本實用新型屬于電能傳輸領(lǐng)域，尤其涉及一種利用無線電傳輸?shù)碾娔軅鬏斚到y(tǒng)。

背景技術(shù)：

無線電能傳輸是一種通過空間電磁場耦合進行電能傳輸?shù)募夹g(shù)，其主要優(yōu)點是不需要插拔，使用簡單方便；不會產(chǎn)生電火花，可以在易燃易爆的工業(yè)環(huán)境中使用；可以在水中進行能量傳輸，可以應(yīng)用到海洋裝備等水下應(yīng)用中。無線電能傳輸系統(tǒng)主要包含兩部分：一部分是能量傳輸，通過電能變換，將電能從發(fā)射端無線傳輸?shù)浇邮斩?；另外一部分是通訊信號的傳輸，主要用于完成發(fā)射端與接收設(shè)備之間的信息和控制交互，保證整個系統(tǒng)工作的安全性和穩(wěn)定性。

目前，應(yīng)用于無線電能傳輸系統(tǒng)的通信方式主要有兩種：

一種是采用載波調(diào)制方式，在傳輸能量的耦合線圈上調(diào)制控制信息，并通過調(diào)制和解調(diào)電路實現(xiàn)發(fā)射端與接收端的單向或雙向通信。這種方法主要應(yīng)用于小功率的無線電能傳輸系統(tǒng)中，采用載波調(diào)制的通信控制方式對于基波的幅值比較敏感，當無線電能傳輸系統(tǒng)的功率或變化范圍較大時，這種方法存在較明顯的局限性；

另外一種方法是采用單獨的無線通信信道，采用射頻通信的方式，實現(xiàn)發(fā)射端與接收端的雙向通信。這種方案由于通信信道獨立于能量傳輸通道，具有控制更靈活，適應(yīng)功率等級更廣等優(yōu)點，可以應(yīng)用于大功率的無線電能傳輸系統(tǒng)中。但是，當采用獨立的無線通信信道控制無線電能傳輸系統(tǒng)時，如果連續(xù)快速移走并快速放回接收端設(shè)備時，經(jīng)常會出現(xiàn)燒毀無線電能傳輸設(shè)備的現(xiàn)象。

在連續(xù)快速移走并快速放回接收端設(shè)備時產(chǎn)生故障的主要原因是：由于射頻無線通信系統(tǒng)的有效傳輸距離(一般為幾十厘米到幾米)通常都遠遠大于無線電能傳輸?shù)墓ぷ骶嚯x(通常只有幾個到十幾個厘米)。當接收端設(shè)備被快速拿走時，能量傳輸已經(jīng)斷開，但是無線通信還在有效工作距離內(nèi)(通常接收端的掉電不會馬上進行，而會有一段延遲時間)。在這種情況下，發(fā)射端還會繼續(xù)根據(jù)接收端返回的狀態(tài)信息，繼續(xù)調(diào)大輸出增益，導(dǎo)致發(fā)射端設(shè)備的瞬時勵磁電流非常大。當接收端設(shè)備又被快速放回時，此時發(fā)射端正好處于最大的輸出增益，此時通信控制將輸出端增益調(diào)節(jié)到正常水平需要一定的延遲時間，這個過渡過程中接收端和發(fā)射端設(shè)備就處于瞬時的過壓或過流狀態(tài)，嚴重時就會導(dǎo)致燒毀設(shè)備。

因此，為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，需要有效的解決上述問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決以上問題，本實用新型提供了一種無線電能傳輸系統(tǒng)以及無線電能傳輸控制方法，該實用新型在無線發(fā)射端設(shè)置有接近式傳感器，實現(xiàn)了無線接收端設(shè)備移走或放入的監(jiān)測，根據(jù)無線接收端設(shè)備的狀態(tài)控制和調(diào)整發(fā)射端設(shè)備的工作頻率和輸出增益，使無線電能傳輸系統(tǒng)更安全、穩(wěn)定的工作。

