一種無線磁耦合諧振式供電的熱水壺的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種無線磁耦合諧振式供電的熱水壺，主要包括：對220V交流電進(jìn)行頻率跟蹤的自適應(yīng)控制系統(tǒng)、電能的磁發(fā)射與接收系統(tǒng)、供給熱水壺加熱的整流調(diào)壓系統(tǒng)等部分。該系統(tǒng)屬于高頻電磁理論工程應(yīng)用前沿領(lǐng)域，解決了電能無線傳輸魯棒性控制的問題。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)熱水壺拖帶電線不便且危險的問題，又在一定程度上解決了無線電能傳輸裝置功率、效率易受干擾而顯著降低的難點，在外接傳感裝置時，可實現(xiàn)在5m范圍內(nèi)對熱水壺的供電加熱和自動關(guān)斷。智能便捷，低碳環(huán)保，可以被普通民眾，特別是居家生活廣泛使用。
【專利說明】一種無線磁耦合諧振式供電的熱水壺
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無線磁耦合諧振式供電的熱水壺。特別是涉及一種具有高魯棒性、智能便捷、低碳環(huán)保的無線磁稱合諧振式供電熱水壺。
【背景技術(shù)】
[0002]自從1840年發(fā)現(xiàn)利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象及導(dǎo)線可以傳輸電能至今，電能的傳輸主要是由導(dǎo)線直接接觸進(jìn)行傳輸?shù)?。電工設(shè)備的充電一般是通過插頭和插座來進(jìn)行，但是在進(jìn)行大功率充電時，這種充電方式存在高壓觸電的危險。且由于存在摩擦和磨損，系統(tǒng)的安全性、可靠性及使用壽命較低，特別是在化工、采礦等一些易燃、易爆領(lǐng)域，極易引發(fā)大的事故。新型無接觸電能傳輸系統(tǒng)采用電磁感應(yīng)原理、電力電子技術(shù)以及控制理論相結(jié)合，實現(xiàn)了電能的無線傳輸，完全克服了以上限制。
[0003]根據(jù)電能傳輸原理，無線電能傳輸大致上可以分為三類:第一類是變壓器原理的直接耦合式，這種方式功率雖然較大，但是僅適于近距離；第二類電波無線能量傳輸技術(shù)，直接利用電磁波能量可以通過天線發(fā)射和接收的原理，這種方式雖然實現(xiàn)了長距離和大功率能量的傳輸，但是能量傳輸受方向限制，也不能繞過障礙物，并且損耗較大，對人體和其它生物都有嚴(yán)重傷害；第三類是非輻射耦合諧振方式，該技術(shù)可以在有障礙物的情況下傳輸，傳輸距離也比較遠(yuǎn)，傳輸功率也較大，而且對人體沒有傷害。
[0004]綜上所述，第三種電能傳輸方式有著很大的開發(fā)潛力，它的出現(xiàn)進(jìn)一步擴(kuò)大了無線電能傳輸技術(shù)的應(yīng)用目標(biāo)和領(lǐng)域。毫無疑問，這種傳能模式必將成為無線電能傳輸一個新的發(fā)展方向。目前磁耦合諧振式電能傳輸技術(shù)的研究尚處于起步階段，主要集中在系統(tǒng)性能的提高和特殊場合應(yīng)用研究。
[0005]在無線電能傳輸過程中，受到外界障礙物(如導(dǎo)磁性物體等)、接收端負(fù)載和電路工作溫度變化、傳輸距離發(fā)生變化或角度發(fā)生偏移等各方面的影響很容易使諧振頻率發(fā)生變化，即失調(diào)，失調(diào)發(fā)生時效率會大幅下降。因此提高無線電能傳輸系統(tǒng)共振頻率的魯棒性是該技術(shù)進(jìn)一步推廣的關(guān)鍵。
