CN205004794U - 磁耦合电能无线传输充电装置 - Google Patents

Abstract

一种磁耦合电能无线传输充电装置，包括发射电路和接收电路，所述发射电路包括电源切换模块、振荡电路、功率放大电路及发射线圈，所述接收电路包括接收线圈、整流稳压模块、控制***模块及LCD显示模块；所述电源切换模块对所述振荡电路供电，所述接收电路充电完成后，电源切换模块断开供电，所述振荡电路为所述功率放大电路提供激励信号，所述功率放大电路受激励信号影响，使所述发射线圈和接收线圈处于谐振状态，实现所述发射电路和接收电路间能量的最大化传送与接收。

Description

磁耦合电能无线传输充电装置

技术领域

本实用新型涉及电能无线充电设备技术领域，特别涉及一种磁耦合电能无线传输充电装置。

背景技术

随着电子、电气和自动化的控制技术的不断发展，各种家电及电子设备已得到了广泛普及，然而传统家电依赖电源线和电源插座之间的有线连接来实现供电，而采用内置电池的电子设备也同样需要电源线与电源插座间的有线连接来实现充电，使得为这些电子设备提供的电线随处可见。这些电线不仅占据了我们的活动空间，更限制了设备使用的方便性，同时还产生相关安全用电的隐患。

无线电能传输是利用一种特殊的设备将电源的电能转变为可无线传播的能量，在接收端又将此能量转变回电能，从而达到对用电器的无线供电，这种传输方式可以解决有线传输方式带来的许多不便甚至弊端，例如：美化城市环境、扩大室内可利用空间、减小摩擦起火甚至***的潜在危险等。因此，人们对真正意义上的无线使用的便携式设备和绿色能源***的需求不断增长，作为一种更为灵活方便的传输方式无线电能传输成为人类的一个追求，多年来国内外的科学家们执着的对此开展了很多的探索研究工作。

目前，具有较好应用前景的无线传输电能技术是基于磁耦合谐振技术来实现的无线充电***。将电能通过磁场耦合的形式无线传递出去，该单元需要以不同的频率来产生谐振，为了提高充电***的稳定性，必须保证辅助电源的可靠度。然而这种无线充电技术要求充电设备在2.45cm范围内的近场磁场无线充电，这个瓶颈仍然没有实质性的突破，但是如果对传输距离没有严格要求在数cm范围内，其传输效率就很容易提高到满意的程度。

实用新型内容

基于此，有必要提供一种实现电源切换、可调距离的磁耦合电能无线传输充电装置。

一种磁耦合电能无线传输充电装置，包括发射电路和接收电路，所述发射电路包括电源切换模块、振荡电路、功率放大电路及发射线圈，所述接收电路包括接收线圈、整流稳压模块、控制***模块及LCD显示模块；所述电源切换模块对所述振荡电路供电，所述接收电路充电完成后，电源切换模块断开供电，所述振荡电路为所述功率放大电路提供激励信号，所述功率放大电路受激励信号影响，使所述发射线圈和接收线圈处于谐振状态，实现所述发射电路和接收电路间能量的最大化传送与接收。

电源切换模块采用单刀双闸继电器，交流上电常开闭合，常闭打开时实现交流供电，常闭闭合时，所述交流断电。

所述发射电路采用NE555构成振荡频率约为510KHZ信号发生器，为功放电路提供激励信号，所述谐振功率放大器由LC并联谐振回路和开关管IRF840构成，振荡线圈是由直径为0.80mm的漆包线密绕20圈组成，直径约为6.5cm，实测电感值约为142UH。

所述发射电路进一步还包括检测装置、控制模块和开关模块。所述电源切换模块、所述开关模块与所述振荡电路串联连接，所述检测装置用于检测振荡电路上的电流并将检测到的电流值传输给控制模块，所述控制模块控制所述开关模块的打开和闭合。

所述控制电路模块为MSP430控制***。电感感应接收端的电流，将感应电流输入至所述整流整压模块整流稳压后再输入所述MSP430控制***，所述MSP430控制***根据电容调节前后电流值的变化。

