СИСТЕМА БЕСКОНТАКТНОЙ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ С МИНИМАЛЬНЫМИ ПОТЕРЯМИ

Настоящая полезная модель относится к электротехнике, и может использоваться в бытовых устройствах бесконтактной передачи электроэнергии от источников к потребителям электроэнергии широкого назначения, обеспечивая максимальный коэффициент полезного действия и экономию электроэнергии.
Прототипом заявляемого технического решения является беспроводная зарядная система с обратной связью [Патент 2306653; Российская Федерация; МПК H02J 17/00; Заявка: 2006113376/09, 20.04.2006, Опубликовано: 20.09.2007; Автор и патентообладатель Белянин Олег Валерьевич (RU)], состоящая из питающего и зарядного устройств, содержащих передающую и принимающую антенны. При работе в данной системе генерируются колебания определенной частоты.
В данной системе, чтобы увеличить коэффициент полезного действия передачи и минимизировать потери энергии, необходимо настроить каждое устройство на конкретную резонансную частоту, иначе КПД значительно снизится. Для решения этого недостатка и настройки на конкретную частоту необходима ручная наладка либо использование компонентов высокой точности, что повышает стоимость устройства и затрудняет подбор используемых компонентов.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в минимизации потерь энергии при ее передаче без применения компонентов высокой точности, возможности работы передающего устройства с различными принимающими устройствами путем автоматической подстройки, а также в обеспечении экономичного режима работы системы путем прекращения передачи энергии от передающего устройства при отсутствии приемного устройства в поле действия.
Указанный технический результат достигается тем, что реализована возможность управлять резонансной частотой генератора и возможность подстройки частоты колебаний под резонансную частоту системы.
Для достижения технического результата предлагается система бесконтактной передачи электроэнергии, содержащая передающее устройство, состоящее из микроконтроллера передающего устройства, соединенного с модулем управления частотой генератора, выход которого соединен с генератором, выход генератора через инвертор соединен с излучающей катушкой, излучающая катушка соединена с амплитудным детектором, выход которого непосредственно соединен со входом микроконтроллера передающего устройства; и приемное устройство, состоящее из приемной катушки, соединенной с преобразователем напряжения, выход которого соединен с модулем управления процессом зарядки, выход модуля управления процессом зарядки соединен со входом аккумулятора и микроконтроллером приемного устройства; микроконтроллер приемного устройства соединен с приемной катушкой через модулятор и имеет возможность изменять собственную резонансную частоту приемного контура.
Конструкция системы бесконтактной передачи электроэнергии с минимальными потерями поясняется чертежами:
Фиг.1 - Структурная схема системы бесконтактной передачи электроэнергии с минимальными потерями.
На фиг.1 обозначены микроконтроллер передающего устройства 1, модуль управления частотой генератора 2, генератор 3, инвертор 4, передающая катушка 5, амплитудный детектор 6, приемная катушка 7, преобразователь напряжения 8, модуль управления процессом зарядки 9, аккумулятор 10, микроконтроллер приемного устройства 11, модулятор колебаний 12, передающее устройство 13, приемное устройство 14.
Система бесконтактной передачи электроэнергии с минимальными потерями состоит из двух устройств - передающего 13 и приемного 14. Передающее устройство 13 состоит из микроконтроллера передающего устройства 1, соединенного с модулем управления частотой генератора 2, выход которого соединен с генератором 3. Выход генератора 3 через инвертор 4 соединен с передающей катушкой 5. Для измерения амплитуды колебаний применяется амплитудный детектор 6, с выхода которого сигнал подается непосредственно на вход микроконтроллера передающего устройства 1.
Приемное устройство 14 состоит из приемной катушки 7, соединенной с преобразователем напряжения 8, выход которого соединен с модулем управления процессом зарядки 9. Модуль управления процессом зарядки 9 соединен с аккумулятором 10 и микроконтроллером приемного устройства 11. Между 9 и 11 установлено двунаправленное соединение. Микроконтроллер приемного устройства 11 соединен с приемной катушкой 7 через модулятор колебаний 12 и имеет возможность изменять собственную резонансную частоту приемного контура. Таким образом, обеспечивается возможность осуществлять обратную связь между передающим и приемным устройствами. С помощью этой связи микроконтроллер приемного устройства обменивается информацией с микроконтроллером передающего устройства, сообщая ему о готовности к процессу зарядки, его ходу, окончанию и другую служебную информацию.
Система бесконтактной передачи электроэнергии с минимальными потерями работает следующим образом: В передающем устройстве 13 передающая катушка 5 излучает электромагнитные колебания, которые наводят в приемной катушке 7 переменную ЭДС. Для наибольшей эффективности работы с минимальными потерями энергии, каждое из устройств должно быть настроено на резонансную частоту системы, что представляет собой сложную задачу, связанную с применением компонентов со стабильными высокоточными параметрами для производства устройств. Для решения подобных проблем была разработана система автоматической подстройки частоты колебаний под резонансную частоту системы. Микроконтроллер 1 управляет с помощью модуля 2 частотой колебаний генератора 3. Колебания генератора 3 передаются через инвертор 4 в излучающую катушку 5, а амплитуда колебаний в катушке 5 с помощью амплитудного детектора 6 фиксируется микроконтроллером 1. Таким образом, осуществляется управление и контроль микроконтроллером 1 электрических колебаний в передающей катушке 5. В процессе работы микроконтроллер передающего устройства 1 периодически запускает генератор 3 и, изменяя частоту его работы, находит резонансную частоту системы. В случае появления в зоне действия передающего устройства 13 приемного устройства 14, резонансная частота изменяется, что переключает микроконтроллер 1 в режим подстройки частоты на резонансную. После обмена служебной информацией с приемным устройством 13, микроконтроллер 1 удерживает частоту до получения команды на выключение от приемного устройства 14. Приемное устройство 14 состоит из приемной катушки 7, преобразователя напряжения 8, модуля управления зарядом 9, аккумулятора 10. Микроконтроллер приемного устройства 11 контролирует работу модуля зарядки. Микроконтроллер 11 имеет возможность через схему 12 модулятора колебаний изменять собственную резонансную частоту приемного контура 7, что фиксируется микроконтроллером 1 передающего устройства 13. Таким образом, появляется возможность осуществлять обратную связь между передающим 13 и приемным 14 устройствами. С помощью этой связи микроконтроллер приемного устройства 1 обменивается информацией с микроконтроллером передающего устройства 11, сообщая ему о готовности к процессу зарядки, его ходу, окончанию и другую служебную информацию.
Описываемая система бесконтактной передачи электроэнергии с минимальными потерями может быть осуществлена с применением известных в области радиоэлектроники устройств и элементов.