一种电能无线传输智能控制装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种电能无线传输智能控制装置，包括控制器、用于电能无线传输的发射模块和接收模块、用于监测系统电压和电流的电气量监测模块、用于自动输出所需交流电压的逆变电路驱动控制模块、RS485通讯模块和无线入网模块；所述控制器连接所述RS485通讯模块和所述无线入网模块，实现对整个电能无线传输系统的智能控制与远程控制。本实用新型专利技术能够自动调整系统工作频率、电能输入量监测、电能输出量监测，并实现远程的控制与数据查看。并实现远程的控制与数据查看。并实现远程的控制与数据查看。

【技术实现步骤摘要】
一种电能无线传输智能控制装置


[0001]本技术涉及智能控制装置，尤其涉及一种电能无线传输智能控制装置。

技术介绍

[0002]目前采用较多的电能无线传输方式是磁耦合谐振式无线电能传输，现有的磁耦合谐振式电能无线传输系统，一般是单一发射端对单一接收端，发射端位置相对固定，而接收端位置通常是不确定的，或者说接收端与发射端的相对位置一般不固定，随着发射线圈与接收线圈距离变化，可能会出现过耦合或者欠耦合，而过耦合时发射端与接收端的谐振状态容易出现频率分裂现象，以此，需要实时监控电能无线传输系统是否处于谐振状态，当系统不处于谐振状态时，需要调整逆变器的电压输出频率，使得谐振式电能无线传输系统达到最优的传输效率。并且，缺少对输入电压电流、输出电压电流的监测，不能较全面掌控整个无线电能传输系统的状态，智能化程度低，且系统工作频率不可变，过耦合或欠耦合时无线电能传输效率低。因此，亟待提供一种智能化程度高、能自动调整系统工作频率、电能输入量监测、电能输出量监测的电能无线传输智能控制装置，从而实现系统保持谐振状态，或者非谐振状态下还能较高效率电能传输，以及对整个电能无线传输系统进行智能监测控制。

