專(zhuān)利名稱(chēng)：一種無(wú)線充電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及無(wú)線電能傳輸領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種具有異物檢測(cè)功能的無(wú)線充電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
基于近場(chǎng)磁耦合的無(wú)線供電技術(shù)是近幾年發(fā)展起來(lái)的新型無(wú)線電力傳輸技術(shù)，其基本思想是采用線圈的近場(chǎng)非輻射駐波，基于磁場(chǎng)諧振耦合原理，實(shí)現(xiàn)能量的傳送，與其他的無(wú)線供電技術(shù)相比，該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)一米到兩米左右的中等距離高效無(wú)線供電，成為近年來(lái)無(wú)線供電技術(shù)發(fā)展的新方向。無(wú)線充電技術(shù)具有非接觸、無(wú)電火花、成本低和不易進(jìn)水等優(yōu)點(diǎn)，在電動(dòng)汽車(chē)、通信和電子醫(yī)療等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，并成為各國(guó)研究的熱點(diǎn)。然而，目前針對(duì)磁耦合無(wú)線供電系統(tǒng)的研究主要集中在中低功率的能量傳輸、傳輸效率的高低和傳輸可靠性上，對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電系統(tǒng)中高功率電力傳輸環(huán)境下的安全防護(hù)技術(shù)的研究較少。以電動(dòng)汽車(chē)充電為例，其充電功率通常可達(dá)1.4KW/h，使得發(fā)射線圈與接收線圈間的場(chǎng)強(qiáng)可達(dá)幾千伏特每米。此時(shí)，若兩線圈間飛入紙片或者塑料袋等異物，如此強(qiáng)的電磁場(chǎng)強(qiáng)會(huì)使異物產(chǎn)生微波加熱效應(yīng)。若此類(lèi)異物長(zhǎng)時(shí)間處于微波加熱狀態(tài)，當(dāng)溫度達(dá)到一定程度時(shí)，便會(huì)導(dǎo)致異物的燃燒，從而損壞設(shè)備，嚴(yán)重時(shí)甚至引發(fā)火災(zāi)，若發(fā)射線圈與接收線圈之間出現(xiàn)小動(dòng)物、孩童等有生命的異物時(shí)，如此高的場(chǎng)強(qiáng)則會(huì)損害生命體的神經(jīng)系統(tǒng)等組織，嚴(yán)重時(shí)會(huì)危害到生命。綜合上述，對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)等應(yīng)用環(huán)境下的高功率無(wú)線供電系統(tǒng)，異物檢測(cè)技術(shù)以及以異物檢測(cè)為核心的安全防護(hù)技術(shù)是迄今科技中仍然缺乏的。

實(shí)用新型內(nèi)容有鑒于此，本實(shí)用新型提供一種無(wú)線充電系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)在高功率無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)中以異物檢測(cè)為核心的安全防護(hù)?！N無(wú)線充電系統(tǒng),包括:與交流電源相連、位于發(fā)射端的第一諧振線圈；與所述第一諧振線圈保持預(yù)設(shè)距離、與負(fù)載設(shè)備相連、位于接收端的第二諧振線圈；位于所述第一諧振線圈中心處、饋點(diǎn)處接收并發(fā)射第一輸入信號(hào)，生成第一反射信號(hào)，將所述第一輸入信號(hào)與第一反射信號(hào)疊加形成第一疊加信號(hào)的第一控制鏈路天線；連接于所述交流電源和第一控制鏈路天線之間、發(fā)送所述第一輸入信號(hào)至第一控制鏈路天線饋點(diǎn)處，并接收第一駐波系數(shù)的系統(tǒng)控制器；分別與所述系統(tǒng)控制器和第一控制鏈路天線相連、檢測(cè)所述第一疊加信號(hào)，根據(jù)所述第一疊加信號(hào)計(jì)算所述第一駐波系數(shù)，并發(fā)送所述第一駐波系數(shù)至所述系統(tǒng)控制器的第一狀態(tài)檢測(cè)裝置。優(yōu)選地，所述無(wú)線充電系統(tǒng)還包括:[0013]連接于所述第二諧振線圈與負(fù)載設(shè)備之間、發(fā)送第二輸入信號(hào)的第二匹配控制器；位于所述第二諧振線圈中心處、與所述第二匹配控制器相連，饋點(diǎn)處接收并發(fā)射所述第二輸入信號(hào)，生成第二反射信號(hào)，將所述第二輸入信號(hào)與第二反射信號(hào)疊加形成第二疊加信號(hào)的第二控制鏈路天線；與所述第二控制鏈路天線和第二匹配控制器相連，檢測(cè)所述疊加形成的第二疊加信號(hào)，計(jì)算第二駐波系數(shù)，并通過(guò)所述第二控制鏈路天線轉(zhuǎn)發(fā)所述第二駐波系數(shù)至所述系統(tǒng)控制器的第二狀態(tài)檢測(cè)裝置。優(yōu)選地，所述第二匹配控制器還包括:接收所述系統(tǒng)控制器發(fā)送的、根據(jù)所述第二駐波系數(shù)生成的第二匹配控制參數(shù)，依據(jù)所述第二匹配控制參數(shù)調(diào)整所述第二諧振線圈端口阻抗的第二阻抗調(diào)整裝置。