一种无线电力传输电机及电机驱动方法与流程

本发明属于电机领域，具体地涉及一种无线电力传输电机及电机驱动方法。

背景技术：

越来越多的便携类设备、家用电器在商业和家庭中发挥重要作用，智能化、便携化已成为该类设备的发展趋势。由于传统电机采用电线连接进行供电，其纷繁复杂的排线不仅使用不便，破坏美感且存在较多安全隐患。

因此，有必要提供一种可以通过无线耦合传输电能的无线电力传输电机及电机驱动方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种可以通过无线耦合传输电能的无线电力传输电机及电机驱动方法。

本发明的技术方案如下：一种无线电力传输电机包括用于发射无线电波传输电能的电能发射单元、用于无线接收所述电能发射单元发射的无线电波的电能接收单元和被所述电能接收单元驱动的直流电机；所述电能发射单元包括依次电连接的信号发生回路和电能发射回路，所述电能发射回路包括依次串联电连接的半桥逆变电路、第一电容器和发射线圈，所述第一电容器和所述发射线圈构成具有第一振荡频率的第一LC谐振电路；所述电能接收单元包括依次串联电连接并构成电能接收回路的接收线圈、第二电容器和全桥整流电路，所述第二电容器和所述接收线圈构成具有第二振荡频率的第二LC谐振电路，所述第一LC谐振电路的第一振荡频率和所述第二谐振电路的第二振荡频率相同，且所述接收线圈与所述发射线圈之间共振耦合设置；所述全桥整流电路与所述直流电机串联电连接设置并构成电机驱动回路。

优选地，所述信号发生回路包括依次串联电连接并构成信号发生回路的信号发生器、信号放大转换电路、死区时间电路、光电隔离电路和半桥逆变电路，所述信号发生回路和所述电能发射回路通过所述半桥逆变电路电连接设置。

优选地，所述电能发射单元还包括用于将交流电转换为直流电的第一直流电源和与所述第一直流电源电连接的多个第二直流电源，所述信号发生器、所述信号放大转换电路、所述死区时间电路、所述光电隔离电路和所述半桥逆变电路均电连接一个所述第二直流电源。

优选地，所述第一直流电源是将220V交流电转换为24V直流电的AC/DC电源模块，所述第二直流电源是将24V直流电转换为15V直流电的DC/DC电源模块。

优选地，所述信号放大转换电路包括依次电连接的运算放大器和反相器，所述运算放大器与所述信号发生器电连接，所述反相器与所述死区时间电路电连接。

优选地，在所述电能发射单元的电能发射回路中串接设置有用于调节发射电路电流大小的可变电容。

优选地，在所述电机驱动回路中，在所述全桥整流电路和所述直流电机并联两个滤波电容。

一种无线电力传输电机的电机驱动方法包括如下步骤：

a、将方波信号进行处理，并将处理后的方波信号通过发射线圈以无线电波形式发射；

b、通过接收线圈接收所述发射线圈发射的无线电波，并将所述无线电波转化为驱动电机转动的直流电能。

优选地，在步骤a中，将可变电容与所述发射线圈串联设置，并通过调节所述可变电容的电容容量，调节所述发射线圈的电流，从而实时所述控制电机的转速。

本发明的有益效果在于：所述无线电力传输电机及电机驱动方法中，利用所述电能发射单元的第一LC谐振电路产生设定频率的交变电压，从而产生变化的磁场与后端接受线圈发生谐振耦合传输电能，最后经过整流滤波电路驱动电机转动。

而且，在发射线圈前串置可变电容，通过调节电容容量，调节发射电路电流大小，调整接受端的功率，从而实时控制电机的转速。。

附图说明

图1是本发明实施例提供的无线电力传输电机的结构框图；

图2是图1所示无线电力传输电机的系统工作示意图；

图3是图1所示无线电力传输电机中电能接收单元的电路示意图；

图4是本发明实施例提供的基于所述无线电力传输电机的电机驱动方法的结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

除非上下文另有特定清楚的描述，本发明中的元件和组件，数量既可以单个的形式存在，也可以多个的形式存在，本发明并不对此进行限定。本发明中的步骤虽然用标号进行了排列，但并不用于限定步骤的先后次序，除非明确说明了步骤的次序或者某步骤的执行需要其他步骤作为基础，否则步骤的相对次序是可以调整的。可以理解，本文中所使用的术语“和/或”涉及且涵盖相关联的所列项目中的一者或一者以上的任何和所有可能的组合。