[0006]本發(fā)明旨在克服了傳統(tǒng)上導(dǎo)線對電能傳輸?shù)氖`性，設(shè)計了一種具有高魯棒性、智能便捷、低碳環(huán)保的無線磁稱合諧振式供電熱水壺。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提出了一種無線磁耦合諧振式供電的熱水壺，該熱水壺的設(shè)計與使用具有高魯棒性、智能便捷、低碳環(huán)保的特點。
[0008]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種無線磁耦合諧振式供電的熱水壺，主要包括:對220V交流電進(jìn)行頻率跟蹤的自適應(yīng)控制系統(tǒng)，將高頻電能量轉(zhuǎn)變成磁能量的磁發(fā)射系統(tǒng)，接收磁能量并將其轉(zhuǎn)變成電能量的磁接收系統(tǒng)，將接收到的電能先整流而后調(diào)壓供給熱水壺加熱的整流調(diào)壓系統(tǒng)部分。在外接傳感裝置時，可實現(xiàn)在5m范圍內(nèi)對熱水壺的供電加熱和自動關(guān)斷。[0009]所述的頻率跟蹤自適應(yīng)控制系統(tǒng)是無線電能傳輸?shù)暮诵牟糠种?，包括無線通信電路、DSP核心控制電路和DDS電路。無線通信電路用于無線接收負(fù)載功率信號；DSP核心控制電路根據(jù)可根據(jù)接收到的攻放功率和負(fù)載功率計算出傳能效率，然后根據(jù)最佳功率和效率調(diào)節(jié)DDS電路使其產(chǎn)生所需頻率的信號源。
[0010]所述的電能磁發(fā)射系統(tǒng)由單匝激發(fā)線圈和多匝耦合線圈組成。包括兩個M0SFET，它們可以交替導(dǎo)通，產(chǎn)生交流電流，輸出到后面的LC諧振電路，Cl為諧振電容，LI為諧振電感，它們并聯(lián)諧振以提高發(fā)射頻率，從而將電能以高頻電磁波的形式通過直接與多匝耦合線圈進(jìn)行耦合，使其產(chǎn)生更大強(qiáng)度的磁場發(fā)射到接收端；電能磁接收系統(tǒng)由電容C2和電感L2構(gòu)成新的并聯(lián)諧振電路，與發(fā)射裝置阻抗匹配時，可實現(xiàn)電能的最大化無線傳輸。
[0011]所述的磁接收系統(tǒng)由多匝耦合線圈和負(fù)載線圈組成，接收線圈的多匝耦合線圈與發(fā)射線圈的多匝耦合線圈具有相同的諧振頻率，通過諧振強(qiáng)耦合方式實現(xiàn)電磁能量的相互轉(zhuǎn)換。負(fù)載線圈是一個單匝線圈，該線圈與接收線圈的多匝耦合線圈是通過直接耦合方式取能。
[0012]所述的整流調(diào)壓系統(tǒng)由整流和調(diào)壓兩部分，整流部分利用肖特基二極管組成的橋式電路將交流電能變成直流，同時加一濾波電路濾除高次諧波；調(diào)壓部分由DC/DC電路組成將電壓進(jìn)行調(diào)整達(dá)到熱水壺加熱所需電壓。
[0013]本發(fā)明的一種無線磁耦合諧振式供電的熱水壺，該熱水壺的設(shè)計與使用具有高魯棒性、智能便捷、低碳環(huán)保的特點。在外接傳感裝置時，可實現(xiàn)在5m范圍內(nèi)對熱水壺的供電加熱和自動關(guān)斷。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明實現(xiàn)熱水壺?zé)o線供電的整體設(shè)計框圖；
[0015]圖2是本發(fā)明頻率跟蹤自適應(yīng)控制系統(tǒng)框圖；
[0016]圖3是本發(fā)明發(fā)射線圈裝置的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0017]本發(fā)明提供一種具有高魯棒性、智能便捷、低碳環(huán)保的無線磁耦合諧振式供電的熱水壺。下面結(jié)合實例和附圖對本發(fā)明的一種無線磁耦合諧振式供電的熱水壺作出詳細(xì)說明。
