本發明屬于電能傳輸領域，尤其涉及一種利用無線電傳輸的電能傳輸系統。

背景技術：

無線電能傳輸是一種通過空間電磁場耦合進行電能傳輸的技術，其主要優點是不需要插拔，使用簡單方便；不會產生電火花，可以在易燃易爆的工業環境中使用；可以在水中進行能量傳輸，可以應用到海洋裝備等水下應用中。無線電能傳輸系統的發射端和無線電能接收端通過磁場來傳遞能量,兩者之間不需要導線連接當接收端設備移走時,發射端應該馬上停止能量傳輸,進入休眠待機狀態,等待下一次接收端設備的到來。

目前，實現無線電能傳輸系統喚醒休眠多采用PING的方式，此方法通過在接收端設備移走后發射端設備采取間歇性發送信號的方式來檢測接收端設備是否到來，但在系統PING的過程中依然有能量的傳輸，導致系統的待機功耗較高。

另外，還有一種使用磁阻傳感器實現喚醒休眠的方法,該種方法通過磁阻傳感器感知接收端設備移走或進入的狀態，進而來實現系統的喚醒與休眠，減少了待機損耗。但是，該種方式在實際使用過程中發現，磁阻傳感器非常容易受到接收端線圈中產生的高頻交變電磁場的影響，從而使磁阻傳感器的輸出信號中既包含磁場感應物(如永磁體)的直流信號，也包括了高頻交變磁場產生的高頻交流信號，并且兩種信號耦合在一起。尤其是當接收端設備移走時，磁阻傳感器仍處于發射段線圈產生的高頻交變的電磁場中，導致GMR巨磁阻傳感器的輸出不再是正常的高低電平信號，從而導致發射端設備無法休眠。

技術實現要素：

為了解決上述問題，本發明提供了一種無線電能傳輸系統和無線電能傳輸控制方法，該發明能夠解決無線接收端移入或移出無線發射端時，無線電能傳輸系統的喚醒或休眠。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種無線電能傳輸系統，包括連接于電網的無線發射端，以及可接收無線發射端電能的無線接收端，無線發射端包括可傳輸無線電能的發射線圈，以及可接收通訊信號的通信接收模塊；無線接收端外連負載，包括可接收發射線圈中發射電能的接收線圈，以及可將接收線圈輸出電能轉化為通訊信號傳輸至通信接收模塊的通信發射模塊，無線發射端還包括發射端整流濾波電路，發射端整流濾波電路的輸出端連接有逆變電路，發射線圈連接逆變電路的輸出端，發射線圈內設有可感應發射線圈與接收線圈位置的磁阻傳感器，接收線圈內設置有磁場感應物；發射線圈上的磁阻傳感器與接收線圈的磁場感應物形成感應信號，從而傳感到接收線圈是否進入發射線圈的有效工作區域；磁阻傳感器連接有可濾除感應信號中高頻信號的低通濾波運放電路，低通濾波運放電路的輸出端連接有比較器電路，比較器電路用于將濾波后感應電平信號與預設參考電壓信號比較并輸出比較電平信號，比較器電路的輸出端連接發射端MCU，以將比較后的電平信號發送至發射端MCU；發射端MCU電連通信接收模塊的輸出端，以接收通信接收模塊中的通訊信號，發射端MCU電連逆變電路的控制端，以控制逆變電路中轉換的高頻交流電頻率；發射端MCU接收比較器電路發送的電平信號，根據該電平信號的高低判斷無線接收端是否在工作區域內，如在工作區域內，則發射端MCU控制無線電能傳輸系統進入喚醒狀態；如不在工作區域，則發射端MCU控制無線電能傳輸系統保持休眠狀態。

作為本發明的進一步優化，低通濾波運放電路包括連接于磁阻傳感器兩個輸出端的電阻R5、電阻R6，電阻R5的另一端連接有電容C1的第一端和運算放大器U1的同相輸入端，電容C1的第二端接地；電阻R6的另一端連接電容C2和運算放大器U2的同相輸入端，C2的第二端接地；運算放大器U1和運算放大器U2的反向輸入端分別與運算放大器U1以及運算放大器U2的輸出端相連接，運算放大器U1的輸出端同時連接電阻R7的第一端和運算放大器U3的同相輸入端，電阻R7的第二端接地，運算放大器U2的輸出端同時連接電阻R8的第一端和運算放大器U3的反向輸入端，電阻R8的第二端連接運算放大器U3的輸出端，電容C3的第一端連接運算放大器U3的輸出端，電容C3的第二端接地。

