專利名稱：無線電能傳輸裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種無線電能傳輸裝置，主要應(yīng)用于便攜式 設(shè)備供電。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代人生活在充斥著電線、插座的世界，受插座的制約，人們的用電受到較大的限 制，另外，電線和插座如果多到一定程度，會造成環(huán)境的雜亂，影響室內(nèi)的美觀，而且，電線 和插座的大量制造和使用，勢必消耗大量的物質(zhì)和能源，不利于構(gòu)建資源節(jié)約型的和諧社石。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決技術(shù)問題是提供一種無線電能傳輸裝置，采用該無線電能傳輸 裝置能便利地為便攜式設(shè)備充電。本實用新型為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種無線電能傳輸裝置，其特征在于，包括微處理器、電磁耦合陣列、電流檢測電 路、A\D轉(zhuǎn)換器、接收線圈和用于輸出直流電壓給用電設(shè)備的橋式整流器，電磁耦合陣列由 多個發(fā)送線圈組成，微處理器的輸出端與電磁耦合陣列相連接，電磁耦合陣列與接收線圈 之間形成電磁耦合，接收線圈接橋式整流器的輸入端；電流檢測電路的輸出端接A\D轉(zhuǎn)換 器的輸入端，A\D轉(zhuǎn)換器的輸出端接微處理器的輸入端；所述的電磁耦合陣列為由多個發(fā)送線圈組成的水平環(huán)形陣列，多個發(fā)送線圈彼 此獨立，每一個發(fā)送線圈屬于一個單獨的發(fā)送回路中，所述的發(fā)送回路由一個發(fā)送線圈 (TRANSMITTER)、電子開關(guān)(Q4)、升壓變壓器的原邊(Tl)和電容(C2)串接而成，電容(C2) 的正極接直流電源正極，電容(C2)的負(fù)極接地；電子開關(guān)(Q4)的控制端經(jīng)驅(qū)動電路與微處 理器的一個方波信號輸出端相接；升壓變壓器的副邊接整流橋的輸入端，整流橋的輸出端接A\D轉(zhuǎn)換器的輸入端。所述的微處理器為單片機或者CPLD，所述的電子開關(guān)為MOS管IRF640。發(fā)送線圈和接收線圈的匝數(shù)比為1 1，均為25匝，A\D轉(zhuǎn)換器選用精度為8位的 ADC0832，升壓變壓器的變比為500。本實用新型的技術(shù)原理如下第一我們知道只有變壓器的耦合程度為100%才可能是效率最高，這也就意味著 該方案用于無線輸電時，用于發(fā)射和接受的線圈必須緊緊耦合在一起，如果有一點錯位效 率便會迅速下降。為了解決這個問題，再發(fā)射端用一個個帶磁芯的線圈做一組磁耦合陣列， 每不同的帶磁芯的線圈的方向不相同，而在接收端只用一個帶磁芯的耦合線圈。假如在發(fā) 射端有一個線圈與接收端是正對著的，由于某種原因，相對位置發(fā)生了變動，這時接收端的 線圈很有可能與發(fā)射端線圈陣列里的另一個線圈正對，為了減少電能的浪費，可以采用單 片機或者CPLD定時對發(fā)射端的線圈陣列各個線圈的電流進行采樣，再根據(jù)線圈中的電流情況將電流低(即耦合程度低)的線圈從整列中切除，以節(jié)約電能。第二在磁耦合陣列的線圈中如果沒有接收端的線圈與之相對，那么這些線圈中會 有很少的電流流過，而有接收端與之相對的那些線圈便會產(chǎn)生大電流，由此便知那些線圈 應(yīng)該工作哪些線圈不需要工作，而線圈工作時電流振蕩的頻率應(yīng)盡可能的高，以減小線圈 匝數(shù)，縮小耦合陣列面積，提高工作效率。本實用新型的有益效果本無線電能傳輸裝置采用方波脈沖控制方式以及分離式變壓器的電磁耦合方式 實現(xiàn)電能的傳輸，構(gòu)思新穎，易于控制。本無線電能傳輸裝置采用檢測反饋電流來檢測發(fā)送線圈與接收線圈耦合度，并且 采用環(huán)形的電磁耦合陣列，使得用電設(shè)備不管處于何種方向，總有一個發(fā)送線圈與用電設(shè) 備的接收線圈接近于全耦合，因此，使用本實用新型，用電設(shè)備獲得電能的方式更為自由和 靈活；而且，微處理器通過各個發(fā)送線圈的電流反饋檢測，只對耦合度最高的發(fā)送線圈供 電，避免了電能的浪費，減少了電磁輻射，保障了電能傳輸?shù)母咝?。本無線電能傳輸裝置基于分離式功率變壓器的電磁耦合方式實現(xiàn)電能的傳輸，從 而在生活中為人們節(jié)省了一大堆不必要的充電器，實用性強。更重要的是，對于某些對電 火花敏感的特殊場合，如果采用該無線電能傳輸裝置將徹底解決傳統(tǒng)接觸式輸電帶來的危 險，安全性高。電能的無線傳輸技術(shù)將有可能讓人類部分?jǐn)[脫電線、電池和插座帶來的煩 惱，只要筆記本電腦所在屋子裝備有無線電能傳輸器，人們就可以不再需要將電腦與插座 相連來充電，因為它會自動充電，到那時，手機、筆記本電腦就可以在配置有發(fā)射器的屋子 里自動充電，甚至不需要電池，也不需要通過插座與電源相連就可以直接使用，由此帶來生 活的極大便利以及生活質(zhì)量的顯著提高。