優(yōu)選地，所述無(wú)線充電系統(tǒng)還包括:接收所述系統(tǒng)控制器發(fā)送的、根據(jù)所述第一駐波系數(shù)生成的第一匹配控制參數(shù)，依據(jù)所述第一匹配控制參數(shù)調(diào)整所述第一諧振線圈端口阻抗的第一匹配控制器。優(yōu)選地，所述第一狀態(tài)檢測(cè)裝置包括:檢測(cè)所述第一疊加信號(hào)的第一無(wú)線鏈路匹配電路；與所述第一無(wú)線鏈路匹配電路并聯(lián)的第一電阻；與所述第一電阻并聯(lián)、采集所述第一電阻兩端的第一電壓采樣值的第一 A/D采樣器；與所述第一 A/D采樣器相連、存儲(chǔ)并發(fā)送所述第一電壓采樣值的第一存儲(chǔ)器；與所述第一存儲(chǔ)器相連、接收所述第一電壓采樣值，并將所述第一電壓采樣值轉(zhuǎn)換為第一駐波系數(shù)，發(fā)送所述第一駐波系數(shù)至所述系統(tǒng)控制器的第一 DSP處理器。優(yōu)選地，所述第二狀態(tài)檢測(cè)裝置包括:檢測(cè)所述第二疊加信號(hào)的第二無(wú)線鏈路匹配電路；與所述第二無(wú)線鏈路匹配電路并聯(lián)的第二電阻；與所述第二電阻并聯(lián)、采集所述第二電阻兩端的第二電壓采樣值的第二 A/D采樣器；與所述第二 A/D采樣器相連、存儲(chǔ)并發(fā)送所述第二電壓采樣值的第二存儲(chǔ)器；與所述第二存儲(chǔ)器相連、接收所述第二電壓采樣值，并將所述第二電壓采樣值轉(zhuǎn)換為第二駐波系數(shù)，發(fā)送所述第二駐波系數(shù)至所述系統(tǒng)控制器的第二 DSP處理器。優(yōu)選地，所述系統(tǒng)控制器還包括:根據(jù)所述第一駐波系數(shù)和第二駐波系數(shù)發(fā)送斷電指令至交流電源的處理芯片。從上述的技術(shù)方案可以看出，本實(shí)用新型公開(kāi)了一種無(wú)線充電系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，第一諧振線圈與第二諧振線圈組成無(wú)線充電系統(tǒng)，當(dāng)沒(méi)有異物進(jìn)入系統(tǒng)，線圈之間以互相匹配的阻抗、穩(wěn)定的傳輸效率工作時(shí)，系統(tǒng)控制器發(fā)送第一輸入信號(hào)至第一控制鏈路天線，由于第一控制鏈路天線饋點(diǎn)處的阻抗與信號(hào)傳輸線的阻抗不匹配，使得第一控制鏈路天線的饋點(diǎn)處產(chǎn)生第一反射信號(hào)，沿著信號(hào)傳輸線反射回來(lái)，與系統(tǒng)控制器發(fā)送的第一輸入信號(hào)疊加，形成第一疊加信號(hào)，第一狀態(tài)檢測(cè)裝置檢測(cè)第一疊加信號(hào)，根據(jù)第一疊加信號(hào)計(jì)算第一駐波系數(shù)，并發(fā)送至系統(tǒng)控制器。當(dāng)系統(tǒng)線圈之間沒(méi)有異物進(jìn)入，工作狀態(tài)較穩(wěn)定時(shí)，系統(tǒng)控制器接收到的第一駐波系數(shù)為恒定值，而當(dāng)異物進(jìn)入無(wú)線充電系統(tǒng)時(shí)，由于改變了第一控制鏈路天線周?chē)碾姶艌?chǎng)，第一控制鏈路天線饋點(diǎn)處的阻抗與信號(hào)傳輸線的阻抗較之前無(wú)異物時(shí)更加不匹配，從而引起產(chǎn)生的第一反射信號(hào)發(fā)生變化，第一反射信號(hào)與第一輸入信號(hào)疊加后的第一疊加信號(hào)產(chǎn)生變化。因此第一狀態(tài)檢測(cè)裝置計(jì)算得到的第一駐波系數(shù)不再為之前的恒定值，此時(shí)系統(tǒng)控制器可以判斷第一駐波系數(shù)發(fā)生變化，則得出有異物進(jìn)入的結(jié)論。該充電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在高功率電能的傳輸系統(tǒng)中，檢測(cè)異物進(jìn)入，進(jìn)而可以通過(guò)檢測(cè)異物進(jìn)入控制電源通斷以起到安全保護(hù)的作用。

為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例公開(kāi)的一種無(wú)線充電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型另一實(shí)施例公開(kāi)的一種無(wú)線充電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型另一實(shí)施例公開(kāi)的一種無(wú)線充電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實(shí)用新型另一實(shí)施例公開(kāi)的一種無(wú)線充電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4(I)為本實(shí)用新型另一實(shí)施例公開(kāi)的無(wú)線充電系統(tǒng)的第一狀態(tài)檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖4(2)為本實(shí)用新型另一實(shí)施例公開(kāi)的無(wú)線充電系統(tǒng)的第二狀態(tài)檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本實(shí)用新型另一實(shí)施例公開(kāi)的一種無(wú)線充電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。