一种使用矩阵变换器的充电系统的制作方法

1.本实用新型涉及无线输电技术领域，尤其涉及一种使用矩阵变换器的充电系统。


背景技术：

2.现有一级变换器，电路相对简单且器件数量少，但是由于电路本身的限制，很难实现较高的转换效率和较高的调节能力以及在宽输入电压范围内的软开关能力，不利于高效输电。多级变换器能够满足部分一级变换器不能实现的性能需求。然而，传统的多级变换器，全部输入功率加载在pwm变换器上，串联的连接关系导致了更高的功率损耗，同时使成本增加。
3.现有技术中cn111262446a公开了一种多通道dc-dc变换器，通过采用多个变换器共享输入电源的输入功率，多个初级绕组共享同一次级绕组的输出方式，提高了变换器的效率，解决了传统dc-dc变换器效率低的技术问题。然而该技术方案的电路相对复杂且所需器件多，不利于降低成本。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在至少在一定程度上解决现有相关技术中存在的问题之一，为此，本实用新型提出一种使用矩阵变换器的充电系统，结构简单，成本低，同时达到了高效输电的目的。
5.根据上述提供的一种使用矩阵变换器的充电系统，其通过如下技术方案来实现：
6.一种使用矩阵变换器的充电系统，包括：供电装置，包括第一发射线圈、第二发射线圈、开关组和供电控制单元，所述第一发射线圈与所述第二发射线圈间隔布置，所述供电控制单元通过所述开关组连接所述第一发射线圈或所述第二发射线圈；受电装置，包括接收线圈、功率检测器和受电控制单元，所述受电控制单元通过所述功率检测器连接所述接收线圈，所述受电控制单元用于通过所述功率检测器获取所述接收线圈的接收功率；无线通信模块，所述供电控制单元通过所述无线通信模块与所述受电控制单元通信连接。
7.在一些实施方式中，所述受电装置还包括第二电机和第二转动机构，所述第二电机的输出端通过所述第二转动机构连接所述接收线圈，用于驱动所述接收线圈转动，所述受电控制单元连接所述第二电机。
8.在一些实施方式中，所述供电装置还包括第一电机和第一转动机构，所述第一电机的输出端通过所述第一转动机构连接所述第一发射线圈或所述第二发射线圈，用于驱动所述第一发射线圈或所述第二发射线圈转动，所述供电控制单元连接所述第一电机。
9.在一些实施方式中，所述供电装置还包括作为电源的矩阵变换器，在所述开关组的两端接入电源，所述电源通过所述开关组连接所述第一发射线圈或所述第二发射线圈。
10.在一些实施方式中，所述开关组包括第一开关k1和第二开关k2，所述电源通过所述第一开关k1连接所述第一发射线圈，并且所述电源通过所述第二开关k2连接所述第二发射线圈。
11.在一些实施方式中，所述供电装置还包括电容器c1和电容器c2，所述电容器c1与所述开关组并联，所述电容器c2串联在所述电容器c1与所述电源之间。
12.在一些实施方式中，在所述电源与所述电容器c2之间连接有ac/dc模块，所述ac/dc模块用于将所述电源的输出变换为直流电。
13.在一些实施方式中，在所述ac/dc模块与所述电容器c2之间依次串联有dc升压模块和dc/ac变换模块。
14.在一些实施方式中，所述受电装置还包括负载、电容器c3和电容器c4，在所述接收线圈的两端接入并联布置的所述电容器c3和所述负载，所述电容器c4串联所述电容器c3与所述负载之间。
15.与现有技术相比，本实用新型的至少包括以下有益效果：
16.本实用新型的充电系统，供电控制单元通过开关组连接第一发射线圈或第二发射线圈，受电控制单元通过功率检测器连接接收线圈，结构简单，成本低，在进行无需输电时，先控制第一发射线圈和第二发射线圈依次工作，以便于根据接收线圈的接收功率大小来确定目标线圈，再通过目标线圈向受电装置无线输电，这样，确保目标线圈与接收线圈正对的面积大，使得无线输电效率更高，提高充电效率，降少损耗。
附图说明
17.图1是本实用新型实施例1中充电系统的电路图；
18.图2是本实用新型实施例1中充电装置和无线通信模块的连接框图；
19.图3是本实用新型实施例1中受电装置和无线通信模块的连接框图；
20.图4是本实用新型实施例2中充电装置和无线通信模块的连接框图。
