[發明專利]一種諧振式無線電能傳輸系統及其傳輸距離的計算方法

在審

• 申請號: 202010253614.6
• 申請日: 2020-04-02
• 公開（公告）號: CN111342569A
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 江兵;談龍照;朱靖宇;祝美靈;陳巖;俞子豪
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H02J50/90
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張可利

本發明公開了一種諧振式無線電能傳輸系統及其傳輸距離的計算方法，該傳輸系統包括依次連接的直流穩壓電源、驅動電路、逆變電路、發射線圈與接收線圈，連接在發射端回路上的電阻檢測裝置。該傳輸距離的計算方法，包括以下步驟：(1)根據基爾霍夫電壓理論得到反射阻抗與互感系數之間的關系；(2)根據步驟(1)得到的關系及互感系數與傳輸距離之間的關系，得到反射阻抗與傳輸距離之間的關系；(3)根據檢測到的反射阻抗值及反射阻抗與傳輸距離之間的關系，即可獲得傳輸距離。本發明的系統能夠精確獲知傳輸距離，本發明的方法避免了復雜的控制以及對接收端參數的測量，能夠簡單可靠的計算出傳輸距離。

技術領域

本發明涉及一種電能傳輸系統及其傳輸距離的計算方法，尤其涉及一種諧振 式無線電能傳輸系統及其傳輸距離的計算方法。

背景技術

電能的傳輸主要是以輸電線的方式供電，隨著科技的發展，家庭和工業的用 電設備的種類和數量不斷增加，用電需求大幅度提高，傳統有線供電的缺點也突 顯出來，如：插拔過程中容易產生電火花導致安全問題；導線在防爆、防火、水 下作業、采礦等領域使用過程中摩擦和老化會衰減用電設備的壽命和使用特性； 醫學上的醫療植入式電池對體內醫療器材的供電等。無線電能傳輸技術的出現， 彌補了傳統供電方式的缺陷。近年來，磁耦合諧振無線電能傳輸(MCR-WPT)系 統的應用引起了廣泛的關注和研究，但該系統只有當其傳輸距離處于一個特殊值 時，系統的傳輸效率才能達到最高，而且當實際傳輸距離偏離最佳傳輸距離時， 系統的傳輸效率會出現大幅度下降。這些都是由于實際傳輸距離未知造成的，當 系統傳輸距離已知時，就可以通過調整發射線圈位置使得傳輸距離達到最佳傳輸距離，所以系統傳輸距離測量方法是必要的。

CN110445231 A公開了一種基于反射阻抗的無線電能傳輸穩壓控制裝置，該 裝置能夠自適應負載動態切換并確保副邊側的電壓不變來維持負載的正常工作， 從而提高了無線電能傳輸的可靠性，但是該裝置只是利用發射阻抗實現了負載切 換時，原邊側及副邊側輸出電壓的穩定，沒有解決傳輸距離未知情況下的效率下 降問題。CN109756034A公開了一種傳輸距離自適應且可重構接收線圈，在發射 線圈和接收線圈之間的傳輸距離發生變化時，對接收線圈的磁通進行削弱或補償， 維持收發線圈互感的恒定，從而保證了系統傳輸功率的恒定。該結構需要對發射 接收線圈的傳輸距離進行人工測量，然而在大部分的應用場合下，傳輸距離是很 難測量的，所以該裝置在實際應用中有很大的局限性。CN108173361 A公開了 一種無線供配電插座最大傳輸效率匹配傳輸距離系統及方法，利用控制系統獲取 發射端與接收端之間的距離，并根據距離計算出接收端與各個發射端之間的傳輸 效率。選擇傳輸效率最高的能量發射端進行能量傳輸；當傳輸距離發生變化時， 接收端控制系統再重新測量接收端與發射端之間的距離，重新進行發射端的選擇 或調整發射端與接收端之間的匹配頻率，實現最大傳輸效率匹配。本方法利用控 制系統實現傳輸距離測量，并利用發射接收端的通訊模塊進行通信控制，但是控 制系統以及通訊模塊連接至發射端接收端均需要耗費電能，會對實際能量傳輸效 率造成影響，且該結構較為繁雜，不利于控制。

發明內容

發明目的：本發明的第一個目的是提供一種能夠精獲知傳輸距離從而防止系 統傳輸效率下降的諧振式無線電能傳輸系統；

本發明的第二目的是提供一種諧振式無線電能傳輸系統的傳輸距離的計算 方法。

技術方案：本發明的諧振式無線電能傳輸系統，包括依次連接的直流穩壓電 源、驅動電路、逆變電路、發射線圈與接收線圈，還包括連接在發射端回路上的 電阻檢測裝置。

本發明的諧振式無線電能傳輸系統的傳輸距離的計算方法，包括以下步驟：

(S1)由所搭建的系統結合基爾霍夫電壓理論可以得到下式：