本發(fā)明屬于電能傳輸領(lǐng)域，尤其涉及一種利用無(wú)線電傳輸?shù)碾娔軅鬏斚到y(tǒng)。

背景技術(shù)：

無(wú)線電能傳輸是一種通過(guò)空間電磁場(chǎng)耦合進(jìn)行電能傳輸?shù)募夹g(shù)，其主要優(yōu)點(diǎn)是不需要插拔，使用簡(jiǎn)單方便；不會(huì)產(chǎn)生電火花，可以在易燃易爆的工業(yè)環(huán)境中使用；可以在水中進(jìn)行能量傳輸，可以應(yīng)用到海洋裝備等水下應(yīng)用中。無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)主要包含兩部分：一部分是能量傳輸，通過(guò)電能變換，將電能從發(fā)射端無(wú)線傳輸?shù)浇邮斩?；另外一部分是通訊信?hào)的傳輸，主要用于完成發(fā)射端與接收設(shè)備之間的信息和控制交互，保證整個(gè)系統(tǒng)工作的安全性和穩(wěn)定性。

目前，應(yīng)用于無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的通信方式主要有兩種：

一種是采用載波調(diào)制方式，在傳輸能量的耦合線圈上調(diào)制控制信息，并通過(guò)調(diào)制和解調(diào)電路實(shí)現(xiàn)發(fā)射端與接收端的單向或雙向通信。這種方法主要應(yīng)用于小功率的無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)中，采用載波調(diào)制的通信控制方式對(duì)于基波的幅值比較敏感，當(dāng)無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的功率或變化范圍較大時(shí)，這種方法存在較明顯的局限性；

另外一種方法是采用單獨(dú)的無(wú)線通信信道，采用射頻通信的方式，實(shí)現(xiàn)發(fā)射端與接收端的雙向通信。這種方案由于通信信道獨(dú)立于能量傳輸通道，具有控制更靈活，適應(yīng)功率等級(jí)更廣等優(yōu)點(diǎn)，可以應(yīng)用于大功率的無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)中。但是，當(dāng)采用獨(dú)立的無(wú)線通信信道控制無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)時(shí)，如果連續(xù)快速移走并快速放回接收端設(shè)備時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)燒毀無(wú)線電能傳輸設(shè)備的現(xiàn)象。

在連續(xù)快速移走并快速放回接收端設(shè)備時(shí)產(chǎn)生故障的主要原因是：由于射頻無(wú)線通信系統(tǒng)的有效傳輸距離(一般為幾十厘米到幾米)通常都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于無(wú)線電能傳輸?shù)墓ぷ骶嚯x(通常只有幾個(gè)到十幾個(gè)厘米)。當(dāng)接收端設(shè)備被快速拿走時(shí)，能量傳輸已經(jīng)斷開，但是無(wú)線通信還在有效工作距離內(nèi)(通常接收端的掉電不會(huì)馬上進(jìn)行，而會(huì)有一段延遲時(shí)間)。在這種情況下，發(fā)射端還會(huì)繼續(xù)根據(jù)接收端返回的狀態(tài)信息，繼續(xù)調(diào)大輸出增益，導(dǎo)致發(fā)射端設(shè)備的瞬時(shí)勵(lì)磁電流非常大。當(dāng)接收端設(shè)備又被快速放回時(shí)，此時(shí)發(fā)射端正好處于最大的輸出增益，此時(shí)通信控制將輸出端增益調(diào)節(jié)到正常水平需要一定的延遲時(shí)間，這個(gè)過(guò)渡過(guò)程中接收端和發(fā)射端設(shè)備就處于瞬時(shí)的過(guò)壓或過(guò)流狀態(tài)，嚴(yán)重時(shí)就會(huì)導(dǎo)致燒毀設(shè)備。