21.图中：1-供电装置，10-供电控制单元，111-第一发射线圈，112-第二发射线圈，12-开关组，131-第一电机，132-第一转动机构，14-电源，151-ac/dc模块，152-dc升压模块，153-dc/ac变换模块；2-受电装置，20-受电控制单元，21-接收线圈，22-功率检测器，231-第二电机，232-第二转动机构，24-负载；3-无线通信模块。
具体实施方式
22.以下实施例对本实用新型进行说明，但本实用新型并不受这些实施例所限制。对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，而不脱离本实用新型方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。
23.实施例1
24.参考图1-3，本实施例提供了一种使用矩阵变换器的充电系统，包括供电装置1、受电装置2和无线通信模块3，其中供电装置1包括第一发射线圈111、第二发射线圈112、开关组12和供电控制单元10，第一发射线圈111与第二发射线圈112间隔布置，供电控制单元10通过开关组12连接第一发射线圈111或第二发射线圈112，这样，通过控制开关组12连接第一发射线圈111或第二发射线圈112，实现控制第一发射线圈111或第二发射线圈112的工作状态。
25.受电装置2包括接收线圈21、功率检测器22和受电控制单元20，受电控制单元20通过功率检测器22连接接收线圈21，受电控制单元20用于通过功率检测器22获取接收线圈21
的接收功率。供电控制单元10通过无线通信模块3与受电控制单元20通信连接。
26.在进行无线输电时，先控制开关组12连接第一发射线圈111，并使第一发射线圈111按第一功率工作，同时通过功率检测器22获取接收线圈21在第一发射线圈111工作时所接收到的第一接收功率；再控制开关组12连接第二发射线圈112，并使第二发射线圈112按第一功率工作，同时通过功率检测器22获取接收线圈21在第二发射线圈112工作时所接收到的第二接收功率；获取第二接收功率和第一接收功率中的最大值，判断最大值是否在预设范围内，如是则以最大值所对应的第一发射线圈111或第二发射线圈112作为目标线圈，此时目标线圈与接收线圈21之间的距离最近；控制开关组12连接目标线圈，控制目标线圈按第二功率工作并向受电装置2无线输电，其中第二功率大于第一功率。
27.可见，通过先控制第一发射线圈111和第二发射线圈112依次工作，以便于根据接收线圈21的接收功率大小来确定目标线圈，再通过目标线圈向受电装置2无线输电，这样，确保目标线圈与接收线圈21正对的面积大，使得无线输电效率更高，提高充电效率，降少损耗。
28.参考图1-2，供电装置1还包括作为电源14的矩阵变换器，在开关组12的两端接入电源14，电源14通过开关组12连接第一发射线圈111或第二发射线圈112。在本实施例中，开关组12包括第一开关k1和第二开关k2，电源14通过第一开关k1连接第一发射线圈111，以便于通过第一开关k1的通断，控制电源14是否向第一发射线圈111进行通电，即是否控制第一发射线圈111工作。电源14通过第二开关k2连接第二发射线圈112，以便于通过第二开关k2的通断，控制电源14是否向第二发射线圈112进行通电，即是否控制第二发射线圈112工作。
29.参考图1，供电装置1还包括电容器c1和电容器c2，在电源14的两端分别接入电容器c1和开关组12，以使电容器c1与开关组12并联。电容器c2串联在电容器c1与电源14之间。由此，电源14经由串联电容器c2和并联电容器c1，通过开关组12件对第一发射线圈111或第二发射线圈112进行通电。
30.参考图2，供电装置1还包括ac/dc模块151，在电源14与电容器c2之间连接有ac/dc模块151，ac/dc模块151用于将电源14的输出变换为直流电。供电装置1还包括dc升压模块152和dc/ac变换模块153，在ac/dc模块151与电容器c2之间依次串联有dc升压模块152和dc/ac变换模块153,dc升压模块152用于将直流电升压至预设电压，再由dc/ac变换模块153变换为高频电压，随后经由串联电容器c2、并联电容器c1，通过开关组12件对第一发射线圈111或第二发射线圈112进行通电，这样，避免了受电装置2的充电电压不足，利于进一步提升无需输电效率。
