本發(fā)明屬于電機(jī)領(lǐng)域，具體地涉及一種無線電力傳輸電機(jī)及電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法。

背景技術(shù)：

越來越多的便攜類設(shè)備、家用電器在商業(yè)和家庭中發(fā)揮重要作用，智能化、便攜化已成為該類設(shè)備的發(fā)展趨勢。由于傳統(tǒng)電機(jī)采用電線連接進(jìn)行供電，其紛繁復(fù)雜的排線不僅使用不便，破壞美感且存在較多安全隱患。

因此，有必要提供一種可以通過無線耦合傳輸電能的無線電力傳輸電機(jī)及電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種可以通過無線耦合傳輸電能的無線電力傳輸電機(jī)及電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種無線電力傳輸電機(jī)包括用于發(fā)射無線電波傳輸電能的電能發(fā)射單元、用于無線接收所述電能發(fā)射單元發(fā)射的無線電波的電能接收單元和被所述電能接收單元驅(qū)動(dòng)的直流電機(jī)；所述電能發(fā)射單元包括依次電連接的信號(hào)發(fā)生回路和電能發(fā)射回路，所述電能發(fā)射回路包括依次串聯(lián)電連接的半橋逆變電路、第一電容器和發(fā)射線圈，所述第一電容器和所述發(fā)射線圈構(gòu)成具有第一振蕩頻率的第一LC諧振電路；所述電能接收單元包括依次串聯(lián)電連接并構(gòu)成電能接收回路的接收線圈、第二電容器和全橋整流電路，所述第二電容器和所述接收線圈構(gòu)成具有第二振蕩頻率的第二LC諧振電路，所述第一LC諧振電路的第一振蕩頻率和所述第二諧振電路的第二振蕩頻率相同，且所述接收線圈與所述發(fā)射線圈之間共振耦合設(shè)置；所述全橋整流電路與所述直流電機(jī)串聯(lián)電連接設(shè)置并構(gòu)成電機(jī)驅(qū)動(dòng)回路。

優(yōu)選地，所述信號(hào)發(fā)生回路包括依次串聯(lián)電連接并構(gòu)成信號(hào)發(fā)生回路的信號(hào)發(fā)生器、信號(hào)放大轉(zhuǎn)換電路、死區(qū)時(shí)間電路、光電隔離電路和半橋逆變電路，所述信號(hào)發(fā)生回路和所述電能發(fā)射回路通過所述半橋逆變電路電連接設(shè)置。

優(yōu)選地，所述電能發(fā)射單元還包括用于將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的第一直流電源和與所述第一直流電源電連接的多個(gè)第二直流電源，所述信號(hào)發(fā)生器、所述信號(hào)放大轉(zhuǎn)換電路、所述死區(qū)時(shí)間電路、所述光電隔離電路和所述半橋逆變電路均電連接一個(gè)所述第二直流電源。

優(yōu)選地，所述第一直流電源是將220V交流電轉(zhuǎn)換為24V直流電的AC/DC電源模塊，所述第二直流電源是將24V直流電轉(zhuǎn)換為15V直流電的DC/DC電源模塊。

優(yōu)選地，所述信號(hào)放大轉(zhuǎn)換電路包括依次電連接的運(yùn)算放大器和反相器，所述運(yùn)算放大器與所述信號(hào)發(fā)生器電連接，所述反相器與所述死區(qū)時(shí)間電路電連接。

優(yōu)選地，在所述電能發(fā)射單元的電能發(fā)射回路中串接設(shè)置有用于調(diào)節(jié)發(fā)射電路電流大小的可變電容。

優(yōu)選地，在所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)回路中，在所述全橋整流電路和所述直流電機(jī)并聯(lián)兩個(gè)濾波電容。

一種無線電力傳輸電機(jī)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法包括如下步驟：

a、將方波信號(hào)進(jìn)行處理，并將處理后的方波信號(hào)通過發(fā)射線圈以無線電波形式發(fā)射；

b、通過接收線圈接收所述發(fā)射線圈發(fā)射的無線電波，并將所述無線電波轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的直流電能。

