CN203734383U - 基于伺服***的磁耦合电能无线传输装置 - Google Patents
基于伺服***的磁耦合电能无线传输装置 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种基于伺服***的磁耦合电能无线传输装置，包括发射端电路和接收端电路，所述发射端电路包括谐振线圈、高频放大电路、微处理器、伺服电机、功率检测单元、CPLD，所述接收端电路包括接收线圈、整流滤波稳压电路和用电设备，其中微处理器分别与高频放大电路、伺服电机、CPLD相连，高频放大电路连接着谐振线圈，接收线圈依次与整流滤波稳压电路和用电设备相连,所述功率检测单元能够检测到用电设备的功率，所述CPLD和功率检测单元相连。本实用新型通过控制伺服电机调节发射端线圈角度，从而令用电设备无论处在哪个方向，都能使发射线圈与用电设备的接收线圈接近于全耦合，保证了电能传输的高效率。
Description
技术领域
本实用新型属于无线输电技术领域，尤其是涉及一种基于伺服***的磁耦合电能无线传输装置。
背景技术
在传统观念中，电能主要通过金属导线的点对点直接接触进行传输，这种“有线”的传输方式带来了不少问题。由于存在摩擦、老化等问题，电能传输过程中很容易产生火花，进而影响到用电设备的寿命和用电安全。另外，传统的有线电力传输方式应用于一些布线难度大的环境时（如矿井和水中），会带来成本的大量增加。此外，在日常生活中，随着各种电子设备的广泛应用，随之而来的太多的电线和插座给人们的生活也带来了不便。例如，植入体内的医疗设备的长期供电也存在很大的不便。这些问题都在呼唤一种脱离金属导线的电能传输方式，即电能无线传输。实现电能无线传输将使人类应用电能更加宽广、更加灵活。
授权公告号为CN202663203U的实用新型提出一种基于电磁共振的无线输电装置，采用双环联振的电磁共振结构，利用电磁波，以较低的电磁共振频率，实现电能的无线传输。但是该专利对装置本身的精准度要求较高，收发端之间必须同轴放置，否则传输效率会大大降低。
授权公告号为CN101814776B的发明专利提出一种无线电能传输装置，采用电磁耦合阵列，通过功率检测，采用微处理器控制对耦合度最高的单一线圈供电，从而提高传输效率。但该专利需采用数目众多的的MOS管驱动模块和谐振线圈，成本高，体积较大，性价比低，实用性不强。
发明内容
为解决上述问题，本实用新型公开了一种磁耦合电能无线传输装置，对收发端的线圈设置要求低，且无需铺设大规模的电磁耦合阵列，仅需提供单一谐振线圈就可实现高效率的电能传输。
为了达到以上目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种基于伺服***的磁耦合电能无线传输装置，包括发射端电路和接收端电路，所述发射端电路包括谐振线圈、高频放大电路、微处理器、伺服电机、功率检测单元、CPLD，所述接收端电路包括接收线圈、整流滤波稳压电路和用电设备，其中微处理器分别与高频放大电路、伺服电机、CPLD相连，高频放大电路连接着谐振线圈，接收线圈依次与整流滤波稳压电路和用电设备相连, 所述功率检测单元能够检测到用电设备的功率，所述CPLD和功率检测单元相连；所述微处理器输出的控制信号经高频放大电路放大后为谐振线圈提供高频工作电压，接收线圈与谐振线圈之间形成电磁耦合，接收线圈输出的电流经整流滤波稳压电路处理后输送至用电设备，功率检测单元检测到用电设备的功率后传输至CPLD，微处理器向伺服电机输出控制信号，所述伺服电机与谐振线圈相连并能够调整谐振线圈的角度。
进一步的，所述微处理器连接有显示屏，所述伺服电机连接着控制按钮。
进一步的，所述微处理器采用AT89S52单片机，所述CPLD采用EPM240芯片，所述功率检测单元采用AD7822芯片。
有益效果：本实用新型通过控制伺服电机调节发射端线圈角度，从而令用电设备无论处在哪个方向，都能使发射线圈与用电设备的接收线圈接近于全耦合，保证了电能传输的高效率。本实用新型还提供了手动控制方式，整体结构简单，成本低廉，性价比高。
附图说明
图1为本实用新型提供的基于伺服***的磁耦合电能无线传输装置结构框图；
图2为高频功率放大电路图；
图3为接收端整流滤波稳压电路图；
图4为发射端电路中微处理器、CPLD和功率检测单元连接示意图；
