基于磁諧振無線能量傳輸?shù)闹悄鼙刈姥b置及其工作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開基于磁諧振無線能量傳輸?shù)闹悄鼙刈姥b置及其工作方法，該裝置包括保溫桌和多個保溫盤，保溫桌內(nèi)含電路系統(tǒng)，是所述裝置的主控端，同時也是無線能量傳輸系統(tǒng)的發(fā)射端，保溫盤內(nèi)含金屬線圈，是所述裝置的能量接收端和食材加熱端；采用金屬線圈作為能量傳輸?shù)闹C振器，通過采用直接數(shù)字式頻率合成器DDS、電壓比較器和A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器組成的峰值檢測電路檢測裝置諧振頻點的個數(shù)、頻率值以及效率，將效率最優(yōu)的諧振頻率自適應調(diào)整為發(fā)射信號的頻率，實現(xiàn)高效無線能量傳輸；同時通過發(fā)射端的電壓比較電路檢測保溫盤的個數(shù)，自適應調(diào)整阻抗匹配電路改變系統(tǒng)的總輸出功率，具有安全、高效、智能和靈活的優(yōu)點，是現(xiàn)有保溫技術(shù)的有效補充。
【專利說明】
基于磁諧振無線能量傳輸?shù)闹悄鼙刈姥b置及其工作方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及無線能量傳輸，自動控制檢測等交叉領(lǐng)域，具體涉及基于磁諧振式無線能量傳輸技術(shù)的智能保溫桌裝置，該裝置可自適應調(diào)整工作頻率和輸出功率。
【背景技術(shù)】
[0002]在冬天能吃上熱氣騰騰的飯菜原本是一件很溫暖的事情。在沒有集體供暖的地區(qū)，冬天室內(nèi)溫度并不高(以南方地區(qū):湖南、江西為例，室內(nèi)溫度5°C附近)。同時備好全部的菜所需費時，因此后面的菜剛烹飪好，前面的菜就已經(jīng)涼了，造成極大的不方便，且影響大家的食欲和家庭和諧。因此，在冬天對菜肴進行保溫是一個家庭普偏要面臨的難題。
[0003]常用的保溫方式主要有以下三種:
1)采用燃料點燃保溫，例如:蠟、酒精等點燃產(chǎn)生的，具有易引發(fā)火災事故，，不環(huán)保，不安全等缺點；
2)采用物理密封保溫，例如:保溫杯、保溫盒，但是菜肴會因為密封環(huán)境而影響口感；
3)采用電磁感應的原理加熱，例如電磁爐。
[0004]電磁爐用高頻電流經(jīng)過線圈產(chǎn)生磁場，當磁場內(nèi)之磁力通過含鐵質(zhì)鍋底部時，就會產(chǎn)生無數(shù)的小渦流，使鍋體本身自行高速發(fā)熱，然后再加熱鍋內(nèi)的食物。相較于前兩種保溫方式，電磁加熱保溫具有快速、方便的特點。實際上，電磁爐和鍋組成了一個高頻變壓器，能量傳輸效率并不高。此外，一個電磁爐一般配合一個鍋使用，不便同時加熱多個菜肴，且使用時需要布置電線，靈活性不高。
[0005]為了克服上述的不足，我們提出了一種基于磁諧振式無線能量傳輸技術(shù)的智能保溫桌裝置。該裝置工作頻率在可選在25千赫茲到I兆赫茲以內(nèi)的超聲頻段，無噪聲且無高頻輻射，且人體和生物的諧振頻率錯開，不會與人體產(chǎn)生共振，對人和生物安全無害；另外可實現(xiàn)發(fā)射信號頻率和輸出功率的自適應調(diào)整，高效智能;且采用無線的方式傳輸電能，使用過程中無需布線，可實現(xiàn)一發(fā)多收的功能:一張桌子發(fā)射能量，多個加熱載體同時接收能量，使用靈活方便。
[0006]
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]為了克服現(xiàn)有保溫技術(shù)在安全、效率和靈活上的不足，本發(fā)明將無線能量傳輸和自動控制技術(shù)有機的結(jié)合在一起，提出了一種基于磁諧振式無線能量傳輸技術(shù)的智能保溫桌裝置及其工作方法。
[0008]本發(fā)明的目的至少通過如下技術(shù)方案之一實現(xiàn)。
