一种用于无线电能传输的发射器、接收器以及连接方法与流程

1.本发明涉及无线电能传输技术领域，特别涉及一种用于无线电能传输的发射器、接收器以及连接方法。


背景技术：

2.无线电能传输的时候，通过在原变线圈(送电线圈)加载高频电磁信号，副变线圈(受电线圈)拾取同频高频电磁信号后获取电能，实现电能传输。无线电能传输的方法大体分为如下三种，1.电场感应或电磁感应；2.磁共振模式；3.微波。
3.电场感应或电磁感应方式发射接收功率较小，传输距离短，但是电路简单，原理模型也简单；磁共振模式下，原变线圈和副变线圈工作在共振模式下，传输距离较大，传输功率较大，但是电路比较复杂；微波模式是将电能调制到高频甚至可到ghz，在该模式下传输电能，类似于无线信号传输的天线。
4.如图1所示，无线电能传输中，如果是采用小功率(几瓦到几十瓦)，可采用ti，nxp等公司的整体解决芯片方案，该芯片大多是通过原变线圈和副变线圈来传输电能和信号，但无法实现大功率电能传输。主要是集中在手机等移动设备充电，一般是通过ac/dc转换器将交流电转换成直流电，再通过变频器将直流电变化交流输送到发射线圈，发射线圈和接收线圈通过电磁感应和身份识别建立连接实现电能传输，接收线圈接收的交流电通过整流电路变为直流电为电池充电。
5.当传输的无线电能为第二功率(例如功率大于100w)即大功率时，发射器和接收器一般是采用通信模块来实现通信，通信模块的通信距离可达100米，则可能发射器通信模块能与多个接收器通信模块均能实现通信，匹配精度降低。


