磁耦合諧振式無線電能傳輸自適應(yīng)阻抗匹配系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種磁耦合諧振式無線電能傳輸自適應(yīng)阻抗匹配系統(tǒng)，主要包括基于粒子群算法的DSP控制系統(tǒng)、射頻功放系統(tǒng)、阻抗匹配系統(tǒng)、電能發(fā)射系統(tǒng)、電能接收系統(tǒng)、整流濾波系統(tǒng)、反射系數(shù)檢測系統(tǒng)、負(fù)載八個部分。該系統(tǒng)屬于高頻電磁理論工程與信號傳輸應(yīng)用前沿交叉領(lǐng)域，解決了無線電能傳輸技術(shù)阻抗自動調(diào)諧的問題。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)上電能負(fù)載改變下效率下降的問題，設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)、高可靠性、抗干擾能力強(qiáng)、基于DSP的粒子群控制算法的無線電能傳輸自適應(yīng)阻抗匹配的方法。
【專利說明】磁耦合諧振式無線電能傳輸自適應(yīng)阻抗匹配系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于磁耦合諧振式無線電能傳輸自適應(yīng)阻抗匹配系統(tǒng)。特別是涉及一種基于自適應(yīng)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化傳輸功率、高可靠性、電磁兼容性佳的磁耦合電能無線傳輸系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]自從1840年發(fā)現(xiàn)利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象及導(dǎo)線可以傳輸電能至今，電能的傳輸主要是由導(dǎo)線直接接觸進(jìn)行傳輸?shù)摹ｋ姽ぴO(shè)備的充電一般是通過插頭和插座來進(jìn)行，但是在進(jìn)行大功率充電時，這種充電方式存在高壓觸電的危險。且由于存在摩擦和磨損，系統(tǒng)的安全性、可靠性及使用壽命較低，特別是在化工、采礦等一些易燃、易爆領(lǐng)域，極易引發(fā)大的事故。新型無線電能傳輸系統(tǒng)采用電磁感應(yīng)原理、電力電子技術(shù)以及控制理論相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了電能的無線傳輸，完全克服了以上限制。
[0003]基于影響比較大的磁耦合諧振無線電能傳輸系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)分析，當(dāng)磁耦合無線電能傳輸系統(tǒng)的頻率、傳輸距離和負(fù)載發(fā)生變化時，整個傳輸系統(tǒng)的等效阻抗會改變，針對等效阻抗改變引起的傳輸功率下降的問題，本發(fā)明系統(tǒng)植入了基于粒子群算法控制的自適應(yīng)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)自動調(diào)諧系統(tǒng)阻抗的控制算法，提高系統(tǒng)傳輸效率。
[0004]本發(fā)明旨在克服了傳統(tǒng)上磁耦合諧振無線電能傳輸系統(tǒng)收發(fā)線圈在工作距離或其它引起阻抗改變的因素干擾下負(fù)載功率下降問題，提出了基于粒子群控制的自適應(yīng)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)同步調(diào)諧負(fù)載阻抗的阻抗跟蹤控制設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)了一種基于阻抗調(diào)諧控制優(yōu)化傳輸功率、高可靠性、電磁兼容性佳的磁耦合電能無線傳輸系統(tǒng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，基于磁耦合諧振式無線電能傳輸自適應(yīng)阻抗匹配系統(tǒng)，該裝置具有負(fù)載阻抗自動調(diào)諧、高可靠性、電磁兼容性佳的特點(diǎn)。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:基于阻抗自動調(diào)諧控制的磁耦合電能無線傳輸系統(tǒng)，包括03？控制系統(tǒng)，其特征在于03？中植入改進(jìn)的粒子群控制算法及具有功率檢測信號處理功能。還設(shè)置有:基于03？的距離與電壓檢測單元實(shí)現(xiàn)線圈之間距離檢測和負(fù)載接收電壓檢測，發(fā)射系統(tǒng)將電能轉(zhuǎn)化成高頻磁能量并將控制信號無線發(fā)射出去，接收系統(tǒng)用于接收電能，負(fù)載單元吸收能量。