為了達到上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案為：

一種無線電能傳輸系統(tǒng)，包括連接于電網(wǎng)的無線發(fā)射端，以及可接收無線發(fā)射端電能信號的無線接收端，無線發(fā)射端包括可傳輸無線電能的發(fā)射線圈，以及可接收通訊信號的通信接收模塊；無線接收端外連負載，包括可接收發(fā)射線圈中發(fā)射電能的接收線圈，以及可將接收線圈輸出電能轉(zhuǎn)化為通訊信號傳輸至通信接收模塊的通信發(fā)射模塊，無線發(fā)射端還包括發(fā)射端整流濾波電路，發(fā)射端整流濾波電路的輸出端連接有逆變電路，發(fā)射線圈連接逆變電路的輸出端，發(fā)射線圈內(nèi)設(shè)有可感應(yīng)發(fā)射線圈與接收線圈距離的接近式傳感器，接近式傳感器根據(jù)發(fā)射線圈與接收線圈距離形成感應(yīng)信號，發(fā)射線圈連接有發(fā)射端MCU，以接收接近式傳感器形成的感應(yīng)信號；發(fā)射端MCU電連通信接收模塊的輸出端，以接收通信接收模塊中的通訊信號，發(fā)射端MCU電連逆變電路的輸入端，以控制逆變電路中轉(zhuǎn)換的交流電頻率；發(fā)射端MCU中包括可接收感應(yīng)信號和通訊信號的判斷模塊以及與判斷模塊電連的控制模塊，判斷模塊根據(jù)感應(yīng)信號判斷無線接收端是否在工作區(qū)域內(nèi)，如在工作區(qū)域內(nèi)，則將通訊信號轉(zhuǎn)化為判斷信號發(fā)送至控制模塊，控制模塊根據(jù)該判斷信號轉(zhuǎn)化為控制信號控制無線發(fā)射端的工作頻率；如不在工作區(qū)域，則判斷模塊內(nèi)形成復(fù)位判斷信號，并將該復(fù)位判斷信號發(fā)送至控制模塊，控制模塊根據(jù)該復(fù)位判斷信號轉(zhuǎn)化為控制信號控制無線發(fā)射端處于待機狀態(tài)。

作為本實用新型的進一步優(yōu)化，接收線圈內(nèi)置有可增強接近式傳感器感應(yīng)強度的感應(yīng)物。

作為本實用新型的進一步優(yōu)化，無線接收端的接收線圈連接有整流濾波電路，整流濾波電路的輸出端連接輸出電壓采樣電路，以采集整流濾波電路整流后的輸出電壓，輸出電壓采樣電路的輸出端連接接收端MCU，接收端MCU連接通信發(fā)射模塊，以將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號傳輸至通信發(fā)射模塊形成通訊信號。

作為本實用新型的進一步優(yōu)化，無線接收端的整流濾波電路的輸出端連接有可輸出恒定電壓的穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓電路的輸出端連接負載。

作為本實用新型的進一步優(yōu)化，接近式傳感器設(shè)置于可避免電磁場干擾的發(fā)射線圈中心處。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點和積極效果在于：

1、本實用新型的無線電能傳輸系統(tǒng)，能夠?qū)崟r監(jiān)測無線接收端設(shè)備移走或放入，并將該感應(yīng)信號傳輸至發(fā)射端MCU中，發(fā)射端MCU根據(jù)感應(yīng)信號和通信信號控制和調(diào)整發(fā)射端設(shè)備的工作頻率和輸出增益，使無線電能傳輸系統(tǒng)更安全、穩(wěn)定的工作。

2、本實用新型的無線電能傳輸系統(tǒng)，發(fā)射端MCU中具有判斷模塊，進而根據(jù)判斷模塊形成的控制信號控制無線發(fā)射端的工作頻率，具有智能化的特點；

3、本實用新型的無線電能傳輸控制方法，當無線接收端與無線發(fā)射端不在工作區(qū)域中時，可使無線發(fā)射端處于待機狀態(tài)，更節(jié)能，同時，在無線發(fā)射端與無線接收端進入至工作區(qū)域時，可根據(jù)預(yù)設(shè)頻率工作，不會導(dǎo)致無線接收端和無線發(fā)射端設(shè)備處于瞬時的過壓或過流狀態(tài)，保護了設(shè)備。