技术实现要素：

6.针对现有技术中发射器和接收器匹配实时性较低的问题，本发明提出一种用于无线电能传输的发射器、接收器以及连接方法，通过在发射器中安装有身份验证模块，接收器上安装身份绑定模块，使得发射器通过身份验证模块识别身份绑定模块中接收器的身份信息，从而及时建立连接，提高了实时性。
7.为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
8.一种用于无线电能传输的发射器，所述发射器上安装有身份验证模块，用于识别接收器的身份信息。
9.优选的，所述身份验证模块包括图像识别装置、射频识别装置和第一信号调制装置；所述图像识别装置包括摄像头，所述射频识别装置包括射频身份读卡器。
10.优选的，所述第一信号调制装置包括第一控制芯片、第一信号拾取模块和第一信号发射模块：
11.ac/dc转换器的输出端与变频器的输入端连接，变频器的第一输出端与发射线圈的第一端连接，变频器的第二输出端与发射线圈的第二端连接；第一信号拾取模块的输入
端与发射线圈的第二端连接，第一信号拾取模块的输出端与第一控制芯片的输入端连接，第一控制芯片的输出端与第一信号发射模块的输入端连接，第一信号发射模块的输出端与发射线圈的第一端连接。
12.一种用于无线电能传输的接收器，所述接收器上安装有身份绑定模块，内置有接收器的身份信息。
13.优选的，所述身份绑定模块包括图像代码、射频卡和第二信号调制装置。
14.优选的，所述图像代码包括二维码或条码。
15.优选的，所述第二信号调制装置包括第二控制芯片、第二信号拾取模块和第二信号发射模块：
16.接收线圈的第一端与整流电路的第一输入端连接，接收线圈的第二端与整流电路的第二输入端连接，整流电路的第一输出端与电池连接，整流电路的的第二输出端与第二控制芯片的电源端连接；第二信号拾取模块的输入端与接收线圈的第二端连接，第二信号拾取模块的输出端与第二控制芯片的输入端连接，第二控制芯片的输出端与第二信号发射模块的输入端连接，第二信号发射模块的输出端与接收线圈的第一端连接。
17.一种用于无线电能传输的连接方法，采用图像识别模式：当亮度大于或等于预设亮度时，发射器安装图像识别装置，接收器安装图像代码，当发射器检测到接收器后，开启图像识别装置识别图像代码，验证接收器的身份信息，从而建立唯一匹配连接。
18.优选的，还包括射频识别模式：当亮度小于预设亮度时，发射器安装射频识别装置，接收器安装射频卡，当发射器检测到接收器后，射频识别装置识别射频卡，验证接收器的身份信息，从而建立唯一匹配连接。
19.优选的，还包括自建通信模式：
20.发射器中的ac/dc模块输出直流电，变频器将直流逆变为高频交流，发射线圈将高频交流传输到接收线圈；
21.接收器中接收线圈将获得高频交流输出到整流电路以转换成直流电，同时给电池和第二控制芯片供电；
22.接收器中第二控制芯片通过第二信号发射模块发射身份信号，发射器中的第一信号拾取模块接收到身份信号后再通过第一信号发射模块发射连接信号，接收器中第二信号拾取模块接收到连接信号，从而实现发射器和接收器建立唯一匹配连接，完成无线电能传输。
23.综上所述，由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
24.本发明通过在发射器中安装有身份验证模块，接收器上安装身份绑定模块，使得发射器通过身份验证模块识别身份绑定模块中接收器的身份信息，从而及时建立连接，提高了实时性。
25.同时采用自建通信模式，除了可识别接收器的身份之外，还可以实现发射器和接收器相互通信，而不需要额外再添加通信模块，即相比外置通信模块，发射器和接收器之间通信的稳定性和实时性更高。
附图说明：
26.图1为现有的小功率无线电能传输系统示意图。
27.图2为根据本发明示例性实施例的发射器和接收器示意图。
28.图3为根据本发明示例性实施例的自建通信模式示意图。
具体实施方式
29.下面结合实施例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
30.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
31.无线电能传输又称为无线电力传输、非接触电能传输，是指通过发射器将电能转换为其他形式的中继能量(如电磁场能、激光、微波及机械波等)，隔空传输一段距离后，再通过接收器将中继能量转换为电能，实现无线电能传输的传输方式。
32.无线电能传输的过程主要包括如下三个过程，检测、通信、供电三个阶段：
33.(1)检测阶段：识别可供电设备及异物(fod)，当接收器放置在发射器工作范围内，发射器检测是否是一个接收器靠近。或者发射器通过外部输入信号，告知接收器已经接近。
34.(2)通讯阶段：进行身份认证。发射器发送数据包，并且为接收器供电启动接收器，之后接收器回复响应数据完成身份的认证。或者发射器通过其他方式如图像识别、射频身份识别等技术获取附着在接收器上的身份信息。
35.(3)充电阶段：进行电能传输。在身份认证后，发射器根据接收器的设备类型，选择相应的功率等参数，为接收器充电。
36.如图2所示，本发明提供一种用于无线电能传输识别接收器身份的系统，包括发射器和接收器，发射器安装有身份验证模块，接收器上安装有身份绑定模块，发射器通过身份验证模块识别身份绑定模块中接收器的身份信息，从而建立连接，实现无线电能传输。
