[实用新型]基于电磁耦合谐振的无线输电装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种无线输电装置，具体涉及一种基于电磁耦合谐振的无线输电装置。

背景技术

传统的电能输送方式主要是通过导线直接连接传输实现的。这种传统导线输电方式在许多应用场合都存在安全性、可靠性和灵活性等方面的问题，如高压电气设备开关时容易产生电弧，较差的电气连接会增加接触阻抗，水下供电时存在触电危险，对移动设备供电时存在设备磨损和导线裸露，较多电气设备时导线连接繁杂影响设备的灵活性和环境的美观，在矿井及油田钻采等应用场合容易因摩擦电火花发生爆炸事故等。而新型无线电能传输技术则能解决传统导线输电方式所存在的诸如此类问题。

目前新型无线电能传输技术主要有三种实现方式：电磁感应式、电磁波辐射式和电磁耦合谐振式。其中电磁感应式和电磁波辐射式无线电能传输技术起步较早，在众多领域都已经有了广泛的应用，但电磁感应式无线输电技术传输距离太短，而电磁波辐射式无线输电技术存在传输效率低、传输定向性和发射接收天线设计要求高等问题。电磁耦合谐振式无线输电技术是一种利用磁场作为传输能量的介质，通过磁共振系统建立发射与接收天线之间的能量传输通道，从而实现有效电能传输的无线输电方式。该技术具非辐射能量传输的特性，即能量只在磁共振系统中的物体间进行传递，与磁共振系统之外的物体基本没有能量交换，并且传输效率高，传输距离可达m级范围。但是要把电磁耦合谐振式无线输电技术应用到电子产品中，设计出安全可靠的实用无线输电装置还需要解决以下问题：①稳定可靠地输出满足负载需要的功率；②适应不同传输距离、发射接收天线不对齐的应用场合；③能够实现负载识别、适应不同负载使用；④显示电压、电流、工作频率、负载状态等信息；⑤实现发射接收装置的电能管理。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种安全可靠，且智能化程度高的基于电磁耦合谐振的无线输电装置。

为解决上述问题，本实用新型是通过以下方案实现的：

一种基于电磁耦合谐振的无线输电装置，包括发射装置和接收装置，发射装置由高频电源、发射端闭环控制器和发射天线组成。接收装置由接收天线、接收端闭环控制器和负载驱动电路组成。

上述发射端闭环控制器和接收端闭环控制器的结构相同，且均包括数据采集控制电路、微控制器、输出控制电路、无线通信模块和人机交互界面。其中采集控制电路输出端与微控制器的输入端连接，微控制器的输出端与输出控制电路连接，无线通信模块和人机交互界面连接在微控制器上。

上述高频电源包括交直流变换电路、高频振荡电路、功率放大器、功率合成电路、发射阻抗匹配网络和调频电路。交直流变换电路的输入端与电网连接，交直流变换电路的输出端连接高频振荡电路的输入端，高频振荡电路的输出端经功率放大器连接至功率合成电路的输入端，功率合成电路的输出端连接至发射阻抗匹配网络的输入端，发射阻抗匹配网络的输出端与发射天线连接。调频电路的输出端连接在高频振荡电路上。发射端闭环控制器的采集控制电路的输入端连接发射天线的输入端，发射端闭环控制器的输出控制电路的输出端连接发射阻抗匹配网络和调频电路。

上述负载驱动电路包括整流滤波电路、接收阻抗匹配网络和负载监控电路。整流滤波电路的输入端与接收天线连接，整流滤波电路的输出端经接收阻抗匹配网络连接至负载监控电路的输入端，负载监控电路的输出端与负载连接。接收端闭环控制器的采集控制电路的输入端连接接收天线的输出端，接收端闭环控制器的输出控制电路的输出端连接接收阻抗匹配网络。

发射天线与接收天线无线相连。发射端闭环控制器的无线通信模块与和接收端闭环控制器的无线通信模块无线相连。

上述方案中，所述发射天线与接收天线的结构相同，且均由收发线圈和谐振线圈构成。收发线圈和谐振线圈固定在同一平面上，收发线圈和谐振线圈中心重合，且谐振线圈环绕设置在收发线圈的外围。其中发射天线的收发线圈即发射线圈与高频电源的输出端连接。接收天线的收发线圈即接收线圈与负载驱动电路的输入端连接。

上述方案中，所述收发线圈和谐振线圈均由铜线绕制而成。

上述方案中，所述收发线圈为单匝线圈，谐振线圈的匝数大于收发线圈的匝数。