一種電能無線過墻傳輸裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電能無線過墻傳輸裝置，包括分別位于墻體兩側(cè)的發(fā)送端插座和接收端插座，發(fā)送端插座內(nèi)設(shè)有依次連接的整流濾波穩(wěn)壓電路、高頻逆變電路和含發(fā)送線圈的諧振發(fā)送電路，市電交流電源接入后，由發(fā)送線圈產(chǎn)生電能諧振脈沖；接收端插座內(nèi)設(shè)有依次連接的帶接收線圈的諧振接收電路、整流濾波穩(wěn)壓電路和低頻逆變電路。利用磁諧振耦合原理，接收線圈將接收到的來源于發(fā)送端插座的電能諧振脈沖，通過整流濾波穩(wěn)壓，用低頻逆變電路輸出220V、50Hz的交流電能。本發(fā)明實現(xiàn)了穩(wěn)定和有效的電能無線過墻傳輸，結(jié)構(gòu)簡單、成本低、應(yīng)用廣泛。
【專利說明】一種電能無線過墻傳輸裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電能的無線傳輸【技術(shù)領(lǐng)域】，具體說是一種電能無線過墻傳輸裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]電能無線傳輸(WPT)，指的是電能從電源到負(fù)載的一種沒有經(jīng)過電氣直接接觸的能量傳輸方式。根據(jù)傳輸機(jī)理的不同，電能無線傳輸可以大致分為三類。一是磁稱合感應(yīng)式，機(jī)理類似于可分離變壓器，氣隙部分代替了鐵芯，特點(diǎn)是傳輸效率高，但傳輸距離僅有幾毫米，當(dāng)距離增大后，傳輸效率急速下降，其實用性很低；二是以微波或激光形式，通過收發(fā)天線進(jìn)行能量傳輸，傳輸距離較遠(yuǎn)，但效率極極低；三是諧振耦合式，利用諧振原理，在中等距離(一般為傳輸線圈直徑的幾倍)傳輸時，仍具有較高的效率和較大的功率。
[0003]申請公布號為CN202888975U發(fā)明專利提出一種安全電能無線傳輸插座，包括安裝于墻面上的固定電路部分與可手持的移動電路部分。但該專利的無線電能的傳輸是在空氣介質(zhì)，且接收端是移動的，并未表明和解決存在障礙物(墻體內(nèi))時電能的無線傳輸問題。
[0004]申請公布號為CN102280941A的專利，涉及一種非接觸式電能無線傳輸裝置，尤其涉及一種通過發(fā)送電磁波原理實現(xiàn)無線傳電的簡易裝置。但該專利主要是提出了一種電能無線傳輸?shù)脑?，并未給出具體裝置方案和結(jié)構(gòu)，也未明確提到能夠在障礙物(墻體內(nèi))的傳輸。
[0005]現(xiàn)有的資料表明，無線隔墻傳輸數(shù)據(jù)信號是成功的，且大量在使用著，如無線路由器等，但隔墻無線傳輸電能未見有資料介紹，沒有見到實現(xiàn)的，也未見到相關(guān)的專利。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種電能無線過墻傳輸裝置。
[0007]本發(fā)明利用諧振耦合式進(jìn)行電能無線過墻的傳輸，一般墻體的厚度在30-50cm，由于墻體通常是非磁性的障礙物，采用諧振耦合式的電能無線傳輸原理，通過在墻的兩側(cè)采用陣列定位式的接收和發(fā)送線圈，在一定程度上兼顧了傳輸距離和傳輸效率的矛盾，有效的實現(xiàn)了隔墻無線傳輸電能的目的。
[0008]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
電能無線過墻傳輸裝置包括分別位于墻體兩側(cè)的發(fā)送端插座和接收端插座，發(fā)送端插座內(nèi)設(shè)有依次連接的AC/DC變換的整流濾波穩(wěn)壓電路、高頻逆變電路和含發(fā)送線圈的諧振發(fā)送電路，市電交流電源接入后，高頻逆變電路為線圈提供高頻正弦波電流，在發(fā)送線圈上產(chǎn)生電能諧振脈沖；接收端插座內(nèi)設(shè)有依次連接的帶接收線圈的諧振接收電路、整流濾波穩(wěn)壓電路和低頻逆變電路，所述接收線圈與所述發(fā)送線圈為具有相同頻率的諧振體，接收線圈接收到的來源于發(fā)送端插座的電能諧振脈沖后，從低頻逆變電路輸出220V、50Hz的交流電能。從諧振耦合基本原理出發(fā)，當(dāng)電源頻率與收發(fā)線圈固有頻率相同時，傳輸性能最佳。