附圖說明

圖1為本實用新型無線電能傳輸系統(tǒng)的示意圖；

圖2為本實用新型無線電能傳輸控制方法的流程圖。

具體實施方式

下面，通過示例性的實施方式對本實用新型進行具體描述。然而應(yīng)當理解，在沒有進一步敘述的情況下，一個實施方式中的元件、結(jié)構(gòu)和特征也可以有益地結(jié)合到其他實施方式中。

參見圖1，是本實用新型中無線電能傳輸系統(tǒng)的示意圖。如圖1所示，本實用新型的無線電能傳輸系統(tǒng)，包括連接于電網(wǎng)的無線發(fā)射端，以及可接收無線發(fā)射端電能信號的無線接收端，無線發(fā)射端包括可傳輸無線電能的發(fā)射線圈，以及可接收通訊信號的通信接收模塊。無線接收端外連負載，包括可接收發(fā)射線圈中發(fā)射電能的接收線圈，以及可將接收線圈輸出電能轉(zhuǎn)化為通訊信號傳輸至通信接收模塊的通信發(fā)射模塊，通過上述發(fā)射線圈與接收線圈的設(shè)置，可實現(xiàn)無線電能的傳輸，該處的接收線圈通過磁場耦合拾取發(fā)射線圈的能量；而上述通信發(fā)射模塊與通信接收模塊的設(shè)置，實現(xiàn)了無線發(fā)送端與無線接收端之間的通訊傳輸，通訊傳輸?shù)慕⒂欣跓o線發(fā)射端根據(jù)無線接收端負載的需求而適時改變。

繼續(xù)參見圖1，無線發(fā)射端還包括可將電網(wǎng)中傳輸?shù)慕涣麟娬餍纬芍绷麟姷陌l(fā)射端整流濾波電路，發(fā)射端整流濾波電路的輸出端連接有可將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的逆變電路，發(fā)射線圈連接逆變電路的輸出端，發(fā)射線圈內(nèi)設(shè)有可感應(yīng)發(fā)射線圈與接收線圈距離的接近式傳感器，接近式傳感器根據(jù)發(fā)射線圈與接收線圈距離形成感應(yīng)信號，發(fā)射線圈連接有發(fā)射端MCU，以接收接近式傳感器形成的感應(yīng)信號；發(fā)射端MCU電連通信接收模塊的輸出端，以接收通信接收模塊中的通訊信號，發(fā)射端MCU電連逆變電路的輸入端，以控制逆變電路中轉(zhuǎn)換的交流電頻率；發(fā)射端MCU中包括可接收感應(yīng)信號和通訊信號的判斷模塊以及與判斷模塊電連的控制模塊，判斷模塊根據(jù)感應(yīng)信號判斷無線接收端是否在工作區(qū)域內(nèi)，如在工作區(qū)域內(nèi)，則將通訊信號轉(zhuǎn)化為判斷信號發(fā)送至控制模塊，控制模塊根據(jù)該判斷信號轉(zhuǎn)化為控制信號控制無線發(fā)射端的工作頻率；如不在工作區(qū)域，則判斷模塊內(nèi)形成復(fù)位判斷信號，并將該復(fù)位判斷信號發(fā)送至控制模塊，控制模塊根據(jù)該復(fù)位判斷信號轉(zhuǎn)化為控制信號控制無線發(fā)射端處于待機狀態(tài)。

另外，發(fā)射端MCU與逆變電路之間連接有驅(qū)動電路，以將控制模塊中形成的控制信號通過驅(qū)動電路控制逆變電路。

需要說明的是，本實用新型中所述的工作區(qū)域是以發(fā)送線圈為中心，在適當?shù)拇怪惫ぷ骶嚯x和水平偏移條件下，并且保證系統(tǒng)效率及安全可靠工作的最大工作區(qū)域。

另外，上述的接近式傳感器為能感知無線接收端移走或進入狀態(tài)，如霍爾磁場傳感器、GMR巨磁阻傳感器、紅外傳感器等。另外，為了使接近式傳感器的感應(yīng)強度更好，接收線圈上可放置有增強接近式傳感器傳感效果的感應(yīng)物。舉例說明，如永磁體、鐵磁性金屬、視覺標記等。