[0009]基于磁諧振無線能量傳輸?shù)闹悄鼙刈姥b置，其包括一個保溫桌和多個保溫盤；其中保溫桌內(nèi)含磁諧振式無線供電系統(tǒng)，作為無線能量傳輸?shù)陌l(fā)射端;保溫盤內(nèi)含金屬線圈，是整個智能保溫桌裝置的能量接收端和食材加熱端;保溫桌和保溫盤之間無需電線連接;使用中，保溫盤放在保溫桌桌面上，保溫桌根據(jù)保溫盤的個數(shù)和位置來自動調(diào)整無線能量傳輸?shù)男盘柊l(fā)射頻率和功率，當保溫桌發(fā)射信號的頻率與保溫盤上的接收線圈發(fā)生諧振時，系統(tǒng)的整體能效最高。
[0010]進一步地，發(fā)射端和能量接收端采用金屬線圈作為能量傳輸?shù)闹C振器，能量發(fā)射端通過采用直接數(shù)字式頻率合成器、電壓比較器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器組成的峰值檢測電路檢測裝置諧振頻點的個數(shù)、頻率值以及效率，記錄無線能量傳輸系統(tǒng)的頻響特性，并將效率最優(yōu)的諧振頻率自適應調(diào)整為發(fā)射信號的頻率，實現(xiàn)高效無線能量傳輸；同時通過能量發(fā)射端的電壓比較器測接收端的個數(shù)，自適應調(diào)整阻抗匹配器改變系統(tǒng)的總輸出功率。
[0011]進一步地，所述的保溫桌包括桌體和磁諧振式無線供電系統(tǒng)，用于放置菜肴器皿、餐具，供人們圍坐用餐;磁諧振式無線供電系統(tǒng)置于桌體的內(nèi)部，包括微處理器，信號發(fā)生器，阻抗匹配器，電壓比較器，發(fā)射線圈和人機交互單元；
所述微處理器負責整個保溫桌裝置的組成部分之間的工作調(diào)度、參數(shù)的設(shè)置、系統(tǒng)諧振頻率和輸出功率的控制，微處理器通過采集發(fā)射線圈的電壓值，結(jié)合信號發(fā)生器的掃頻模塊可檢測系統(tǒng)的頻響特性，包括諧振頻點的個數(shù)、頻率值以及效率;然后根據(jù)系統(tǒng)的頻響特性，控制阻抗匹配器調(diào)整系統(tǒng)輸出功率;所述信號發(fā)生器與微處理器相連，信號發(fā)生器含直接數(shù)字式頻率合成器和功率放大模塊，負責產(chǎn)生頻率可調(diào)、功率可調(diào)的交流信號;所述阻抗匹配器與信號發(fā)生器、微處理器相連，微處理器通過阻抗匹配器來調(diào)整系統(tǒng)的輸出功率；電壓比較器作為前端數(shù)據(jù)的采集器，與微處理器、阻抗匹配器、發(fā)射線圈相連;所述電壓比較器內(nèi)置模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將采集到的發(fā)射端的電壓傳送給微處理器處理;所述人機交互單元含控制按鈕和顯示屏，負責提供人機交互的接口，用于控制參數(shù)的設(shè)置和系統(tǒng)狀態(tài)的顯示。
[0012]進一步地，所述的保溫盤包含接收線圈和盤體;其中接收線圈位于盤體內(nèi)部，用于磁諧振式能量的接收和保溫盤的加;保溫桌和保溫盤除磁諧振式無線供電系統(tǒng)和線圈外不含其它金屬材料;所述發(fā)射線圈由金屬線圈組成，線圈的形狀為平面或立體線圈;保溫盤的接收線圈由金屬線圈組成，置于盤體內(nèi)部金屬線圈的形狀為平面或立體線圈。
[0013]進一步地，保溫盤能用非盤狀的器皿代替。
[0014]上述基于磁諧振無線能量傳輸?shù)闹悄鼙刈姥b置的工作方法，其包括如下步驟: 步驟1:啟動保溫桌裝置，包括以下步驟:
1.1上電，給保溫桌接上電源；
1.2待系統(tǒng)啟動完成后，會在保溫桌的桌面顯示屏上顯示待機狀態(tài);若顯示待機狀態(tài)正常，則表示保溫桌裝置可工作了；
1.3判斷保溫桌裝置是否工作;微處理器控制信號發(fā)生器產(chǎn)生交流電，然后檢測發(fā)射端是否有電壓;若檢測到發(fā)射端的電壓，則進行下一步操作;若沒有檢測到電壓，則保持待機狀態(tài)；