本實(shí)用新型實(shí)施例公開(kāi)了一種無(wú)線充電系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)在高功率無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)中以異物檢測(cè)為核心的安全防護(hù)。一種無(wú)線充電系統(tǒng)，如圖1所示，包括:與交流電源相連、位于發(fā)射端的第一諧振線圈101。與第一諧振線圈101保持預(yù)設(shè)距離、與負(fù)載設(shè)備相連、位于接收端的第二諧振線圈 102。位于第一諧振線圈101中心處、饋點(diǎn)處接收并發(fā)射第一輸入信號(hào)，生成第一反射信號(hào)，將第一輸入信號(hào)與第一反射信號(hào)疊加形成第一疊加信號(hào)的第一控制鏈路天線103。連接于交流電源和第一控制鏈路天線103之間、發(fā)送第一輸入信號(hào)至第一控制鏈路天線103饋點(diǎn)處，并接收第一駐波系數(shù)的系統(tǒng)控制器104。分別與系統(tǒng)控制器104和第一控制鏈路天線103相連、檢測(cè)第一疊加信號(hào)，根據(jù)第一疊加信號(hào)計(jì)算第一駐波系數(shù)，并發(fā)送第一駐波系數(shù)至系統(tǒng)控制器104的第一狀態(tài)檢測(cè)裝置 105。在上述實(shí)施例公開(kāi)的無(wú)線充電系統(tǒng)中，第一諧振線圈101與第二諧振線圈102組成無(wú)線充電系統(tǒng)，當(dāng)沒(méi)有異物進(jìn)入系統(tǒng)，線圈之間以互相匹配的阻抗、穩(wěn)定的傳輸效率工作時(shí)，系統(tǒng)控制器104發(fā)送第一輸入信號(hào)至第一控制鏈路天線103，由于第一控制鏈路天線103饋點(diǎn)處的阻抗與信號(hào)傳輸線的阻抗不匹配，使得第一控制鏈路天線的饋點(diǎn)處產(chǎn)生第一反射信號(hào)，沿著信號(hào)傳輸線反射回來(lái)，與系統(tǒng)控制器104發(fā)送的第一輸入信號(hào)疊加，疊加后形成第一疊加信號(hào)，第一狀態(tài)檢測(cè)裝置105檢測(cè)第一疊加信號(hào)，根據(jù)第一疊加信號(hào)計(jì)算第一駐波系數(shù)，并發(fā)送至系統(tǒng)控制器104。當(dāng)系統(tǒng)線圈之間沒(méi)有異物進(jìn)入，工作狀態(tài)較穩(wěn)定時(shí)，系統(tǒng)控制器104接收到的第一駐波系數(shù)為恒定值，而當(dāng)異物進(jìn)入無(wú)線充電系統(tǒng)時(shí)，由于改變了第一控制鏈路天線周?chē)碾姶艌?chǎng)，第一控制鏈路天線饋點(diǎn)處的阻抗與信號(hào)傳輸線的阻抗較之前無(wú)異物時(shí)更加不匹配，從而引起產(chǎn)生的第一反射信號(hào)發(fā)生變化，第一反射信號(hào)與第一輸入信號(hào)疊加后形成的第一疊加信號(hào)產(chǎn)生變化。因此第一狀態(tài)檢測(cè)裝置105計(jì)算得到的第一駐波系數(shù)不再為之前的恒定值，此時(shí)系統(tǒng)控制器104可以判斷第一駐波系數(shù)發(fā)生變化，則得出有異物進(jìn)入的結(jié)論。該充電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在高功率電能的傳輸系統(tǒng)中，檢測(cè)異物進(jìn)入，進(jìn)而可以通過(guò)檢測(cè)異物進(jìn)入控制電源通斷以起到安全保護(hù)的作用。上述實(shí)施例公開(kāi)的無(wú)線充電系統(tǒng)中，第一諧振線圈與第二諧振線圈組成了無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)，基于近磁場(chǎng)耦合的無(wú)線供電技術(shù)，交流電源與位于發(fā)射端的第一諧振線圈相連，為第一諧振線圈供電，第一諧振線圈耦合電能到與之相距預(yù)設(shè)距離的第二諧振線圈。為了使得該無(wú)線充電系統(tǒng)的電能傳輸效率達(dá)到最大值，設(shè)計(jì)人員預(yù)先需將第一諧振線圈和第二諧振線圈的線圈匝數(shù)、導(dǎo)線直徑、線圈內(nèi)徑和外徑設(shè)計(jì)為一定的數(shù)值，所設(shè)定的數(shù)值以保證從交流電源向第一諧振線圈看過(guò)去的阻抗與從第一諧振線圈向交流電源看過(guò)去的阻抗一致，從而實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，這樣才能使第一諧振線圈耦合最多的電能至第二諧振線圈，保證傳輸效率最大。為了使第一控制鏈路天線輻射的電磁場(chǎng)與第一諧振線圈通電產(chǎn)生的電磁場(chǎng)有重合，這樣在利用第一控制鏈路天線產(chǎn)生的電磁場(chǎng)檢測(cè)異物時(shí)候，就可以相當(dāng)于實(shí)現(xiàn)兩個(gè)諧振線圈之間異物的檢測(cè)。因此，為了使天線產(chǎn)生的電磁場(chǎng)與兩個(gè)諧振線圈之間的電磁場(chǎng)最大程度的重合，設(shè)計(jì)人員可將第一控制鏈路天線設(shè)置于第一諧振線圈的中心處。