作為本發明的進一步優化，比較器電路包括連接于低通濾波運放電路輸出端的電阻R9，電阻R9的另一端連接比較器U4的同相輸入端，比較器U4的同相輸入端經過電阻R10連接到比較器U4的輸出端，比較器U4的反向輸入端連接有預設電壓輸入端，電阻R10的第一端連接比較器U4的同相輸入端，電阻R10的第二端連接比較器U4的輸出端，比較器U4的輸出端連接二極管D2的陽極，二極管D2的陰極連接電阻R11的第一端，電阻R11的第二端連接NPN型三極管Q1的基極，NPN型三極管Q1的發射極接地，集電極連接電阻R12與電阻R13的第一端，電阻R12的第二端外連電源，電阻R13的第二端輸出高低電平信號，并與發射端MCU連接。

作為本發明的進一步優化，無線接收端的接收線圈連接有整流濾波電路，整流濾波電路的輸出端連接接收端MCU，接收端MCU連接通信發射模塊，以將轉換后的數字信號傳輸至通信發射模塊形成通訊信號。

作為本發明的進一步優化，線接收端的整流濾波電路的輸出端連接有可輸出恒定電壓的穩壓電路，穩壓電路的輸出端連接負載。

作為本發明的進一步優化，磁阻傳感器設置于可避免電磁場干擾的發射線圈中心處。

一種無線電能傳輸控制方法，使用上述無線電能傳輸系統，包括以下步驟：

S1：啟動無線電能傳輸系統，無線電能傳輸系統的無線發射端處于待機狀體；

S2：發射端MCU檢測是否接收到喚醒信號，如是，則執行S3，如否，則返回執行S1；

S3：發射端喚醒并以預設工作頻率工作；

S4：接收端接收發射端的能量傳輸，并通過通信模塊反饋調整發射端的工作頻率；

S5：發射端MCU檢測是否接收到休眠信號，如是，則返回執行S1，如否，則返回執行S4。

作為本發明的進一步優化，還包括以下步驟：發射端MCU檢測是否接收到喚醒信號的步驟中，具體包括以下步驟：磁阻傳感器感應無線接收端是否進入無線發射端的有效工作區域并形成感應信號，并將該該感應信號發送至低通濾波運放電路中，低通濾波運放電路將該感應信號中的高頻交流信號濾除，并將該放大直流信號發送至比較器電路中，該放大直流信號與預設信號比較輸出比較電平信號，該比較電平信號傳輸至發射端MCU中，發射端MCU接收該比較電平信號，若該比較電平信號為預設喚醒信號，則輸出“是”命令；反之，則輸出“否”命令。

作為本發明的進一步優化，還包括以下步驟：發射端MCU檢測是否接收到休眠信號的步驟中，具體包括以下步驟：磁阻傳感器感應無線接收端是否進入無線發射端的有效工作區域并形成感應信號，并將該該感應信號發送至低通濾波運放電路中，低通濾波運放電路將該感應信號中的高頻交流信號濾除，并將該放大直流信號發送至比較器電路中，該放大直流信號與預設信號比較輸出比較電平信號，該比較電平信號傳輸至發射端MCU中，發射端MCU接收該比較電平信號，若該比較電平信號為預設休眠信號，則輸出“是”命令；反之，則輸出“否”命令。

與現有技術相比，本發明的優點和積極效果在于：

1、本發明的無線電能傳輸系統，其通過在發射線圈內設置磁阻傳感器，并通過在無線發射端設置可對磁阻傳感器發送的感應信號處理的低通濾波運放電路以及比較器電路，可以解決高頻交變電磁場對磁阻傳感器的干擾問題，當無線接收端移入或移出無線發射端時，無線電能傳輸系統能夠可靠地喚醒或休眠。

2、本發明的無線電能傳輸控制方法，當無線接收端不在工作區域中時，可使無線發射端處于待機休眠狀態，具有非常低的待機功耗，更加節能環保。

附圖說明

圖1為本發明無線電能傳輸系統的框圖示意圖；

圖2為圖1中部分電路連接圖；

圖3為本發明無線電能傳輸控制方法的流程圖。

具體實施方式

下面，通過示例性的實施方式對本發明進行具體描述。然而應當理解，在沒有進一步敘述的情況下，一個實施方式中的元件、結構和特征也可以有益地結合到其他實施方式中。

參見圖1，是本發明中無線電能傳輸系統的框圖。如圖1所示，本發明的無線電能傳輸系統，包括連接于電網的無線發射端，以及可接收無線發射端電能的無線接收端，無線發射端包括可傳輸無線電能的發射線圈，以及可接收通訊信號的通信接收模塊；無線接收端外連負載，包括可接收發射線圈中發射電能的接收線圈，以及可將接收線圈輸出電能轉化為通訊信號傳輸至通信接收模塊的通信發射模塊。通過上述發射線圈與接收線圈的設置，可實現無線電能的傳輸，該處的接收線圈通過磁場耦合拾取發射線圈的能量；而上述通信發射模塊與通信接收模塊的設置，實現了無線發送端與無線接收端之間的通訊傳輸，通訊傳輸的建立有利于無線發射端根據無線接收端負載的需求而適時改變。