1.4控制信息的輸入;使用者通過磁諧振式無線供電系統(tǒng)的人機交互單元，設(shè)置裝置的控制參數(shù);控制參數(shù)包括:發(fā)射信號參數(shù)、保溫目標值、電壓比較器的閾值，發(fā)射信號參數(shù)包括掃頻范圍、幅度和相位；
步驟2:自適應調(diào)整發(fā)射信號頻率，具體過程如下:
保溫桌的微處理器根據(jù)人機交互單元的輸入控制信息，控制信號發(fā)生器所產(chǎn)生發(fā)射信號的掃頻范圍，使信號發(fā)生器產(chǎn)生相應的交變電流;然后微處理器從電壓比較器上采集各個頻率點上電壓;采集完之后，計算系統(tǒng)的頻響特性，從而確定系統(tǒng)的諧振頻率值，并設(shè)置系統(tǒng)的諧振頻率值為信號發(fā)射器產(chǎn)生的發(fā)射信號頻率；
步驟3:自適應調(diào)整總發(fā)射功率，具體過程如下:
保溫桌能夠手動調(diào)整保溫桌裝置的總發(fā)射功率;同時能根據(jù)接收端的數(shù)量自適應的調(diào)整總發(fā)射功率;在確定了系統(tǒng)的諧振頻率后，保溫桌的微處理器掃描電壓比較器上的電壓，根據(jù)電壓值檢測接收端的數(shù)量，結(jié)合步驟I.4所輸入的保溫目標值，調(diào)整阻抗匹配器控制總發(fā)射功率，滿足系統(tǒng)實際所需；
步驟4:重復調(diào)整諧振頻率和發(fā)射功率，具體過程如下:
經(jīng)了上述步驟后，系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)；當保溫桌上的保溫盤數(shù)量發(fā)生變化后，會導致系統(tǒng)的諧振頻率和最優(yōu)發(fā)射功率發(fā)生變化;微處理器定時掃描發(fā)射端的電壓，當檢測到發(fā)射端的電壓超出電壓比較器閾值所設(shè)定的范圍，就判斷系統(tǒng)狀況發(fā)生了變化，需重新調(diào)整系統(tǒng)的發(fā)射信號頻率和總發(fā)射功率，即重復步驟2和步驟3;所述變化包括:保溫盤的數(shù)量、保溫盤與保溫桌的相互位置；
步驟5:自動待機，具體過程如下:
保溫桌裝置可手動設(shè)置為關(guān)機狀態(tài)，并關(guān)閉電源;同時也能設(shè)置為定時模式，在工作時間到達定時時間后自動切換到關(guān)機狀態(tài)。
[0015]本發(fā)明結(jié)合磁諧振式無線能量傳輸和自動控制技術(shù)，實現(xiàn)可自適應調(diào)整發(fā)射信號頻率和輸出功率的保溫裝置，具有安全、高效、智能和靈活的優(yōu)點，是現(xiàn)有保溫技術(shù)的一個有效補充;采用金屬線圈作為能量傳輸?shù)闹C振器，通過采用DDS(直接數(shù)字式頻率合成器)、電壓比較器和A/D(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)組成的峰值檢測電路檢測裝置諧振頻點的個數(shù)、頻率值以及效率，記錄系統(tǒng)的頻響特性，并將效率最優(yōu)的諧振頻率自適應調(diào)整為發(fā)射信號的頻率，實現(xiàn)高效無線能量傳輸；同時通過發(fā)射端的電壓比較電路檢測接收端的個數(shù)，自適應調(diào)整阻抗匹配電路改變系統(tǒng)的總輸出功率。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的基于磁諧振式無線能量傳輸技術(shù)的智能保溫桌裝置，具有如下優(yōu)點:
I)本發(fā)明所采用的諧振頻率在超聲以上，屬于低頻段，并且與人體和生物的頻率錯開了，不會與人體產(chǎn)生諧振，不會對人體及周圍物體產(chǎn)生危害;且本發(fā)明采用基于無線能量傳輸?shù)募訜岜丶夹g(shù)，使用時無需布線，因此相較于傳統(tǒng)的加熱保溫技術(shù)，本發(fā)明安全性更尚O