31.本实施例中，功率检测器22包括用于检测接收线圈21的电压u的电压检测电路和用于检测接收线圈21的电流i的电流检测电路，其中，电压检测电路连接在接收线圈21与受电控制单元20的电压检测口之间，电流检测电路连接在接收线圈21与受电控制单元20的电流检测口之间。在第一发射线圈111或第二发射线圈112工作/发射信号时，若接收线圈21能接收到信号，受电控制单元20根据公式p＝ui，即可计算出接收线圈21实际所收到的接收功率。
32.参考图1，受电装置2还包括负载24、电容器c3和电容器c4，在接收线圈21的两端接入并联布置的电容器c3和负载24，电容器c4串联电容器c3与负载24之间。由此，接收线圈21经由并联电容器c3和串联电容器c4，对负载24进行充电。
33.参考图3，在本实施例中，受电装置2还包括第二电机231和第二转动机构232，第二电机231连接受电控制单元20，并且第二电机231的输出端通过第二转动机构232连接接收线圈21，用于驱动接收线圈21转动，这样，通过调整接收线圈21的位置，可以使接收线圈21与目标线圈偏置的面积更小，正对的面积更大，以确保无线输电时输电效率更高，进一步提高输电效率。
34.第二转动机构232可以包括齿轮，齿轮连接第二电机231的输出端，接收线圈21设置在齿轮上，并且接收线圈21能够随着齿轮的转动而转动，从而使得接收线圈21与目标线圈的相对位置发生变化。当然，第二转动机构232也可以包括传动组件和能够转动的转动支架，第二电机231的输出端通过传动组件连接转动支架，接收线圈21设置在转动支架上，并且接收线圈21能够随着转动支架的转动，从而使得接收线圈21与目标线圈的相对位置发生变化。
35.在判断最大值是否在预设范围内时，如果最大值不在预设范围内，则直接发出报警信号，或者先判断最大值与预设范围的差值是否小于设定差值，若差值大于或等于设定差值，再发出报警信号。若差值小于设定差值，则可以将最大值所对应的第一发射线圈111或第二发射线圈112作为目标线圈，随后通过第二转动机构232带动接收线圈21转动，以调整接收线圈21的位置，直至接收线圈21与目标线圈正对的面积更大。当接收线圈21与目标线圈正对的面积更大时，如果接收线圈21所接收到的接收功率在预设范围内，以该位置作为目标位置，控制目标线圈按第二功率工作，接收线圈21接收到变化磁场并转换为电场，开始为负载24充电；当接收线圈21与目标线圈正对的面积更大时，如果接收线圈21所接收到的接收功率不在预设范围内，发出报警信号。
36.在判断最大值是否在预设范围内时，如果最大值在预设范围内，则以最大值所对应的第一发射线圈111或第二发射线圈112作为目标线圈，随后，可以直接控制开关组12连接目标线圈，控制目标线圈按第二功率工作并向受电装置2无线输电。在控制目标线圈按第二功率工作并向受电装置2无线输电之前，可以先通过第二转动机构232带动接收线圈21转动，以调整接收线圈21的位置，直至接收线圈21与目标线圈正对的面积更大；再以该位置作为目标位置后，控制目标线圈按第二功率工作，接收线圈21接收到变化磁场并转换为电场，开始为受电装置2的负载24充电。可见，通过第二电机231和第二转动机构232配合，可实现调整接收线圈21的位置，以使接收线圈21与目标线圈偏置的面积更小，正对的面积更大，进一步提高输电效率。
37.实施例2
38.参考图4，本实施例与实施例1的不同点在于，供电装置1还包括第一电机131和第一转动机构132，第一电机131连接供电控制单元10，并且第一电机的输出端通过第一转动机构132连接第一发射线圈111或第二发射线圈112，用于驱动第一发射线圈111或第二发射线圈112转动，以使第一发射线圈111或第二发射线圈112与接收线圈21偏置的面积更小，正对的面积更大，利于进一步提高输电效率。
39.当供电装置1包括第一电机131和第一转动机构132时，受电装置2可以省去第二电机231和第二转动机构232。
40.以上所述的仅是本实用新型的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用
新型的保护范围。