技术实现思路

[0003]技术目的：本技术的目的是提供一种能自动调整系统工作频率、电能输入量监测、电能输出量监测的电能无线传输智能控制装置。
[0004]技术方案：本技术所述的一种电能无线传输智能控制装置，包括控制器、发射模块、接收模块、电气量监测模块、逆变电路驱动控制模块、RS485通讯模块和无线入网模块；其中，所述发射模块和接收模块用于电能的无线传输；所述电气量监测模块用于监测系统的输入交流电压和电流、发射端电压与电流相位差以及接收模块的电流；所述逆变电路驱动控制模块用于自动输出所需频率和相位的交流电压；所述控制器连接所述RS485通讯模块和所述无线入网模块，实现对整个电能无线传输系统的智能控制与远程控制。
[0005]所述发射模块包括整流器、滤波电容、全桥逆变器、发射端谐振补偿电容、发射线圈以及磁芯，所述发射线圈与磁芯结合，以使得发射线圈的电能传输方向磁感应强度加强，其电能传输反方向的磁感应强度减弱，以达到增强互感、提高传输效率的目的，所述发射线圈与发射端谐振补偿电容串联，所述整流器经滤波电容连接全桥逆变器，全桥逆变器输出的高频交流电输入到发射线圈
[0006]所述电气量监测模块包括单相参数仪、发射端电压与电流相位差监测电路、接收端电流监测电路，所述单相参数仪连接在交流电源与整流器之间，用于读取输入系统的电压和电流值，所述单相参数仪具有RS485通讯功能，能将输入到系统的电压和电流数据发送到控制器。
[0007]所述接收模块包括接收线圈、接收端谐振补偿电容、等效负载，所述接收线圈与接
收端谐振补偿电容以及等效负载串联。
[0008]所述逆变电路驱动控制模块包括接具有RS485通讯功能的PWM输出模块、MOSFET驱动以及全桥逆变器。
[0009]所述PWM输出模块和所述MOSFET驱动都至少具有三路独立输出。
[0010]所述接收模块的回路装有接收端电流互感器(CT)，其感应出的微弱电流经过I/V变换、A/D转换及变送模块，并通过无线RS485将数据传到控制器，使得控制器获得接收模块的电流数据。
[0011]所述发射端电压与电流相位差监测电路是通过安装在发射模块的发射端电流互感器(CT)感应出的微弱电流，经过I/V变换得到放大后的与微弱电流成比例、同相位同频率的电压波形，I/V变换得到的电压波形与MOSFET驱动电路输出的其中一路方波电压同时输入相敏检波电路，其中，所述方波电压的相位、频率与发射线圈上电压的相位、频率相同，发射线圈上电压的相位、频率可由控制器通过PWM输出模块和MOSFET驱动电路控制全桥逆变器输出，相敏检波电路输出的电压大小取决于发射线圈上电压与电流相位差，即根据相敏检波电路输出的电压大小即可换算出发射线圈电压与电流的相位差，当发射端电压与电流相位差为0
°
时，电能无线传输系统处于谐振状态。相敏检波电路输出的电压经过A/D转换及变送模块后，通过RS485通讯线路将数据发送到控制器，从而使得控制器获得发射端电压与电流的相位差，并通过所述相位差判断无线电能传输系统是否处于谐振状态。
[0012]控制器根据获得的发射端电压与电流的相位差数据和接收线圈的电流数据，通过RS485控制PWM输出模块，并经过MOSFET驱动电路从而控制全桥逆变器的输出频率和相位，当发射线圈激励源频率与发射端固有频率不匹配时，调整输出频率使得电能无线传输系统达到谐振状态；或者由于发射线圈与接收线圈距离的改变，导致原有的谐振状态出现频率分裂现象时，适当降低或者提高全桥逆变器的输出频率，以达到非谐振状态下较高效率的无线电能传输。
[0013]有益效果：与现有技术相比，本技术具有如下优点：1、实现了电能无线传输系统的自动调整系统工作频率、电能输入量监测、电能输出量监测；2、实现了远程的控制与数据查看。
附图说明
[0014]图1为本专利技术的总体结构图；
[0015]图2为本专利技术的电力传输原理图；
[0016]图3为本专利技术的发射端电压与电流相位差监测电路图；
[0017]图4为本专利技术的发射线圈与T字形磁芯结合图。
具体实施方式
[0018]下面结合附图对本技术的技术方案作进一步说明。
[0019]参照图1～图3，一种电能无线传输智能控制装置，包括发射模块、接收模块、电气量监测模块、控制器、逆变电路驱动控制模块、RS485通讯模块和无线入网模块。
[0020]如图1所示，控制器采用微型工控机，微型工控机通过USB转RS485转换接口连接RS485总线，微型工控机作为上位机，微型工控机的RS485地址为00，单相参数仪的RS485地
址为01，PWM输出模块的RS485地址为02，发射端的A/D转换及变送模块的RS485地址为03，接收端的A/D转换及变送模块采用无线RS485通讯连接到系统的RS485总线，其RS485地址为04；同时，微型工控机连接无线4G模块或者无线5G模块，连入互联网，实现远程的控制与数据查看。
[0021]单相参数仪接在交流电源和整流器之间，单相参数仪测量输入交流电的电压和电流值，发射端电流互感器CT安装在发射端的谐振回路上，接收端的电流互感器CT安装在接收端的谐振回路上；接收端的回路装有的接收端电流互感器(CT)感应出的微弱电流经过I/V变换、A/D变换及变送模块，并通过无线RS485将数据传到控制器。
[0022]控制器通过RS485通讯控制PWM输出模块的输出，其中PWM输出模块至少具有3路独立输出，同时MOSFET驱动电路也至少具有3路独立输出，第一路PWM输出到MOSFET驱动电路控制图2所示全桥逆变器中V1、V4的通断，第二路PWM输出到MOSFET驱动电路控制图2所示全桥逆变器中V2、V3的通断，第三路PWM输出到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电能无线传输智能控制装置，其特征在于：包括控制器、用于电能无线传输的发射模块和接收模块、用于监测系统电压和电流的电气量监测模块、用于自动输出所需交流电压的逆变电路驱动控制模块、RS485通讯模块和无线入网模块；其中，所述电气量监测模块包括单相参数仪、发射端电压与电流相位差监测电路、接收端电流监测电路，所述单相参数仪连接在交流电源与整流器之间；所述逆变电路驱动控制模块包括具有RS485通讯功能的PWM输出模块、MOSFET驱动以及全桥逆变器，PWM输出模块输出信号控制MOSFET驱动电路，MOSFET驱动电路输出方波控制全桥逆变器；所述电气量监测模块和逆变电路驱动控制模块具有485通信接口，其通信接口接入RS485通讯模块；所述控制器连接所述RS485通讯模块和所述无线入网模块。2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于：所述发射模块包括整流器、滤波电容、全桥逆变器、发射端谐振补偿电容、发射线圈以及磁芯，所述发射线圈与磁芯结合，所述发射线圈与...

【专利技术属性】
技术研发人员：闵应昌，王彦辉，刘亚栎，王拓，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：新型
国别省市：