[實用新型]一種可實現自動阻抗匹配的磁諧振無線電能傳輸系統

有效

• 申請號: 201520479941.8
• 申請日: 2015-07-07
• 公開（公告）號: CN205141846U
• 公開（公告）日: 2016-04-06
• 發明（設計）人: 田子建;曹陽陽
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學(北京)
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H02J50/90
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型屬于磁耦合諧振無線電能傳輸技術領域，涉及一種可實現自動阻抗匹配的磁諧振無線電能傳輸系統，適用于磁耦合共振無線電能傳輸系統中隨著發射端和接收端相對位置改變，耦合結構阻抗也發生改變的情況。

背景技術

自尼古拉·特斯拉在一個世紀以前提出無線電能傳輸理論之后，無線電能傳輸就一直是人們研究的熱點。多年來國內外專家一直在進行無線電能傳輸的研究，但一直以來科研進展緩慢，直到2007年6月，麻省理工學院(MIT)物理教授MarinSoljacic及其小組成員提出一種基于強磁耦合磁諧振的全新方案，實驗中使用兩個直徑為60cm、由銅線繞制的線圈，并使線圈的固有諧振頻率處于9.9MHz，利用磁耦合共振原理成功點亮了一個離電源約2m的60W電燈泡，后來這項技術被稱為WiTricity，至此，開辟了無線電能傳輸技術的研究盛況。為了使無線電能傳輸技術盡快得到應用，2010年9月1日，全球首個推動無線充電技術的標準化組織--無線充電聯盟(WirelessPowerConsortium，WPC)在北京宣布將Qi無線充電國際標準率先引入中國，信息產業部通信電磁兼容質量監督中心也加入該組織，其中深圳桑菲消費通信有限公司是Qi標準的支持者，也是該聯盟常務理事成員中唯一一家中國企業。

目前國內外無線電能傳輸的實現有三種方式：

1.電磁感應式——類似于松耦合變壓器，通過初級和次級線圈的電磁感應產生電流，從而將能量從發射端輸送到接收端，適合效率較高的近距離傳輸。

2.電磁輻射式——其基本原理類似于早期使用的礦石收音機，目前已有相對成熟的理論，作用范圍廣、傳送功率大，但對生物環境影響較大且效率低下。

3.磁耦合共振式——麻省理工學院MarinSoljacic及其小組成員提出的全新方案，其原理是利用磁場的非輻射近場耦合來傳遞能量，在很大程度上減小了對人體的傷害，延長了無線電能傳輸的距離，此方式傳輸效率高、距離遠、功率大，是未來無線電能傳輸發展的主流方向。

磁耦合共振無線電能傳輸系統，是通過兩個結構對稱的線圈間磁耦合共振來傳遞能量的，當兩線圈發生諧振時，在電源參數不變時通過線圈的電流達到最大，線圈周圍磁場最強。耦合線圈中的電容和電感通過不停的充放電，實現發射端和接收端高效率、大功率的能量傳輸。

磁耦合共振無線電能傳輸系統雖然有很大優勢，但是該系統的有兩個最重要前提：耦合線圈不僅要處于諧振狀態，還必須是處于臨界耦合點。對于一般的無線輸電系統電源頻率和線圈參數一般不會改變，可保證系統一直處于諧振狀態；臨界耦合點則是非常容易改變，其主要是受收發線圈相對位置影響比較大，當收發線圈位置發生各種變化時，系統傳輸性能往往會降低。無線輸電中接收端位置通常是比較靈活的。

綜上所述，磁耦合共振無線電能傳輸系統的中收發線圈之間相對位置發生改變時，給系統帶來的性能降低不可忽視。當接收線圈發生角度偏轉、傳輸距離增大、水平側移時等位置變化時，通過改變系統電源頻率和線圈參數等方法都不切實際并且比較困難。為此，我們必須找到一種技術方法來優化傳輸系統——當系統接收端位置發生不可預測的改變時，可以快速方便的提高系統的傳輸性能。

實用新型內容

技術問題：本實用新型的目的在于針對磁耦合共振無線電能傳輸系統中隨著收發線圈相對位置發生改變而導致系統傳輸功率下降的問題，從阻抗匹配角度提出的一種具有自動阻抗匹配功能的磁諧振無線電能傳輸系統。該系統是通過中央處理單元對檢測到的反射系數進行處理，得到電機控制器的控制量，從而電機控制器調節可變電容來實現阻抗匹配，在同等條件下可以顯著提高系統傳輸效率和功率，有效消除接收端位置發生改變時對系統帶來的負面影響。

為實現上述目標，本實用新型實現的技術方案如下：

一種可實現自動阻抗匹配的磁諧振無線電能傳輸系統，所述的磁諧振無線電能傳輸系統包括磁諧振無線電能傳輸模塊和自動阻抗匹配模塊，所述自動阻抗匹配模塊連接在磁諧振無線電能傳輸模塊的發射端，所述的磁諧振無線電能傳輸模塊包括空間位置可變的接收線圈和空間位置固定的發射線圈；

所述自動阻抗匹配模塊包括反射系數檢測器、中央處理單元、電機控制器、L型阻抗匹配電路，所述的反射系數檢測器與阻抗匹配電路串接，所述反射系數檢測器的信號輸出端連接中央處理單元，所述中央處理單元的信號輸出端連接電機控制器，所述電機控制器的信號輸出端控制連接L型阻抗匹配電路。