本发明涉及无线电能传输，特别是涉及一种磁耦合电能无线传输装置。
背景技术：
1、磁耦合谐振的无线电能传输(magnetically-coupled resonant wireless powertransfer,mcr-wpt)技术，是一种基于近场谐振强耦合的概念，以电磁场为媒介，使得具有相同谐振频率的物体之间可以实现高效的能量交换的技术。它在近场传输过程中损耗较低，且随着传输距离的增加，电能传输效率成指数下降。近几年随着磁耦合谐振wpt技术的发展，其传输距离较远、效率高、功率大，潜在的实用价值高等特点也越发凸显，目前该技术已经广泛应用于消费类电子产品、电动汽车和植入式医疗设备的无线充电领域中。
2、但是现有磁耦合电能无线传输系统的效率高度依赖于发射线圈和接收线圈之间的谐振频率。如果频率出现偏差，线圈的谐振状态会被破坏，导致能量传输效率显著降低。由于谐振频率偏差，系统可能无法保持稳定的功率输出，影响到最终设备的充电效果或能源供给。
技术实现思路
1、本发明旨在提供一种磁耦合电能无线传输装置，以解决上述技术问题，提高磁耦合电能无线传输装置的传输可靠性和稳定性。
2、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种磁耦合电能无线传输装置，包括：发射模块、接收模块、频率控制模块、能量管理模块以及通信与控制模块；
3、所述频率控制模块用于生成频率信号并发送至所述发射模块；
4、所述发射模块基于所述频率信号驱动发射线圈并产生变化的磁场；
5、所述接收模块基于所述变化的磁场生成直流电并发送至负载；
6、所述频率控制模块还用于实时检测所述发射模块和所述接收模块的谐振频率，基于所述谐振频率与预设谐振频率的偏差调整所述频率信号，以使所述发射模块基于调整后的频率信号驱动所述发射线圈；
7、所述能量管理模块用于实时检测所述接收模块输出的直流电信息，基于所述直流电信息与预设直流电信息的偏差生成第一调整功率值并发送至所述通信与控制模块；
8、所述通信与控制模块基于所述第一调整功率值控制所述发射模块的功率输出，以使所述发射模块的功率输出匹配所述接收模块的能量需求。
9、上述方案中，频率控制模块实时监测发射模块和接收模块的谐振频率，并基于偏差调整频率信号。这种动态调整确保了发射线圈和接收线圈在谐振频率下工作，从而最大化了能量传输效率，减少了由于频率偏差导致的能量损失。能量管理模块实时检测接收模块的直流电信息，并生成第一调整功率值。通信与控制模块基于这一调整值控制发射模块的功率输出，确保发射模块的功率输出与接收模块的能量需求匹配。这种自动调整功能使系统能够自适应不同的负载需求，保持优化的能量传输。通过实时调整频率和功率，系统能够保持稳定的功率输出，确保最终设备的充电效果和能源供给不会受到频率偏差的影响。这对于需要高可靠性和稳定性的应用场景尤为重要。
10、在一种实现方式中，所述发射模块基于所述频率信号驱动发射线圈并产生变化的磁场，具体包括：
11、所述发射模块包括所述发射线圈、直流电源、高频逆变器和电能发射控制电路；
12、控制所述直流电源为所述高频逆变器供电，以使所述高频逆变器基于所述频率信号将直流电源转换为交流电；
13、所述发射线圈基于所述交流电生成变化的磁场；
14、所述电能发射控制电路用于调节线路阻抗，以匹配所述发射线圈的阻抗。
15、在一种实现方式中，所述电能发射控制电路用于调节线路阻抗，以匹配所述发射线圈的阻抗，具体包括：
16、所述电能发射控制器包括晶体管、固态继电器、集成电路、电阻器、二极管、晶闸管、电容器、开关和继电器；
17、通过调节所述电阻器的阻值使所述电能发射控制电路与所述发射线圈的阻抗匹配。
18、在一种实现方式中，所述接收模块基于所述变化的磁场生成直流电并发送至负载，具体包括：
19、所述接收模块中包括接收线圈、整流器、滤波器、调压器电能接收控制电路；
20、所述接收线圈基于所述变化的磁场生成交流电并传输至所述整流器；
21、所述整流器将接收的所述交流电转换为初始直流电；
22、所述滤波器用于去除所述初始直流电中的交流纹波，得到滤波直流电；
23、所述调压器用于对所述滤波直流电进行调压，得到所述直流电并发送至所述负载；
24、所述电能接收控制模块基于传感器和控制器实时检测所述接收模块的工作状态。
25、在一种实现方式中，所述频率控制模块还用于实时检测所述发射模块和所述接收模块的谐振频率，基于所述谐振频率与预设谐振频率的偏差调整所述频率信号，具体包括：
26、实时检测所述发射模块和所述接收模块之间的实际谐振频率信号；
27、将所述实际谐振频率信号与预设频率信号进行比较，生成偏差频率信号，基于所述偏差频率信号生成频率调整量；