因此，為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，需要有效的解決上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決以上問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)以及無(wú)線電能傳輸控制方法，該發(fā)明在無(wú)線發(fā)射端設(shè)置有接近式傳感器，實(shí)現(xiàn)了無(wú)線接收端設(shè)備移走或放入的監(jiān)測(cè)，根據(jù)無(wú)線接收端設(shè)備的狀態(tài)控制和調(diào)整發(fā)射端設(shè)備的工作頻率和輸出增益，使無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)更安全、穩(wěn)定的工作。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)，包括連接于電網(wǎng)的無(wú)線發(fā)射端，以及可接收無(wú)線發(fā)射端電能信號(hào)的無(wú)線接收端，無(wú)線發(fā)射端包括可傳輸無(wú)線電能的發(fā)射線圈，以及可接收通訊信號(hào)的通信接收模塊；無(wú)線接收端外連負(fù)載，包括可接收發(fā)射線圈中發(fā)射電能的接收線圈，以及可將接收線圈輸出電能轉(zhuǎn)化為通訊信號(hào)傳輸至通信接收模塊的通信發(fā)射模塊，無(wú)線發(fā)射端還包括發(fā)射端整流濾波電路，發(fā)射端整流濾波電路的輸出端連接有逆變電路，發(fā)射線圈連接逆變電路的輸出端，發(fā)射線圈內(nèi)設(shè)有可感應(yīng)發(fā)射線圈與接收線圈距離的接近式傳感器，接近式傳感器根據(jù)發(fā)射線圈與接收線圈距離形成感應(yīng)信號(hào)，發(fā)射線圈連接有發(fā)射端MCU，以接收接近式傳感器形成的感應(yīng)信號(hào)；發(fā)射端MCU電連通信接收模塊的輸出端，以接收通信接收模塊中的通訊信號(hào)，發(fā)射端MCU電連逆變電路的輸入端，以控制逆變電路中轉(zhuǎn)換的交流電頻率；發(fā)射端MCU中包括可接收感應(yīng)信號(hào)和通訊信號(hào)的判斷模塊以及與判斷模塊電連的控制模塊，判斷模塊根據(jù)感應(yīng)信號(hào)判斷無(wú)線接收端是否在工作區(qū)域內(nèi)，如在工作區(qū)域內(nèi)，則將通訊信號(hào)轉(zhuǎn)化為判斷信號(hào)發(fā)送至控制模塊，控制模塊根據(jù)該判斷信號(hào)轉(zhuǎn)化為控制信號(hào)控制無(wú)線發(fā)射端的工作頻率；如不在工作區(qū)域，則判斷模塊內(nèi)形成復(fù)位判斷信號(hào)，并將該復(fù)位判斷信號(hào)發(fā)送至控制模塊，控制模塊根據(jù)該復(fù)位判斷信號(hào)轉(zhuǎn)化為控制信號(hào)控制無(wú)線發(fā)射端處于待機(jī)狀態(tài)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化，接收線圈內(nèi)置有可增強(qiáng)接近式傳感器感應(yīng)強(qiáng)度的感應(yīng)物。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化，無(wú)線接收端的接收線圈連接有整流濾波電路，整流濾波電路的輸出端連接輸出電壓采樣電路，以采集整流濾波電路整流后的輸出電壓，輸出電壓采樣電路的輸出端連接接收端MCU，接收端MCU連接通信發(fā)射模塊，以將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)傳輸至通信發(fā)射模塊形成通訊信號(hào)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化，無(wú)線接收端的整流濾波電路的輸出端連接有可輸出恒定電壓的穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓電路的輸出端連接負(fù)載。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化，接近式傳感器設(shè)置于可避免電磁場(chǎng)干擾的發(fā)射線圈中心處。

本發(fā)明還提供了一種無(wú)線電能傳輸控制方法，使用上述無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)，包括以下步驟：

S1：?jiǎn)?dòng)無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)；

S2：無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)以待機(jī)頻率待機(jī)；

S3：接近式傳感器感應(yīng)無(wú)線發(fā)射端與無(wú)線接收端的距離形成感應(yīng)信號(hào)，并將感應(yīng)信號(hào)傳輸至發(fā)射端MCU；

