基于频率控制的磁耦合电能无线传输系统的制作方法
【专利摘要】本发明是一种基于频率控制的磁耦合电能无线传输系统，主要包括基于模糊神经控制算法的DSP控制系统、射频功放系统、距离检测系统、电能发射系统、电能接收系统、整流调压系统、DSP控制功率检测系统、负载八个部分。该系统属于高频电磁理论工程与信号传输应用前沿交叉领域，解决了电能和信号无线自适应高效同步传输的问题。本发明克服了传统上电能无线传输工作距离改变下负载效率下降的问题，设计了结构简单、易于实现、高可靠性、抗干扰能力强、基于DSP的模糊神经控制算法的电能与信号无线自适应同步传输方法。
【专利说明】基于频率控制的磁耦合电能无线传输系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于频率控制的磁耦合电能无线传输系统。特别是涉及一种基于频率自适应控制优化传输功率、高可靠性、电磁兼容性佳的磁耦合电能无线传输系统。
【背景技术】
[0002]自从1840年发现利用电磁感应现象及导线可以传输电能至今，电能的传输主要是由导线直接接触进行传输的。电工设备的充电一般是通过插头和插座来进行，但是在进行大功率充电时，这种充电方式存在高压触电的危险。且由于存在摩擦和磨损，系统的安全性、可靠性及使用寿命较低，特别是在化工、采矿等一些易燃、易爆领域，极易引发大的事故。新型无线电能传输系统采用电磁感应原理、电力电子技术以及控制理论相结合，实现了电能的无线传输，完全克服了以上限制。
[0003]基于影响比较大的磁耦合谐振无线电能传输系统基本结构分析，从耦合模理论角度来看，谐振系统的频率在近距离时发生了分裂。针对由于频率分裂现象引起的在近距离传输时的功率下降问题，本发明系统植入了基于模糊神经控制的发射功率源频率同步跟踪发射电路固有谐振频率的控制算法。调节系统供电频率可以提高负载功率。本文无线传能系统源频率由DSP控制DDS产生，其中DSP中植入改进的模糊神经控制算法。
[0004]本发明旨在克服了传统上磁耦合谐振无线电能传输系统收发线圈在工作距离或其它因素干扰下负载功率下降问题，提出了基于模糊神经控制的发射功率源频率同步跟踪发射电路固有谐振频率的频率跟踪控制设计理念，设计了一种基于频率控制优化传输功率、高可靠性、电磁兼容性佳的磁耦合电能无线传输系统。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是，基于频率控制的磁耦合电能无线传输系统，该装置具有发射功率源频率同步跟踪发射电路固有谐振频率、高可靠性、电磁兼容性佳的特点。
[0006]本发明所采用的技术方案是:基于频率控制的磁耦合电能无线传输系统，包括DSP控制系统，其特征在于DSP中植入改进的模糊神经控制算法及具有距离功率检测信号处理功能。还设置有:基于DSP的距离与电压检测单元实现线圈之间距离检测和负载接收电压检测，发射系统将电能转化成高频磁能量并将控制信号无线发射出去，接收系统用于接收电能，负载单元吸收能量。
[0007]所述的基于DSP控制的发射系统是基于频率控制的磁耦合电能无线传输系统核心部分之一，包括DSP控制单元、电压与距离检测单元、DDS信号产生单元、射频功放单元、电能发射单元。DSP控制单元接收负载电压检测信号及线圈距离信号，通过算法运算后，并通过DDS信号产生将该信号调制成频率控制信号传给DDS信号源；射频功放单元将DDS信号源的信号进行功率放大提供给电能发射单元；电能发射单元将高频电能转化成高频磁能量发射到空中。
[0008]所述的电能接收系统是基于频率控制的磁耦合电能无线传输系统的核心部分之一，包括电能接收单元、整流调压单元。电能接收单元收集空中高频磁能量将其转化成高频电能；整流调压单元将高频电能转化成直流再通过调压将电压调节到所需电压幅值。
[0009]本发明的基于频率控制的磁耦合电能无线传输系统，该装置具有自适应控制优化传输功率、高可靠性、电磁兼容性佳的特点。当系统通电工作后，电能以无线方式传到负载，同时信号无线传输通道建立，当线圈工作距离发生变化，基于DSP的控制单元发出控制指令，控制DDS做相应的源频率调节。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是设计系统的整体框图；
[0011]图2是电能发射系统框图；
[0012]图3是电能接收系统框图。
【具体实施方式】
[0013]本发明提供一种基于频率控制优化传输功率的磁耦合电能无线传输系统。下面结合实施例和附图对本发明基于频率控制优化传输功率的磁耦合电能无线传输系统做出详细说明。