優(yōu)選地，在步驟a中，將可變電容與所述發(fā)射線圈串聯(lián)設(shè)置，并通過調(diào)節(jié)所述可變電容的電容容量，調(diào)節(jié)所述發(fā)射線圈的電流，從而實(shí)時(shí)所述控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

本發(fā)明的有益效果在于：所述無線電力傳輸電機(jī)及電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法中，利用所述電能發(fā)射單元的第一LC諧振電路產(chǎn)生設(shè)定頻率的交變電壓，從而產(chǎn)生變化的磁場與后端接受線圈發(fā)生諧振耦合傳輸電能，最后經(jīng)過整流濾波電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

而且，在發(fā)射線圈前串置可變電容，通過調(diào)節(jié)電容容量，調(diào)節(jié)發(fā)射電路電流大小，調(diào)整接受端的功率，從而實(shí)時(shí)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的無線電力傳輸電機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是圖1所示無線電力傳輸電機(jī)的系統(tǒng)工作示意圖；

圖3是圖1所示無線電力傳輸電機(jī)中電能接收單元的電路示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的基于所述無線電力傳輸電機(jī)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

除非上下文另有特定清楚的描述，本發(fā)明中的元件和組件，數(shù)量既可以單個(gè)的形式存在，也可以多個(gè)的形式存在，本發(fā)明并不對(duì)此進(jìn)行限定。本發(fā)明中的步驟雖然用標(biāo)號(hào)進(jìn)行了排列，但并不用于限定步驟的先后次序，除非明確說明了步驟的次序或者某步驟的執(zhí)行需要其他步驟作為基礎(chǔ)，否則步驟的相對(duì)次序是可以調(diào)整的?？梢岳斫?，本文中所使用的術(shù)語“和/或”涉及且涵蓋相關(guān)聯(lián)的所列項(xiàng)目中的一者或一者以上的任何和所有可能的組合。

請同時(shí)參閱圖1、圖2和圖3，圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的無線電力傳輸電機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是圖1所示無線電力傳輸電機(jī)的系統(tǒng)工作示意圖；圖3是圖1所示無線電力傳輸電機(jī)中電能接收單元的電路示意圖。本發(fā)明實(shí)施例提供的無線電力傳輸電機(jī)100采用無線電能傳輸中磁耦合諧振式的基本原理，以諧振回路中的電感線圈為媒介進(jìn)行電能的轉(zhuǎn)換與傳輸，并且通過信號(hào)交變電壓而產(chǎn)生變化的磁場，在接收線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，經(jīng)整流濾波實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)進(jìn)行供電。

所述無線電力傳輸電機(jī)100包括用于發(fā)射無線電波傳輸電能的電能發(fā)射單元10、用于無線接收所述電能發(fā)射單元10發(fā)射的無線電波的電能接收單元20和被所述電能接收單元20驅(qū)動(dòng)的直流電機(jī)30。其中，所述電能發(fā)射單元10和所述電能接收單元20電磁耦合連接設(shè)置，所述電能接受單元20與所述直流電機(jī)30電連接設(shè)置。

所述電能發(fā)射單元10包括依次電連接的信號(hào)發(fā)生回路11和電能發(fā)射回路12，以及用于將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的第一直流電源(圖未示)和與所述第一直流電源電連接的多個(gè)第二直流電源(圖未示)。優(yōu)選地，所述第一直流電源是將220V交流電轉(zhuǎn)換為24V直流電的AC/DC電源模塊，所述第二直流電源是將24V直流電轉(zhuǎn)換為15V直流電的DC/DC電源模塊。

所述信號(hào)發(fā)生回路11包括依次串聯(lián)電連接并構(gòu)成信號(hào)發(fā)生回路的信號(hào)發(fā)生器111、信號(hào)放大轉(zhuǎn)換電路112、死區(qū)時(shí)間電路113、光電隔離電路114和半橋逆變電路115。在本實(shí)施例中，所述信號(hào)發(fā)生器111是輸出方波信號(hào)的MAX038信號(hào)發(fā)生器，所述光電隔離電路114是輸入輸出同相的雙路高速光電耦合器。