37.本实施例中，身份验证模块包括图像识别装置、射频识别装置和第一信号调制装置中任意组合；身份绑定模块包括图像代码、射频卡和第二信号调制装置中对应与身份验证模块的任意组合。例如发射器上安装有图像识别装置或同时安装有射频识别装置和第一信号调制装置，则接收器上安装有图像代码或射频卡和第二信号调制装置。
38.第一信号调制装置和第二信号调制装置中设置有控制芯片，控制芯片可采用ti，nxp等公司的现有芯片。
39.现有的无线电能传输中接收器的接收线圈只作为接收电能的载体，无法实现信号传输。因此需要修改现有无线电能传输的原理，利用发射线圈和接收线圈作为信号传输的载体，即在发射器中安装信号拾取电路，在接收器中安装信号发射线路，实现发射线圈和接收线圈之间电能、信号的双功能应用。
40.如图3所示，本实施例中，还采用自建通信模式结构，即发射器中设置第一信号调
制装置，接收器中设置第二信号调制装置。
41.发射器中第一信号调制装置包括第一控制芯片、第一信号拾取模块和第一信号发射模块。ac/dc转换器的输出端与变频器的输入端连接，变频器的第一输出端与发射线圈的第一端连接，变频器的第二输出端与发射线圈的第二端连接；第一信号拾取模块的输入端与发射线圈的第二端连接，第一信号拾取模块的输出端与第一控制芯片的输入端连接，第一控制芯片的输出端与第一信号发射模块的输入端连接，第一信号发射模块的输出端与发射线圈的第一端连接。
42.接收器中第二信号调制装置包括有第二控制芯片、第二信号拾取模块和第二信号发射模块。接收线圈的第一端与整流电路的第一输入端连接，接收线圈的第二端与整流电路的第二输入端连接，整流电路的第一输出端与电池连接，整流电路的的第二输出端与第二控制芯片的电源端连接；第二信号拾取模块的输入端与接收线圈的第二端连接，第二信号拾取模块的输出端与第二控制芯片的输入端连接，第二控制芯片的输出端与第二信号发射模块的输入端连接，第二信号发射模块的输出端与接收线圈的第一端连接。
43.本发明提供一种用于无线电能传输中发射器和接收器的连接方法，具体包括图像识别模式、射频识别模式和自建通信模式；
44.图像识别模式具体为：
45.s1：当亮度大于或等于预设亮度时，在发射器端安装的身份验证模块为图像识别装置，接收器上安装的身份绑定模块为图像代码，当发射器检测到接收器后，开启图像识别装置识别图像代码，验证接收器的id，从而建立唯一匹配连接，实现无线电能传输。
46.本实施例中，图像识别装置为摄像头，可旋转360
°
。图像代码包括二维码或条码。由于二维码和条码不需要供电，图像识别装置在满足光照情况下，可读取二维码和条码，获取接收器的身份信息，即不需要接收器有电即可识别接收器的身份信息，简单可靠。
47.射频识别模式具体为：
48.s2：或者当亮度小于预设亮度时，在发射器端安装的身份验证模块为射频识别装置，接收器上安装的身份绑定模块为射频卡(射频卡上记载有接收器的id)，当发射器检测到接收器后，射频识别装置识别射频卡，验证接收器的id，从而建立唯一匹配连接，实现无线电能传输。
49.本实施例中，射频识别装置的工作距离大于发射器和接收器的连接距离。例如发射器和接收器的连接距离即无线电能传输距离大约为15cm，则射频识别装置的工作距离(识别射频卡的距离)为20-30cm比较合适。此外，需要考虑到邻近设备的信息是否被误读，假设在立体车库场景，相邻设备之间距离大约为3-5米，则选择20-30cm的射频识别装置是不会误读的。
50.本实施例中，现有的无线电能传输中接收器的接收线圈只作为接收电能的载体，无法实现信号传输。因此需要修改现有无线电能传输的原理，利用发射线圈和接收线圈作为信号传输的载体，即在发射器中安装信号拾取电路，在接收器中安装信号发射线路。
51.自建通信模式具体为：
52.s3：发射器检测到接收器后，发射器无线输送电能到接收器，接收器开始工作并发送信号，发射器拾取到信号后识别接收器的id，从而建立唯一匹配连接，实现无线电能大功率(例如功率大于100w)传输。
53.使用过程如下：
54.s3-1：发射器中的ac/dc模块输出直流电，变频器将直流逆变为高频交流，发射线圈将高频交流传输到接收线圈；
55.s3-2：接收器中接收线圈获得高频交流能量，整流电路将交流电转换成直流电，同时给电池和第二控制芯片供电，使第二控制芯片工作。
56.s3-3：接收器中第二控制芯片通过第二信号发射模块发射身份信号，发射器中的第一信号拾取模块接收到身份信号后再通过第一信号发射模块发射连接信号，接收器中第二信号拾取模块接收到连接信号，从而实现发射器和接收器连接，完成无线电能传输。
57.本实施例中，第一信号发射模块和第二信号发射模块都是通过调制的方式进行信号发射，第一信号拾取模块和第二信号拾取模块都是通过解调的方式进行信号拾取。
58.本实施例中，每个接收器具有唯一的id，利用id与发射器实现一对一通信连接，从而避免发射器无法及时和接收器进行匹配连接，提高了匹配效率。本发明相当于采用自建通信模式，除了可识别接收器的身份之外，还可以利用实现相互通信，而不需要额外再添加通信模块，相比外置通信模块，发射器和接收器之间通信的稳定性和实时性更高。
59.本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。