一种磁耦合谐振式无线电能传输装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电子技术领域，尤其涉及一种磁耦合谐振式无线电能传输装置。
【背景技术】
[0002] 磁耦合无线电能传输装置即利用磁耦合谐振技术，将电能从供电设备无线输送到 用电设备的输电装置。通过无线输送的高频电能转化为直流电能提供给用电设备。现有技 术中通常利用电流转换模块将无线传输的高频电能转化为恒压直流电能并输送至用电设 备。
[0003] 在实际应用中，无线输电的距离、角度能因素的变化会导致谐振系统的耦合系数 随之发生变化，为保证最大的无线电能传输效率，需要适当调节谐振系统中发射线圈的工 作频率。
[0004] 故，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供一种磁耦合谐振式无线电 能传输装置方案，解决现有技术中存在的缺陷，有效的解决物联网中的各种传感器供电效 率低的问题，非接触式地为负载提供电能，自动追踪电能的最大传输效率，能更方便地实现 单点发射、多点接收的功能。
【发明内容】
[0005] 为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种磁耦合谐振式无线电能传输装置， 用电流转换模块使不论用电设备处于何种工作状态，对于所述电流转换模块和所述用电设 备构成的整体，其输入阻抗均为恒定的设定值，其中所述设定值为本实施例所述的E类功 率放大模块的输出阻抗满足共辄匹配，即能实现最大传输效率。
[0006] 为实现上述目的，本发明的技术方案为：
[0007] -种磁耦合谐振式无线电能传输装置，包括
[0008] 与供电设备连接的E类功放发送模块；
[0009] 输入端与所述E类功放发送模块的输出端连接的谐振系统；
[0010] 输入端与所述谐振系统的输出端连接的整流模块；
[0011] 输入端与所述整流模块的输出端相连、输出端与用电设备连接的电流转换模块， 其中所述电流转换模块的输入阻抗为固定的设定值且与所述高频E类功放发送模块的输 出阻抗共辄匹配；
[0012] 输入端与供电设备连接，输出端与E类功放发送模块连接的最适频率自动调节模 块。
[0013] 优选地，所述E类功放发送模块包括第一电感、第二电感、第一电容和第二电容， 所述第一电感的一端连接输入电压，另一端分别连接第一电容的一端和第二电感的一端， 所述第二电感的另一端连接第二电容的一端，所述第二电感、第二电容构成串联谐振回路， 所述第二电容的一端连接第一电容的另一端，所述第一电感为射频扼流圈，所述第二电感 为空心线圈，所述第一电感取值大于10倍的第二电感，所述第一电容是场效应管输入电 容，为分布电容和外界电容的总和。
[0014] 优选地，所述谐振系统至少包含两个耦合线圈，所述耦合线圈包括发射线圈和接 收线圈，所述发射线圈和接收线圈具有相同的共振频率，所述发射线圈为LC串联谐振。
[0015] 优选地，所述整流模块与负载相匹配。
[0016] 优选地，所述电流转换模块包含降压-升压型拓扑电路。
[0017] 优选地，所述电流转换模块包含升压-降压型拓扑电路。
[0018] 优选地，所述电流转换模块包含降压型拓扑电路。
[0019] 优选地，所述电流转换模块包含升压型拓扑电路。
[0020] 优选地，所述最适频率调节模块包括直流输入电源、输入电压电源采集器和微控 制器单元MCU，用于检测电路中的电压、电流，并通过闭环控制自动寻找最适的开关频率使 得效率达到最大。
[0021] 与现有技术采用的无线电能传输装置相比，本发明的有益效果如下：
[0022] (1)有效的解决物联网中的各种传感器供电效率低的问题，非接触式地为负载提 供电能，自动追踪电能的最大传输效率；
[0023] (2)能更方便地实现单点发射、多点接收的功能。
【附图说明】
[0024]图1为本发明一种磁耦合谐振式无线电能传输装置的电路整体框图。
[0025]图2为本发明一种磁耦合谐振式无线电能传输装置E类功放发送模块原理图。
[0026] 图3为本发明一种磁耦合谐振式无线电能传输装置的前级硬件原理图。
[0027] 图4为本发明一种磁耦合谐振式无线电能传输装置的后级硬件原理图。
[0028]图5a为本发明一种磁耦合谐振式无线电能传输装置的电流转换模块的一种结构 示意图；
[0029] 图5b为本发明一种磁耦合谐振式无线电能传输装置的电流转换模块的又一种结 构示意图；
[0030] 图5c为本发明一种磁耦合谐振式无线电能传输装置的电流转换模块的又一种结 构示意图；
[0031] 图5d为本发明一种磁耦合谐振式无线电能传输装置的电流转换模块的又一种结 构示意图。
[0032] 附图标记说明：1-E类功放发送模块；2-谐振系统；3-最适频率调节模块；4-整流 模块；9-电流转换模块；5-第一电感；6-第二电感；7-第一电容；8-第二电容。
【具体实施方式】
[0033] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0034] 相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修 改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细 节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的 描述也可以完全理解本发明。
[0035] 参见图1，其为本发明一种磁耦合谐振式无线电能传输装置的电路整体框图，包括 与供电设备连接的E类功放发送模块1 ;输入端与E类功放发送模块的输出端连接的谐振 系统2 ;输入端与谐振系统的输出端连接的整流模块4 ;输入端与整流模块的输出端相连、 输出端与用电设备连接的电流转换模块9,其中电流转换模块的输入阻抗为固定的设定值 且与高频E类功放发送模块的输出阻抗共辄匹配；输入端与供电设备连接，输出端与E类功 放发送模块连接的最适频率自动调节模块3。
[0036] 参见图2,所示为本发明基于E类功放的无线电能传输装置的E类功放发送模块 原理图，E类功放发送模块包括第一电感5、第二电感6和第一电容7、第二电容8，第一电感 5的一端连接输入电压，另一端分别连接第一电容7的一端和第二电感6的一端，第二电感 6的另一端连接第二电容8的一端，第二电感6、第二电容8构成串联谐振回路，第二电容8 的一端连接第一电容7的另一端，第一电感5为射频扼流圈，第二电感6为空心线圈，第一 电感5取值大于10倍的第二电感6,第一电容7是场效应管输入电容，为分布电容和外界电 容的总和。E类功率放大器不消耗功耗，所以理想E类功放的效率可达100%。
[0037] 在具体应用实施例中，谐振系统至少包含两个耦合线圈，耦合线圈包括发射线圈 和接收线圈，发射线圈和接收线圈具有相同的共振频率。发射线圈为LC串联谐振，发射线 圈连接E类功放发送模块获取电能，接收线圈以磁共振的方式从发射线圈吸取能量，即发 生强耦合谐振现象，实现电能的无线传输，并通过连接在其后端的整流滤波电路给负载供 电。磁共振的方式无需线圈件的位置完全吻合，即可实现能量高效长距离传输。
[0038] 在具体应用实施例中，经过实验证明，开关频率需略低于发射、接收谐振频率，效 率才会达到最高点。因此，最适频率自动调节模块包括直流输入电源、输入电压电源采集器 和微控制器单元MCU，输入直流电源通过MCU检测电路中的电压、电流，并