[0007]所述的基于03？控制的發(fā)射系統(tǒng)是基于阻抗自動調(diào)諧的磁耦合電能無線傳輸系統(tǒng)核心部分之一，包括03？控制單元、電壓檢測單元、008信號產(chǎn)生單元、射頻功放單元、電能發(fā)射單元。03？控制單元接收負(fù)載電壓檢測信號，通過算法運(yùn)算后，調(diào)制成頻率控制信號傳給003信號源；射頻功放單元將003信號源的信號進(jìn)行功率放大提供給電能發(fā)射單元；電能發(fā)射單元將高頻電能轉(zhuǎn)化成高頻磁能量發(fā)射到空中。
[0008]所述的電能接收系統(tǒng)是基于磁耦合諧振式無線電能傳輸自適應(yīng)阻抗匹配系統(tǒng)的核心部分之一，包括電能接收單元、整流調(diào)壓單元。電能接收單元收集空中高頻磁能量將其轉(zhuǎn)化成高頻電能；整流調(diào)壓單元將高頻電能轉(zhuǎn)化成直流再通過調(diào)壓將電壓調(diào)節(jié)到所需電壓幅值。
[0009]本發(fā)明的基于磁耦合諧振式無線電能傳輸自適應(yīng)阻抗匹配系統(tǒng)，該裝置具有阻抗自適應(yīng)控制優(yōu)化傳輸功率、高可靠性、電磁兼容性佳的特點(diǎn)。當(dāng)系統(tǒng)通電工作后，電能以無線方式傳到負(fù)載，同時信號無線傳輸通道建立，當(dāng)線圈工作距離發(fā)生變化，基于DSP的控制單元發(fā)出控制指令，控制自適應(yīng)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)做相應(yīng)的阻抗調(diào)節(jié)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是設(shè)計(jì)系統(tǒng)的整體框圖；
[0011]圖2是電能發(fā)射系統(tǒng)框圖；
[0012]圖3是電能接收系統(tǒng)框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0013]本發(fā)明提供一種基于磁耦合諧振式無線電能傳輸自適應(yīng)阻抗匹配系統(tǒng)。下面結(jié)合實(shí)例和附圖對本發(fā)明基于磁耦合諧振式無線電能傳輸自適應(yīng)阻抗匹配系統(tǒng)做出詳細(xì)說明。
[0014]如圖1所示，本發(fā)明的基于磁耦合諧振式無線電能傳輸自適應(yīng)阻抗匹配系統(tǒng)，包括有電源I可向電能與信號發(fā)射系統(tǒng)2提供所需電能，還設(shè)置有:電能與發(fā)射系統(tǒng)2將電能以無線方式同步發(fā)射出去，電能與信號接收系統(tǒng)3用于接收電能發(fā)射系統(tǒng)2發(fā)射的電能，負(fù)載單元4接收電能接收系統(tǒng)3提供的電能并開始正常工作。
[0015]如圖2所示，所述的電能發(fā)射系統(tǒng)2是基于磁耦合諧振式無線電能傳輸自適應(yīng)阻抗匹配系統(tǒng)的核心部分之一，包含DSP控制單元21、射頻信號模塊單元22、射頻功放模塊單元23、反射系數(shù)檢測模塊24、阻抗匹配模塊25、電能發(fā)射單元26。其中DSP中植入改進(jìn)的粒子群控制算法，DSP控制單元21和射頻信號模塊單元22、射頻功放模塊單元23相連，DSP控制單元21和反射系數(shù)檢測模塊單元24、阻抗匹配單元25相連，DSP控制單元21向射頻信號模塊單元22發(fā)控制指令；射頻信號模塊單元22向射頻功放單元23提供標(biāo)準(zhǔn)正弦波；射頻功放單元23與反射系數(shù)檢測模塊24相連，射頻功放單元23途經(jīng)反射系數(shù)檢測模塊24、阻抗匹配模塊25向電能發(fā)射單元26提供所需高頻電能，電能發(fā)射單元26將從射頻功放單元23得到的高頻電能轉(zhuǎn)化成高頻磁能。
