一種雙功能可調的無線電能傳輸裝置的制造方法
【專利摘要】本發明提供了一種雙功能可調的無線電能傳輸裝置，包括：互相匹配的能夠無線傳輸電能信號的發射模塊和接收模塊；用于將信號發生器提供的可調頻、可調占空比的方波觸發信號放大至所需功率或電壓，并傳輸給發射模塊的信號放大器件；用于將接收模塊輸出的高頻交流電轉變為直流電穩定輸出的整流電路。本發明提供的裝置頻率和占空比雙功能可調，可用于探索觸發信號頻率和占空比對無線充電效率的影響，進而研究方波信號作為激勵共振源時，不同占空比對電壓和電流的變化產生的影響。該裝置具有多功能性，可根據需求，設置電能轉化效率最高模式和充電輸出功率最大模式。
【專利說明】
一種雙功能可調的無線電能傳輸裝置
技術領域
[0001]本發明涉及無線電能傳輸技術領域，特別涉及一種可調頻、可調占空比的磁共振式無線電能傳輸裝置。
【背景技術】
[0002]無線充電技術主要是利用近場感應，也就是電感耦合或者電場耦合，將能量傳送至中小功率電器上。由于充電器和用電器之間不用電線連接，從而避免了頻繁插拔接頭以及潛在的觸電危險，具有可靠性高、安全性好、操作方便、適應性強等特點，且易于實現自動充電。
[0003]因而，近來年無線充電技術受到科技領域的廣泛關注。隨著技術的完善，高轉化效率和高輸出功率的需求日益劇增，為無線充電的大規模應用提供了可能。手機、相機、電腦、心臟起搏器等產品都可以用無線充電器充電，尤其是常見的家用電器設備、醫療設備、電動工具、辦公室電器、廚房電器和電動汽車等也都可以使用無線充電。
[0004]市面上現有的無線充電裝置基本都是固定頻率和固定占空比的，頻率和占空比無法自行設置，不能滿足越來越高的使用需求。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題是提供一種可調頻、可調占空比方波形的磁共振式無線電能傳輸裝置。
[0006]為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是提供一種雙功能可調的無線電能傳輸裝置，其特征在于:包括:
[0007]互相匹配的能夠無線傳輸電能信號的發射模塊和接收模塊；
[0008]用于將信號發生器提供的可調頻、可調占空比的方波觸發信號放大至所需功率或電壓，并傳輸給發射模塊的信號放大器件；
[0009 ]用于將接收模塊輸出的高頻交流電轉變為直流電穩定輸出的整流電路。
[0010]優選地，所述發射模塊和接收模塊采用相同的LC振蕩回路。
[0011]更優選地，所述LC振蕩回路包括并聯設置的電感線圈和電容;所述發射模塊和接收模塊的LC振蕩回路的電感線圈完全相同，由相同的銅線纏繞而成，且纏繞的匝數相同、繞向相同、線圈直徑相同。
[0012]進一步地，所述發射模塊和接收模塊的電感線圈間距為0.5cm_2cm0
[0013]進一步地，所述電感線圈纏繞的匝數為44匝。
[0014]進一步地，所述電感線圈直徑為10cm。
[0015]進一步地，所述電容為0.0lyF。
[0016]優選地，所述信號放大器件連接發射模塊LC振蕩回路，所述整流電路連接接收模塊的LC振蕩回路。
[0017]優選地，所述信號放大器件由開關器件構成。
[0018]優選地，所述發射模塊的方波觸發信號的可調頻率是10KHz-120KHz。
[0019]優選地，所述發射模塊的方波觸發信號的可調占空比是0.15-0.9。
[0020]優選地，所述發射模塊的方波觸發信號電壓為5V。
[0021 ]優選地，所述接收模塊的負載電阻是10 Ω -10000 Ω。
[0022]優選地，所述發射模塊通過直流供電。
[0023]更優選地，所述直流電壓為12V。
[0024]優選地，信號接收端利用高頻二極管的單向導通性，制備橋式整流電路，把信號接收端中LC振蕩回路輸出的高頻交流電轉變為直流電輸出，通過并聯的大容量電解電容穩波，實現直流電穩定輸出。
[0025]更優選地，所述電解電容為100yF以上。
[0026]本發明提供的裝置頻率和占空比雙功能可調，可用于探索觸發信號頻率和占空比對無線充電效率的影響，進而研究方波信號作為激勵共振源時，不同占空比對電壓和電流的變化產生的影響。該裝置具有多功能性，可根據需求，設置電能轉化效率最高模式和充電輸出功率最大模式。
【附圖說明】
[0027]圖1為發射模塊和接收模塊的LC振蕩電路示意圖；
[0028]圖2為發射模塊信號放大器件原理圖；
[0029]圖3為接收模塊整流電路原理圖；
[0030]圖4是負載240Ω時，轉化效率和輸出功率隨觸發頻率的變化規律圖；
[0031]圖5是觸發信號與LC振蕩電路形成共振，占空比為25%時，觸發信號和接收信號隨時間的變化規律圖；
