[發明專利]用于感應耦合無線電能傳輸效率優化的負載阻抗匹配方法

無效

• 申請號: 201310580060.0
• 申請日: 2013-11-19
• 公開（公告）號: CN103683529A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 程瑜華;舒亞明
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H02J17/00
• 分類號: H02J17/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發明屬于無線電能傳輸領域，具體涉及感應耦合無線電能傳輸過程中負載阻抗匹配方法，可以優化傳輸效率。

背景技術

在許多場合，電子器件的供電采用有線供電或電池供電不方便甚至不可能。如在智能樓宇中的無線傳感器大量植入材料、墻體中，當電池耗盡，無法更換電電池；在野外農業中用于檢測農作物生長的無線傳感器，更換電池要花費大量人力物力；在植入式醫療中植入體內的醫療器件，更換電池可能給人體帶來痛苦和風險等。無線供電是解決此問題的途徑之一。

感應耦合無線電能傳輸方式是電能發送端和接收端距離較近時通常采用的方法，它通過兩個耦合線圈之間的電磁感應傳遞電能，其基本原理如圖1所示，主要包括發送交流電壓源，原邊阻抗變換電路，發送線圈，接收線圈，副邊阻抗變換電路，整流電路，濾波電路和電阻負載。原邊阻抗變換電路和副邊阻抗變換電路分別設計成與發送線圈和接收線圈諧振的形式，是當前提高傳輸效率、發送交流信號源輸出功率因數的常用方法。原邊阻抗變換電路通常是為提高發送交流信號源輸出功率因數而設計，圖1中采用串聯諧振可以實現接近于1的功率因數。但是，副邊阻抗變換電路采用簡單的串聯或并聯諧振方式通常不能達到最優的傳輸效率。原因是，它們分別有一個能達到最優傳輸效率的負載電阻值，但這個最優負載電阻值與實際負載電阻值并不相等。

事實上，可以根據發送線圈和接收線圈的參數，求出傳輸效率最大時接收線圈所接的最優負載阻抗值及所對應的最大傳輸效率分別為Z_L^opt=ωL₂(1+k²Q₁Q₂)^0.5/Q₂?jωL₂和η=k²Q₁Q₂/[1+(1+k²Q₁Q₂)^0.5]，其中Q₁和Q₂分別為原邊和副邊線圈的品質因數，k為兩個線圈之間耦合系數，L₂為接收線圈的電感值，ω為系統工作頻率。因此，可以根據得到的最優負載阻抗值設計副邊阻抗變換電路達到最大傳輸效率。

發明內容

為解決傳統串聯或并聯諧振無線電能傳輸方式中負載電阻并非效率最高時的最優電阻，以致于不能達到最大效率的問題，本發明采用一種新的副邊阻抗變換電路來達到最高電能傳輸效率。