[0016]如圖3所示，所述的電能接收系統(tǒng)3由電能接收單元31、整流濾波單元32、負(fù)載單元33組成。電能接收單元31與整流濾波單元32相連，電能接收單元31接收電能發(fā)射單元26發(fā)射的高頻磁能并將其轉(zhuǎn)變成高頻電能，高頻電能經(jīng)過整流濾波單元32將其變成負(fù)載所需直流電源；整流濾播單元32負(fù)載單元33相連，向它提供所需電能；
[0017]以上示意性的對本發(fā)明及其實(shí)施方式進(jìn)行了描述，該描述沒有局限性，附圖中所示的也只是本發(fā)明的實(shí)施方式之一。所以如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，采用其它形式的同類部件或其它形式的各部件布局方式，不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)出與該技術(shù)方案相似的技術(shù)方案與實(shí)施例，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于磁耦合諧振式無線電能傳輸自適應(yīng)阻抗匹配系統(tǒng)，包括DSP控制系統(tǒng)(1)，其特征在于，還設(shè)置有:DDS信號發(fā)生系統(tǒng)(2)與射頻功放系統(tǒng)(3)相連接，并向射頻功放系統(tǒng)(3)提供頻率可控的信號源，射頻功放系統(tǒng)(3)將接收到的信號源進(jìn)行功率放大，使經(jīng)過功率放大的信號具有一定的電能，該電能經(jīng)過自適應(yīng)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)(4)調(diào)諧，再經(jīng)過電能與信號發(fā)射系統(tǒng)(5)轉(zhuǎn)化成高頻磁能量無線發(fā)射出去，電能與信號接收系統(tǒng)(6)用于接收電能與信號發(fā)射系統(tǒng)(5)發(fā)出的高頻磁能并將其變成高頻電能，高頻電能經(jīng)過整流調(diào)壓系統(tǒng)(7)變成負(fù)載⑶所需電能。 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁耦合諧振式無線電能傳輸自適應(yīng)阻抗匹配系統(tǒng)，其特征在于，DSP控制系統(tǒng)(1)包括信號輸入單元(11)、DSP算法控制單元(12)、匹配網(wǎng)絡(luò)單元(13)，信號輸入單元(11)與DSP算法控制單元(12)相連接，信號輸入單元(11)接收距離與電壓檢測系統(tǒng)發(fā)出信號，并將該指令信號傳輸?shù)紻SP控制單元(12)通過改進(jìn)的粒子群控制算法計(jì)算出相對應(yīng)匹配網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，DSP控制單元(12)與匹配網(wǎng)絡(luò)單元(13)相連接，DSP控制單元(12)發(fā)出指令信號，將控制指令發(fā)給匹配網(wǎng)絡(luò)單元(2)。 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁耦合諧振式無線電能傳輸自適應(yīng)阻抗匹配系統(tǒng)，其特征在于，信號發(fā)射系統(tǒng)(2)包括串行通信單元(21)、DDS控制單元(22)、DDS信號產(chǎn)生單元(23)、功率放大單元(24)，串行通信單元(21)與DDS控制單元(22)相連接，串行通信單元(21)接收DSP控制系統(tǒng)⑴發(fā)過來的控制指令，并將該指令信號接收給DDS控制單元(22)，使DDS控制單元(22)控制DDS信號產(chǎn)生單元(23)產(chǎn)生指定頻率的信號源；指定頻率信號通過功率放大單元(24)變?yōu)楦哳l能量發(fā)射出去，來完成能量的傳輸。
【文檔編號】H02J17/00GK104300699SQ201410630815
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月7日
【發(fā)明者】倪衛(wèi)濤, 楊慶新, 劉維娜, 李陽, 何亞偉, 楊曉博, 張雅希 申請人:天津工業(yè)大學(xué)