无线供电系统、家用电器和空调器的制作方法

1.本实用新型属于无线电能传输领域，尤其涉及一种无线供电系统、家用电器和空调器。


背景技术：

2.无线电能传输是一种利用物理空间中的能量载体实现电能由发射端传输至接收端，即由电源侧传输至负载侧的技术。相比于传统的有线电能传输而言，无线电能传输避免了导线摩擦、老化等现象。其中无线电能传输技术中，由于电磁感应式无线电能传输技术以其传输效率高、传输功率大等优点，得以广泛应用。
3.在电磁感应式无线传输技术中，需通过具有相同谐振频率的发射电路和接收电路实现相应电能的无线传输。现有技术中接收电路的输出电压随着负载阻抗的增大而增大，这时需控制发射电路侧载波频率的变化，从而调整输出电压。然而在实践中发现，通过控制载波频率的变化来调整输出电压的过程中，存在电路控制频率分叉现象、输出电压不稳定等问题。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在解决现有技术中通过控制载波频率的变化来调整接收电路的输出电压时，存在频率分叉现象及输出电压不稳定的技术问题，提供了一种无线供电系统、家用电器及空调器。
5.第一方面，本实用新型实施例提供了一种无线供电系统，包括：无线接收电路、稳压电路及负载设备，其中：
6.所述稳压电路包括控制端、输入端和输出端，所述控制端用于接收控制信号以调整所述稳压电路的输入阻抗，所述稳压电路的输入端与所述无线接收电路的输出端电性连接，所述稳压电路的输出端与所述负载设备的供电端电性连接。
7.在一些实施方式下，所述稳压电路包括第一电感、二极管及功率器件，所述第一电感的一端与所述稳压电路的输入端电性连接，所述第一电感的另一端分别与所述二极管的阳极和所述功率器件的漏极电性连接，所述功率器件的栅极与所述控制端电性连接，所述二级管的阴极与所述稳压电路的输出端电性连接，所述功率器件的源极和所述无线接收电路的基准端电性连接。
8.在一些实施方式下，所述稳压电路包括第一电感、二极管及功率器件，所述功率器件的漏极与所述稳压电路的输入端电性连接，所述功率器件的栅极与所述控制端电性连接，所述功率器件的源极分别与所述二极管的阴极和所述第一电感的一端电性连接，所述二极管的阳极与所述无线接收电路的基准端电性连接，所述第一电感的另一端与所述稳压电路的输出端电性连接。
9.在一些实施方式下，所述稳压电路还包括第一电容，所述第一电容的两端分别与所述稳压电路的输出端和所述无线接收电路的基准端电性连接。
10.在一些实施方式下，所述无线供电系统还包括无线发射电路，所述无线发射电路包括电性连接的逆变电路和第一谐振电路，所述第一谐振电路包括第二电感和第二电容，所述第二电感和所述第二电容串联后，再与所述逆变电路的两个输出端电性连接。
11.在一些实施方式下，所述无线发射电路还包括第一滤波电路，所述第一滤波电路、所述逆变电路和所述第一谐振电路按序电性连接。
12.在一些实施方式下，所述无线供电系统还包括市电输入电路，所述市电输入电路包括市电交流电源和第一整流电路，所述第一整流电路分别与所述市电交流电源和所述无线发射电路电性连接。
13.在一些实施方式下，所述无线接收电路包括电性连接的第二谐振电路和第二整流电路，所述第二谐振电路包括第三电感和第三电容，所述第三电感和所述第三电容串联后，再与所述第二整流电路的两个输入端电性连接。
14.在一些实施方式下，所述无线接收电路还包括第二滤波电路，所述第二谐振电路、所述第二整流电路和所述第二滤波电路按序电性连接。
15.在一些实施方式下，所述第一滤波电路和所述第二滤波电路包括滤波电容。
16.第二方面，本实用新型实施例提供了一种家用电器，所述家用电器采用如上所述第一方面所提供的无线供电系统。
17.第三方面，本实用新型实施例提供了空调器，所述空调器采用如上所述第一方面所提供的无线供电系统。