图5为手动控制的基于伺服***的磁耦合电能无线传输装置结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本实用新型，应理解下述具体实施方式仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
如图1所示的基于伺服***的磁耦合电能无线传输装置，包括发射端电路和接收端电路，所述发射端电路包括谐振线圈、高频放大电路、微处理器、伺服电机、功率检测单元、CPLD，所述接收端电路包括接收线圈、整流滤波稳压电路和用电设备，其中微处理器分别与高频放大电路、伺服电机、CPLD相连，高频放大电路连接着谐振线圈，接收线圈依次与整流滤波稳压电路和用电设备相连，所述功率检测单元能够检测到用电设备的功率，所述CPLD和功率检测单元相连。
所述微处理器发送高频信号，高频功率放大电路放大微处理器发出的高频信号并为磁耦合谐振线圈提供高频工作电压，图2为高频功率放大电路图，其中RL、C0、L0为谐振线圈的等效电阻、电容和电感，微处理器发出的高频信号经功率管IRF840放大，在由线圈与谐振电容构成的谐振电路中振荡，通过谐振线圈将电能发送给接收线圈。接收线圈与谐振线圈相隔一定距离，并与谐振线圈之间形成电磁耦合，接收线圈输出的电流经整流滤波稳压电路处理后输送至用电设备。图3为接收端整流滤波稳压电路，其中整流部分采用单相桥式整流电路，二级管型号为高效整流二极管HER107，滤波部分采用RC-TT型滤波电路，输出电压脉动较小，稳压部分采用稳压芯片L7805，能够把输出电压稳定在5V。
通过功率检测单元，能够测得用电设备的实际功率，如图4所示，本例中，我们采用精度为8bit、实时采样频率为2MS/s的AD7822芯片作为功率检测单元，功率检测单元能够检测到用电设备的功率并传输至CPLD，CPLD选用MAXII系列的EPM240芯片完成对A/D转换后数据的存储,并将数据反馈给微处理器。微处理器采用单片机AT89S52，能够向伺服电机输出控制信号，所述伺服电机能够控制谐振线圈调整角度。当接收线圈因为某种原因变动位置时，通过本装置能够及时调整谐振线圈的角度使其总能与用电设备的接收线圈接近于全耦合，从而保证电能传输的高效率。
本装置在工作时，能够实时采集到用电设备的功率，并能够控制谐振线圈转动，使谐振线圈始终朝向传输最高效——即用电设备的功率最大的方向。本装置也可为手动控制方式，如图5所示，微处理器可外接有显示屏，显示屏能够显示设备的当前功率，本装置还提供与单片机或伺服电机相连的控制按钮，通过控制按钮，能够通过伺服电机手动控制线圈水平方向上的角度和垂直方向上的角度，通过反复调节、并通过显示屏上实时显示的用电设备功率值，在功率最大时，停止线圈角度的调节，此时即为线圈的最佳方向。
本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。
Claims (3)
1.一种基于伺服***的磁耦合电能无线传输装置，包括发射端电路和接收端电路，其特征在于：所述发射端电路包括谐振线圈、高频放大电路、微处理器、伺服电机、功率检测单元、CPLD，所述接收端电路包括接收线圈、整流滤波稳压电路和用电设备，其中微处理器分别与高频放大电路、伺服电机、CPLD相连，高频放大电路连接着谐振线圈，接收线圈依次与整流滤波稳压电路和用电设备相连, 所述功率检测单元能够检测到用电设备的功率，所述CPLD和功率检测单元相连；所述微处理器输出的控制信号经高频放大电路放大后为谐振线圈提供高频工作电压，接收线圈与谐振线圈之间形成电磁耦合，接收线圈输出的电流经整流滤波稳压电路处理后输送至用电设备，功率检测单元检测到用电设备的功率后传输至CPLD，微处理器向伺服电机输出控制信号，所述伺服电机与谐振线圈相连并能够调整谐振线圈的角度。
2.根据权利要求1所述的基于伺服***的磁耦合电能无线传输装置，其特征在于：所述微处理器连接有显示屏，所述伺服电机连接着控制按钮。
3.根据权利要求1或2所述的基于伺服***的磁耦合电能无线传输装置，其特征在于：所述微处理器采用AT89S52单片机，所述CPLD采用EPM240芯片，所述功率检测单元采用AD7822芯片。
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| CN108092419A (zh) * | 2018-01-22 | 2018-05-29 | 天津中德应用技术大学 | 基于电磁耦合无线传能的教学装置 |
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