例如，無(wú)線電能傳輸?shù)念l率為F1，第一控制鏈路天線的頻率為F2，因此必須使Fl對(duì)應(yīng)的頻率空間場(chǎng)強(qiáng)分布區(qū)域與F2對(duì)應(yīng)的空間場(chǎng)強(qiáng)分布區(qū)域重合，這樣，無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)與無(wú)線控制鏈路共用相同的電磁波傳播空間。雖然無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)與無(wú)線控制鏈路共用相同的電磁波傳播空間。但是兩者產(chǎn)生的電磁場(chǎng)并不會(huì)互相干擾，從而影響信號(hào)的發(fā)射和接收。那是因?yàn)闊o(wú)線電能的傳輸頻率F1，通常Fl的頻率約為10兆赫茲的數(shù)量級(jí)，而第一控制鏈路天線射頻終端的工作頻率為F2，而F2的數(shù)量級(jí)約為I吉赫茲，是Fl的一千倍，因此第一控制鏈路天線與無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的耦合度很弱，幾乎不產(chǎn)生相互影響。在實(shí)際選用諧振線圈時(shí)，線圈所在圓的直徑選為60厘米，工作頻段選為10到20兆赫茲，而第一控制鏈路天線選用導(dǎo)線的尺寸只要不影響無(wú)線充電系統(tǒng)的正常工作即可，工作頻段選為2.45吉赫茲。在該尺寸下，無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)與控制鏈路天線只有很弱的耦合，不影響彼此性能。當(dāng)連接于交流電源和第一控制鏈路天線之間的系統(tǒng)控制器發(fā)送第一輸入信號(hào)至第一控制鏈路天線饋點(diǎn)處時(shí)，第一控制鏈路天線饋點(diǎn)處接收并發(fā)射第一輸入信號(hào)，第一輸入信號(hào)是系統(tǒng)控制器發(fā)送的簡(jiǎn)單電信號(hào)。因?yàn)楫?dāng)?shù)谝豢刂奇溌诽炀€饋點(diǎn)處接收到電信號(hào)時(shí)候，會(huì)將部分第一輸入信號(hào)發(fā)射，即輻射出去，還會(huì)將未輻射出去的第一輸入信號(hào)反射回來(lái)，即所謂的生成第一反射信號(hào)，第一反射信號(hào)與正在發(fā)送的第一輸入信號(hào)疊加形成第一疊加信號(hào)。在電磁波上這種疊加信號(hào)傳播特性表現(xiàn)為行駐波的特性，實(shí)際上在波動(dòng)分析中，任何一個(gè)波都包含了行波分量和駐波分量，因此，常稱(chēng)為行駐波。全行波中駐波分量為零，全駐波中行波分量為零。為了表示在行駐波中駐波分量所占的比重，采用駐波系數(shù)這個(gè)物理量來(lái)表示，它的定義是行駐波信號(hào)中駐波分量所占的比值。從以上的描述可以看出，當(dāng)?shù)谝粻顟B(tài)檢測(cè)裝置檢測(cè)第一疊加信號(hào)，并根據(jù)第一疊加信號(hào)計(jì)算所得的第一駐波系數(shù)，其實(shí)是反應(yīng)反射回來(lái)的駐波分量在整個(gè)行駐波中所占的比重。第一狀態(tài)檢測(cè)裝置根據(jù)內(nèi)部預(yù)先設(shè)置好的程序，在檢測(cè)到第一疊加信號(hào)后，自動(dòng)分離出其中的駐波分量，然后計(jì)算駐波分量占整個(gè)行駐波的百分比，即第一駐波系數(shù)。最終，第一狀態(tài)檢測(cè)裝置將第一駐波系數(shù)發(fā)送至系統(tǒng)控制器。當(dāng)無(wú)線充電系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定電能傳輸狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)控制器接收的第一駐波系數(shù)保持為一個(gè)恒定的數(shù)值。而一旦有異物進(jìn)入兩個(gè)諧振線圈之間，就會(huì)使得從信號(hào)傳輸線到第一控制鏈路天線看過(guò)去的阻抗與從第一控制鏈路天線到信號(hào)傳輸線看過(guò)去的阻抗不相等，即阻抗失配，這樣當(dāng)?shù)谝豢刂奇溌诽炀€饋點(diǎn)處接收到第一輸入信號(hào)時(shí)，第一疊加信號(hào)隨之產(chǎn)生變化。因此，第一狀態(tài)檢測(cè)裝置根據(jù)第一疊加信號(hào)計(jì)算得到的第一駐波系數(shù)不等于之前的恒定值，系統(tǒng)控制器通過(guò)判斷第一駐波系數(shù)的變化來(lái)判斷是否有異物進(jìn)入無(wú)線充電系統(tǒng)。上述實(shí)施例公開(kāi)的無(wú)線充電系統(tǒng)只是利用發(fā)射端的第一控制鏈路天線、第一狀態(tài)檢測(cè)裝置和系統(tǒng)控制器，就可以進(jìn)行異物的檢測(cè)。為了對(duì)是否進(jìn)入異物做出更準(zhǔn)確的判斷，本實(shí)用新型另一實(shí)施例還公開(kāi)了一種無(wú)線充電系統(tǒng)，如圖2所示，除了包括:與交流電源相連、位于發(fā)射端的第一諧振線圈101。與第一諧振線圈101保持預(yù)設(shè)距離、與負(fù)載設(shè)備相連、位于接收端的第二諧振線圈 102。位于第一諧振線圈101中心處、饋點(diǎn)處接收并發(fā)射第一輸入信號(hào)，生成第一反射信號(hào)，將第一輸入信號(hào)與第一反射信號(hào)疊加形成第一疊加信號(hào)的第一控制鏈路天線103。連接于交流電源和第一控制鏈路天線103之間、發(fā)送第一輸入信號(hào)至第一控制鏈路天線103饋點(diǎn)處，并接收第一駐波系數(shù)的系統(tǒng)控制器104。