所述发射电路的谐振回路线圈在高频脉冲信号驱动下，不断向周围发射电磁波，在近场区形成非辐射交变磁场，经过强磁耦合谐振，被所述接收电路的谐振回路线圈进行电能接收，从而实现电能高效率、中距离的无线传输。

***工作时，发射电路输入端将交流市电经全桥整流电路变换成直流电，或用24V直流电直接为***供电，经过无线充电装置电源切换模块后输出的直流电通过振荡电路振荡逆变转换成高频交流电供给初级绕组，通过2个磁感线圈耦合能量，输出的电流经接收转换电路变换成直流为电池充电，最后经MSP430控制***，来实时监控电路的充电状况，再通过LCD显示模块显示充电进度条的绘制，实时充电电压显示、充电时间显示等。

附图说明

图1为本实用新型磁耦合电能无线传输充电装置***框图。

图2为本实用新型一个实施例的发射电路***框图。

图3为本实用新型磁耦合电能无线传输充电装置的电源电路图。

图4为本实用新型磁耦合电能无线传输充电装置的发射电路图。

图5为本实用新型磁耦合电能无线传输充电装置的接收充电电路图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的首选实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，为本实用新型一种磁耦合电能无线传输充电装置，包括发射电路10和接收电路13，其中，所述发射电路10包括电源切换模块101、振荡电路104、功率放大电路102及发射线圈103，所述接收电路13包括整流稳压模块131、控制电路模块132、LCD充电显示模块133及接收线圈134。

所述电源切换模块101对所述振荡电路104供电，所述接收电路13充电完成后，断开供电，所述振荡电路104在自身的频率下振荡，并通过所述发射线圈103将能量以电磁波的形式传输出去。

所述整流稳压模块131、控制电路模块132和LCD充电显示模块133串联。所述整流稳压模块131用于将所述接收线圈134接收到的电流电压值通过并联电容的联动调解使接收充电电路经过恒定的电流值和电压值进行充电。

其中，该电源切换模块101为交直流输入采用单刀双闸继电器，用于实现充电电源交直流电的转换。

请参阅图2，本实用新型一种磁耦合电能无线传输充电装置发射电路的一个实施例结构图，包括检测装置113、控制模块111和开关模块112。所述电源切换模块101、所述开关模块112与所述振荡电路104串联连接，所述检测装置113用于检测振荡电路104上的电流并将检测到的电流值传输给控制模块111，所述控制模块111控制所述开关模块112的打开和闭合。

所述开关模块112闭合后，电源切换模块101向所述振荡电路104供电，当所述检测装置113检测到电流值高于最大值时，所述控制模块111控制所述开关模块112断开，使所述振荡电路104开始自振荡并向外传输能量；当所述检测装置113检测到电流值低于最小值时，所述控制模块111控制开关模块112闭合。

请参阅图3，所述电源切换电路101，输入端将交流市电经D1、D2、D3及D4组成的全桥整流电路变换成直流电，或用DC24V直流电直接为***供电，电路中接有一三端稳压集成电路LM7805，使得电源切换模块向所述发射电路提供稳定的正5V电压。该电源采用24V的直流电源，当1接触3时，该电源采用220V的交流市电，该电源切换模块101通过转换电路直接切换220V市电优先，在电源切换时，时间很短，电容C1与直流断路器VG及电源变压器T1并联，电容C1可提供一定时间的电量，实现不断电切换，从而不影响充电。

进一步的，所述功率放大器由LC并联谐振回路和开关管IRF840构成。

可以理解的，所述电源切换模块101在没有插插头时，继电器复位，由直流电DC24V供电，接通插头时，继电器吸合，由交流市电电源供电，此时DC24V断开。

请参阅图4，所述发射电路10中采用NE555构成振荡频率约为510KHZ的信号发生器，其中NE555的8脚均与电阻和电容并联，为功放电路提供激励信号。电感L1与其并联的固定电容C9(其值为470pF)处并联一可调电容C7(其值为200pF)，用于调节电路中的谐振频率。其中，电感L1与可调电容C7构成所述发射电路10的发射端谐振线圈回路，在高频脉冲信号驱动下，不断向周围空间发射电磁波，在近场区形成非辐射交变磁场。