S4：接收端MCU判斷無(wú)線接收端是否進(jìn)入工作區(qū)域，如果接收端MCU判斷無(wú)線接收端已進(jìn)入至工作區(qū)域，則進(jìn)行S5；否則，返回S3。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化，還包括以下步驟：

S5：將無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的通訊初始化，此時(shí)發(fā)射線圈根據(jù)預(yù)設(shè)頻率范圍工作；

S6：接收線圈接收發(fā)射線圈傳輸?shù)碾娔埽?/p>

S7：發(fā)射線圈輸出的電能經(jīng)整流濾波后的輸出電壓信號(hào)傳輸?shù)浇邮斩薓CU通過(guò)通信發(fā)射模塊形成通訊信號(hào)，通信接收模塊接收該通訊信號(hào)，并將該通訊信號(hào)發(fā)送至發(fā)射端MCU；

S8：發(fā)射端MCU根據(jù)感應(yīng)信號(hào)判斷無(wú)線接收端是否在工作區(qū)域內(nèi)，如判斷無(wú)線接收端在工作區(qū)域內(nèi)，則執(zhí)行S9；否，則執(zhí)行S10；

S9：發(fā)射端MCU根據(jù)通訊信號(hào)調(diào)節(jié)無(wú)線發(fā)射端的工作頻率，然后返回執(zhí)行S6；

S10：停止能量傳輸并復(fù)位無(wú)線發(fā)射端的工作頻率，然后返回執(zhí)行S2。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果在于：

1、本發(fā)明的無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)無(wú)線接收端設(shè)備移走或放入，并將該感應(yīng)信號(hào)傳輸至發(fā)射端MCU中，發(fā)射端MCU根據(jù)感應(yīng)信號(hào)和通信信號(hào)控制和調(diào)整發(fā)射端設(shè)備的工作頻率和輸出增益，使無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)更安全、穩(wěn)定的工作。

2、本發(fā)明的無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)，發(fā)射端MCU中具有判斷模塊，進(jìn)而根據(jù)判斷模塊形成的控制信號(hào)控制無(wú)線發(fā)射端的工作頻率，具有智能化的特點(diǎn)；

3、本發(fā)明的無(wú)線電能傳輸控制方法，當(dāng)無(wú)線接收端與無(wú)線發(fā)射端不在工作區(qū)域中時(shí)，可使無(wú)線發(fā)射端處于待機(jī)狀態(tài)，更節(jié)能，同時(shí)，在無(wú)線發(fā)射端與無(wú)線接收端進(jìn)入至工作區(qū)域時(shí)，可根據(jù)預(yù)設(shè)頻率工作，不會(huì)導(dǎo)致無(wú)線接收端和無(wú)線發(fā)射端設(shè)備處于瞬時(shí)的過(guò)壓或過(guò)流狀態(tài)，保護(hù)了設(shè)備。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的示意圖；

圖2為本發(fā)明無(wú)線電能傳輸控制方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面，通過(guò)示例性的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述。然而應(yīng)當(dāng)理解，在沒(méi)有進(jìn)一步敘述的情況下，一個(gè)實(shí)施方式中的元件、結(jié)構(gòu)和特征也可以有益地結(jié)合到其他實(shí)施方式中。

參見(jiàn)圖1，是本發(fā)明中無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的示意圖。如圖1所示，本發(fā)明的無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)，包括連接于電網(wǎng)的無(wú)線發(fā)射端，以及可接收無(wú)線發(fā)射端電能信號(hào)的無(wú)線接收端，無(wú)線發(fā)射端包括可傳輸無(wú)線電能的發(fā)射線圈，以及可接收通訊信號(hào)的通信接收模塊。無(wú)線接收端外連負(fù)載，包括可接收發(fā)射線圈中發(fā)射電能的接收線圈，以及可將接收線圈輸出電能轉(zhuǎn)化為通訊信號(hào)傳輸至通信接收模塊的通信發(fā)射模塊，通過(guò)上述發(fā)射線圈與接收線圈的設(shè)置，可實(shí)現(xiàn)無(wú)線電能的傳輸，該處的接收線圈通過(guò)磁場(chǎng)耦合拾取發(fā)射線圈的能量；而上述通信發(fā)射模塊與通信接收模塊的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了無(wú)線發(fā)送端與無(wú)線接收端之間的通訊傳輸，通訊傳輸?shù)慕⒂欣跓o(wú)線發(fā)射端根據(jù)無(wú)線接收端負(fù)載的需求而適時(shí)改變。

