一种多线圈切换式无线电能传输耦合装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多线圈切换式无线电能传输耦合装置，包括交流电压源、整流器、逆变器、开关组、耦合器、负载、光栅传感器、接收端控制器、发射端控制器和组合逻辑电路，交流电压源、整流器、逆变器、耦合器、负载依次串接，光栅传感器与接收端控制器相连，接收端控制器与发射端控制器无线通讯连接，发射端控制器与组合逻辑电路相连，组合逻辑电路与开关组相连，开关组和耦合器相连。发射端控制器可将耦合器发射端工作线圈切换至与接收端正对的区域，精准地调节耦合器发射端与接收端横向位置偏移度，并可控制逆变器中开关器件的导通角度，精确地调节逆变器输出功率。本发明专利技术还公开了一种多线圈切换式无线电能传输耦合装置的控制方法。

Multi coil switching radio energy transmission coupling device and control method thereof

The invention discloses a multi coil switching type radio transmission coupling device, which comprises an AC voltage source, rectifier, inverter, switch, coupler, load, grating sensor, transmitter receiver controller, controller and combinational logic circuit, AC voltage source, rectifier, inverter, coupler, load connected in series, grating sensor the receiving end and the receiving end connected to the controller, controller and transmitter controller of wireless communication, the transmitter controller is connected with the combinational logic circuit, combinational logic circuit and the switch is connected to the switch group and coupler. The transmitter controller can be switched to the work coil coupler transmitting and receiving the correct area, accurately adjust the coupler transmitting end and the receiving end of the lateral position deviation, and switch control in the inverter conduction angle, accurately adjust the output power of the inverter. The invention also discloses a control method of a multi coil switching radio energy transmission coupling device.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线电能领域，特别涉及一种多线圈切换式无线电能传输耦合装置及其控制方法。
技术介绍
目前在感应式无线电能传输系统中，为了解决耦合器发射端与接收端之间存在相对位置偏差时系统的发射端电流升高且接收端功率下降的问题，通常采取将耦合器设计成不对称式结构、发射端与接收端相对可移动式结构或者外加补偿网络等方式。但是不对称式的线圈结构会引起较大的漏磁，进而影响了系统效率；发射端与接收端相对可移动式的结构需要增加额外的位置检测与传动装置；复杂的补偿网络又会增加系统复杂程度。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种结构简单、成本低、效率高的多线圈切换式无线电能传输耦合装置，并提供一种多线圈切换式无线电能传输耦合装置的控制方法。