同時，本實用新型中在無線發(fā)射端以及無線接收端均設(shè)置有電能轉(zhuǎn)換電路。具體說明：無線接收端的接收線圈連接有整流濾波電路，整流濾波電路的輸出端連接輸出電壓采樣電路，以采集整流濾波電路整流后的輸出電壓，輸出電壓采樣電路的輸出端連接接收端MCU，接收端MCU連接通信發(fā)射模塊，以將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號傳輸至通信發(fā)射模塊形成通訊信號。

無線接收端外連負載，該負載可為充電負載或供電負載，一般在為負載供電時，都需要輸出穩(wěn)定電壓，因此，無線接收端的整流濾波電路的輸出端連接有可輸出恒定電壓的穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓電路的輸出端連接負載。

優(yōu)選的實施例，本實用新型中的發(fā)射線圈可在中間設(shè)置有通孔，該通孔處電磁場干擾較弱，接近式傳感器可設(shè)置于可避免電磁場干擾的發(fā)射線圈中心處。

參見圖2，圖2是本實用新型無線電能傳輸控制方法的流程圖。如圖2所示，本實用新型的無線電能傳輸控制方法，使用上述無線電能傳輸系統(tǒng)，包括以下步驟：

S1：啟動無線電能傳輸系統(tǒng)；

S2：無線電能傳輸系統(tǒng)以待機頻率待機，該處的待機頻率是指系統(tǒng)能在空載時安全工作的頻率；

S3：接近式傳感器感應(yīng)無線發(fā)射端與無線接收端的距離形成感應(yīng)信號，并將感應(yīng)信號傳輸至發(fā)射端MCU；

S4：接收端MCU根據(jù)感應(yīng)信號判斷無線接收端是否進入工作區(qū)域，如果接收端MCU判斷無線接收端已進入至工作區(qū)域，則繼續(xù)進行S5；否則，返回S3。

通過上述步驟，即可防止在無線接收端移入至無線發(fā)射端的工作區(qū)域內(nèi)的初始狀態(tài)出現(xiàn)瞬時的過壓或過流狀態(tài)，進而燒毀設(shè)備。

本實用新型中，還可實現(xiàn)在通訊過程中，無線接收端移入或移出的過流或過壓保護，具體的，還包括以下步驟：

S5：將無線電能傳輸系統(tǒng)的通訊初始化，此時發(fā)射線圈根據(jù)預(yù)設(shè)頻率工作，該處的通訊初始化是指通信發(fā)射模塊與通訊接收模塊開始傳輸通訊信號，預(yù)設(shè)頻率是指在使用該無線電能傳輸系統(tǒng)時設(shè)定的初始頻率；

S6：接收線圈接收發(fā)射線圈傳輸?shù)碾娔埽?/p>

S7：發(fā)射線圈輸出的電能經(jīng)整流濾波后傳輸?shù)浇邮斩薓CU通過通信發(fā)射模塊形成通訊信號，通信接收模塊接收該通訊信號，并將該通訊信號發(fā)送至發(fā)射端MCU；

S8：發(fā)射端MCU根據(jù)感應(yīng)信號判斷無線接收端是否在工作區(qū)域內(nèi)，如判斷無線接收端在工作區(qū)域內(nèi)，則執(zhí)行S9；否，則執(zhí)行S10；

S9：發(fā)射端MCU根據(jù)通訊信號調(diào)節(jié)無線發(fā)射端的工作頻率，然后返回執(zhí)行S6；

S10：停止能量傳輸并復(fù)位無線發(fā)射端的工作頻率，然后返回執(zhí)行S2。

通過上述步驟，本實用新型無線電能傳輸控制方法，能夠檢測到無線接收端是否移入或移出無線發(fā)射端的工作區(qū)域，不會導(dǎo)致無線接收端和無線發(fā)射端出現(xiàn)瞬態(tài)的過壓或過流狀態(tài)，進而導(dǎo)致發(fā)射端或接收端設(shè)備的燒毀。