繼續(xù)參見(jiàn)圖1，無(wú)線發(fā)射端還包括可將電網(wǎng)中傳輸?shù)慕涣麟娬餍纬芍绷麟姷陌l(fā)射端整流濾波電路，發(fā)射端整流濾波電路的輸出端連接有可將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的逆變電路，發(fā)射線圈連接逆變電路的輸出端，發(fā)射線圈內(nèi)設(shè)有可感應(yīng)發(fā)射線圈與接收線圈距離的接近式傳感器，接近式傳感器根據(jù)發(fā)射線圈與接收線圈距離形成感應(yīng)信號(hào)，發(fā)射線圈連接有發(fā)射端MCU，以接收接近式傳感器形成的感應(yīng)信號(hào)；發(fā)射端MCU電連通信接收模塊的輸出端，以接收通信接收模塊中的通訊信號(hào)，發(fā)射端MCU電連逆變電路的輸入端，以控制逆變電路中轉(zhuǎn)換的交流電頻率；發(fā)射端MCU中包括可接收感應(yīng)信號(hào)和通訊信號(hào)的判斷模塊以及與判斷模塊電連的控制模塊，判斷模塊根據(jù)感應(yīng)信號(hào)判斷無(wú)線接收端是否在工作區(qū)域內(nèi)，如在工作區(qū)域內(nèi)，則將通訊信號(hào)轉(zhuǎn)化為判斷信號(hào)發(fā)送至控制模塊，控制模塊根據(jù)該判斷信號(hào)轉(zhuǎn)化為控制信號(hào)控制無(wú)線發(fā)射端的工作頻率；如不在工作區(qū)域，則判斷模塊內(nèi)形成復(fù)位判斷信號(hào)，并將該復(fù)位判斷信號(hào)發(fā)送至控制模塊，控制模塊根據(jù)該復(fù)位判斷信號(hào)轉(zhuǎn)化為控制信號(hào)控制無(wú)線發(fā)射端處于待機(jī)狀態(tài)。

另外，發(fā)射端MCU與逆變電路之間連接有驅(qū)動(dòng)電路，以將控制模塊中形成的控制信號(hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制逆變電路。

需要說(shuō)明的是，本發(fā)明中所述的工作區(qū)域是以發(fā)送線圈為中心，在適當(dāng)?shù)拇怪惫ぷ骶嚯x和水平偏移條件下，并且保證系統(tǒng)效率及安全可靠工作的最大工作區(qū)域。

另外，上述的接近式傳感器為能感知無(wú)線接收端移走或進(jìn)入狀態(tài)，如霍爾磁場(chǎng)傳感器、GMR巨磁阻傳感器、紅外傳感器等。另外，為了使接近式傳感器的感應(yīng)強(qiáng)度更好，接收線圈上可放置有增強(qiáng)接近式傳感器傳感效果的感應(yīng)物。舉例說(shuō)明，如永磁體、鐵磁性金屬、視覺(jué)標(biāo)記等。

同時(shí)，本發(fā)明中在無(wú)線發(fā)射端以及無(wú)線接收端均設(shè)置有電能轉(zhuǎn)換電路。具體說(shuō)明：無(wú)線接收端的接收線圈連接有整流濾波電路，整流濾波電路的輸出端連接輸出電壓采樣電路，以采集整流濾波電路整流后的輸出電壓，輸出電壓采樣電路的輸出端連接接收端MCU，接收端MCU連接通信發(fā)射模塊，以將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)傳輸至通信發(fā)射模塊形成通訊信號(hào)。