[0017]2)本發(fā)明可根據(jù)系統(tǒng)工作狀況自適應調(diào)發(fā)射信號的頻率，保證系統(tǒng)一直工作于諧振狀態(tài)，相較于傳統(tǒng)的大功耗加熱保溫設(shè)備，本發(fā)明的能量效更高。
[0018]3)本發(fā)明可根據(jù)系統(tǒng)接收端的數(shù)量自適應的調(diào)整總發(fā)射功率，相較于傳統(tǒng)的手動調(diào)節(jié)功率，本發(fā)明智能性更高。
[0019]4)本發(fā)明中可實現(xiàn)一發(fā)多收的模式，保溫盤的數(shù)量可以根據(jù)需求而定，相較于傳統(tǒng)的一發(fā)一收模式，本發(fā)明會更加靈活。
[0020]綜上，本發(fā)明具有對人無害、安全、高效、智能和靈活的優(yōu)點，是現(xiàn)有保溫技術(shù)的一個有效補充，可以廣泛用于家庭、餐館，改善菜肴的口感，提升人們的幸福感。
[0021]
【附圖說明】
[0022]圖1為實例中基于磁諧振式無線能量傳輸技術(shù)的智能保溫桌裝置；
圖2為實例中保溫桌的結(jié)構(gòu)圖；
圖3為實例中保溫桌的磁諧振式無線供電系統(tǒng)；
圖4a?圖4d為實例中不同保溫盤結(jié)構(gòu)的示意圖；
圖5為實例中述基于磁諧振式無線能量傳輸技術(shù)的智能保溫桌裝置的工作流程圖。
【具體實施方式】
[0023]本發(fā)明以磁諧振式無線能量傳輸技術(shù)為基礎(chǔ)，利用阻抗匹配電路的特性，實現(xiàn)了可以自適應調(diào)整發(fā)射信號頻率和發(fā)射功率的智能保溫桌裝置。下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0024]圖1-圖5為本發(fā)明的一種【具體實施方式】。
[0025]本發(fā)明所述的基于磁諧振式無線能量傳輸技術(shù)的智能保溫桌裝置由一個保溫桌101和多個保溫盤102組成，如圖1所示。其中保溫桌101內(nèi)含電路系統(tǒng)，是所述裝置的主控端，同時也是無線能量傳輸系統(tǒng)的發(fā)射端，而外形和材質(zhì)與普通餐桌無較大差別；保溫盤102內(nèi)含金屬線圈，是所述裝置的能量接收端和食材加熱端，而外形和材質(zhì)與普通的盛菜容器無較大區(qū)別;保溫桌101和保溫盤102除電路系統(tǒng)和金屬線圈外不含其它金屬材料，且它們之間無需電線連接，也無相對固定的放置位置的限制。使用中，保溫盤102放在保溫桌101桌面上，保溫桌101根據(jù)保溫盤102的個數(shù)和位置來自動調(diào)整最佳發(fā)射頻率和功率，當保溫桌發(fā)射的能量電磁波頻率與接收線圈發(fā)生諧振時，系統(tǒng)的整體能效最高。
[0026]基于磁諧振式無線能量傳輸技術(shù)的智能保溫桌裝置，其中所述的保溫桌101是所述裝置的主控端，同時也是無線能量傳輸系統(tǒng)的發(fā)射端，包括桌體201和磁諧振式無線供電系統(tǒng)202兩部分，如圖2所示。其中桌體201的外形與普通餐桌無區(qū)別，用于放置菜肴器皿、餐具，供人們圍坐用餐;磁諧振式無線供電系統(tǒng)202是智能保溫桌的控制裝置，其置于桌體201的內(nèi)部，由微處理器301，信號發(fā)生器302，阻抗匹配器303，電壓比較器304，發(fā)射線圈305和人機交互單元306組成，如圖3所示。
[0027]在上述的磁諧振式無線供電系統(tǒng)202中，所述的微處理器301是系統(tǒng)的控制中心和數(shù)據(jù)處理中心，它負責整個保溫桌電路系統(tǒng)各個功能模塊的調(diào)度、參數(shù)的設(shè)置、數(shù)據(jù)的控制以及系統(tǒng)諧振頻率和輸出功率的控制，其通過采集發(fā)射線圈的電壓值，結(jié)合信號發(fā)生器302的掃頻模塊可檢測系統(tǒng)的頻響特性，包括諧振頻點的個數(shù)、頻率值以及效率等;然后根據(jù)系統(tǒng)的頻響特性，控制阻抗匹配器303調(diào)整系統(tǒng)輸出功率；信號發(fā)生器302與微處理器301相連，其含DDS (直接數(shù)字式頻率合成器)模塊和功率放大模塊，其負責產(chǎn)生頻率可調(diào)、功率可調(diào)的交流信號；阻抗匹配器303與信號發(fā)生器302、微處理器301相連，微處理器301可以通過它來調(diào)整系統(tǒng)的輸出功率；電壓比較器304作為前端數(shù)據(jù)的采集器，與微處理器301、阻抗匹配器303、發(fā)射線圈305相連；電壓比較器304內(nèi)置一個A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將采集到的發(fā)射端的電壓傳送給微處理器301處理;發(fā)射線圈305由金屬線圈組成，線圈的形狀可以是圓形，方形，也可以是平面、立體線圈，用于磁諧振式能量的發(fā)射;人機交互單元306含控制按鈕和顯示屏，負責提供人機交互的接口，用于控制參數(shù)的設(shè)置和系統(tǒng)狀態(tài)的顯示。
[0028]所述基于磁諧振式無線能量傳輸技術(shù)的智能保溫桌裝置的保溫盤102包含接收線圈401和盤體402，如圖4a所示。其中接收線圈401由金屬線圈組成，置于盤體402內(nèi)部，金屬線圈的形狀可以是圓形，方形，也可以是平面、立體線圈，用于磁諧振式能量的接收和保溫盤的加熱;盤體402的材料和一般盤子材料無異，為了保證傳熱的效率，盤體的材料可以選擇陶瓷，但不要選用金屬以防止金屬對電磁波的屏蔽作用，盤體的形狀也沒有限制，與一般的器皿無異，碗、盤子、碟子都可以，如圖4a?圖4d所示。
[0029]本實施例的具體操作步驟如下(如圖5所述):
步驟I:啟動保溫桌裝置。啟動過程包括以下步驟:
1.1上電。給保溫桌接上電源。
[0030]1.2檢查系統(tǒng)是否正常工作。待系統(tǒng)啟動完成后，會在保溫桌的桌面顯示屏上顯示待機狀態(tài)。若顯示待機狀態(tài)正常，則表示保溫桌裝置可工作了。
[0031]1.3判斷保溫桌裝置是否工作。微處理器控制信號發(fā)生器產(chǎn)生交流電，然后檢測發(fā)射端是否有電壓。若檢測到發(fā)射端的電壓，則進行下一步操作;若沒有檢測到電壓，則保持待機狀態(tài)。
[0032]1.4控制信息的輸入。智能保溫桌使用者通過磁諧振式無線供電系統(tǒng)的人機交互單元，設(shè)置裝置的控制參數(shù)?？刂茀?shù)包括:發(fā)射信號參數(shù)(含:掃頻范圍、幅度、相位)、保溫目標值、電壓比較器的閾值。
[0033]步驟2:自適應調(diào)整發(fā)射信號頻率。具體過程如下:
保溫桌的微處理器根據(jù)人機交互單元的輸入控制信息，控制信號發(fā)生器所產(chǎn)生發(fā)射信號的掃頻范圍，使信號發(fā)生器產(chǎn)生一定頻率范圍的交變電流。然后微處理器從電壓比較器上采集各個頻率點上電壓。采集完之后，計算系統(tǒng)的頻響特性，從而確定系統(tǒng)的諧振頻率值，并設(shè)置系統(tǒng)的諧振頻率值為信號發(fā)射器產(chǎn)生的發(fā)射信號頻率。此步驟的目的在于根據(jù)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，自適應地檢測系統(tǒng)的諧振頻率，并設(shè)置該諧振頻率為信號發(fā)生器所產(chǎn)生的發(fā)射信號頻率。
[0034]步驟3:自適應調(diào)整總發(fā)射功率。具體過程如下:
保溫桌裝置能夠手動調(diào)整保溫桌裝置的總發(fā)射功率;同時裝置也可根據(jù)接收端的數(shù)量自適應的調(diào)整總發(fā)射功率。在確定了系統(tǒng)的諧振頻率后，保溫桌的微處理器掃描電壓比較器上的電壓，根據(jù)電壓值檢測接收端的數(shù)量，結(jié)合步驟1.4所輸入的保溫目標值，調(diào)整阻抗匹配電路控制總發(fā)射功率，滿足系統(tǒng)實際所需;此步驟的目的在于根據(jù)系統(tǒng)的接收端的數(shù)量，調(diào)整阻抗匹配電路，實現(xiàn)系統(tǒng)總發(fā)射功率的自適應調(diào)整。