18.本实用新型实施例提供的一个或多个技术方案中，无线供电系统包括无线接收电路、稳压电路及负载设备，其中所述稳压电路包括控制端、输入端和输出端，所述控制端用于接收控制信号以调整所述稳压电路的输入阻抗，所述稳压电路的输入端与所述无线接收电路的输出端电性连接，所述稳压电路的输出端与所述负载设备的供电端电性连接。上述方案中，本实用新型可通过调节稳压电路的输入阻抗，进而控制无线供电系统中无线接收电路/稳压电路的输出电压稳定，便于后续为负载设备提供稳定的工作电压，保障负载设备的安全、稳定运行。同时还解决了现有技术中通过控制载波频率的变化来调整无线接收电路的输出电压时，存在频率分叉现象及输出电压不稳定等技术问题。
附图说明
19.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1是本实用新型实施例提供的一种无线供电系统的结构示意图。
21.图2-图3是本实用新型实施例提供的两种稳定电路的结构示意图。
22.图4和图5是本实用新型实施例提供的另两种无线供电系统的结构示意图。
23.图6是本实用新型实施例提供的一种系统稳压调整的波形示意图。
具体实施方式
24.鉴于现有技术中通过控制载波频率的变化来调整接收电路的输出电压时，存在频
率分叉现象及输出电压不稳定的技术问题，提供了一种无线供电系统、家用电器和空调器，其中所述无线供电系统包括无线接收电路、稳压电路及负载设备，其中：所述稳压电路包括控制端、输入端和输出端，所述控制端用于接收控制信号以调整所述稳压电路的输入阻抗，所述稳压电路的输入端与所述无线接收电路的输出端电性连接，所述稳压电路的输出端与所述负载设备的供电端电性连接，这样通过调节稳压电路的输入阻抗，进而控制无线供电系统中无线接收电路/稳压电路的输出电压稳定，便于后续为负载设备提供稳定的工作电压，保障负载设备的安全、稳定运行，还有利于提升用户体验。
25.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
26.需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
27.下面，将结合附图并参考具体实施例，对本说明书实施例提供的无线供电系统进行详细描述。
28.请参见图1，是本实用新型实施例提供的一种无线供电系统的结构示意图。如图1所示的无线供电系统中包括无线接收电路20、稳压电路30及负载设备40(rl)。其中，所述稳压电路30包括控制端、输入端和输出端，所述控制端用于接收外部输入的控制信号，用以调整所述稳压电路30的输入阻抗，进而调节所述稳压电压30的输出电压稳定。所述稳压电路30的输入端与所述无线接收电路20的输出端电路连接，所述稳压电路30的输出端与所述负载设备40的供电端电性连接。换言之，所述稳压电路30分别与所述无线接收电路20和所述负载设备40电性连接。
29.本实用新型涉及的所述稳压电路30是指用于稳定所述稳压电路30的输出信号(例如输出电压或输出电流等)的电路，关于所述稳压电路30的具体电路实施方式本实用新型并不做限定，例如所述稳压电路30可为降压buck电路、或升压boost电路等。
30.在一些实施方式下，请参见图2示出一种可能的所述稳压电路30的结构示意图。如图2所示的稳压电路30包括：第一电感l1、二极管d1及功率器件qr。其中，所述第一电感l1的一端与所述稳压电路30的输入端电性连接，所述第一电感l1的另一端分别与所述二级管d1的阳极和所述功率器件qr的漏极电性连接，所述功率器件qr的栅极与所述稳定电路30的控制端电性连接，用于接收外部输入的控制信号，以控制所述稳压电路30的输入阻抗(即整个电路的电阻值)。所述二级管d1的阴极与所述稳压电路的输出端电性连接，所述功率器件qr的源极与所述无线接收电路的基准端电性连接，可选地所述基准端可接地。
31.可选地，如图2所示稳压电路30中还可包括第一电容e1，所述第一电容e1起滤波和
稳压的作用。具体地，所述第一电容e1并联于所述负载设备40的两端，或所述第一电容e1的两端分别与所述稳压电路30的输出端和所述无线接收电路20的基准端电性连接。
32.本实用新型涉及的所述功率器件可以是igbt(insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极型晶体管)、mos管、三极管等中任意一种晶体管。