[0009]接收端插座可固定在墻體上，或在發(fā)送端插座直線距離小于I米的范圍內(nèi)移動。但是發(fā)送端插座與接收端插座直線距離越近，電能傳輸效率越高。因此，較優(yōu)方案中，發(fā)送端插座固定在墻體一側(cè)的墻壁上，接收端插座對應(yīng)設(shè)于墻體另一側(cè)。墻體為非磁性障礙物。
[0010]主要技術(shù)包括:高頻逆變、諧振補(bǔ)償、諧振耦合和整流逆變四個方面的技術(shù)。
[0011](I)高頻逆變。將輸入的交流電源通過整流電路轉(zhuǎn)換成直流電，該直流電通過逆變轉(zhuǎn)換成高頻的交流電，要求該電路擁有穩(wěn)定性高、安全性好、效率高、損耗小、抗干擾能力強(qiáng)、控制簡單等特點(diǎn)。圖2為本發(fā)明高頻逆變電路基本結(jié)構(gòu)原理框圖。
[0012](2)諧振耦合。空心線圈的諧振耦合是整個傳輸系統(tǒng)中最核心的部分，它是實現(xiàn)電能無線傳輸?shù)幕A(chǔ)。由于發(fā)送端線圈通過了高頻交流電流，這種高頻交變電流流經(jīng)電能發(fā)送線圈時便向其周圍發(fā)送電磁能量，在諧振耦合原理作用下，接收端線圈便與發(fā)送端線圈產(chǎn)生共振，并在接收端線圈中產(chǎn)生相同頻率的感應(yīng)電流。
[0013](3)諧振補(bǔ)償。諧振耦合式電能無線傳輸系統(tǒng)通過發(fā)送端與接收端線圈的強(qiáng)耦合，實現(xiàn)了電能的無線傳輸，但由于空心線圈自身結(jié)構(gòu)的固有特性，使得系統(tǒng)磁路耦合機(jī)構(gòu)的漏磁現(xiàn)象很嚴(yán)重，系統(tǒng)中的無功功率太大，從而嚴(yán)重的制約了系統(tǒng)的傳輸能力和傳輸效率。諧振補(bǔ)償技術(shù)能夠有效的補(bǔ)償電能傳輸網(wǎng)絡(luò)中的無功功率，而且能夠減少電源的電壓和電流應(yīng)力，減少甚至消除整個系統(tǒng)的無功功率，提高系統(tǒng)的傳輸能力和傳輸效率。因此有必要對系統(tǒng)的發(fā)送端和接收端線圈電感進(jìn)行補(bǔ)償。
[0014](4)整流逆變。將接收到的高頻交流電轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)闹绷麟?，再逆變?20V/50HZ的交流電。普通的整流濾波電路都是將低頻的交流電進(jìn)行整流濾波，而電能無線傳輸系統(tǒng)接收端接收到的往往都是高頻交流電，系統(tǒng)的工作頻率較高，所以普通的整流管并不能滿足要求，采用快恢復(fù)型的肖特基二極管是比較好的選擇。濾波電容不宜采用電解電容，因為電解電容能應(yīng)用的最大頻率一般在500KHZ左右，適合用在低頻濾波電路中。而瓷片電容的等效電感小，工作頻率高，適用于高頻濾波電路。
[0015]諧振耦合式電能傳輸技術(shù)是通過兩個具有相同頻率的“諧振體”進(jìn)行電磁耦合產(chǎn)生諧振來實現(xiàn)能量傳輸?shù)?。通常情況下，相距一定的距離的兩個帶電物體相互之間的耦合為弱耦合，但是一旦兩帶電物體的自身的諧振頻率達(dá)到一致，兩者之間將會產(chǎn)生強(qiáng)的磁場耦合，發(fā)送端源源不斷為系統(tǒng)提供電能，而接收端將不斷消耗電能，這樣就實現(xiàn)了相對長距離的穩(wěn)定和有效的電能無線傳輸。且抗干擾能力強(qiáng)，收發(fā)端之間可以有非磁性障礙物，方便的實現(xiàn)了不用導(dǎo)線直接相連，就能隔墻傳送電能的效果。
[0016]本發(fā)明具有以下突出的有益效果:
1、有效地解決了鉆墻打洞和穿線問題，由于不需要鉆墻打洞，給人們的生活帶來了方便，在一些不適合鉆墻打洞的位置，或者是難以鉆墻打洞的情況，通過使用本項目的電能無線過墻連接裝置，就可以為房間里提供電源。
[0017]2、安全，電源側(cè)和負(fù)載側(cè)沒有電線直接相連，起到了一定程度的隔離作用，電源側(cè)和負(fù)載側(cè)出現(xiàn)故障都不會導(dǎo)致兩端設(shè)備損壞。