而且，所述信號(hào)放大轉(zhuǎn)換電路112包括依次電連接的運(yùn)算放大器116和反相器117，所述運(yùn)算放大器116與所述信號(hào)發(fā)生器111電連接，所述反相器117與所述死區(qū)時(shí)間電路113電連接?？蛇x擇地，所述死區(qū)時(shí)間電路113可以是由多個(gè)與非門構(gòu)成的死區(qū)時(shí)間電路。

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)所述信號(hào)發(fā)生回路11中各電子元件的供電，在所述電能發(fā)射單元10內(nèi)，所述信號(hào)發(fā)生器111、所述信號(hào)放大轉(zhuǎn)換電路112、所述死區(qū)時(shí)間電路113、所述光電隔離電路114和所述半橋逆變電路115均電連接一個(gè)所述第二直流電源。

所述電能發(fā)射回路12包括依次串聯(lián)電連接的半橋逆變電路115、第一電容器122和發(fā)射線圈123，所述第一電容器122和所述發(fā)射線圈123構(gòu)成具有第一振蕩頻率的第一LC諧振電路。可選擇地，在所述電能發(fā)射單元10的電能發(fā)射回路12中還可以串接設(shè)置有用于調(diào)節(jié)發(fā)射電路電流大小的可變電容124。

在所述電能發(fā)射單元10內(nèi)，所述信號(hào)發(fā)生回路11和所述電能發(fā)射回路12通過所述半橋逆變電路115電連接設(shè)置。

所述電能接收單元20包括依次串聯(lián)電連接并構(gòu)成電能接收回路的接收線圈21、第二電容器22和全橋整流電路23，所述第二電容器22和所述接收線圈23構(gòu)成具有第二振蕩頻率的第二LC諧振電路。優(yōu)選地，所述全橋整流電路23是由反向恢復(fù)時(shí)間極短的SiC二極管構(gòu)成。

在所述電能發(fā)射單元10和所述電能接收單元20之間，所述第一LC諧振電路的第一振蕩頻率和所述第二諧振電路的第二振蕩頻率相同，且所述接收線圈123與所述發(fā)射線圈21之間共振耦合設(shè)置。當(dāng)所述第一LC諧振電路和所述第二LC諧振電路工作時(shí)，所述第二LC諧振電路相對(duì)于所述第一LC諧振電路產(chǎn)生諧振電流，從而實(shí)現(xiàn)接收電磁波并轉(zhuǎn)換為電能的作用。

優(yōu)選地，所述第一振蕩頻率和所述第二震蕩頻率均為900KHz。可選擇地，所述接收線圈的半徑可以為9.4cm，電感量可以為24uH。

在本實(shí)施例中，所述直流電機(jī)30與所述全橋整流電路23串聯(lián)電連接設(shè)置并構(gòu)成電機(jī)驅(qū)動(dòng)回路。并且，在所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)回路中，在所述全橋整流電路23和所述直流電機(jī)30并聯(lián)兩個(gè)濾波電容31，用于實(shí)現(xiàn)簡單的濾波作用。

請參閱圖4，是本發(fā)明實(shí)施例提供的基于所述無線電力傳輸電機(jī)100的電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法200的結(jié)構(gòu)框圖。所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法200包括如下步驟：

S1、將方波信號(hào)進(jìn)行處理，并將處理后的方波信號(hào)通過發(fā)射線圈以無線電波形式發(fā)射；

S2、通過接收線圈接收所述發(fā)射線圈發(fā)射的無線電波，并將所述無線電波轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的直流電能。

而且，在所述步驟S1中，將可變電容與所述發(fā)射線圈串聯(lián)設(shè)置，并通過調(diào)節(jié)所述可變電容的電容容量，調(diào)節(jié)所述發(fā)射線圈的電流，從而實(shí)時(shí)所述控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的無線電力傳輸電機(jī)100及電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法200中，利用所述電能發(fā)射單元10的第一LC諧振電路產(chǎn)生設(shè)定頻率的交變電壓，從而產(chǎn)生變化的磁場與后端接受線圈發(fā)生諧振耦合傳輸電能，最后經(jīng)過整流濾波電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

而且，在發(fā)射線圈前串置可變電容，通過調(diào)節(jié)電容容量，調(diào)節(jié)發(fā)射電路電流大小，調(diào)整接受端的功率，從而實(shí)時(shí)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。