[发明专利]一种无线电能传输系统以及控制方法

权利要求书

1.一种无线电能传输系统，其特征在于，包括和外部电源连接的电能发射端，以及用来与电能发射端配合接收电能的电能接收端，电能发射端包括用来将电能转换成电磁能的发射线圈，以及用来接收信号的通信接收模块；电能接收端外部接有负载系统，包括用于接收发射线圈发出的电磁能的接收线圈，以及用于与电能发射端的通信接收模块通信的通信发射模块；所述电能发射端还包括发射端整流滤波电路，以及连接在整流滤波电路的输出端的逆变电路，逆变电路的输出端连接有发射端无功补偿电路，发射线圈连接在无功补偿电路的输出端，发射线圈上设置有用来感应发射线圈与接收线圈之间距离的红外距离传感器；发射线圈连接到电能发射端的发射微处理器，用来接收红外距离传感器采集到的感应信号；发射微处理器还与通信接收模块的输出端连接，用于获取通信接收模块接收到的通信信号；发射微处理器还与发射端采样电路模块连接，用于获取发射端采样电路模块采样得到的电气量；发射微处理器电连接至驱动电路的输入端，用于控制驱动电路发出开关控制信号控制逆变电路中转换的交流电频率；所述发射微处理器中包括用于接收感应信号以及通信信号的判断模块，用于处理采集到的电气量的处理模块以及与判断模块、处理模块连接的控制模块；所述判断模块在同时接收到感应信号以及接收端发送过来的请求发射的通信信号后，才触发产生发送判断信号并将该信号送至控制模块，控制模块根据该发送判断信号控制驱动电路工作，进行能量转换传输；否则，则判断模块内形成待机判断信号，并将该待机判断信号发送至控制模块，控制模块根据该待机判断信号，控制驱动电路处于待机状态。

2.根据权利要求1所述的一种无线电能传输系统，其特征在于，红外距离传感器设置于可避免电磁场干扰的发射线圈的中心处。

3.根据权利要求1所述的一种无线电能传输系统，其特征在于，电能接收端的接收线圈连接有整流滤波电路有负载电路；电能接收端还包括接收微处理器，接收微处理器连接至通信发送模块，用于将负载电路的电能接收请求信号送至通信发送模块形成通信信号。

4.根据权利要求1所述的一种无线电能传输系统，其特征在于，接收线圈内置有增强红外距离传感器感应强度的感应物。

5.根据权利要求1所述的一种无线电能传输系统，其特征在于，发射端采样电路模块包括采样节点电压以及电流的电气量检测单元以及用于获取各节点电压、电流信号的过零时刻的过零检测单元。

6.根据权利要求1所述的一种无线电能传输系统，其特征在于，所述处理模块用于计算电能接收端电路等效至电能发射端时的等效阻抗；所述控制模块还包括用于调节电能发射端的工作频率的频率控制单元以及用于根据等效阻抗计算输出功率来反馈控制输出功率的输出功率控制单元。

7.根据权利要求6所述的一种无线电能传输系统，其特征在于，所述计算电能接收端电路等效至电能发射端时的等效阻抗的具体过程为：

(1)设定电气量检测单元的采样周期，处理模块获取采样得到的逆变电路输出端节点处的电压、电流信号；

(2)通过过零检测单元获取逆变电路输出端节点电压、电流的过零时刻，并将该过零时刻送至处理模块；

(3)依据上述获取到的电气参数以及已知的发射端的无功补偿电路以及发射线圈的内阻，计算其接收端电路等效至电能发射端时的等效阻抗：

式中，Z_d为等效阻抗，为采样周期内逆变电路输出端节点的电压的有效值；为采样周期内逆变电路输出端节点的电流的有效值；I_f为采样周期内发射线圈内流经电流的有效值；I_h为流经发射端无功补偿网络以及发射线圈对应阻抗的电流有效值；r_z为发射端无功补偿网络以及发射线圈对应阻抗值；为采样周期内逆变电路输出端节点的电流的最大值；I_fmax为采样周期内发射线圈内流过的电流的最大值；w为逆变电路输出端节点的电压、电流的角频率；t_u为采样周期内逆变电路输出端节点的电压的过零时刻；t_i为采样周期内逆变电路输出端节点的电流的过零时刻。

8.一种无线传输的控制方法，使用权利要求1-7中任一项无线电能传输系统，对无线电能传输的控制，其特征在于，包括以下步骤：

S1:红外距离传感器感应电能接收端与电能发射端之间的距离，当该距离至发射端发射电能的工作区域内，则通过感应信号唤醒发射微处理器；

S2:发射微处理器唤醒后，控制通信接收模块接收来自接收端的通信发射模块发射的通信信号，发射微处理器获取并处理该通信信号，决定电能发射端的起始发射时间以及发射输出功率；

S3:发射微处理器中的判断模块依据上述信号触发产生发送判断信号并将该信号送至控制模块，控制模块根据该发送判断信号控制驱动电路工作，开始能量转换传输；

S4:在能量转换传输的稳态运行过程中，发射端采样电路模块采集各节点的电气参数，并将其送至处理模块处理，所述频率控制单元和输出功率控制单元根据处理的结果对电能发射端的工作频率以及输出功率进行动态调节；

S5：接收线圈接收发射线圈传输的电能，并将电能供给负载；

S6：发射微处理器根据感应信号判断电能接收端是否仍在工作区域内，如判断电能接收端在工作区域内，则继续进行无线电能传输；否则，则发出信号控制驱动电路进而使逆变电路停止工作。