[0018]3、抗干擾能力強(qiáng)，在30_50cm墻體范圍內(nèi)，不受墻體的影響，能有效地傳送電能。
[0019]4、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、應(yīng)用廣泛，電磁輻射值極小，對環(huán)境及人體的危害幾乎為零，應(yīng)用前景廣泛，具有很高的經(jīng)濟(jì)和社會價值。
【專利附圖】

【附圖說明】[0020]圖1是本發(fā)明電能無線過墻傳輸裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明中高頻逆變電路原理框圖；
圖3為電能諧振發(fā)送接收電路圖；
圖4為低頻逆變電路圖 圖5為電能無線過墻傳輸安裝示意圖；
圖中，1-發(fā)送端插座，2-整流濾波穩(wěn)壓電路，3-高頻逆變電路，4-諧振發(fā)送電路，5-發(fā)送線圈，6-接收線圈，7-諧振接收電路，8-整流濾波穩(wěn)壓電路，9-低頻逆變電路，10-接收端插座，A-墻體。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
實施例
參見附圖1:一種電能無線過墻傳輸裝置，該電能無線過墻傳輸裝置包括分別位于墻體兩側(cè)的發(fā)送端插座I和接收端插座10，發(fā)送端插座I內(nèi)設(shè)有依次連接的整流濾波穩(wěn)壓電路2、高頻逆變電路3、諧振發(fā)送電路4和發(fā)送線圈5，外接電源接入整流濾波穩(wěn)壓電路2后，由發(fā)送線圈5產(chǎn)生電能諧振脈沖；接收端插座10內(nèi)設(shè)有依次連接的帶接收線圈6的諧振接收電路7、整流濾波穩(wěn)壓電路8和低頻逆變電路9，接收線圈6與所述發(fā)送線圈5為具有相同頻率的諧振體，接收線圈6接收到的來源于發(fā)送端插座I的電能諧振脈沖后，通過低頻逆變電路9輸出220V、50Hz的交流電能。
[0022]外接電源接入發(fā)送端插座I后，經(jīng)整流濾波穩(wěn)壓電路2整流濾波成直流電，通過高頻逆變電路3產(chǎn)生高頻交流電流，經(jīng)諧振發(fā)送電路4提供高頻諧振脈沖，由發(fā)送線圈5與接收端插座10的接收線圈6之間的電磁場諧振耦合，將發(fā)送線圈5傳送的電磁能量諧振耦合到接收線圈6，此時電流仍是高頻電流，接收側(cè)將接收的電能經(jīng)過解調(diào)、整流濾波和逆變，將220V、50Hz的交流電能輸出提供給用電設(shè)備。接收線圈6的位置在發(fā)送端插座直線距離小于I米的范圍內(nèi)是可以改變的，這和開關(guān)電源中的變壓器有很大的不同。此外，接收線圈6可以保持相對靜止或運(yùn)動的狀態(tài)，可適用于不同的應(yīng)用場合。
[0023]附圖2為高頻逆變電路基本工作原理框圖:高頻逆變電路3由直流電源輸入、直流逆變和逆變控制三部分組成，其中關(guān)鍵部分為SPWM驅(qū)動，脈沖寬度調(diào)制技術(shù)。
[0024]附圖3為電能諧振發(fā)送接收電路圖:驅(qū)動電路將交流方波信號送入由發(fā)送線圈5、MOS管Q4、電容C2及變壓器Tl構(gòu)成初級線圈，初級線圈把能量諧振耦合發(fā)送給次級線圈，通過匝數(shù)比為1:500的變壓器Tl進(jìn)行電壓放大，后經(jīng)二極管D3，D4、D5及D6構(gòu)成橋式整流電路整流和C3平滑濾波，所獲得的直流電壓送至供電設(shè)備。驅(qū)動電路采用12V直流電源供電，當(dāng)方波信號為高電平時，三極管Ql導(dǎo)通，Ql的VCE較小，以致三極管Q2、Q3均截止。因此MOS管Q4的柵極處于高阻狀態(tài)(M0S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5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，此時，三極管Q2、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5往外發(fā)送電能。
