[發(fā)明專利]無線供電系統(tǒng)和無線供電方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810066765.X
• 申請日: 2008-04-23
• 公開（公告）號: CN101330230A
• 公開（公告）日: 2008-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秦斌
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳大學(xué)
• 主分類號: H02J17/00
• 分類號: H02J17/00
• 代理公司: 深圳創(chuàng)友專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 彭家恩

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及無線供電技術(shù)，具體涉及一種無線供電系統(tǒng)和無線供電方法。

【背景技術(shù)】

隨著科技的發(fā)展，人們活動(dòng)的自由度大大增加，手機(jī)等智能終端的出現(xiàn)使人們無縫接入了信息社會，但無線技術(shù)長期以來仍停留在信息領(lǐng)域應(yīng)用，其能量特性并未獲得應(yīng)有的發(fā)展。所以我們使用的設(shè)備都必須配置電源線或裝配電池。無線供電的想法由來已久，但是眾所周知的是，電磁波在傳輸能量的過程當(dāng)中會向四面八方散發(fā)能量，從而使供電效率極低。2007年，麻省理工學(xué)院的研究人員采用了一種類似共振的技術(shù)，讓供電設(shè)備和燈泡采用同一頻率的電磁波進(jìn)行某種方式的“連接”。在這種方式之下，能量的損失是最小的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，該系統(tǒng)在2米的距離上輸送60W功率時(shí)，傳輸能量效率達(dá)到40％到45％，即有一半能量損失在傳輸過程中。作為一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，其缺點(diǎn)在于：它的設(shè)備僅僅是一個(gè)簡單的固定裝置，不能動(dòng)態(tài)調(diào)整各項(xiàng)參數(shù)，它對于實(shí)現(xiàn)一個(gè)較為復(fù)雜的非線性耦合系統(tǒng)，達(dá)到精密的調(diào)諧是很困難的，甚至是不可能完成的；接收裝置的尺寸過大，不方便使用；耦合線圈共軸的控制要求相當(dāng)苛刻；傳輸能量效率也與80％～90％的理論計(jì)算值有相當(dāng)差距。另外，現(xiàn)有一些接觸式的無線供電桌面、無線充電器等，但這些產(chǎn)品都屬于超微距系統(tǒng)，即電源和負(fù)載必需很近距離放置在一起，達(dá)不到短距離無線供電的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的主要目的就是解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供一種無線供電系統(tǒng)和方法，能夠有效實(shí)現(xiàn)短距離的無線供電應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種無線供電系統(tǒng)，包括至少一個(gè)供能的主節(jié)點(diǎn)和至少一個(gè)受能的從節(jié)點(diǎn)，其特征在于：

所述主節(jié)點(diǎn)包括主控模塊、功率驅(qū)動(dòng)模塊、主諧振回路、主振蕩調(diào)節(jié)模塊、主節(jié)點(diǎn)天線和主通信模塊，所述功率驅(qū)動(dòng)模塊用于提供發(fā)生電磁振蕩所需的交變電流，所述主諧振回路用于產(chǎn)生電磁振蕩，所述主節(jié)點(diǎn)天線用于播發(fā)電磁振蕩，所述主振蕩調(diào)節(jié)模塊用于調(diào)節(jié)主節(jié)點(diǎn)電磁振蕩結(jié)構(gòu)的本征頻率，所述主通信模塊用于與其它節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無線通信，所述主控模塊用于控制與協(xié)調(diào)所述主節(jié)點(diǎn)內(nèi)各部分的工作；

所述從節(jié)點(diǎn)包括從控模塊、從諧振回路、從振蕩調(diào)節(jié)模塊、功率輸出模塊、從節(jié)點(diǎn)天線和從通信模塊，所述從節(jié)點(diǎn)天線用于接收電磁振蕩，所述從諧振回路用于產(chǎn)生電磁諧振，所述從振蕩調(diào)節(jié)模塊用于調(diào)節(jié)從節(jié)點(diǎn)電磁振蕩結(jié)構(gòu)的本征頻率，所述功率輸出模塊用于將電磁振蕩轉(zhuǎn)換的電能提供給負(fù)載，所述從通信模塊用于與其它節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無線通信，所述從控模塊用于控制與協(xié)調(diào)所述從節(jié)點(diǎn)內(nèi)各部分的工作；

在所述主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)各為一個(gè)的情況下，還包括至少一個(gè)輔助節(jié)點(diǎn)，所述輔助節(jié)點(diǎn)至少包括定位通信模塊，用于向所述主節(jié)點(diǎn)提供用于定位所述從節(jié)點(diǎn)的信息。

優(yōu)選的方案中，在所述主節(jié)點(diǎn)和/或從節(jié)點(diǎn)為至少兩個(gè)的情況下，還包括至少一個(gè)輔助節(jié)點(diǎn)，所述輔助節(jié)點(diǎn)至少包括定位通信模塊，用于向所述主節(jié)點(diǎn)提供用于定位所述從節(jié)點(diǎn)的信息。

所述主控模塊包括響應(yīng)控制單元，用于在接收到從節(jié)點(diǎn)的請求時(shí)，根據(jù)本方節(jié)點(diǎn)和請求方節(jié)點(diǎn)在系統(tǒng)中的位置，判斷本方節(jié)點(diǎn)是否為處于規(guī)定的最佳位置的主節(jié)點(diǎn)，是則響應(yīng)該請求使本方節(jié)點(diǎn)進(jìn)入供能狀態(tài)，否則不響應(yīng)。

所述主控模塊還包括鑒權(quán)單元，用于在接收到從節(jié)點(diǎn)的請求時(shí)，判斷請求方節(jié)點(diǎn)是否為已經(jīng)本方節(jié)點(diǎn)授權(quán)的節(jié)點(diǎn)，是則由所述主控模塊繼續(xù)處理，否則停止響應(yīng)。

所述主控模塊根據(jù)關(guān)系式：P_o/P_i＝η(f，ω_S，ω_D，d，Φ，t)，計(jì)算出當(dāng)能量轉(zhuǎn)換效率P_o/P_i達(dá)到最大值時(shí)，參量f、ω_S、ω_D以及Φ的取值，其中，P_i表示主節(jié)點(diǎn)的輸入功率，P_o表示從節(jié)點(diǎn)的輸出功率，η表示能量轉(zhuǎn)換效率，f表示功率驅(qū)動(dòng)模塊提供的交變電流的頻率，ω_S表示主節(jié)點(diǎn)電磁振蕩結(jié)構(gòu)的本征頻率，ω_D表示從節(jié)點(diǎn)電磁振蕩結(jié)構(gòu)的本征頻率，d表示主從節(jié)點(diǎn)之間的距離，Φ表示主、從節(jié)點(diǎn)天線之間的方位角，用于計(jì)算的d和Φ的取值由主控模塊根據(jù)進(jìn)行能量傳送的主、從節(jié)點(diǎn)以及其它節(jié)點(diǎn)的通信模塊之間的相互通信依據(jù)定位算法估算得到；t為時(shí)間量，系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)下能量轉(zhuǎn)換效率的最大值不依賴于t；