分別與系統(tǒng)控制器104和第一控制鏈路天線103相連、檢測(cè)第一疊加信號(hào)，根據(jù)第一疊加信號(hào)計(jì)算第一駐波系數(shù)，并發(fā)送第一駐波系數(shù)至系統(tǒng)控制器104的第一狀態(tài)檢測(cè)裝置 105。還包括:連接于第二諧振線圈102與負(fù)載設(shè)備之間、發(fā)送第二輸入信號(hào)的第二匹配控制器106。位于第二諧振線圈102中心處、與第二匹配控制器106相連，饋點(diǎn)處接收并發(fā)射第二輸入信號(hào)，生成第二反射信號(hào)，將第二輸入信號(hào)與第二反射信號(hào)疊加形成第二疊加信號(hào)的第二控制鏈路天線107。與第二控制鏈路天線107和第二匹配控制器106相連，檢測(cè)所述形成的第二疊加信號(hào)，計(jì)算第二駐波系數(shù)，并通過(guò)第二控制鏈路天線107轉(zhuǎn)發(fā)第二駐波系數(shù)至系統(tǒng)控制器的第二狀態(tài)檢測(cè)裝置108。上述實(shí)施例公開(kāi)的無(wú)線充電系統(tǒng)中，除了上一個(gè)實(shí)施例中無(wú)線充電系統(tǒng)包括的部分，新增加裝置都是在接收端處設(shè)置的，第二匹配控制器106發(fā)送第二輸入信號(hào)，此處的第二輸入信號(hào)與第一輸入信號(hào)相同，為簡(jiǎn)單的電信號(hào)，位于第二諧振線圈102中心處、與第二匹配控制器106相連的第二控制鏈路天線饋點(diǎn)處接收并發(fā)射第二輸入信號(hào)，第二狀態(tài)檢測(cè)裝置108檢測(cè)形成的第二疊加信號(hào)，計(jì)算第二駐波系數(shù)，并通過(guò)第二控制鏈路天線107轉(zhuǎn)發(fā)第二駐波系數(shù)至系統(tǒng)控制器104。當(dāng)無(wú)線充電系統(tǒng)以穩(wěn)定的傳輸效率工作時(shí)，第一駐波系數(shù)和第二駐波系數(shù)都保持在恒定值，而當(dāng)無(wú)線充電系統(tǒng)中進(jìn)入異物的時(shí)候，第一諧振線圈和第二諧振線圈端口處的阻抗較之前穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)候更加失配，導(dǎo)致第一控制鏈路天線和第二控制鏈路天線饋點(diǎn)處的第一疊加信號(hào)和第二疊加信號(hào)隨之產(chǎn)生變化。因此，第一狀態(tài)檢測(cè)裝置和第二狀態(tài)檢測(cè)裝置計(jì)算得到的第一駐波系數(shù)和第二駐波系數(shù)不等于之前的恒定值，則系統(tǒng)控制器根據(jù)接收到的第一駐波系數(shù)和第二駐波系數(shù)得出無(wú)線充電系統(tǒng)中進(jìn)入異物的結(jié)論。異物分為三種情況:當(dāng)異物為磁性介質(zhì)時(shí)，該異物同時(shí)改變無(wú)線充電系統(tǒng)的工作性能和控制鏈路天線的系統(tǒng)性能，尤其使得大功率的無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，容易對(duì)設(shè)備造成損害；當(dāng)異物為無(wú)生命體的電性介質(zhì)異物時(shí)，不影響無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)的性能，但是對(duì)于第一控制鏈路天線與第二控制鏈路天線之間信號(hào)的發(fā)送有較大的影響，因此，在高功率的無(wú)線電力傳輸系統(tǒng)中，異物會(huì)產(chǎn)生微波加熱效應(yīng)，嚴(yán)重時(shí)候會(huì)引起火災(zāi)，造成財(cái)產(chǎn)損失；當(dāng)異物為有生命體的電性介質(zhì)時(shí)，無(wú)論是對(duì)大功率的電力傳輸系統(tǒng)還是對(duì)控制鏈路天線之間的電信號(hào)傳送都會(huì)產(chǎn)生較大影響，損害生命體的神經(jīng)系統(tǒng)等有機(jī)組織，危害健康。綜上所述，無(wú)論是哪種介質(zhì)的異物，均會(huì)對(duì)無(wú)線控制鏈路產(chǎn)生影響，表現(xiàn)為在接收端接收電信號(hào)質(zhì)量的下降，造成誤碼率上升，第一控制鏈路天線與第二控制鏈路天線輸入阻抗的改變，改變了天線的匹配狀態(tài)，造成電能發(fā)射效率的降低。本實(shí)用新型另一實(shí)施例還公開(kāi)了一種無(wú)線充電系統(tǒng)，如圖3所示，除了包括:第一諧振線圈101、第二諧振線圈102、第一控制鏈路天線103、系統(tǒng)控制器104、第一狀態(tài)檢測(cè)裝置105、第二匹配控制器106、第二控制鏈路天線107、第二狀態(tài)檢測(cè)裝置108。其中，第二匹配控制器106還包括:接收系統(tǒng)控制器104發(fā)送的、根據(jù)第二駐波系數(shù)生成的第二匹配控制參數(shù)，依據(jù)第二匹配控制參數(shù)調(diào)整第二諧振線圈102端口阻抗的第二阻抗調(diào)整裝置1061。還包括:接收系統(tǒng)控制器104發(fā)送的、根據(jù)第一駐波系數(shù)生成的第一匹配控制參數(shù)，依據(jù)第一匹配控制參數(shù)調(diào)整第一諧振線圈101端口阻抗的第一匹配控制器109。在上述實(shí)施例公開(kāi)的無(wú)線充電系統(tǒng)中，系統(tǒng)控制器通過(guò)有線連接對(duì)第一匹配控制器進(jìn)行控制，通過(guò)第一控制鏈路天線和第二控制鏈路天線之間的無(wú)線信號(hào)對(duì)第二阻抗調(diào)整裝置進(jìn)行控制。