進一步參見圖1，無線發射端還包括發射端整流濾波電路，發射端整流濾波電路的輸出端連接有逆變電路，發射線圈連接逆變電路的輸出端，發射線圈內設有可感應發射線圈與接收線圈位置的磁阻傳感器，接收線圈內設置有磁場感應物；發射線圈上的磁阻傳感器與接收線圈的磁場感應物形成感應信號，從而傳感到接收線圈是否進入發射線圈的有效工作區域；磁阻傳感器連接有可濾除感應信號中高頻信號的低通濾波運放電路，低通濾波運放電路的輸出端連接有比較器電路，比較器電路用于將濾波后感應電平信號與預設參考電壓信號比較并輸出比較電平信號，比較器電路的輸出端連接發射端MCU，以將比較后的電平信號發送至發射端MCU；發射端MCU電連通信接收模塊的輸出端，以接收通信接收模塊中的通訊信號，發射端MCU電連逆變電路的控制端，以控制逆變電路中轉換的高頻交流電頻率；發射端MCU接收比較器電路發送的電平信號，根據該電平信號的高低判斷無線接收端是否在工作區域內，如在工作區域內，則發射端MCU控制無線電能傳輸系統進入喚醒狀態；如不在工作區域，則發射端MCU控制無線電能傳輸系統保持休眠狀態。

上述具體的，發射端MCU包括可接收電平信號的采集模塊，判斷采集模塊中采集信號為高或低電平的判斷模塊，以及根據判斷模塊中形成的判斷信號做出控制指令的控制模塊，本發明中用于比較電路中的預設電流信號為實驗值，該實驗值為根據磁場感應物的大小和形狀，以及在允許的水平和垂直位移偏差范圍內感應信號的變化幅度來確定。在比較電路中，由低通濾波運放電路傳遞的直流信號大于預設電流信號，則輸出低電平，判斷模塊根據該低電平信號判定接收端進入至發射端的工作區域內，判斷模塊將該判斷信號發送至控制模塊，控制模塊控制逆變電路以工作頻率輸出；若在比較電路中，由低通濾波運放電路傳遞的直流信號小于預設電流信號，則輸出高電平，判斷模塊根據該高電平信號判定接收端移出發射端的工作區域，判斷模塊將該判斷信號發送至控制模塊，控制模塊控制逆變電路以待機頻率輸出。

參見圖2，圖2中顯示出低通濾波運放電路以及比較器電路的電路圖。具體的，低通濾波運放電路包括連接于磁阻傳感器兩個輸出端的電阻R5、電阻R6，電阻R5的另一端連接有電容C1的第一端和運算放大器U1的同相輸入端，電容C1的第二端接地；電阻R6的另一端連接電容C2和運算放大器U2的同相輸入端，C2的第二端接地；運算放大器U1和運算放大器U2的反向輸入端分別與運算放大器U1以及運算放大器U2的輸出端相連接，運算放大器U1的輸出端同時連接電阻R7的第一端和運算放大器U3的同相輸入端，電阻R7的第二端接地，運算放大器U2的輸出端同時連接電阻R8的第一端和運算放大器U3的反向輸入端，電阻R8的第二端連接運算放大器U3的輸出端，電容C3的第一端連接運算放大器U3的輸出端，電容C3的第二端接地。

繼續參見圖2，比較器電路包括連接于低通濾波運放電路輸出端的電阻R9，電阻R9的另一端連接比較器U4的同相輸入端，比較器U4的同相輸入端經過電阻R10連接到比較器U4的輸出端，比較器U4的反向輸入端連接有預設電壓輸入端，電阻R10的第一端連接比較器U4的同相輸入端，電阻R10的第二端連接比較器U4的輸出端，比較器U4的輸出端連接二極管D2的陽極，二極管D2的陰極連接電阻R11的第一端，電阻R11的第二端連接NPN型三極管Q1的基極，NPN型三極管Q1的發射極接地，集電極連接電阻R12與電阻R13的第一端，電阻R12的第二端外連電源，電阻R13的第二端輸出高低電平信號，并與發射端MCU連接。

