一種自適應(yīng)頻率跟蹤無線能量傳輸接收裝置及其接收方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高壓電網(wǎng)感應(yīng)取電裝置，將能量從輸電線路上取出，通過無線能量傳輸裝置將能量傳送至輸電桿塔上的能量接收裝置中，為在桿塔上的監(jiān)測設(shè)備供能，具體涉一種自適應(yīng)頻率跟蹤無線能量傳輸接收裝置及其接收方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無線電能傳輸(Wireless Power Transmiss1n，WPT)是借助于電磁波進(jìn)行能量傳遞的一種技術(shù)。隨著科技的發(fā)展傳統(tǒng)的輸電方式也很難滿足其供電需求。因此，發(fā)展無線電能傳輸技術(shù)的重要性日益凸顯出來。
[0003]無線輸電大致可分為:電磁感應(yīng)式、電磁輻射式和電磁共振式。電磁感應(yīng)式傳輸距離近、效率低，發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)的定轉(zhuǎn)子之間的能量傳遞就是利用此原理，傳輸距離為毫米級(jí)；電磁輻射式傳輸距離遠(yuǎn)，但如果是全方向性輻射，傳輸電能的效率會(huì)十分低，而如果是定向輻射，要具有不間斷可視的方位和十分復(fù)雜的追蹤儀器設(shè)備，其研制難度很大；電磁共振式，即我們主要研宄的磁耦合諧振式輸能技術(shù)，是對感應(yīng)式的突破，可以在幾米的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效能量傳輸，磁耦合諧振式能量傳輸技術(shù)思路最早由MIT于2006年提出，于2007年得到了初步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)表在了《Science》雜志。該項(xiàng)技術(shù)本質(zhì)上依靠磁場傳遞能量，它通過諧振線圈間磁場的耦合，借助發(fā)射和接收線圈產(chǎn)生的共振實(shí)現(xiàn)能量的無線傳輸。此項(xiàng)技術(shù)可以在米級(jí)距離傳輸較大功率的能量，同時(shí)具有穿越非導(dǎo)磁性障礙物、對相對位置要求較低等突出優(yōu)點(diǎn)。國內(nèi)目前對該項(xiàng)技術(shù)已有了一些初步的研宄，但大部分研宄成果都在圍繞無線傳能系統(tǒng)的發(fā)射端展開，附圖1為現(xiàn)有感應(yīng)取電與無線傳能發(fā)射端的結(jié)構(gòu)示意圖，發(fā)射部分由取能線圈、整流濾波、取電功率調(diào)節(jié)、穩(wěn)壓電路、無線傳能電路發(fā)射部分組成，感應(yīng)取電通過鐵芯2和線圈3將輸電導(dǎo)線I上能量取出，通過整流濾波回路4、取電功率調(diào)節(jié)回路5、充電穩(wěn)壓電路6、無線傳能電路發(fā)射部分8，將能量由發(fā)射線圈轉(zhuǎn)化為電磁波的形式發(fā)射出去，發(fā)射頻率等于發(fā)射振蕩回路的諧振頻率，同時(shí)，充電穩(wěn)壓電路6還向鋰電池組7充電，并為無線傳能發(fā)射端供能。無線能量傳輸接收裝置接收無線傳能發(fā)射端發(fā)出的電磁波，再轉(zhuǎn)化為電能，為桿塔上的設(shè)備供電。目前，接收端線圈的頻率固定的，接收端線圈的固定頻率不能精確等于發(fā)射頻率，當(dāng)發(fā)射頻率發(fā)生變化時(shí)，使得接收端無法適應(yīng)頻率改變造成的諧振點(diǎn)偏移，導(dǎo)致傳能效率大大降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能自動(dòng)跟蹤發(fā)射頻率的自適應(yīng)頻率跟蹤無線能量傳輸接收裝置及其接收方法。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種自適應(yīng)頻率跟蹤無線能量傳輸接收裝置，由接收線圈、取樣檢測裝置、磁芯、控制線圈、控制電路、電容器、檢測控制裝置、開關(guān)、濾波整流電路、蓄電池組成，其特征在于:接收線圈并聯(lián)有電容器構(gòu)成振蕩回路，振蕩回路連接有取樣檢測裝置，取樣檢測裝置連接控制電路，接收線圈中心有磁芯，磁芯后端繞有控制線圈，控制線圈連接控制電路，電容器兩端并聯(lián)有檢測控制裝置，檢測控制裝置連接開關(guān)的閉合控制電路，取樣檢測裝置連接開關(guān)的斷開控制電路，電容器通過濾波整流電路連接蓄電池。