[0014]如图1所示，本发明的基于频率控制优化传输功率的磁耦合电能无线传输系统，包括有电源I可向电能与信号发射系统2提供所需电能，还设置有:电能与发射系统2将电能以无线方式同步发射出去，电能与信号接收系统3用于接收电能发射系统2发射的电能，负载单元4接收电能接收系统3提供的电能并开始正常工作。
[0015]如图2所示，所述的电能发射系统2是基于频率控制优化传输功率的磁耦合电能无线传输系统的核心部分之一，包含DSP控制单元21、距离与功率检测单元22、DDS信号产生单元23、射频功放单元24、电能发射单元25。其中DSP中植入改进的模糊神经控制算法，DSP控制单元21和距离与电压检测单元22、DDS信号产生单元23相连，DSP控制单元21接收距离与电压检测单元信号22并向DDS信号产生单元23发控制指令；DDS信号产生单元23向射频功放单元24提供标准正弦波；射频功放单元24与电能发射单元25相连，射频功放单元24向电能发射单元25提供所需高频电能，电能发射单元25将从射频功放单元24得到的高频电能转化成高频磁能。
[0016]如图3所示，所述的电能接收系统3由电能接收单元31、整流调压单元32、负载单元33组成。电能接收单元31与整流调压单元32相连，电能接收单元31接收电能发射单元25发射的高频磁能并将其转变成高平电能，高频电能经过整流调压单元32将其变成负载所需电压的直流电源；整流调压单元32负载单元33相连，向它提供所需电能；距离与电压检测单元22与电能接收单元31相连，检测距离与电压，并实时将数据发送到DSP控制单元21进行改进了的模糊神经算法处理，使其发送控制信号以提高负载单元4负载功率。
[0017]以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有局限性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一。所以如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，采用其它形式的同类部件或其它形式的各部件布局方式，不经创造性的设计出与该技术方案相似的技术方案与实施例，均应属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种基于频率控制的磁耦合电能无线传输系统，包括DSP控制系统(I)，其特征在于，还设置有:DDS信号发生系统(2)与射频功放系统(3)相连接，并向射频功放系统(3)提供频率可控的信号源，射频功放系统(3)将接收到的信号源进行功率放大，使经过功率放大的信号具有一定的电能，该电能经过电能与信号发射系统(4)转化成高频磁能量无线发射出去，电能接收系统(5)用于接收电能发射系统(4)发出的高频磁能并将其变成高频电能，高频电能经过整流调压系统(6)变成负载(9)所需电能。
2.根据权利要求1所述的基于频率控制的磁耦合电能无线传输方法，其特征在于，DSP控制系统(I)包括信号输入单元(11)、DSP算法控制单元(12)、串行通信单元(13)，信号输入单元(11)与DSP算法控制单元(12)相连接，信号输入单元(11)接收距离与电压检测系统发出信号，并将该指令信号传输到DSP控制单元(12)通过改进的模糊神经控制算法计算出相对应频率，DSP控制单元(12)与串行通信单元(13)相连接，DSP控制单元(12)发出频率指令信号，将控制指令通过串行通信单元(13)发给DDS信号发生单元(2)。
3.根据权利要求1所述的基于频率控制的磁耦合电能无线传输方法，其特征在于，信号发射系统(2)包括串行通信单元(21)、DDS控制单元(22)、DDS信号产生单元(23)、功率放大单元(24)，串行通信单元(21)与DDS控制单元(22)相连接，串行通信单元(21)接收DSP控制系统(I)发过来的控制指令，并将该指令信号接收给DDS控制单元(22)，使DDS控制单元(22)控制DDS信号产生单元(23)产生指定频率的信号源；指定频率信号通过功率放大单元(24)变为高频能量发射出去，来完成能量的传输。
【文档编号】H02J17/00GK103887898SQ201410120324
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年3月25日 优先权日:2014年3月25日
【发明者】李哲, 高立均, 张洋, 吴晓康, 刘维娜, 李阳 申请人:天津工业大学