请同时参阅图1、图2和图3，图1是本发明实施例提供的无线电力传输电机的结构框图；图2是图1所示无线电力传输电机的系统工作示意图；图3是图1所示无线电力传输电机中电能接收单元的电路示意图。本发明实施例提供的无线电力传输电机100采用无线电能传输中磁耦合谐振式的基本原理，以谐振回路中的电感线圈为媒介进行电能的转换与传输，并且通过信号交变电压而产生变化的磁场，在接收线圈上产生感应电动势，经整流滤波实现对电机进行供电。

所述无线电力传输电机100包括用于发射无线电波传输电能的电能发射单元10、用于无线接收所述电能发射单元10发射的无线电波的电能接收单元20和被所述电能接收单元20驱动的直流电机30。其中，所述电能发射单元10和所述电能接收单元20电磁耦合连接设置，所述电能接受单元20与所述直流电机30电连接设置。

所述电能发射单元10包括依次电连接的信号发生回路11和电能发射回路12，以及用于将交流电转换为直流电的第一直流电源(图未示)和与所述第一直流电源电连接的多个第二直流电源(图未示)。优选地，所述第一直流电源是将220V交流电转换为24V直流电的AC/DC电源模块，所述第二直流电源是将24V直流电转换为15V直流电的DC/DC电源模块。

所述信号发生回路11包括依次串联电连接并构成信号发生回路的信号发生器111、信号放大转换电路112、死区时间电路113、光电隔离电路114和半桥逆变电路115。在本实施例中，所述信号发生器111是输出方波信号的MAX038信号发生器，所述光电隔离电路114是输入输出同相的双路高速光电耦合器。

而且，所述信号放大转换电路112包括依次电连接的运算放大器116和反相器117，所述运算放大器116与所述信号发生器111电连接，所述反相器117与所述死区时间电路113电连接。可选择地，所述死区时间电路113可以是由多个与非门构成的死区时间电路。

为了实现对所述信号发生回路11中各电子元件的供电，在所述电能发射单元10内，所述信号发生器111、所述信号放大转换电路112、所述死区时间电路113、所述光电隔离电路114和所述半桥逆变电路115均电连接一个所述第二直流电源。

所述电能发射回路12包括依次串联电连接的半桥逆变电路115、第一电容器122和发射线圈123，所述第一电容器122和所述发射线圈123构成具有第一振荡频率的第一LC谐振电路。可选择地，在所述电能发射单元10的电能发射回路12中还可以串接设置有用于调节发射电路电流大小的可变电容124。

在所述电能发射单元10内，所述信号发生回路11和所述电能发射回路12通过所述半桥逆变电路115电连接设置。

所述电能接收单元20包括依次串联电连接并构成电能接收回路的接收线圈21、第二电容器22和全桥整流电路23，所述第二电容器22和所述接收线圈23构成具有第二振荡频率的第二LC谐振电路。优选地，所述全桥整流电路23是由反向恢复时间极短的SiC二极管构成。

在所述电能发射单元10和所述电能接收单元20之间，所述第一LC谐振电路的第一振荡频率和所述第二谐振电路的第二振荡频率相同，且所述接收线圈123与所述发射线圈21之间共振耦合设置。当所述第一LC谐振电路和所述第二LC谐振电路工作时，所述第二LC谐振电路相对于所述第一LC谐振电路产生谐振电流，从而实现接收电磁波并转换为电能的作用。

优选地，所述第一振荡频率和所述第二震荡频率均为900KHz。可选择地，所述接收线圈的半径可以为9.4cm，电感量可以为24uH。

在本实施例中，所述直流电机30与所述全桥整流电路23串联电连接设置并构成电机驱动回路。并且，在所述电机驱动回路中，在所述全桥整流电路23和所述直流电机30并联两个滤波电容31，用于实现简单的滤波作用。

请参阅图4，是本发明实施例提供的基于所述无线电力传输电机100的电机驱动方法200的结构框图。所述电机驱动方法200包括如下步骤：

S1、将方波信号进行处理，并将处理后的方波信号通过发射线圈以无线电波形式发射；

S2、通过接收线圈接收所述发射线圈发射的无线电波，并将所述无线电波转化为驱动电机转动的直流电能。

而且，在所述步骤S1中，将可变电容与所述发射线圈串联设置，并通过调节所述可变电容的电容容量，调节所述发射线圈的电流，从而实时所述控制电机的转速。

相较于现有技术，本发明提供的无线电力传输电机100及电机驱动方法200中，利用所述电能发射单元10的第一LC谐振电路产生设定频率的交变电压，从而产生变化的磁场与后端接受线圈发生谐振耦合传输电能，最后经过整流滤波电路驱动电机转动。

而且，在发射线圈前串置可变电容，通过调节电容容量，调节发射电路电流大小，调整接受端的功率，从而实时控制电机的转速。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。