[0032]圖6是觸發信號與LC振蕩電路形成共振時，觸發信號和接收信號隨占空比的變化規律圖；
[0033]圖7是觸發信號與LC振蕩電路形成共振，占空比為60%時，觸發信號和接收信號隨時間的變化規律圖。
【具體實施方式】
[0034]下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。
[0035]首先，繞兩組44匝直徑為1cm的銅線圈，分別作為發射模塊和接收模塊的能量交換器，線圈兩端各并聯一個0.0lyF電容制成兩組LC振蕩回路，如圖1所示，固有振蕩頻率約為78KHz。
[0036]將方波信號發生器的信號端接在開關器件的控制端，利用開關器件的放大功能，設計放大電路，如圖2所示，供電電源為12V直流電。將方波信號發生器提供的放大信號加在一組LC振蕩回路的兩端;另一組LC振蕩回路的兩端連接交流變直流模塊，作為接收端，如圖3所示，通過并聯的大容量電解電容穩波，實現直流電穩定輸出。
[0037]通過示波器跟蹤調節，調節方波信號發生器的頻率與LC振蕩回路的固有頻率一致。
[0038]借助示波器和萬用表，檢測接收端處交流電波形圖隨著觸發信號的頻率和占空比的變化情況，用功率計檢測發射端和接收端的電流和電壓值得到功率值，根據兩者之間的功率比值得到傳輸效率。
[0039]在占空比為25%和負載為240 Ω時，測試觸發頻率在1KHz至120KHZ范圍內變化時的輸出功率以及傳輸效率，如圖4所示。在78KHz、39KHz和26KHz頻率附近時，電路的轉化效率和輸出功率都出現了峰值。在觸發頻率是78KHz時檢測了觸發信號和接收端交流電的波形圖，如圖5所示。觸發信號與LC振蕩電路形成共振。
[0040]在觸發信號頻率為78KHz下，不同占空比下裝置的轉化效率和輸出功率的變化情況如圖6所示。在占空比為20%-35%時，轉換效率最高，輸出功率不高；在占空比為35%-60%時，輸出功率隨占空比遞增，效率遞減；占空比大于60%時，輸出功率和轉化效率都隨占空比遞減。
[0041]占空比過小，LC電路蓄能不充分，達不到所需功率；占空比過大，放大器件的開啟時間過長，電能消耗過多，多余的能量以熱能的形式放出，圖5和圖7分別是占空比為25%和60%時的觸發信號和接收端交流電的波形圖。
[0042]觸發信號與LC振蕩電路形成共振，占空比為20%-35 %時，尤其是25%時，轉換效率最高，為電能轉化效率最高模式。
[0043 ]觸發信號與LC振蕩電路形成共振，占空比為60 %時，輸出功率最大，為充電輸出功率最大模式。
【主權項】
1.一種雙功能可調的無線電能傳輸裝置，其特征在于，包括: 互相匹配的能夠無線傳輸電能信號的發射模塊和接收模塊； 用于將信號發生器提供的可調頻、可調占空比的方波觸發信號放大至所需功率或電壓，并傳輸給發射模塊的信號放大器件； 用于將接收模塊輸出的高頻交流電轉變為直流電穩定輸出的整流電路。2.如權利要求1所述的一種雙功能可調的無線電能傳輸裝置，其特征在于:所述發射模塊和接收模塊采用相同的LC振蕩回路。3.如權利要求2所述的一種雙功能可調的無線電能傳輸裝置，其特征在于:所述LC振蕩回路包括并聯設置的電感線圈和電容;所述發射模塊和接收模塊的LC振蕩回路的電感線圈完全相同，由相同的銅線纏繞而成，且纏繞的匝數相同、繞向相同、線圈直徑相同。4.如權利要求3所述的一種雙功能可調的無線電能傳輸裝置，其特征在于:所述發射模塊和接收模塊的電感線圈間距為0.5cm_2cm05.如權利要求2或3所述的一種雙功能可調的無線電能傳輸裝置，其特征在于:所述信號放大器件連接發射模塊LC振蕩回路，所述整流電路連接接收模塊的LC振蕩回路。6.如權利要求1所述的一種雙功能可調的無線電能傳輸裝置，其特征在于:所述信號放大器件由開關器件構成。7.如權利要求1所述的一種雙功能可調的無線電能傳輸裝置，其特征在于:所述發射模塊的方波觸發信號的可調頻率是I OKHz-120KHz。8.如權利要求1所述的一種雙功能可調的無線電能傳輸裝置，其特征在于:所述發射模塊的方波觸發信號的可調占空比是0.15-0.9。9.如權利要求1所述的一種雙功能可調的無線電能傳輸裝置，其特征在于:所述接收模塊的負載電阻是10 Ω -10000 Ω。10.如權利要求1所述的一種雙功能可調的無線電能傳輸裝置，其特征在于:所述發射模塊通過直流供電。
【文檔編號】H02J50/12GK105846551SQ201610168291
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月23日
【發明人】鄒儒佳, 胡濟宇, 季濤
【申請人】東華大學