[0078]為了使第一諧振線圈發(fā)射出盡量多的功率，同時(shí)第二諧振線圈接收到盡量多的功率，并傳送到負(fù)載設(shè)備，應(yīng)當(dāng)使第一諧振線圈和第二諧振線圈端口處的阻抗匹配?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，當(dāng)兩個(gè)諧振線圈阻抗匹配的時(shí)候，系統(tǒng)控制器和第二匹配控制器通過(guò)輸入第一輸入信號(hào)和第二輸入信號(hào)，在第一控制鏈路天線和第二控制鏈路天線處產(chǎn)生第一反射信號(hào)和第二反射信號(hào)，輸入信號(hào)和反射信號(hào)疊加生成的第一疊加信號(hào)和第二疊加信號(hào)反向傳輸至第一狀態(tài)檢測(cè)裝置和第二狀態(tài)檢測(cè)裝置，兩個(gè)檢測(cè)裝置計(jì)算得到的第一駐波系數(shù)和第二駐波系數(shù)為最小值，這個(gè)最小值接近I。優(yōu)選地，起初，無(wú)線充電系統(tǒng)連接完畢，需要對(duì)第一諧振線圈和第二諧振線圈端口處的阻抗進(jìn)行匹配控制，以使傳輸效率最大。例如，系統(tǒng)控制器處于一直發(fā)送第一輸入信號(hào)的狀態(tài)，同時(shí)也處于一直接收第一駐波系數(shù)的狀態(tài)，根據(jù)接收到的第一駐波系數(shù)生成第一匹配控制參數(shù)，并將第一匹配控制參數(shù)發(fā)送至第一匹配控制器，第一匹配控制器接收第一匹配控制參數(shù)，并依據(jù)第一匹配控制參數(shù)對(duì)第一諧振線圈端口阻抗等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以使從交流電源到第一諧振線圈看過(guò)去的阻抗與從第一諧振線圈到交流電源看過(guò)來(lái)的阻抗匹配，使得電能的傳輸效率盡量高。同理，系統(tǒng)控制器根據(jù)接收到的第二駐波系數(shù)，進(jìn)而控制第二阻抗調(diào)整裝置對(duì)第二諧振線圈端口阻抗的調(diào)整與第一匹配控制器的調(diào)整類(lèi)似，這里將不做贅述。通過(guò)系統(tǒng)控制器對(duì)第一匹配控制器和第二阻抗調(diào)整裝置反復(fù)若干次的控制，與第一匹配控制器和第二阻抗調(diào)整裝置對(duì)發(fā)射端和接收端諧振線圈端口阻抗的調(diào)整，使得發(fā)射端和接收端的諧振線圈均達(dá)到穩(wěn)定的電力傳輸狀態(tài)。正如上一個(gè)實(shí)施例所述的無(wú)線充電系統(tǒng)，當(dāng)?shù)谝粻顟B(tài)檢測(cè)裝置和第二狀態(tài)檢測(cè)裝置分別檢測(cè)到第一控制鏈路天線和第二控制鏈路天線生成的第一疊加信號(hào)和第二疊加信號(hào)時(shí)，根據(jù)相應(yīng)疊加信號(hào)計(jì)算第一駐波系數(shù)和第二駐波系數(shù)，再將第一駐波系數(shù)和第二駐波系數(shù)通過(guò)有線或者無(wú)線的通信方式發(fā)送至系統(tǒng)控制器，為了詳細(xì)描述第一狀態(tài)檢測(cè)裝置和第二狀態(tài)檢測(cè)裝置具體是如何計(jì)算第一駐波系數(shù)和第二駐波系數(shù)的，本實(shí)用新型另一實(shí)施例還公開(kāi)了一種無(wú)線充電系統(tǒng)，包括著除了圖4包括的第一諧振線圈101、第二諧振線圈102、第一控制鏈路天線103、系統(tǒng)控制起104、第一狀態(tài)檢測(cè)裝置105、第二匹配控制器106、第二控制鏈路天線107、第二狀態(tài)檢測(cè)裝置108的整體系統(tǒng)。其中，第一狀態(tài)檢測(cè)裝置105具體包括以下結(jié)構(gòu)，如圖4 (I)所示:檢測(cè)第一疊加信號(hào)的第一無(wú)線鏈路匹配電路1051。與第一無(wú)線鏈路匹配電路1051并聯(lián)的第一電阻1052。與第一電阻1052并聯(lián)、米集第一電阻兩端的第一電壓米樣值的第一 A/D米樣器1053。與第一 A/D米樣器1053相連、存儲(chǔ)并發(fā)送第一電壓米樣值的第一存儲(chǔ)器1054。與第一存儲(chǔ)器1054相連、接收第一電壓采樣值，并將第一電壓采樣值轉(zhuǎn)換為第一駐波系數(shù)，發(fā)送第一駐波系數(shù)至系統(tǒng)控制器104的第一 DSP處理器1055。第二狀態(tài)檢測(cè)裝置108具體包括以下結(jié)構(gòu)，如圖4(2)所示:檢測(cè)第二疊加信號(hào)的第二無(wú)線鏈路匹配電路1081。與第二無(wú)線鏈路匹配電路1081并聯(lián)的第二電阻1082。與第二電阻1082并聯(lián)、采集第二電阻兩端的第二電壓采樣值的第二 A/D采樣器1083。[0092]與第二 A/D采樣器1083相連、存儲(chǔ)并發(fā)送第二電壓采樣值的第二存儲(chǔ)器1084。與第二存儲(chǔ)器1084相連、接收第二電壓采樣值，并將第二電壓采樣值轉(zhuǎn)換為第二駐波系數(shù)，發(fā)送第二駐波系數(shù)至系統(tǒng)控制器104的第二 DSP處理器1085。在上述實(shí)施例公開(kāi)的無(wú)線充電系統(tǒng)中，第一狀態(tài)檢測(cè)裝置的第一無(wú)線鏈路匹配電路檢測(cè)到第一疊加信號(hào)，并聯(lián)在第一電阻兩端的第一 A/D米樣器米集第一電阻兩端的第一電壓米樣值，并由第一存儲(chǔ)器存儲(chǔ)并發(fā)送第一電壓米樣值，第一 DSP處理器接收第一電壓采樣值，根據(jù)內(nèi)部編程實(shí)現(xiàn)電壓采樣值到第一駐波系數(shù)的轉(zhuǎn)換，并由第一 DSP處理器發(fā)送至系統(tǒng)控制器。