[0035]步驟4:重復調(diào)整諧振頻率和發(fā)射功率。具體過程如下:
經(jīng)了上述步驟后，系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)。當保溫桌上的保溫盤數(shù)量發(fā)生變化后，會導致系統(tǒng)的諧振頻率和最優(yōu)發(fā)射功率發(fā)生變化。微處理器定時掃描發(fā)射端的電壓，當檢測到發(fā)射端的電壓超出電壓比較器閾值所設(shè)定的范圍，就判斷系統(tǒng)狀況發(fā)生了變化(包括:保溫盤的數(shù)量、保溫盤與保溫桌的相互位置、系統(tǒng)所處的環(huán)境)，需重新調(diào)整系統(tǒng)的發(fā)射信號頻率和總發(fā)射功率，即重復步驟2和步驟3。
[0036]步驟5:自動待機。具體過程如下:
保溫桌裝置可手動設(shè)置為關(guān)機狀態(tài)，并關(guān)閉電源;同時也可設(shè)置為定時模式，在工作時間到達定時時間后自動切換到關(guān)機狀態(tài)。
[0037]本實例采用磁諧振式無線能量傳輸技術(shù)，利用非輻射磁場可在幾倍于諧振器(例如:金屬線圈)尺寸的中等距離(I Om)以內(nèi)實現(xiàn)電能的高效傳輸。同時該技術(shù)所產(chǎn)生的磁場與生物體之間相互作用很弱，對生物體較為安全，對其它頻率的電子設(shè)備干擾很小，且受障礙物的影響較小，并能夠?qū)Χ鄠€用電設(shè)備供能。因此，該技術(shù)實現(xiàn)的系統(tǒng)具有安全，高效、配制靈活等特點。
[0038]磁諧振式無線能量傳輸技術(shù)的理論基礎(chǔ)在于兩個振蕩電路之間重疊存在的強電磁耦合，屬于近場無損非輻射諧振耦合，雖然接收端與發(fā)射端之間的耦合隨兩者距離的增大而衰減，但未被負載吸收的部分能量會返回發(fā)射端，不會損耗傳輸能量，不會降低傳輸效率。因此磁諧振式無線能力傳輸系統(tǒng)可以通過發(fā)射端的反射波檢測，測定接收端接收功率，從而得知系統(tǒng)的能效情況。從頻響特性上看，該系統(tǒng)處于諧振狀態(tài)時能效最優(yōu)。根據(jù)濾波器和耦合電路理論分析與仿真實驗驗證，諧振器的品質(zhì)因數(shù)、諧振器的個數(shù)、諧振器之間的距離、諧振線圈的負載以及諧振器所處環(huán)境的周邊介質(zhì)等因數(shù)決定著系統(tǒng)的諧振頻點的個數(shù)和頻率值。
[0039]因此，本發(fā)明采用金屬線圈作為諧振器，通過在檢測系統(tǒng)的諧振頻點的個數(shù)、頻率值以及效率，記錄系統(tǒng)的頻響特性，并將效率最優(yōu)的諧振頻率自適應調(diào)整為發(fā)射信號的頻率，實現(xiàn)高效無線能量傳輸;同時通過發(fā)射端的電壓比較電路估算接收端的個數(shù)，自適應調(diào)整電路的輸出阻抗以控制系統(tǒng)的輸出功率，具體通過以下方式實現(xiàn):
1)在電源與發(fā)射線圈之間加上一個阻抗匹配電路，以調(diào)整系統(tǒng)的輸出功率；
2)系統(tǒng)采用DDS(直接數(shù)字式頻率合成器)作為信號發(fā)生源，既可控制系統(tǒng)的信號發(fā)射頻率，又能實現(xiàn)系統(tǒng)的掃頻測量。
[0040]3)在系統(tǒng)的發(fā)射端采用電壓比較器和A/D(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)組成的峰值檢測電路測量發(fā)射線圈的電壓值，結(jié)合上述DDS掃頻測量即可檢測系統(tǒng)的頻響特性(含以下參數(shù):諧振頻點的個數(shù)、頻率值以及效率)，用于檢測系統(tǒng)效率最優(yōu)的諧振頻點。