[0018]如圖1所示，本發(fā)明的一種無線磁耦合諧振式供電的熱水壺，包括有對220V交流電進(jìn)行頻率跟蹤的自適應(yīng)控制系統(tǒng)，可接收功放功率和負(fù)載功率并計算系統(tǒng)效率，然后根據(jù)功率和效率判斷信號源的輸出頻率。電能磁發(fā)射系統(tǒng)將高頻電能量轉(zhuǎn)變成磁能量，電能磁接收系統(tǒng)接收磁能量并將其轉(zhuǎn)變成電能量，整流調(diào)壓系統(tǒng)將磁接收系統(tǒng)接收到的電能先整流而后調(diào)壓供給熱水壺進(jìn)行加熱。
[0019]如圖2所示，所述的頻率跟蹤自適應(yīng)控制系統(tǒng)是無線電能傳輸?shù)暮诵牟糠种?，包括無線通信電路、DSP核心控制電路和DDS電路。無線通信電路與DSP核心控制電路相連，用于無線接收負(fù)載功率信號送至DSP核心控制電路；DSP核心控制電路的輸出與DSP核心控制電路相連，可根據(jù)接收到的攻放功率和負(fù)載功率計算出傳能效率，然后根據(jù)最佳功率和效率調(diào)節(jié)DDS電路使其產(chǎn)生所需頻率的信號源。[0020]如圖3所示，所述的電能磁發(fā)射系統(tǒng)由單匝激發(fā)線圈和多匝耦合線圈組成。包括兩個M0SFET，它們可以交替導(dǎo)通，產(chǎn)生交流電流，輸出到后面的LC諧振電路，Cl為諧振電容，LI為諧振電感，它們并聯(lián)諧振以提高發(fā)射頻率，從而將電能以高頻電磁波的形式通過直接與多匝耦合線圈進(jìn)行耦合，使其產(chǎn)生更大強(qiáng)度的磁場發(fā)射到接收端；電能磁接收系統(tǒng)由電容C2和電感L2構(gòu)成新的并聯(lián)諧振電路，與發(fā)射裝置阻抗匹配時，可實現(xiàn)電能的最大化無線傳輸。
[0021]以上示意性的對本發(fā)明及其實施方式進(jìn)行了描述，該描述沒有局限性，附圖中所示的也只是本發(fā)明的實施方式之一。所以如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，采用其它形式的同類部件或其它形式的各部件布局方式，不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計出與該技術(shù)方案相似的技術(shù)方案與實施例，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種無線磁耦合諧振式供電的熱水壺，其特征在于，還設(shè)置有:對220V交流電進(jìn)行頻率跟蹤的自適應(yīng)控制系統(tǒng)，將高頻電能量轉(zhuǎn)變成磁能量的磁發(fā)射系統(tǒng)，接收磁能量并將其轉(zhuǎn)變成電能量的磁接收系統(tǒng)，將接收到的電能先整流而后調(diào)壓供給熱水壺加熱的整流調(diào)壓系統(tǒng)部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線磁耦合諧振式供電的熱水壺，其特征還在于，所述的電能磁發(fā)射系統(tǒng)包括兩個MOSFET，它們可以交替導(dǎo)通，產(chǎn)生交流電流，輸出到后面的LC諧振電路，Cl為諧振電容，LI為諧振電感，它們并聯(lián)諧振以提高發(fā)射頻率，從而將電能以高頻電磁波的形式發(fā)送到接收端；電能磁接收系統(tǒng)由電容C2和電感L2構(gòu)成新的并聯(lián)諧振電路，與發(fā)射裝置阻抗匹配時，可實現(xiàn)電能的最大化無線傳輸。
【文檔編號】H02J17/00GK103618390SQ201310692625
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月12日
【發(fā)明者】李勁松, 李陽, 楊慶新, 張獻(xiàn), 金亮 申請人:天津工業(yè)大學(xué)