明】
一種可調電感裝置及其無線能量傳輸系統(tǒng)和控制方法
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于電子技術領域，尤其涉及一種可調電感裝置及其無線能量傳輸系統(tǒng)和控制方法。
【背景技術】
[0002]基于諧振工作機理的無線能量傳輸技術包括將諧振逆變器、諧振耦合裝置(包括發(fā)射端和接收端等)和整流濾波裝置。目前，基于諧振工作機理的無線能量傳輸技術采用相控的方式或者頻率控制的方式提高系統(tǒng)的電能傳輸效率，由于發(fā)射線圈和接受線圈參數(shù)難以完全一致，單純通過調節(jié)相位或者頻率來尋找最高電能傳輸效率的方法難以找到發(fā)射線圈和接受線圈同時諧振的頻率點，從而影響系統(tǒng)的電能傳輸效率。因此，要更大限度地提升現(xiàn)有無線能量傳輸系統(tǒng)的傳輸效率，就需要優(yōu)化系統(tǒng)。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的是提出一種可調電感裝置及其無線能量傳輸系統(tǒng)和控制方法，從而提高該無線能量傳輸系統(tǒng)的傳輸功率。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種可調電感裝置包括一個鐵芯和線圈，將線圈纏繞在空心圓柱支架上，鐵芯置于空心圓柱支架內部，鐵芯與一臺步進電機連接;所述線圈的兩個自由端就是電感的兩個自由端。
[0005]通過利用步進電機來調節(jié)鐵芯置于空心圓柱支架內部的位置，從而調節(jié)電感的電感值，這種可調電感裝置具有電感值連續(xù)可調、動態(tài)響應快的特點。上述線圈可使用普通線圈實現(xiàn)。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提出的基于上述可調電感裝置的無線能量傳輸系統(tǒng)包括無線發(fā)射和接收裝置，所述無線發(fā)射裝置由逆變器、發(fā)射端構成;所述無線接收裝置由接收端、整流濾波電路和負載構成;所述發(fā)射端或\和接收端的線圈串入所述的可調電感裝置。
[0007 ]所述的無線能量傳輸系統(tǒng)，其特點在于所述控制器一、控制器二均為M⑶或者DSP;兩者可以相互通信。
[0008]上述的無線能量傳輸系統(tǒng)，其特點在于所述發(fā)射端中的可調電感裝置與控制器一連接，通過電流傳感器檢測輸入端的信號輸入到控制器一;所述接收端中的可調電感裝置與控制器二連接，通過電流電壓傳感器檢測負載的信號輸入到控制器二。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提出的上述無線能量傳輸系統(tǒng)的控制方法:步驟如下:
[0010]1、恒定接收端頻率，通過電流、電壓傳感器檢測接收端的電流、電壓，并將這些信號輸入控制器二，分析接收端的接收功率，將接收端的接收功率變化趨勢信息發(fā)送到控制器一。根據(jù)相關信息，通過控制器一控制發(fā)射端的步進電機來調節(jié)鐵芯置于空心圓柱支架內部的位置，從而，調節(jié)發(fā)射端可調電感裝置的電感值，如果接收端的接收功率呈現(xiàn)漸增趨勢，那么按照同一調節(jié)方向調節(jié)步進電機，調節(jié)發(fā)射端可調電感裝置的電感值，使得接收端的接收功率趨于最大值，說明發(fā)射端和接受端參數(shù)一致或者很接近。如果接收端的接收功率呈現(xiàn)漸減趨勢，那么按反方向調節(jié)。
[0011]如果無線發(fā)射裝置中的控制器一和無線接受裝置中的控制器二無法正常通信，那么可以采用通過電流傳感器檢測發(fā)射端電流，送入控制器一，尋找發(fā)射端電流峰值的最小值，該值對應發(fā)射端和接受端參數(shù)一致或者很接近的狀態(tài)。
[0012]2、恒定發(fā)射端的工作頻率，通過電流、電壓傳感器檢測接收端的電流、電壓，并將這些信號輸入控制器二，分析接收端的接收功率，根據(jù)接收端的接收功率變化趨勢，通過控制器二控制接收端的步進電機來調節(jié)鐵芯置于空心圓柱支架內部的位置，從而，調節(jié)接收端可調電感裝置的電感值，如果接收端的接收功率呈現(xiàn)漸增趨勢，那么按照同一調節(jié)方向調節(jié)步進電機，調節(jié)接收端可調電感裝置的電感值，使得接收端的接收功率趨于最大值，說明發(fā)射端和接受端參數(shù)一致或者很接近。如果接收端的接收功率呈現(xiàn)漸減趨勢，那么按反方向調節(jié)。