圖1為總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為電能發(fā)送端的電路原理圖；圖3為電磁耦合陣列示意圖；圖4為電能接收端的電路原理圖；圖5為電磁耦合陣列結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明。實施例1 如圖1和2所示，一種無線電能傳輸裝置，其特征在于，包括微處理器、電磁耦合陣 列、電流檢測電路、A\D轉(zhuǎn)換器、接收線圈和用于輸出直流電壓給用電設(shè)備的橋式整流器，電 磁耦合陣列由多個發(fā)送線圈組成，微處理器的輸出端與電磁耦合陣列相連接，電磁耦合陣 列與接收線圈之間形成電磁耦合，接收線圈接橋式整流器的輸入端；電流檢測電路的輸出 端接A\D轉(zhuǎn)換器的輸入端，A\D轉(zhuǎn)換器的輸出端接微處理器的輸入端；所述的電磁耦合陣列為由多個發(fā)送線圈組成的水平環(huán)形陣列，多個發(fā)送線圈彼 此獨立，每一個發(fā)送線圈屬于一個單獨的發(fā)送回路中，所述的發(fā)送回路由一個發(fā)送線圈TRANSMITTER、電子開關(guān)Q4、升壓變壓器的原邊Tl和電容C2串接而成，電容C2的正極接直 流電源正極，電容C2的負(fù)極接地；電子開關(guān)Q4的控制端經(jīng)驅(qū)動電路與微處理器的一個方波 信號輸出相接；升壓變壓器的副邊接整流橋的輸入端，整流橋的輸出端接A\D轉(zhuǎn)換器的輸入端所述的微處理器為單片機或者CPLD，所述的電子開關(guān)為MOS管IRF640。發(fā)送線圈和接收線圈的匝數(shù)比為1 1，均為25匝，A\D轉(zhuǎn)換器選用精度為8位的 ADC0832，升壓變壓器的變比為500。本無線電能傳輸裝置采用分體式的變壓器的進行互感耦合來實現(xiàn)電能傳輸，使次 級線圈產(chǎn)生電壓，初級線圈(即發(fā)送線圈)和次級線圈(即接收線圈)的匝數(shù)比為1 1(初 級線圈和次級線圈各為25匝)，在電能發(fā)射端，由微處理器采用AD轉(zhuǎn)換器和升壓變壓器進 行初級線圈的電流大小采集，然后根據(jù)電流的大小就能找到和次級線圈耦合度最高的發(fā)送 線圈，從而只需要對耦合度最高的那個或多個線圈供電即可，將很多個這種的耦合度高的 初級線圈以圖3的連接方式連在一起，這樣作為接收端的次級線圈就不需要固定在一個地 方而可以在一定范圍內(nèi)任意移動。采集初級線圈電流大小電路設(shè)計如圖2，由發(fā)送器(TRANSMITTER)，M0S管Q4，電容C2，變壓器Tl構(gòu)成初級線圈的主 回路，初級線圈通過發(fā)送器(TRANSMITTER)把能量耦合給次級線圈，可以通過檢測主回路 的電流大小來找到和次級線圈耦合度最高的初級線圈，通過匝數(shù)比為1 500的變壓器Tl 進行電壓放大，后經(jīng)二極管D3，D4，D5，D6構(gòu)成的橋式整流電路整流和C2平滑，所獲得的直 流電壓經(jīng)AD轉(zhuǎn)換器后進入微處理器。驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)與原理說明驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)為驅(qū)動電路采用9V直流電源，驅(qū)動電路分為三級第一級三極管Ql (9013)的基極接來自微處理器的方波信號，三極管Ql的集電極 通過電阻Rl接+9V，三極管Ql的發(fā)射極接地；第二級三極管Q2 (8050)與三極管Q3 (8550)的基極相連并連接到三極管Ql的集 電極；三極管Q2的集電極接+9V，三極管Q2 (8050)的發(fā)射極與三極管Q3 (8550)的發(fā)射極 相連并接MOS管Q4(IRF640)的柵極；三極管Q3 (8550)的集電極接地；第三級二極管Dl和D2串接，串接后的正極接+9V，串接后的負(fù)極接地，二極管Dl 和D2的連接點接MOS管Q4 (IRF640)的柵極。