相同的，第二狀態(tài)檢測(cè)裝置的第二無(wú)線鏈路匹配電路檢測(cè)到第二疊加信號(hào)，并聯(lián)在第二電阻兩端的第二 A/D采樣器采集第二電阻兩端的第二電壓采樣值，并由第二存儲(chǔ)器存儲(chǔ)并發(fā)送第二電壓采樣值，第二 DSP處理器接收第二電壓采樣值，根據(jù)內(nèi)部編程實(shí)現(xiàn)電壓采樣值到第二駐波系數(shù)的轉(zhuǎn)換，并由第二 DSP處理器發(fā)送至第二鏈路控制天線，第二鏈路控制天線再將第二駐波系數(shù)以無(wú)線加有線的方式轉(zhuǎn)發(fā)至系統(tǒng)控制器。當(dāng)檢測(cè)到異物存在的時(shí)候，這時(shí)需要將交流電源的開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，以保證充電系統(tǒng)的安全。為此，本實(shí)用新型另一實(shí)施例還公開(kāi)了一種無(wú)線充電系統(tǒng)，如圖5所示，除了包括:與交流電源相連、位于發(fā)射端的第一諧振線圈101。與第一諧振線圈101保持預(yù)設(shè)距離、與負(fù)載設(shè)備相連、位于接收端的第二諧振線圈 102。位于第一諧振線圈101中心處、饋點(diǎn)處接收并發(fā)射第一輸入信號(hào)，生成第一反射信號(hào)，將第一輸入信號(hào)與第一反射信號(hào)疊加形成第一疊加信號(hào)的第一控制鏈路天線103。連接于交流電源和第一控制鏈路天線103之間、發(fā)送第一輸入信號(hào)至第一控制鏈路天線103饋點(diǎn)處，并接收第一駐波系數(shù)的系統(tǒng)控制器104。分別與系統(tǒng)控制器104和第一控制鏈路天線103相連、檢測(cè)第一疊加信號(hào)，根據(jù)第一疊加信號(hào)計(jì)算第一駐波系數(shù)，并發(fā)送第一駐波系數(shù)至系統(tǒng)控制器104的第一狀態(tài)檢測(cè)裝置 105。連接于第二諧振線圈102與負(fù)載設(shè)備之間、發(fā)送第二輸入信號(hào)的第二匹配控制器106。位于第二諧振線圈102中心處、與第二匹配控制器106相連，饋點(diǎn)處接收并發(fā)射第二輸入信號(hào)，生成第二反射信號(hào)，將第二輸入信號(hào)與第二反射信號(hào)疊加形成第二疊加信號(hào)的第二控制鏈路天線107。與第二控制鏈路天線107和第二匹配控制器106相連，檢測(cè)所述形成的第二疊加信號(hào)，計(jì)算第二駐波系數(shù)，并通過(guò)第二控制鏈路天線107轉(zhuǎn)發(fā)第二駐波系數(shù)至系統(tǒng)控制器的第二狀態(tài)檢測(cè)裝置108。其中，系統(tǒng)控制器104還包括:根據(jù)第一駐波系數(shù)和第二駐波系數(shù)發(fā)送斷電指令至交流電源的處理芯片1041。在上述實(shí)施例公開(kāi)的無(wú)線充電系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)控制器根據(jù)接收到的第一駐波系數(shù)和第二駐波系數(shù)判斷無(wú)線充電系統(tǒng)中確實(shí)有異物進(jìn)入，則處理芯片1041發(fā)送斷電指令至交流電源的可控開(kāi)關(guān)，可控開(kāi)關(guān)接收斷電指令并斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)線充電系統(tǒng)的安全防護(hù)。[0108]本說(shuō)明書(shū)中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見(jiàn)即可。對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本實(shí)用新型。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實(shí)用新型的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本實(shí)用新型將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求1.一種無(wú)線充電系統(tǒng)，其特征在于，包括: 與交流電源相連、位于發(fā)射端的第一諧振線圈； 與所述第一諧振線圈保持預(yù)設(shè)距離、與負(fù)載設(shè)備相連、位于接收端的第二諧振線圈； 位于所述第一諧振線圈中心處、饋點(diǎn)處接收并發(fā)射第一輸入信號(hào)，生成第一反射信號(hào)，將所述第一輸入信號(hào)與第一反射信號(hào)疊加形成第一疊加信號(hào)的第一控制鏈路天線； 連接于所述交流電源和第一控制鏈路天線之間、發(fā)送所述第一輸入信號(hào)至第一控制鏈路天線饋點(diǎn)處，并接收第一駐波系數(shù)的系統(tǒng)控制器； 分別與所述系統(tǒng)控制器和第一控制鏈路天線相連、檢測(cè)所述第一疊加信號(hào)，根據(jù)所述第一疊加信號(hào)計(jì)算所述第一駐波系數(shù)，并發(fā)送所述第一駐波系數(shù)至所述系統(tǒng)控制器的第一狀態(tài)檢測(cè)裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線充電系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 