[0025]附圖4中為低頻逆變器電路，采用的是以TL494為核心的逆變器電路，圖4中VTl、VT2、VD3、VD4構(gòu)成灌電流驅(qū)動電路，驅(qū)動兩路各兩只60V/30A的MOSFET開關(guān)管。第1、2腳構(gòu)成穩(wěn)壓取樣、誤差放大系統(tǒng)，正相輸入端I腳輸入逆變器次級取樣繞組整流輸出的12V直流電壓，經(jīng)Rl、R2分壓，使第I腳在逆變器正常工作時有近4.7?5.6V取樣電壓。反相輸入端2腳輸入5V基準(zhǔn)電壓(由14腳輸出)。當(dāng)輸出電壓降低時，I腳電壓降低，誤差放大器輸出低電平，通過PWM電路使輸出電壓升高。正常時I腳電壓值為5.4V，2腳電壓值為5V，3腳電壓值為0.06V。此時輸出AC電壓為235V (方波電壓)。第4腳外接R6、R4、C2設(shè)定死區(qū)時間。正常電壓值為0.01V。第5、6腳外接CT、RT設(shè)定振蕩器三角波頻率為100Hz。正常時5腳電壓值為1.75V，6腳電壓值為3.73V。第7腳為共地。第8、11腳為內(nèi)部驅(qū)動輸出三極管集電極，第12腳為TL494前級供電端，第9、10腳為內(nèi)部驅(qū)動級三極管發(fā)送極，輸出兩路時序不同的正脈沖。正常時電壓值為1.8V。第13、14、15腳其中14腳輸出5V基準(zhǔn)電壓，使13腳有5V高電平，控制門電路，觸發(fā)器輸出兩路驅(qū)動脈沖，用于推挽開關(guān)電路。第15腳外接5V電壓，構(gòu)成誤差放大器反相輸入基準(zhǔn)電壓，以使同相輸入端16腳構(gòu)成高電平保護(hù)輸入端。此接法中，當(dāng)?shù)?6腳輸入大于5V的高電平時，可通過穩(wěn)壓作用降低輸出電壓，或關(guān)斷驅(qū)動脈沖而實現(xiàn)保護(hù)。在它激逆變器中輸出超壓的可能性幾乎沒有，故該電路中第16腳未用，由電阻R8接地。
[0026]參見附圖5:在使用時，發(fā)送端插座I和接收端插座10分別在房間墻體A的兩側(cè)，兩個插座之間通過諧振耦合式進(jìn)行電能的無線傳輸，具體負(fù)載如照明或電器的插頭可直接連到接收端插座10上即可用電。
[0027]以上是本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明技術(shù)方案所作的改變，所產(chǎn)生的功能作用未超出本發(fā)明技術(shù)方案的范圍時，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種電能無線過墻傳輸裝置，其特征在于，該電能無線過墻傳輸裝置包括分別位于墻體兩側(cè)的發(fā)送端插座(1)和接收端插座(10)，所述發(fā)送端插座(1)內(nèi)設(shè)有依次連接的整流濾波穩(wěn)壓電路(2)、高頻逆變電路(3)、諧振發(fā)送電路(4)和發(fā)送線圈(5)，外接電源接入所述整流濾波穩(wěn)壓電路(2)后由所述發(fā)送線圈(5)產(chǎn)生電能諧振脈沖；所述接收端插座(10)內(nèi)設(shè)有依次連接的帶接收線圈(6)的諧振接收電路(7)、整流濾波穩(wěn)壓電路(8)和低頻逆變電路(9)，所述接收線圈(6)與所述發(fā)送線圈(5)為具有相同頻率的諧振體，接收線圈(6)接收到的來源于所述發(fā)送端插座(1)的電能諧振脈沖后從所述低頻逆變電路(9)輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能過墻無線傳輸裝置，其特征在于，所述接收端插座(10)固定在墻體上，或在所述發(fā)送端插座(1)直線距離小于I米的范圍內(nèi)移動。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電能過墻無線傳輸裝置，其特征在于，所述發(fā)送端插座(1)固定在墻體一側(cè)的墻壁上，所述接收端插座(10)對應(yīng)設(shè)于墻體另一側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能過墻無線傳輸裝置，其特征在于，所述墻體為非磁性障礙物。
【文檔編號】H02J17/00GK103904784SQ201410123447
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】吳琴, 吳昕蕓, 吳大中 申請人:南京信息工程大學(xué)