33.在一些实施方式下，请参见图3示出另一种可能的所述稳压电路30的结构示意图。如图3所示的稳压电路30包括：第一电感l1、二极管d1及功率器件qr。其中，所述功率器件qr的漏极与所述稳压电路30的输入端电性连接，所述功率器件qr的栅极与所述稳定电路30的控制端电性连接，用于接收外部输入的控制信号1，以控制所述稳压电路30的输入阻抗(即整个电路的电阻值)。所述功率器件qr的源极分别与所述二级管d1的阴极和所述第一电感l1的一端电性连接。所述二极管d1的阳极与所述无线接收电路20的基准端电性连接，所述第一电感l1的另一端与所述稳压电路30的输出端电性连接。
34.可选地，如图3所示稳压电路30中还可包括第一电容e1，所述第一电容e1起滤波和稳压的作用。具体地，所述第一电容e1并联于所述负载设备40的两端，或所述第一电容e1的两端分别与所述稳压电路30的输出端和所述无线接收电路20的基准端电性连接。
35.在一些实施方式下，请参见图4是本实用新型实施例提供的另一种无线供电系统的结构示意图。如图4所示的无线供电系统中，所述无线供电系统还可包括无线发射电路10。所述无线发射电路10发射电能信号，所述无线接收电路20接收相应地电能信号，再经过所述稳压电路30稳压后，输出为所述负载设备40供电的稳定电能信号，例如稳定电压或稳定电流等。如图4所示，所述无线发射电路10包括电性连接的逆变电路101和第一谐振电路102。可选地，所述无线发射电路10还可包括第一滤波电路103，其中所述第一滤波电路103的安装位置不做限定，例如图示中所述第一滤波电路103、所述逆变电路101及所述第一谐振电路102按序依次电性连接。
36.需要说明的是，本实用新型涉及的整流电路用于将输入的交流信号转换为对应的直流信号，所述整流电路的具体实施方式本实用新型并不做限定，例如其可包括但不限于全桥整流电路、半桥整流电路或其他支持信号整流的电路等。所述谐振电路通常由电感l(也可称为线圈)和电容c组成的，可以在一个或若干个频率上发生谐振现象的电路，关于所述谐振电路的具体电路结构本实用新型不做限定，下面仅举例进行相关内容的说明。所述滤波电路用于对输入的电能信号(例如交流信号或直流信号)进行滤波处理，例如过滤掉频率超过或低于对应预设频率阈值的信号等。本实用新型对所述滤波电路的具体实施方式并不做限定，例如其可包括但不限滤波电容等。本实用新型下文以所述第一滤波电路103包括第一滤波电容c1、所述逆变电路101为全桥整流电路为例进行相关内容的说明，但并不构成限定。
37.在可选实施例中，图4中以所述逆变电路101包括由4个功率器件组成的全桥整流电路、所述第一谐振电路102包括第二电感lt和第二电容ct、所述第一滤波电路103包括第一滤波电容c1为例进行举例说明，但并不构成限定。如图所示，所述逆变电路101包括第一功率器件q1、第二功率器件q2、第三功率器件q3以及第四功率器件q4，其中功率器件q1、q2、q3、q4可以为igbt(insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极型晶体管)、mos管、三极管、整流二极管、或其他整流器件中的任意一种。图示中4个功率器件的源极可外接相应的控制信号2，用于控制并调整所述逆变电路101输出的交流信号，例如调整交流信号的
占空比、频率值等参数信息。本实用新型涉及的控制信号1和控制信号2可以相同，也可不相同，其具体可根据系统实际需求设定。所述第二电感lt也可称为发射线圈，其与所述第二电容ct串联后，再分别与所述逆变电路101的两个交流输出端电性连接。所述第一滤波电容c1并联在所述逆变电路101的两个直流输入端之间。可选地，所述逆变电路101的两个直流输入端可与外部输入电源(其电压可表示为+pbus)电性连接。
38.在一些实施方式下，如图4所示的无线供电系统中，所述无线供电系统还可包括市电输入电路50。所述市电输入电路50包括市电交流电源501和第一整流电路502(br1)，所述第一整流电路502分别与所述市电交流电源501和所述无线发射电路10的两个直流输入端电性连接，用于将所述市电交流电源501提供的交流信号转换为对应的直流信号，并输送至所述无线发射电路10中。