工作原理說明方波為高電平時，三極管Ql導(dǎo)通，Ql的Vce較小，以致三極管Q2和Q3均截止，因 此MOS管Q4的柵極處于高阻狀態(tài)，MOS管Q4處于截止?fàn)顟B(tài)，即電子開關(guān)不導(dǎo)通，發(fā)送線圈 TRANSMITTER不能往外發(fā)送電能；方波為低電平時，三極管Ql截止，Ql的C極處為高電平，以致三極管Q2和Q3均 導(dǎo)通，因此MOS管Q4的柵極處于高電平，則MOS管Q4處于導(dǎo)通狀態(tài)，即電子開關(guān)導(dǎo)通，發(fā)送 線圈TRANSMITTER往外發(fā)送電能。每一個發(fā)送線圈都對應(yīng)了一個圖2所示的電路，因此，必要時，微處理器的方波信 號輸出端口需要擴展，擴展微處理器的輸出端口屬于現(xiàn)有的成熟技術(shù)。如圖5，多個發(fā)送線圈采用水平的環(huán)形排列，目的是使得朝哪個方向的發(fā)送線圈都有，即不管用電設(shè)備在哪一個位置，朝哪一個方向，總有一個發(fā)送線圈與用電設(shè)備的接收線 圈接近于全耦合。作為改進，圖5所示的電磁耦合陣列可以為多個，不同的電磁耦合陣列按 不同的高度設(shè)置，這樣，更增加了用電設(shè)備獲取電能的靈活性，即用電設(shè)備在不同的高度和 不同的方向，都能最大限度的獲取電能，也提高了電能的利用效率。初級線圈電流采集的A\D轉(zhuǎn)換器選用精度為8位的ADC0832。能量發(fā)送器和能量接收器電路設(shè)計如圖4，能量接收器次級線圈采用橋式整流濾波，即得到從初級線圈耦合過來的電 能，從而實現(xiàn)無線電能傳輸。
權(quán)利要求一種無線電能傳輸裝置，其特征在于，包括微處理器、電磁耦合陣列、電流檢測電路、A\D轉(zhuǎn)換器、接收線圈和用于輸出直流電壓給用電設(shè)備的橋式整流器，電磁耦合陣列由多個發(fā)送線圈組成，微處理器的輸出端與電磁耦合陣列相連接，電磁耦合陣列與接收線圈之間形成電磁耦合，接收線圈接橋式整流器的輸入端；電流檢測電路的輸出端接A\D轉(zhuǎn)換器的輸入端，A\D轉(zhuǎn)換器的輸出端接微處理器的輸入端；所述的電磁耦合陣列為由多個發(fā)送線圈組成的水平環(huán)形陣列，多個發(fā)送線圈彼此獨立，每一個發(fā)送線圈屬于一個單獨的發(fā)送回路中，所述的發(fā)送回路由一個發(fā)送線圈(TRANSMITTER)、電子開關(guān)(Q4)、升壓變壓器的原邊(T1)和電容(C2)串接而成，電容(C2)的正極接直流電源正極，電容(C2)的負(fù)極接地；電子開關(guān)(Q4)的控制端經(jīng)驅(qū)動電路與微處理器的一個方波信號輸出端相接；升壓變壓器的副邊接整流橋的輸入端，整流橋的輸出端接A\D轉(zhuǎn)換器的輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線電能傳輸裝置，其特征在于，所述的微處理器為單片機 或者CPLD，所述的電子開關(guān)為MOS管IRF640。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無線電能傳輸裝置，其特征在于，發(fā)送線圈和接收線圈的 匝數(shù)比為1 1，均為25匝，A\D轉(zhuǎn)換器選用精度為8位的ADC0832，升壓變壓器的變比為 500。
專利摘要本實用新型公開了一種無線電能傳輸裝置，其特征在于，包括微處理器、電磁耦合陣列、電流檢測電路、A\D轉(zhuǎn)換器、接收線圈和用于輸出直流電壓給用電設(shè)備的橋式整流器，電磁耦合陣列由多個發(fā)送線圈組成，微處理器的輸出端與電磁耦合陣列相連接，電磁耦合陣列與接收線圈之間形成電磁耦合，接收線圈接橋式整流器的輸入端；電流檢測電路的輸出端接A\D轉(zhuǎn)換器的輸入端，A\D轉(zhuǎn)換器的輸出端接微處理器的輸入端。采用該無線電能傳輸裝置能便利地為便攜式設(shè)備充電。
文檔編號H02J17/00GK201656578SQ20102018498
公開日2010年11月24日 申請日期2010年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月5日
發(fā)明者朱俊杰 申請人:中南林業(yè)科技大學(xué)