28、基于所述频率调整量调整所述频率控制模块生成的频率信号。
29、在一种实现方式中，所述频率控制模块还用于实时检测所述发射模块和所述接收模块的谐振频率，基于所述谐振频率与预设谐振频率的偏差调整所述频率信号，还包括：
30、所述频率控制模块包括频率生成器、频率检测器、比较器、控制器和da转换器；
31、控制所述频率检测器采用计时法实时检测所述发射模块和所述接收模块之间的实际谐振频率信号，并将所述实际谐振频率信号输入至所述比较器，以使所述比较器根据所述实际谐振频率信号和所述预设频率信号的偏差输出偏差频率信号；
32、控制所述控制器基于所述偏差频率信号生成频率调整量并输入至所述da转换器，以使所述da转换器根据所述频率调整量转换为模拟信号；
33、根据所述模拟信号调整所述频率生成器生成的频率信号。
34、在一种实现方式中，所述能量管理模块用于实时检测所述接收模块输出的直流电信息，基于所述直流电信息与预设直流电信息的偏差生成第一调整功率值并发送至所述通信与控制模块，具体包括：
35、所述能量管理模块包括能量检测电路和能量调节电路；
36、其中，基于所述能量检测模块实时检测所述接收模块输出的直流电信息；将所述直流电信息转换为数字信号并发送至所述能量调节电路；以使所述能量调节电路基于所述直流电信息生成所述第一调整功率值，并发送至所述通信与控制模块。
37、在一种实现方式中，所述能量管理模块包括能量检测电路和能量调节电路，具体包括：
38、所述能量检测电路包括电压传感器、电流传感器、采样电路和adc转换器；
39、所述能量调节电路包括控制算法处理器和功率驱动电路；
40、基于所述电压传感器和所述电流传感器实时检测所述接收模块输出的直流电信息；其中，所述直流电信息包括电压和电流；
41、通过所述采样电路将所述直流电信息转换为模拟信号并发送至所述adc转换器，以使所述adc转换器将所述模拟信号转换为数字信号并发送至所述控制算法处理器；
42、基于预先存储在所述控制算法处理器内的算法生成所述第一调整功率值；
43、将所述第一调整功率值发送至所述通信与控制模块并基于所述第一调整功率值调整所述功率驱动模块的功率输出。
44、在一种实现方式中，所述通信与控制模块基于所述第一调整功率值控制所述发射模块的功率输出，以使所述发射模块的功率输出匹配所述接收模块的能量需求，具体包括：
45、所述通信与控制模块基于所述第一调整功率值调整所述频率控制模块和所述能量管理模块的参数以控制所述发射模块的功率输出，直至所述发射模块的功率输出匹配所述接收模块的能量需求。
46、在一种实现方式中，所述通信与控制模块还包括无线通信模块和串行通信接口，基于所述无线通信模块和所述串行通信接口实现所述发射模块和所述接收模块的双向通信。
1.一种磁耦合电能无线传输装置，其特征在于，包括：发射模块、接收模块、频率控制模块、能量管理模块以及通信与控制模块；
2.如权利要求1所述的一种磁耦合电能无线传输装置，其特征在于，所述发射模块基于所述频率信号驱动发射线圈并产生变化的磁场，具体包括：
3.如权利要求1所述的一种磁耦合电能无线传输装置，其特征在于，所述电能发射控制电路用于调节线路阻抗，以匹配所述发射线圈的阻抗，具体包括：
4.如权利要求1所述的一种磁耦合电能无线传输装置，其特征在于，所述接收模块基于所述变化的磁场生成直流电并发送至负载，具体包括：
5.如权利要求1所述的一种磁耦合电能无线传输装置，其特征在于，所述频率控制模块还用于实时检测所述发射模块和所述接收模块的谐振频率，基于所述谐振频率与预设谐振频率的偏差调整所述频率信号，具体包括：
6.如权利要求5所述的一种磁耦合电能无线传输装置，其特征在于，所述频率控制模块还用于实时检测所述发射模块和所述接收模块的谐振频率，基于所述谐振频率与预设谐振频率的偏差调整所述频率信号，还包括：
7.如权利要求1所述的一种磁耦合电能无线传输装置，其特征在于，所述能量管理模块用于实时检测所述接收模块输出的直流电信息，基于所述直流电信息与预设直流电信息的偏差生成第一调整功率值并发送至所述通信与控制模块，具体包括：
8.如权利要求7所述的一种磁耦合电能无线传输装置，其特征在于，所述能量管理模块包括能量检测电路和能量调节电路，具体包括：
9.如权利要求1所述的一种磁耦合电能无线传输装置，其特征在于，所述通信与控制模块基于所述第一调整功率值控制所述发射模块的功率输出，以使所述发射模块的功率输出匹配所述接收模块的能量需求，具体包括：
10.如权利要求1所述的一种磁耦合电能无线传输装置，其特征在于，所述通信与控制模块还包括无线通信模块和串行通信接口，基于所述无线通信模块和所述串行通信接口实现所述发射模块和所述接收模块的双向通信。
