一种基于频率自适应的无线能量传输装置和方法与流程

本发明属于电气领域，具体涉及一种基于频率自适应的无线能量传输装置和方法。

背景技术：

无线能量传输在家用电器、现代电动汽车、空间领域等受到普遍关注，目前无线能量传输在多方面得到应用。比如手机、电动汽车的无线充电等，摆脱传统电力线缆的连接和防护要求，减少人为操作。

但目前无线能量传输应用过程中需要单独匹配，不具有互换性和通用性，尤其在电动汽车领域中需要充电装置适应不同车型，不同车型具有不同的底盘高度，汽车载重不同时高度也会有所起伏，造成无线能量传输距离不符合理论设计值。空间领域中无线能量传输距离变化更为复杂，需要不断适应无线能量传输过程中距离的变化。

无线能量传输存在设计距离和设计频率，设计频率为在设计距离下能够满足输出功率最高的工作频率。在实际距离与设计距离不符的情况下，输出功率会降低。不同传输距离存在着不同匹配频率，使得输出功率能够达到相对最高，但低于设计值。无线能量传输器件的不一致性也会产生实际值与理论值的偏差。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种基于频率自适应的无线能量传输装置和方法，该方法能够实现能量传输前的工作频率调节和能量传输过程中距离变化频率自适应，提高输出功率。

一种基于频率自适应的无线能量传输装置由高频逆变电路模块、整流电路模块、初级线圈、次级线圈、距离传感器、电压电流采样电路、控制器组成。

所述的高频逆变电路模块用于将直流电转化为设定频率的高频交流电，高频交流电通过初级线圈将能量转化为交变磁场传递给次级线圈，次级线圈将交变磁场再转化为高频交流电，高频交流电通过整流电路模块转化为直流电提供给输出端。

所述的电压电流采样电路a和b采集输入输出的电压和电流，控制器组成计算输入输出功率和效率。初次工作时高频逆变电路在限值范围内调整不同输出频率，并计算输出功率，当输出功率达到最大值时，锁定输出频率正常输出直到工作结束。工作频率和相关信息存储在控制器存储单元，在以后相同条件时直接使用。

所述的距离传感器用于检测初级线圈和次级线圈的距离。当检测到距离变化时，控制器组成根据距离变化情况调整输出频率，满足输出功率的最大化。距离传感器适用于线圈距离经常变化的场合，提高适应速度。控制器组成检测到距离超出预先设定值时，可关闭无线能量传输系统。

本发明的优点在于：

(1)所设计频率自适应电路简单可靠，易于控制；

(2)提高无线能量传输传输在不同工作条件下的适应能力，提高输出功率；

(3)可适应存在初级线圈和次级线圈相对距离变化中的无线能量传输，使用更加灵活。

附图说明

图1是本发明的电路原理图；

图2是本发明的方法流程图；

图中：

1-直流电源2-高频逆变电路模块3-初级线圈和次级线圈

4-整流电路模块5-输出负载6-电压电流采样电路a

7-控制器8-控制器存储单元9-电压电流采样电路b

10-距离传感器

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

一种基于频率自适应的无线能量传输装置包括高频逆变电路模块2、整流电路模块4、初级线圈和次级线圈3、距离传感器10、电压电流采样电路a6、电压电流采样电路b9、控制器7。

所述的高频逆变电路模块2用于将直流电源1的直流电转化为设定频率的高频交流电，高频交流电通过初级线圈将能量转化为交变磁场传递给次级线圈，次级线圈将交变磁场再转化为高频交流电，高频交流电通过整流电路模块4转化为直流电提供给输出负载5。

所述的电压电流采样电路a6和电压电流采样电路b9采集输入输出的电压和电流，控制器7计算输入输出功率和效率。初次工作时高频逆变电路模块2在限值范围内调整不同输出频率，并计算输出功率，当输出功率达到最大值时，锁定输出频率正常输出直到工作结束。工作频率和相关信息存储在控制器存储单元8，在以后相同条件时直接使用。

所述的距离传感器10用于检测初级线圈和次级线圈的距离。当检测到距离变化时，控制器7根据距离变化情况调整输出频率，满足输出功率的最大化。距离传感器10适用于线圈距离经常变化的场合，提高适应速度。控制器7检测到距离超出预先设定值时，可关闭无线能量传输系统。

本发明是一种基于频率自适应的无线能量传输方法，无线能量传输装置工作时，电压电流采样电路a6和电压电流采样电路b9采集输入输出的电压和电流，控制器7计算输入输出功率和效率。

线圈距离满足在设定距离附近基本稳定的无线能量传输装置可以不使用距离传感器10，初次工作时高频逆变电路模块2在限值范围内调整不同输出频率，并计算输出功率，当输出功率达到最大值时，锁定输出频率正常输出直到工作结束。工作频率和相关信息存储在控制器存储单元8，在以后相同条件时直接使用。

再次使用时若输出符合上次使用输出范围，可直接正常。若与上次输出范围不符，直接返回初次工作状态模式。控制器存储单元8可累积多次使用信息，达到记忆学习目的。

距离传感器7用于检测初级线圈和次级线圈的距离。用于距离经常变化的场合，当检测到距离变化时，控制器7根据距离变化情况调整输出频率，满足输出功率的最大化。控制器存储单元同时记忆频率和距离的相关信息，使用时若初级、次级线圈距离与某个记忆距离相符，直接调取记忆频率工作。若初级、次级线圈距离在某个记忆距离附近，可缩小频率调节范围尽快达到输出功率最大值，节省调节时间。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种基于频率自适应的无线能量传输装置和方法，自动匹配不同距离的无线能量传输，使输出功率能够达到最大值，所述电路由高频逆变电路模块、整流电路模块、初级线圈、次级线圈、距离传感器、电压电流采样电路、控制器组成。电路通过控制器调节高压逆变模块的输出频率，并检测输出电压电流值计算输出功率，并在输出功率达到最大值时锁定输出频率，来达到满足输出功率最大的方式。同时使用距离传感器和控制器中的存储功能辅助快速锁定频率。提高无线能量传输的通用性。

技术研发人员：杨世春;闫啸宇;何红;杨海圣;杨鹏
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：2017.06.29
技术公布日：2017.10.20