[0006]一種自適應(yīng)頻率跟蹤無線能量傳輸接收方法，由接收線圈、取樣檢測裝置、磁芯、控制線圈、控制電路、電容器、檢測控制裝置、開關(guān)、濾波整流電路、蓄電池組成接收裝置，接收線圈并聯(lián)有電容器構(gòu)成振蕩回路，振蕩回路連接有取樣檢測裝置，取樣檢測裝置連接控制電路，接收線圈中心有磁芯，磁芯后端繞有控制線圈，控制線圈連接控制電路，電容器兩端并聯(lián)有檢測控制裝置，檢測控制裝置連接開關(guān)的閉合控制電路，取樣檢測裝置連接開關(guān)的斷開控制電路，電容器通過濾波整流電路連接蓄電池，其特征在于:接收線圈感應(yīng)發(fā)射端發(fā)射的電磁波并開始同頻震蕩；取樣檢測裝置檢測接收線圈中的電流及其振蕩頻率，控制電路用來控制連接控制線圈上的電流，隨著控制線圈上電流增大，磁芯內(nèi)部磁通量增加，接收線圈的電感亦隨之增加，反之亦可減少；接收線圈與其并聯(lián)的電容器構(gòu)成振蕩回路，振蕩開始后給接收線圈增加一個(gè)微小的電感量，通過取樣檢測裝置檢測振蕩回路的頻率和電流變化，若頻率增加，控制電路則繼續(xù)增大接收線圈的電感，直到振蕩回路中電流波峰值增至最大，若頻率減小，則減小接收線圈的電感，直到振蕩回路中電流波峰值增至最大；根據(jù)裝置本身的技術(shù)特性，設(shè)定一個(gè)略低于振蕩回路的最大電流Imaxl的電流值Imax2，當(dāng)接振蕩回路中的電流波峰值大于設(shè)定值Imax2時(shí)，在下一個(gè)電流過零點(diǎn)時(shí)刻控制電路控制開關(guān)斷開，回路中的能量全部存儲(chǔ)在電容器內(nèi)，電容器通過濾波整流電路向蓄電池充電；充電過程中檢測控制裝置檢測電容器兩端電壓，當(dāng)電容器兩端電壓低于一個(gè)設(shè)定值Umin時(shí)，檢測控制裝置控制開關(guān)閉合，振蕩回路重新開始感應(yīng)振蕩接收發(fā)射裝置發(fā)射的電磁波，由此開始間歇式補(bǔ)能，并將能量存儲(chǔ)在蓄電池中。
[0007]本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是:實(shí)現(xiàn)了無線能量傳輸接收端對發(fā)射頻率的自動(dòng)跟蹤，當(dāng)發(fā)射頻率發(fā)生變化時(shí)，接收端自動(dòng)適應(yīng)發(fā)射端頻率的改變，糾正諧振點(diǎn)偏移，最大效率地取得了發(fā)射端發(fā)射的能量，解決了無線傳能系統(tǒng)接收端自適應(yīng)性差的難題。
【附圖說明】
[0008]圖1為現(xiàn)有感應(yīng)取電與無線傳能發(fā)射端的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例自適應(yīng)頻率跟蹤無線能量傳輸接收裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖符說明:1.輸電導(dǎo)線；2.鐵芯；3.線圈；4.整流濾波回路；5.取電功率調(diào)節(jié)回路；6.充電穩(wěn)壓電路；7.鋰電池組；8.無線傳能電路發(fā)射部分；9.接收線圈；10.取樣檢測裝置；11.磁芯；12.控制線圈；13.控制電路；14.電容器；15.檢測控制裝置；16.開關(guān)；17.濾波整流電路；18.蓄電池。
【具體實(shí)施方式】
[0010]圖1為現(xiàn)有感應(yīng)取電與無線傳能發(fā)射端的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2為本發(fā)明實(shí)施例自適應(yīng)頻率跟蹤無線能量傳輸接收裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，本裝置由接收線圈9、取樣檢測裝置10、磁芯11、控制線圈12、控制電路13、電容器14、檢測控制裝置15、開關(guān)16、濾波整流電路17、蓄電池18組成，接收線圈9并聯(lián)有電容器4構(gòu)