本专利技术解决上述问题的技术方案是：一种多线圈切换式无线电能传输耦合装置，包括交流电压源、整流器、逆变器、开关组、耦合器、负载、光栅传感器、接收端控制器、发射端控制器和组合逻辑电路，所述交流电压源、整流器、逆变器、耦合器、负载依次串接，所述光栅传感器安装在耦合器上，光栅传感器的信号输出端与接收端控制器相连，接收端控制器与发射端控制器无线通讯连接，所述发射端控制器与组合逻辑电路的输入端相连，组合逻辑电路的输出端与开关组相连，开关组和耦合器相连，光栅传感器检测耦合器接收端与发射端的横向位置偏移信号并将偏移信号送入接收端控制器，接收端控制器根据光栅传感器输入的偏移信号输出相应的信号并无线传输到发射端控制器中，作为发射端控制器的输入信号，发射端控制器根据输入信号输出相应的信号至组合逻辑电路，组合逻辑电路根据接收的信号输出相应的控制信号至耦合器，控制耦合器的发射端线圈。上述多线圈切换式无线电能传输耦合装置中，所述耦合器包括发射端和接收端，发射端与逆变器的输出端相连，发射端包括依次串接的发射端补偿电容、第八线圈、第一线圈、第二线圈、第三线圈、第四线圈、第五线圈、第六线圈、第七线圈、第九线圈、第十线圈、第十一线圈、第十二线圈和第十三线圈，接收端与负载相连，接收端包括依次串接的接收端补偿电容、第十四线圈、第十五线圈、第十六线圈、第十七线圈、第十八线圈、第十九线圈、第二十线圈。上述多线圈切换式无线电能传输耦合装置中，所述开关组包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关，所述耦合器发射端的第一线圈、第二线圈、第三线圈构成第一组线圈，第四线圈、第五线圈、第六线圈构成第二组线圈，第七线圈、第九线圈、第十线圈构成第三组线圈，第十一线圈、第十二线圈、第十三线圈构成第四组线圈，第八线圈为第五组线圈，所述第一开关、第二开关、第三开关、第四开关分别并接在第一组线圈、第二组线圈、第三组线圈、第四组线圈两端，第一开关、第二开关、第三开关、第四开关依次串接构成所述开关组，第一开关、第二开关、第三开关、第四开关的控制端与组合逻辑电路相连。上述多线圈切换式无线电能传输耦合装置中，五组线圈构成三个供电区域，其中第一组线圈、第二组线圈、第五组线圈构成供电区域Ⅰ，第二组线圈、第三组线圈、第五组线圈构成供电区域Ⅱ，第三组线圈、第四组线圈、第五组线圈构成供电区域Ⅲ；当光栅传感器检测到与耦合器接收端正对的为发射端三个供电区域中的某一区域时，组合逻辑电路闭合并联在该供电区域线圈两端的两个开关，即组合逻辑电路的逻辑表达式为：其中S1、S2、S3、S4分别表示第一开关、第二开关、第三开关、第四开关。上述多线圈切换式无线电能传输耦合装置中，所述耦合器发射端和接收端的所有线圈均呈六边形。上述多线圈切换式无线电能传输耦合装置还包括功率检测模块和驱动电路，所述功率检测模块的输入端与负载相连，功率检测模块的输出端与接收端控制器相连，所述驱动电路的输入端与发射端控制器相连，驱动电路的输出端与逆变器相连，功率检测模块检测负载的输入功率并将功率送入接收端控制器，接收端控制器根据负载的输入功率输出相应的信号并无线传输到发射端控制器中，作为发射端控制器的输入信号，发射端控制器根据输入信号输出相应的信号至驱动电路，驱动电路产生控制信号，控制逆变器的开关器件。上述多线圈切换式无线电能传输耦合装置中，所述整流器为桥式整流器。上述多线圈切换式无线电能传输耦合装置中，所述逆变器为全桥逆变器。一种多线圈切换式无线电能传输耦合装置的控制方法，包括以下步骤：步骤一，光栅传感器检测耦合器接收端与发射端的横向位置偏移信号并将偏移信号送入接收端控制器；步骤二，功率检测模块检测负载端的输入功率信号并将功率信号送入接收端控制器；步骤三，接收端控制器根据光栅传感器输入的偏移信号与功率检测模块输入的功率信号生成两组调制信号送入无线通信模块；步骤四，无线通信模块将接收端控制器生成的两组调制信号发送至发射端控制器；步骤五，发射端控制器将无线通信模块送入的调制信号解调并生成两组控制信号，分别传送至逻辑组合电路与驱动电路；第六步，逻辑组合电路根据发射端控制器送入的控制信号生成开关动作信号，从而达到控制开关组中每一个开关通断的目的；第七步，驱动电路根据发射端控制器送入的控制信号生成驱动信号，作为逆变器的控制信号，从而实现对逆变器中开关器件的导通时间的控制。本专利技术的有益效果在于：本专利技术设有光栅传感器、发射端控制器、功率检测模块，在光栅传感器检测耦合器发射端与接收端横向位置偏移信号的基础上，发射端控制器可将耦合器发射端工作线圈切换至与接收端正对的区域，精准地调节耦合器发射端与接收端横向位置偏移度；此外，以功率检测模块检测的负载输入功率为依据，发射端控制器可控制逆变器中开关器件的导通角度(时间)，精确地调节逆变器输出功率，通过精确调节系统横向位置偏移度及导通角度，巧妙地解决位置偏移的情况下逆变器输出电流上升与系统效率下降的问题，使感应式无线电能传输系统运行于高效稳定状态。