【主權(quán)項】
1.基于磁諧振無線能量傳輸?shù)闹悄鼙刈姥b置，其特征在于包括一個保溫桌和多個保溫盤;其中保溫桌內(nèi)含磁諧振式無線供電系統(tǒng)，作為無線能量傳輸?shù)陌l(fā)射端;保溫盤內(nèi)含金屬線圈，是整個智能保溫桌裝置的能量接收端和食材加熱端;保溫桌和保溫盤之間無需電線連接;使用中，保溫盤放在保溫桌桌面上，保溫桌根據(jù)保溫盤的個數(shù)和位置來自動調(diào)整無線能量傳輸?shù)男盘柊l(fā)射頻率和功率，當保溫桌發(fā)射信號的頻率與保溫盤上的接收線圈發(fā)生諧振時，系統(tǒng)的整體能效最高。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁諧振無線能量傳輸?shù)闹悄鼙刈姥b置，其特征在于發(fā)射端和能量接收端采用金屬線圈作為能量傳輸?shù)闹C振器，能量發(fā)射端通過采用直接數(shù)字式頻率合成器、電壓比較器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器組成的峰值檢測電路檢測裝置諧振頻點的個數(shù)、頻率值以及效率，記錄無線能量傳輸系統(tǒng)的頻響特性，并將效率最優(yōu)的諧振頻率自適應調(diào)整為發(fā)射信號的頻率，實現(xiàn)高效無線能量傳輸；同時通過能量發(fā)射端的電壓比較器測接收端的個數(shù)，自適應調(diào)整阻抗匹配器改變系統(tǒng)的總輸出功率。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁諧振無線能量傳輸?shù)闹悄鼙刈姥b置，其特征在于所述的保溫桌包括桌體和磁諧振式無線供電系統(tǒng)，用于放置菜肴器皿、餐具，供人們圍坐用餐;磁諧振式無線供電系統(tǒng)置于桌體的內(nèi)部，包括微處理器，信號發(fā)生器，阻抗匹配器，電壓比較器，發(fā)射線圈和人機交互單元； 所述微處理器負責整個保溫桌裝置的組成部分之間的工作調(diào)度、參數(shù)的設(shè)置、系統(tǒng)諧振頻率和輸出功率的控制，微處理器通過采集發(fā)射線圈的電壓值，結(jié)合信號發(fā)生器的掃頻模塊可檢測系統(tǒng)的頻響特性，包括諧振頻點的個數(shù)、頻率值以及效率;然后根據(jù)系統(tǒng)的頻響特性，控制阻抗匹配器調(diào)整系統(tǒng)輸出功率;所述信號發(fā)生器與微處理器相連，信號發(fā)生器含直接數(shù)字式頻率合成器和功率放大模塊，負責產(chǎn)生頻率可調(diào)、功率可調(diào)的交流信號;所述阻抗匹配器與信號發(fā)生器、微處理器相連，微處理器通過阻抗匹配器來調(diào)整系統(tǒng)的輸出功率；電壓比較器作為前端數(shù)據(jù)的采集器，與微處理器、阻抗匹配器、發(fā)射線圈相連;所述電壓比較器內(nèi)置模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將采集到的發(fā)射端的電壓傳送給微處理器處理;所述人機交互單元含控制按鈕和顯示屏，負責提供人機交互的接口，用于控制參數(shù)的設(shè)置和系統(tǒng)狀態(tài)的顯示。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁諧振無線能量傳輸?shù)闹悄鼙刈姥b置，其特征在于所述的保溫盤包含接收線圈和盤體;其中接收線圈位于盤體內(nèi)部，用于磁諧振式能量的接收和保溫盤的加。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁諧振無線能量傳輸?shù)闹悄鼙刈姥b置，其特征在于保溫桌和保溫盤除磁諧振式無線供電系統(tǒng)和線圈外不含其它金屬材料。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁諧振無線能量傳輸?shù)闹悄鼙刈姥b置，其特征在于所述發(fā)射線圈由金屬線圈組成，線圈的形狀為平面或立體線圈。