連接于所述第二諧振線圈與負(fù)載設(shè)備之間、發(fā)送第二輸入信號(hào)的第二匹配控制器；位于所述第二諧振線圈中心處、與所述第二匹配控制器相連，饋點(diǎn)處接收并發(fā)射所述第二輸入信號(hào)，生成第二反射信號(hào)，將所述第二輸入信號(hào)與第二反射信號(hào)疊加形成第二疊加信號(hào)的第二控制鏈路天線； 與所述第二控制鏈路天線和第二匹配控制器相連，檢測(cè)所述疊加形成的第二疊加信號(hào)，計(jì)算第二駐波系數(shù)，并通過(guò)所述第二控制鏈路天線轉(zhuǎn)發(fā)所述第二駐波系數(shù)至所述系統(tǒng)控制器的第二狀態(tài)檢測(cè)裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無(wú)線充電系統(tǒng)，其特征在于，所述第二匹配控制器還包括: 接收所述系統(tǒng)控制 器發(fā)送的、根據(jù)所述第二駐波系數(shù)生成的第二匹配控制參數(shù)，依據(jù)所述第二匹配控制參數(shù)調(diào)整所述第二諧振線圈端口阻抗的第二阻抗調(diào)整裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線充電系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 接收所述系統(tǒng)控制器發(fā)送的、根據(jù)所述第一駐波系數(shù)生成的第一匹配控制參數(shù)，依據(jù)所述第一匹配控制參數(shù)調(diào)整所述第一諧振線圈端口阻抗的第一匹配控制器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線充電系統(tǒng)，其特征在于，所述第一狀態(tài)檢測(cè)裝置包括: 檢測(cè)所述第一疊加信號(hào)的第一無(wú)線鏈路匹配電路； 與所述第一無(wú)線鏈路匹配電路并聯(lián)的第一電阻； 與所述第一電阻并聯(lián)、采集所述第一電阻兩端的第一電壓采樣值的第一 A/D采樣器； 與所述第一 A/D采樣器相連、存儲(chǔ)并發(fā)送所述第一電壓采樣值的第一存儲(chǔ)器； 與所述第一存儲(chǔ)器相連、接收所述第一電壓采樣值，并將所述第一電壓采樣值轉(zhuǎn)換為第一駐波系數(shù)，發(fā)送所述第一駐波系數(shù)至所述系統(tǒng)控制器的第一 DSP處理器。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無(wú)線充電裝置，其特征在于，所述第二狀態(tài)檢測(cè)裝置包括: 檢測(cè)所述第二疊加信號(hào)的第二無(wú)線鏈路匹配電路； 與所述第二無(wú)線鏈路匹配電路并聯(lián)的第二電阻； 與所述第二電阻并聯(lián)、采集所述第二電阻兩端的第二電壓采樣值的第二 A/D采樣器； 與所述第二 A/D采樣器相連、存儲(chǔ)并發(fā)送所述第二電壓采樣值的第二存儲(chǔ)器； 與所述第二存儲(chǔ)器相連、接收所述第二電壓采樣值，并將所述第二電壓采樣值轉(zhuǎn)換為第二駐波系數(shù)，發(fā)送所述第二駐波系數(shù)至所述系統(tǒng)控制器的第二 DSP處理器。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無(wú)線充電系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)控制器還包括:根據(jù)所述第一駐波系數(shù)和 第二駐波系數(shù)發(fā)送斷電指令至交流電源的處理芯片。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種無(wú)線充電系統(tǒng)，包括第一諧振線圈，第二諧振線圈，位于所述第一諧振線圈中心處、饋點(diǎn)處接收并發(fā)射第一輸入信號(hào)，生成第一反射信號(hào)，將所述第一輸入信號(hào)與第一反射信號(hào)疊加形成第一疊加信號(hào)的第一控制鏈路天線，連接于所述交流電源和第一控制鏈路天線之間、發(fā)送所述第一輸入信號(hào)至第一控制鏈路天線饋點(diǎn)處，并接收第一駐波系數(shù)的系統(tǒng)控制器，分別與所述系統(tǒng)控制器和第一控制鏈路天線相連、檢測(cè)所述第一疊加信號(hào)，根據(jù)所述第一疊加信號(hào)計(jì)算所述第一駐波系數(shù)，并發(fā)送所述第一駐波系數(shù)至所述系統(tǒng)控制器的第一狀態(tài)檢測(cè)裝置。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在高功率無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)中以異物檢測(cè)為核心的安全防護(hù)。
文檔編號(hào)H02J17/00GK203039384SQ201220684649
公開(kāi)日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月12日
發(fā)明者劉永相, 侯興哲, 周全, 李林霞, 鄭可, 歐習(xí)洋, 孫洪亮, 馮凌, 楊澤偉 申請(qǐng)人:重慶市電力公司電力科學(xué)研究院, 國(guó)家電網(wǎng)公司