[0013]本發(fā)明通過無線能量傳輸系統(tǒng)的發(fā)射端或\和接收端中增加可調電感裝置，使得發(fā)射端和接受端參數(shù)盡可能一致，更大限度地提升現(xiàn)有無線能量傳輸系統(tǒng)的傳輸效率，與其他調節(jié)方式(如電容陣列優(yōu)化調諧)相比，結構簡單，易于實現(xiàn)，諧振點連續(xù)調節(jié)，實際應用價值高。
[0014]目前，基于諧振工作機理的無線能量傳輸技術采用相控的方式或者頻率控制的方式提高系統(tǒng)的電能傳輸效率，由于發(fā)射線圈和接受線圈參數(shù)難以完全一致，單純通過調節(jié)相位或者頻率來尋找最高電能傳輸效率的方法難以找到發(fā)射線圈和接受線圈同時諧振的頻率點，從而影響系統(tǒng)的電能傳輸效率。通過利用步進電機來調節(jié)可調電感的電感值，使得發(fā)射端和接受端參數(shù)盡可能一致，進而，更大限度地提升現(xiàn)有無線能量傳輸系統(tǒng)的傳輸效率。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的可調電感裝置的原理圖。
[0016]圖2是本發(fā)明的無線電能傳輸系統(tǒng)的原理圖。
【具體實施方式】
[0017]下面對照附圖，通過實施例，來描述本發(fā)明的【具體實施方式】.
[0018]如附圖1所示，可調電感裝置包括一個鐵芯2和線圈3，將線圈3纏繞在空心圓柱支架4上，鐵芯2置于空心圓柱支架4內部，鐵芯2與一臺步進電機I連接。所述線圈3的兩個自由端就是電感的兩個自由端。
[0019]通過利用步進電機I來調節(jié)鐵芯2置于空心圓柱支架4內部的位置，從而，調節(jié)電感的電感值，這種可調電感裝置具有電感值連續(xù)可調、動態(tài)響應快的特點。上述線圈3可使用普通線圈實現(xiàn)。
[0020]本發(fā)明提出的基于上述可調電感裝置的無線能量傳輸系統(tǒng)如圖2所示，包括無線發(fā)射和接收裝置，所述無線發(fā)射裝置由逆變器21、發(fā)射端22構成;所述無線接收裝置由接收端26、整流濾波電路27和負載28構成;所述發(fā)射端22或\和接收端26的線圈串入所述的可調電感裝置。
[0021]所述的無線能量傳輸系統(tǒng)，其特點在于所述控制器一24、控制器二 30均為M⑶或者DSP;兩者可以相互通信。
[0022]上述的無線能量傳輸系統(tǒng)，其特點在于所述發(fā)射端22中的可調電感裝置25與控制器一 24連接，通過電流傳感器23檢測輸入端的電流信號輸入到控制器一 24;所述接收端26中的可調電感裝置31與控制器二 30連接，通過電流電壓傳感器29檢測發(fā)射端電流和電壓輸入到控制器二 30。
[0023]本發(fā)明通過無線能量傳輸系統(tǒng)的發(fā)射端或\和接收端中增加可調電感裝置，使得發(fā)射端和接受端參數(shù)盡可能一致，以便更大限度地提升現(xiàn)有無線能量傳輸系統(tǒng)的傳輸效率。
[0024]本發(fā)明提出的上述整個裝置的詳細工作過程:
[0025]1、恒定接收端26頻率，通過電流、電壓傳感器檢測接收端26的電流、電壓，并將這些信號輸入控制器二 30，分析接收端26的接收功率，將接收端26的接收功率變化趨勢信息發(fā)送到控制器一24。根據(jù)相關信息，通過控制器一24控制發(fā)射端22的步進電機來調節(jié)鐵芯置于空心圓柱支架內部的位置，從而，調節(jié)發(fā)射端22可調電感裝置的電感值，如果接收端26的接收功率呈現(xiàn)漸增趨勢，那么按照同一調節(jié)方向調節(jié)步進電機，調節(jié)發(fā)射端22可調電感裝置的電感值，使得接收端26的接收功率趨于最大值，說明發(fā)射端22和接受端26參數(shù)一致或者很接近。如果接收端26的接收功率呈現(xiàn)漸減趨勢，那么按反方向調節(jié)。
[0026]如果無線發(fā)射裝置中的控制器一24和無線接受裝置中的控制器二 30無法正常通信，那么可以采用通過電流傳感器23檢測發(fā)射端電流，送入控制器一 24，尋找發(fā)射端電流峰值的最小值，該值對應發(fā)射端22和接受端26參數(shù)一致或者很接近的狀態(tài)。