39.在一些实施方式下，如图4所示的无线供电系统中，所述无线接收电路20包括电性连接的第二谐振电路202和第二整流电路201。可选地，所述无线接收电路20还可包括第二滤波电路203，其中所述第二滤波电路203的安装位置不做限定，例如图示中所述第二谐振电路202、所述第二整流电路201及所述第二滤波电路203按序依次电性连接。关于所述第二整流电路201、所述第二谐振电路202及所述第二滤波电路203的介绍可对应参考所述无线发射电路10中的相关描述，这里不再赘述。
40.在可选实施例中，如图4以所述第二整流电路201包括由4个整流二极管组成的全桥阵列电路、所述第二谐振电路202包括第三电感lr和第三电容cr、所述第二滤波电路203包括第二滤波电容c2为例进行举例说明，但并不构成限定。如图所示，所述逆变电路101包括第一整流二极管d1、第二整流二极管d2、第三整流二极管d3及第四整流二极管d4。所述第三电感lr也可称为接收线圈，其与所述第三电容cr串联后，再分别与所述第二整流电路201的两个交流输入端电性连接。所述第二滤波电容c2并联在所述第二整流电路201的两个直流输出端之间，起滤波作用。
41.在实际应用中，如图所示的无线供电系统中，市电交流电源501提供的市电交流电经过第一整流电路502(br1)整流后变为直流电。再通过第一滤波电容c1进行储能滤波后，获得稳定的直流电。进一步在逆变电路101的整流控制下，将直流电整流/逆变为交流方波。然后将整流出的交流方波加载到第一谐振电路102上，当交流方波的频率与第一谐振电路102的谐振频率相同时，此时通过第一谐振电路102中lt和ct的信号为正弦波信号。其中，发射线圈lt两端的电压值与第一谐振电路的品质因素q有关，当q值越大，则lt两端的电压值越大；反之，当q值越小，则lt两端的电压值越小。通常,q值一般为3-10。
42.发射线圈lt将交变的正弦波信号转化为交变的电磁场。根据电磁感应定律，接收线圈lr将感应出相同频率的交流电。相应地无线接收电路20侧，接收线圈lr将感应的交流电输出给第二整流电路201，将其整流为对应的直流电。再通过第二电容c2储能滤波后输出稳定的直流电到稳定电路30中。稳定电路30通过调整功率器件qr从而输出稳定的输出电压u0，以为负载设备40提供相应稳定的工作电压，以使负载设备40能更稳定、更安全地运行工作。可选地，所述稳定电路30的输入电压u0的计算公式具体如下公式(1)所示：
43.44.其中，u0为所述稳定电路30的输入电压，v
in
为所述逆变电路101两端的输入电压(图示中的+pbus)，r
l
为所述负载设备40的电阻值，f为所述逆变电路101的工作频率，m为所述无线发射电路10与所述无线接收电路20之间的磁感应系数，具体在本例中可为发射线圈lt与接收线圈lr之间的互感系数。
45.由上述公式(1)可知，当市电电压升高时，无线接收电路20的输入电压和输出电压升高，相应地稳压电路30的输入电压/输入功率也会升高。当无线接收电路20的输入电压升高时，此时若控制所述稳定电路30的输入阻抗r减小，保持v
in
r不变，从而保证所述稳定电路30的输出电压稳定。反之，当市电电压降低时，无线接收电路20的输入电压和输出电压降低，相应地稳压电路30的输入电压/输入功率也会降低。当无线接收电路20的输入电压降低时，此时若控制所述稳定电路30的输入阻抗增大，保持v
in
r不变，从而保证所述稳定电路30的输出电压稳定。举例来说，请参见图6示出一种可能的系统稳压调整后的波形示意图。如图6中，曲线1表示无线发射电路10的输入电压(+pbus)随时间变化的曲线，曲线2表示无线发射电路10的输入电流随时间变化的曲线，曲线3表示稳压电路30的输出电压随时间变化的曲线。其中，曲线2的纵坐标在-5到+5之间波动变化。
46.在一些实施方式下，本实用新型可通过控制稳压电路30的控制端所输入的控制信号，来调整稳压电路30的输入阻抗。可选地，所述稳压电路30的输入阻抗r可表示为如下公式(2)所示：
[0047][0048]