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁諧振無線能量傳輸?shù)闹悄鼙刈姥b置，其特征在于保溫盤的接收線圈由金屬線圈組成，置于盤體內(nèi)部金屬線圈的形狀為平面或立體線圈。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁諧振無線能量傳輸?shù)闹悄鼙刈姥b置，其特征在于保溫盤能用非盤狀的器皿代替。9.權(quán)利要求1?8任一項所述基于磁諧振無線能量傳輸?shù)闹悄鼙刈姥b置的工作方法，其特征在于包括如下步驟: 步驟1:啟動保溫桌裝置，包括以下步驟: .1.1上電，給保溫桌接上電源； .1.2待系統(tǒng)啟動完成后，會在保溫桌的桌面顯示屏上顯示待機狀態(tài);若顯示待機狀態(tài)正常，則表示保溫桌裝置可工作了； .1.3判斷保溫桌裝置是否工作;微處理器控制信號發(fā)生器產(chǎn)生交流電，然后檢測發(fā)射端是否有電壓;若檢測到發(fā)射端的電壓，則進行下一步操作;若沒有檢測到電壓，則保持待機狀態(tài)； .1.4控制信息的輸入;使用者通過磁諧振式無線供電系統(tǒng)的人機交互單元，設(shè)置裝置的控制參數(shù);控制參數(shù)包括:發(fā)射信號參數(shù)、保溫目標值、電壓比較器的閾值，發(fā)射信號參數(shù)包括掃頻范圍、幅度和相位； 步驟2:自適應調(diào)整發(fā)射信號頻率，具體過程如下: 保溫桌的微處理器根據(jù)人機交互單元的輸入控制信息，控制信號發(fā)生器所產(chǎn)生發(fā)射信號的掃頻范圍，使信號發(fā)生器產(chǎn)生相應的交變電流;然后微處理器從電壓比較器上采集各個頻率點上電壓;采集完之后，計算系統(tǒng)的頻響特性，從而確定系統(tǒng)的諧振頻率值，并設(shè)置系統(tǒng)的諧振頻率值為信號發(fā)射器產(chǎn)生的發(fā)射信號頻率； 步驟3:自適應調(diào)整總發(fā)射功率，具體過程如下: 保溫桌能夠手動調(diào)整保溫桌裝置的總發(fā)射功率；同時能根據(jù)接收端的數(shù)量自適應的調(diào)整總發(fā)射功率;在確定了系統(tǒng)的諧振頻率后，保溫桌的微處理器掃描電壓比較器上的電壓，根據(jù)電壓值檢測接收端的數(shù)量，結(jié)合步驟I.4所輸入的保溫目標值，調(diào)整阻抗匹配器控制總發(fā)射功率，滿足系統(tǒng)實際所需； 步驟4:重復調(diào)整諧振頻率和發(fā)射功率，具體過程如下: 經(jīng)了上述步驟后，系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)；當保溫桌上的保溫盤數(shù)量發(fā)生變化后，會導致系統(tǒng)的諧振頻率和最優(yōu)發(fā)射功率發(fā)生變化;微處理器定時掃描發(fā)射端的電壓，當檢測到發(fā)射端的電壓超出電壓比較器閾值所設(shè)定的范圍，就判斷系統(tǒng)狀況發(fā)生了變化，需重新調(diào)整系統(tǒng)的發(fā)射信號頻率和總發(fā)射功率，即重復步驟2和步驟3;所述變化包括:保溫盤的數(shù)量、保溫盤與保溫桌的相互位置； 步驟5:自動待機，具體過程如下: 保溫桌裝置可手動設(shè)置為關(guān)機狀態(tài)，并關(guān)閉電源；同時也能設(shè)置為定時模式，在工作時間到達定時時間后自動切換到關(guān)機狀態(tài)。
【文檔編號】A47B31/02GK106037269SQ201610372967
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月30日
【發(fā)明人】馬碧云, 丁民翰, 韋崗, 楊萃, 劉嬌蛟, 李 杰, 曹燕
【申請人】華南理工大學