在一个实施例中，所述发射线圈103由漆包线紧密环绕铁芯组成。

在一个实施例中，所述发射电路10中的谐振功率放大器由LC并联谐振回路和开关管IRF840构成。振荡线圈是由直径为0.80mm的漆包线密绕20圈组成，其直径约为6.5cm，实测电感值约为142UH。

请参阅图1和图5，所述控制电路模块132为MSP430控制***。电感L2感应接收端的电流，将感应电流输入至所述整流整压模块131，整流稳压后再输入所述MSP430控制***132，所述MSP430控制***132根据电容调节前后电流值得变化。

在一个实施例中，充电装置在使用时，保证电感L1和L2附近没有其他金属或磁介质，在接收单元空载情况时，保持L1和L2同轴，来改变L1与L2的间距，测量接收单元C5两端的电压。L1与L2同轴并固定间距2cm时，接上待充电池，并接上电压表，将S1的2接到1时，与最大阻值为5K的可变电阻R5串联，为慢充充电工作方式，将S1的2接到3时，与最大阻值为500K的可变电阻R6串联,为快充充电工作方式。

所述接收电路13中，电感L2为所述发射电路10中电感L1的等效电感，电感L2与其并联的固定电容C10(其值为470pF)处并联一可调电容C8(其值为200pF)，用于调节所述接收电路13中的谐振频率。其中，电感L2与可调电容C8构成所述接收电路13的接收端谐振线圈回路，所述接收端谐振线圈回路接收所述发射端谐振线圈回路在强磁耦合谐振作用下产生的电能，从而实现电能高效率、中距离的无线传输。

***进行工作时，发射电路输入端将交流市电经全桥整流电路变换成直流电，或用24V直流电直接为***供电，经过无线充电装置电源切换模块后输出的直流电通过振荡电路振荡逆变转换成高频交流电供给初级绕组，通过2个耦合线圈，实现电能-磁能-电能的转换，输出的电流经接收电路中的整流稳压模块变化成直流电为电池充电，最后经MSP430控制***，来实时监控电路的充电状况，再通过LCD显示模块显示充电进度条的绘制，实时充电电压显示、充电时间显示等。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种磁耦合电能无线传输充电装置，包括发射电路和接收电路，其特征在于，所述发射电路包括电源切换模块、振荡电路、功率放大电路及发射线圈，所述接收电路包括接收线圈、整流稳压模块、控制***模块及LCD显示模块；所述电源切换模块对所述振荡电路供电，所述接收电路充电完成后，电源切换模块断开供电，所述振荡电路为所述功率放大电路提供激励信号，所述功率放大电路受激励信号影响，使所述发射线圈和接收线圈处于谐振状态，实现所述发射电路和接收电路间能量的最大化传送与接收。

2.根据权利要求1所述磁耦合电能无线传输充电装置，其特征在于，所述电源切换模块采用单刀双闸继电器进行交直流电切换供电。

3.根据权利要求1所述的磁耦合电能无线传输充电装置，其特征在于，所述发射电路进一步包括检测装置、控制模块和开关模块，所述电源切换模块、所述开关模块与所述振荡电路串联连接，所述检测装置用于检测振荡电路上的电流并将检测到的电流值传输给控制模块，所述控制模块控制所述开关模块的打开和闭合。

4.根据权利要求1所述的磁耦合电能无线传输充电装置，其特征在于，所述功率放大器由LC并联谐振回路和开关管IRF840构成。

5.根据权利要求1所述的磁耦合电能无线传输充电装置，其特征在于，所述发射线圈由漆包线紧密环绕铁芯组成。

6.根据权利要求1所述的磁耦合电能无线传输充电装置，其特征在于，所述接收电路接收发射电路的电流，将感应电流输出至所述整流稳压模块，经整流稳压后输入至所述控制电路模块，所述控制电路模块调节前后电流值的变化。

7.根据权利要求1所述的磁耦合电能无线传输充电装置，其特征在于，所述控制电路模块为MSP430控制***。

8.根据权利要求1所述的磁耦合电能无线传输充电装置，其特征在于，所述LCD显示模块用于显示充电状态，实时显示充电电压和充电时间。