[0027]如果上述方法未能達到提高無線能量傳輸系統(tǒng)的傳輸效率，那么，可以實施工作過程2。
[0028]2、恒定發(fā)射端22的工作頻率，通過電流、電壓傳感器檢測接收端26的電流、電壓，并將這些信號輸入控制器二 30，分析接收端26的接收功率，根據(jù)接收端26的接收功率變化趨勢，通過控制器二 30控制接收端26的步進電機來調節(jié)鐵芯置于空心圓柱支架內部的位置，從而，調節(jié)接收端26可調電感裝置的電感值，如果接收端26的接收功率呈現(xiàn)漸增趨勢，那么按照同一調節(jié)方向調節(jié)步進電機，調節(jié)接收端26可調電感裝置的電感值，使得接收端26的接收功率趨于最大值，說明發(fā)射端22和接受端26參數(shù)一致或者很接近。如果接收端26的接收功率呈現(xiàn)漸減趨勢，那么按反方向調節(jié)。
【主權項】
1.一種可調電感裝置，包括一個鐵芯和線圈，其特征在于:將線圈纏繞在空心圓柱支架上，鐵芯置于空心圓柱支架內部，鐵芯與一臺步進電機連接;所述線圈的兩個自由端就是電感的兩個自由端； 通過利用步進電機來調節(jié)鐵芯置于空心圓柱支架內部的位置，從而調節(jié)電感的電感值，可調電感裝置具有電感值連續(xù)可調、動態(tài)響應快的特點。2.—種基于可調電感裝置的無線能量傳輸系統(tǒng)，其特征在于:包括無線發(fā)射和接收裝置，無線發(fā)射裝置由逆變器、發(fā)射端構成;所述無線接收裝置由接收端、整流濾波電路和負載構成;所述發(fā)射端或\和接收端的線圈串入所述的可調電感裝置，其特征在于:還包括控制器一、控制器二，兩者均為微控制單元或者數(shù)字信號處理單元，可以相互通信。3.根據(jù)權利要求2所訴的一種基于可調電感裝置的無線能量傳輸系統(tǒng)，其特征在于:發(fā)射端中的可調電感裝置與控制器一連接，通過電流傳感器檢測輸入端的信號輸入到控制器一;接收端中的可調電感裝置與控制器二連接，通過電流電壓傳感器檢測負載的信號輸入到控制器二。4.一種基于可調電感裝置的無線能量傳輸系統(tǒng)的控制方法，步驟如下: 恒定接收端頻率，通過電流、電壓傳感器檢測接收端的電流、電壓，并將這些信號輸入控制器二，分析接收端的接收功率，將接收端的接收功率變化趨勢信息發(fā)送到控制器一； 根據(jù)相關信息，通過控制器一控制發(fā)射端的步進電機來調節(jié)鐵芯置于空心圓柱支架內部的位置，從而，調節(jié)發(fā)射端可調電感裝置的電感值； 若接收端的接收功率呈現(xiàn)漸增趨勢，那么按照同一調節(jié)方向調節(jié)步進電機，調節(jié)發(fā)射端可調電感裝置的電感值，使得接收端的接收功率趨于最大值，說明發(fā)射端和接受端參數(shù)一致或者很接近； 若接收端的接收功率呈現(xiàn)漸減趨勢，那么按反方向調節(jié)； 若無線發(fā)射裝置中的控制器一和無線接受裝置中的控制器二無法正常通信，那么可以采用通過電流傳感器檢測發(fā)射端電流，送入控制器一，尋找發(fā)射端電流峰值的最小值，該值對應發(fā)射端和接受端參數(shù)一致或者很接近的狀態(tài)。5.—種基于可調電感裝置的無線能量傳輸系統(tǒng)的控制方法，步驟如下: 恒定發(fā)射端的工作頻率，通過電流、電壓傳感器檢測接收端的電流、電壓，并將這些信號輸入控制器二； 分析接收端的接收功率，根據(jù)接收端的接收功率變化趨勢，通過控制器二控制接收端的步進電機來調節(jié)鐵芯置于空心圓柱支架內部的位置，從而，調節(jié)接收端可調電感裝置的電感值； 若接收端的接收功率呈現(xiàn)漸增趨勢，那么按照同一調節(jié)方向調節(jié)步進電機，調節(jié)接收端可調電感裝置的電感值，使得接收端的接收功率趨于最大值，說明發(fā)射端和接受端參數(shù)一致或者很接近； 若接收端的接收功率呈現(xiàn)漸減趨勢，那么按反方向調節(jié)。
【文檔編號】H01F29/10GK106024345SQ201610519900
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月5日
【發(fā)明人】劉姜濤, 鄧其軍, 應黎明
【申請人】湖北第二師范學院