其中，关于调整所述稳压电路30的输入阻抗的具体实施整方式，本实用新型并不做限定。具体地例如，当所述负载设备40两端的电压值(即所述稳压电路30的输出电压)过高，例如高于预设的需求电压，则可控制增加所述功率器件qr输入的控制信号的占空比(简称为增加功率器件qr的占空比)，以降低所述稳压电路30的输入阻抗，从而降低所述负载设备40两端的电压值，以控制所述稳定电路30稳定输出相应的输出电压。当所述负载设备40两端的电压值过低，例如低于预设的需求电压，则可控制减小所述功率器件qr输入的控制信号的占空比(简称为减小功率器件qr的占空比)，以增大所述稳压电路30的输入阻抗，从而增大所述负载设备40两端的电压值，以控制所述稳定电路30稳定输出相应的输出电压。
[0049]
需要说明的是，图4中的所述稳压电路30以图2所示的稳压电路为例进行举例说明。当图4中的所述稳压电路30为图3所示的稳压电路时，可得到图5所示的另一种可能的无线供电系统的结构示意图。如图5所示的无线供电系统同样由无线发射电路10、无线接收电路20、稳压电路30、负载设备40及市电输入电路50组成。市电输入电路50对输入的市电交流电进行整流输，输出直流正弦半波，无线发射电路10将该直流正弦半波转换为电磁波发射到无线接收电路20中。无线接收电路20将接收的交流电转换为对应的直流电，并输送至稳压电路30对其进行稳定输出，即稳定相应的输出电压。由于市电输入的电压为正弦波，其市电输入电压的变化较大。而根据无线接收电路20的电压输出特性，其输出电压与输入电压均与负载阻抗有关，即与稳压电路30的输入阻抗有关。当电路中的参数不发生变化，例如电路中各元器件参数不变化时，无线接收电路20的输入电压较高，即稳压电压30的输出电压较高，例如高于对应的预设需求电压时，本实用新型可控制稳压电路30对输入电压进行降
压，例如减小稳压电路30的输入阻抗等。反之，当无线接收电路20的输入电压较低，即稳压电路30的输出电压较低，例如低于对应的预设需求电压时，可控制增大稳压电路30的输入阻抗r，使得v
in
r保持不变、例如为一预设恒定值，从而保证所述稳定电路30的输出电压稳定。关于如何调节所述稳压电路30的输入阻抗可对应参考上文的相关描述，这里不再赘述。
[0050]
本实用新型实施例提供的技术方案中，无线供电系统包括无线接收电路、稳压电路及负载设备，其中所述稳压电路包括控制端、输入端和输出端，所述控制端为用于接收控制信号以调整所述稳压电路的输入阻抗的端，所述稳压电路的输入端与所述无线接收电路的输出端电性连接，所述稳压电路的输出端与所述负载设备的供电端电性连接。上述方案中，本实用新型可通过调节稳压电路的输入阻抗，进而控制无线供电系统中无线接收电路/稳压电路的输出电压稳定，便于后续为负载设备提供稳定的工作电压，保障负载设备的安全、稳定运行。同时还解决了现有技术中通过控制载波频率的变化来调整无线接收电路的输出电压时，存在频率分叉现象及输出电压不稳定等技术问题。
[0051]
本实用新型还提供一种家用电器，所述家用电器包括无线供电系统，所述无线供电系统具体可参考前述图1-图6所述实施例中的相关介绍，这里不再赘述。
[0052]
本实用新型还提供一种空调器，所述空调器包括无线供电系统，所述无线供电系统具体可参考前述图1-图6所述实施例中的相关介绍，这里不再赘述。
[0053]
在本实用新型所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
[0054]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为控制装置的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0055]
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实用新型的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0056]
以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。