需要說明的是，本發明中所述的工作區域是以發射線圈為中心，在適當的垂直工作距離和水平偏移條件下，并且保證系統效率及安全可靠工作的最大工作區域。

另外，上述的磁阻傳感器可為霍爾磁場傳感器、GMR巨磁阻傳感器、紅外傳感器等。另外，為了使磁阻傳感器的感應強度更好，接收線圈上放置的磁場感應物可為永磁體、鐵磁性金屬等。

同時，本發明中在無線發射端以及無線接收端均設置有電能轉換電路。具體說明：無線接收端的接收線圈連接有整流濾波電路，整流濾波電路的輸出端連接輸出電壓采樣電路，以采集整流濾波電路整流后的輸出電壓，輸出電壓采樣電路的輸出端連接接收端MCU，接收端MCU連接通信發射模塊，以將轉換后的數字信號傳輸至通信發射模塊形成通訊信號。

無線接收端外連負載，該負載可為充電負載或供電負載，一般在為負載供電時，都需要輸出穩定電壓，因此，無線接收端的整流濾波電路的輸出端連接有可輸出恒定電壓的穩壓電路，穩壓電路的輸出端連接負載。

優選的實施例，本發明中的發射線圈可在中間設置有通孔，該通孔處電磁場干擾較弱，接近式傳感器可設置于可避免電磁場干擾的發射線圈中心處。

參見圖3，是本發明中無線電能傳輸控制方法的流程圖。如圖3所示，本發明的無線電能傳輸控制方法，使用上述無線電能傳輸系統，包括以下步驟：

S1：啟動無線電能傳輸系統，無線電能傳輸系統的無線發射端處于待機狀體；

S2：發射端MCU檢測是否接收到喚醒信號，如是，則執行S3，如否，則返回執行S1；

S3：發射端喚醒并以預設工作頻率工作；

S4：接收端接收發射端的能量傳輸，并通過通信模塊反饋調整發射端的工作頻率；

S5：發射端MCU檢測是否接收到休眠信號，如是，則返回執行S1，如否，則返回執行S4。

另外，在發射端MCU檢測是否接收到喚醒信號的步驟中，具體包括以下步驟：磁阻傳感器感應無線接收端是否進入無線發射端的有效工作區域并形成感應信號，并將該該感應信號發送至低通濾波運放電路中，低通濾波運放電路將該感應信號中的高頻交流信號濾除，并將該放大直流信號發送至比較器電路中，該放大直流信號與預設信號比較輸出比較電平信號，該比較電平信號傳輸至發射端MCU中，發射端MCU接收該比較電平信號，若該比較電平信號為預設喚醒信號，則輸出“是”命令；反之，則輸出“否”命令。

在發射端MCU檢測是否接收到休眠信號的步驟中，具體包括以下步驟：磁阻傳感器感應無線接收端是否進入無線發射端的有效工作區域并形成感應信號，并將該該感應信號發送至低通濾波運放電路中，低通濾波運放電路將該感應信號中的高頻交流信號濾除，并將該放大直流信號發送至比較器電路中，該放大直流信號與預設信號比較輸出比較電平信號，該比較電平信號傳輸至發射端MCU中，發射端MCU接收該比較電平信號，若該比較電平信號為預設休眠信號，則輸出“是”命令；反之，則輸出“否”命令。

上述中，預設喚醒信號以及預設休眠信號磁場感應物的大小和形狀，以及在允許的水平和垂直位移偏差范圍內感應信號的變化幅度，舉一具體實施例進行說明，取預設電流信號為小于預設喚醒信號，大于預設休眠信號，在發射端MCU檢測是否接收到喚醒信號的步驟中，發射端MCU接收比較器電路輸出的比較電平信號，若為“1”，則輸出“否”命令；若為“0”，則輸出“是”命令；而在發射端MCU檢測是否接收到休眠信號的步驟中，若比較電平信號為“1”，則輸出“是”命令；若該比較電平信號為“0”，則輸出“否”命令。

通過上述步驟，本發明無線電能傳輸控制方法，發射端的MCU會根據檢測到的高低平信號，判斷出接收端是否已經被移走，而不會繼續依據通信模塊返回的接收端狀態數據，繼續調節發射端的工作頻率和輸出增益，同時，當接收端知道發射端設備被移走時，立即控制發射端進入待機狀態，初始化工作頻率和輸出增益。當接收端設備被連續重新放入時，發射端會按照初始狀態對接收端的輸出增益進行調節，不會導致接收端和發射端出現瞬態的過壓或過流狀態。