無(wú)線接收端外連負(fù)載，該負(fù)載可為充電負(fù)載或供電負(fù)載，一般在為負(fù)載供電時(shí)，都需要輸出穩(wěn)定電壓，因此，無(wú)線接收端的整流濾波電路的輸出端連接有可輸出恒定電壓的穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓電路的輸出端連接負(fù)載。

優(yōu)選的實(shí)施例，本發(fā)明中的發(fā)射線圈可在中間設(shè)置有通孔，該通孔處電磁場(chǎng)干擾較弱，接近式傳感器可設(shè)置于可避免電磁場(chǎng)干擾的發(fā)射線圈中心處。

參見(jiàn)圖2，圖2是本發(fā)明無(wú)線電能傳輸控制方法的流程圖。如圖2所示，本發(fā)明的無(wú)線電能傳輸控制方法，使用上述無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)，包括以下步驟：

S1：?jiǎn)?dòng)無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)；

S2：無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)以待機(jī)頻率待機(jī)，該處的待機(jī)頻率是指系統(tǒng)能在空載時(shí)安全工作的頻率；

S3：接近式傳感器感應(yīng)無(wú)線發(fā)射端與無(wú)線接收端的距離形成感應(yīng)信號(hào)，并將感應(yīng)信號(hào)傳輸至發(fā)射端MCU；

S4：接收端MCU根據(jù)感應(yīng)信號(hào)判斷無(wú)線接收端是否進(jìn)入工作區(qū)域，如果接收端MCU判斷無(wú)線接收端已進(jìn)入至工作區(qū)域，則繼續(xù)進(jìn)行S5；否則，返回S3。

通過(guò)上述步驟，即可防止在無(wú)線接收端移入至無(wú)線發(fā)射端的工作區(qū)域內(nèi)的初始狀態(tài)出現(xiàn)瞬時(shí)的過(guò)壓或過(guò)流狀態(tài)，進(jìn)而燒毀設(shè)備。

本發(fā)明中，還可實(shí)現(xiàn)在通訊過(guò)程中，無(wú)線接收端移入或移出的過(guò)流或過(guò)壓保護(hù)，具體的，還包括以下步驟：

S5：將無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的通訊初始化，此時(shí)發(fā)射線圈根據(jù)預(yù)設(shè)頻率工作，該處的通訊初始化是指通信發(fā)射模塊與通訊接收模塊開始傳輸通訊信號(hào)，預(yù)設(shè)頻率是指在使用該無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)時(shí)設(shè)定的初始頻率；

S6：接收線圈接收發(fā)射線圈傳輸?shù)碾娔埽?/p>

S7：發(fā)射線圈輸出的電能經(jīng)整流濾波后傳輸?shù)浇邮斩薓CU通過(guò)通信發(fā)射模塊形成通訊信號(hào)，通信接收模塊接收該通訊信號(hào)，并將該通訊信號(hào)發(fā)送至發(fā)射端MCU；

S8：發(fā)射端MCU根據(jù)感應(yīng)信號(hào)判斷無(wú)線接收端是否在工作區(qū)域內(nèi)，如判斷無(wú)線接收端在工作區(qū)域內(nèi)，則執(zhí)行S9；否，則執(zhí)行S10；

S9：發(fā)射端MCU根據(jù)通訊信號(hào)調(diào)節(jié)無(wú)線發(fā)射端的工作頻率，然后返回執(zhí)行S6；

S10：停止能量傳輸并復(fù)位無(wú)線發(fā)射端的工作頻率，然后返回執(zhí)行S2。

通過(guò)上述步驟，本發(fā)明無(wú)線電能傳輸控制方法，能夠檢測(cè)到無(wú)線接收端是否移入或移出無(wú)線發(fā)射端的工作區(qū)域，不會(huì)導(dǎo)致無(wú)線接收端和無(wú)線發(fā)射端出現(xiàn)瞬態(tài)的過(guò)壓或過(guò)流狀態(tài)，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)射端或接收端設(shè)備的燒毀。