附图说明图1为本专利技术的电路图。图2为图1中耦合器发射端的结构示意图。图3为本专利技术耦合器发射端的线圈编号及区域划分示意图。图4为本专利技术耦合器发射端中单组线圈的连接示意图。图5为本专利技术运行结果示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。如图1所示，本专利技术包括交流电压源1、整流器2、逆变器3、开关组4、耦合器5、负载6、光栅传感器、接收端控制器、发射端控制器、组合逻辑电路、功率检测模块7和驱动电路，整流器2为二极管(D1-D4)桥式整流器，逆变器3为开关器件(V1-V4)两端带有反向续流二极管(D5-D8)的全桥逆变器。所述交流电压源1、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多线圈切换式无线电能传输耦合装置，其特征在于：包括交流电压源、整流器、逆变器、开关组、耦合器、负载、光栅传感器、接收端控制器、发射端控制器和组合逻辑电路，所述交流电压源、整流器、逆变器、耦合器、负载依次串接，所述光栅传感器安装在耦合器上，光栅传感器的信号输出端与接收端控制器相连，接收端控制器与发射端控制器无线通讯连接，所述发射端控制器与组合逻辑电路的输入端相连，组合逻辑电路的输出端与开关组相连，开关组和耦合器相连，光栅传感器检测耦合器接收端与发射端的横向位置偏移信号并将偏移信号送入接收端控制器，接收端控制器根据光栅传感器输入的偏移信号输出相应的信号并无线传输到发射端控制器中，作为发射端控制器的输入信号，发射端控制器根据输入信号输出相应的信号至组合逻辑电路，组合逻辑电路根据接收的信号输出相应的控制信号至耦合器，控制耦合器的发射端线圈。

【技术特征摘要】
1.一种多线圈切换式无线电能传输耦合装置，其特征在于：包括交流电压源、整流器、
逆变器、开关组、耦合器、负载、光栅传感器、接收端控制器、发射端控制器和组合逻辑电路，
所述交流电压源、整流器、逆变器、耦合器、负载依次串接，所述光栅传感器安装在耦合器
上，光栅传感器的信号输出端与接收端控制器相连，接收端控制器与发射端控制器无线通
讯连接，所述发射端控制器与组合逻辑电路的输入端相连，组合逻辑电路的输出端与开关
组相连，开关组和耦合器相连，光栅传感器检测耦合器接收端与发射端的横向位置偏移信
号并将偏移信号送入接收端控制器，接收端控制器根据光栅传感器输入的偏移信号输出相
应的信号并无线传输到发射端控制器中，作为发射端控制器的输入信号，发射端控制器根
据输入信号输出相应的信号至组合逻辑电路，组合逻辑电路根据接收的信号输出相应的控
制信号至耦合器，控制耦合器的发射端线圈。
2.根据权利要求1所述的多线圈切换式无线电能传输耦合装置，其特征在于：所述耦合
器包括发射端和接收端，发射端与逆变器的输出端相连，发射端包括依次串接的发射端补
偿电容、第八线圈、第一线圈、第二线圈、第三线圈、第四线圈、第五线圈、第六线圈、第七线
圈、第九线圈、第十线圈、第十一线圈、第十二线圈和第十三线圈，接收端与负载相连，接收
端包括依次串接的接收端补偿电容、第十四线圈、第十五线圈、第十六线圈、第十七线圈、第
十八线圈、第十九线圈、第二十线圈。
3.根据权利要求2所述的多线圈切换式无线电能传输耦合装置，其特征在于：所述开关
组包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关，所述耦合器发射端的第一线圈、第二线
圈、第三线圈构成第一组线圈，第四线圈、第五线圈、第六线圈构成第二组线圈，第七线圈、
第九线圈、第十线圈构成第三组线圈，第十一线圈、第十二线圈、第十三线圈构成第四组线
圈，第八线圈为第五组线圈，所述第一开关、第二开关、第三开关、第四开关分别并接在第一
组线圈、第二组线圈、第三组线圈、第四组线圈两端，第一开关、第二开关、第三开关、第四开
关依次串接构成所述开关组，第一开关、第二开关、第三开关、第四开关的控制端与组合逻
辑电路相连。
4.根据权利要求3所述的多线圈切换式无线电能传输耦合装置，其特征在于：五组线圈
构成三个供电区域，其中第一组线圈、第二组线圈、第五组线圈构成供电区域Ⅰ，第二组线

【专利技术属性】
技术研发人员：谭平安，曹赛琪，叶良伟，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43