[發明專利]一種抗頻率偏移的多負載無線電能傳輸系統及其傳輸方法

在審

• 申請號: 202111561623.2
• 申請日: 2021-12-20
• 公開（公告）號: CN114142629A
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 田曉盈;高鵬飛;胡曉光;晁興博;高西芳;楊志梁
• 申請（專利權）人: 河南工業大學
• 主分類號: H02J50/40
• 分類號: H02J50/40;H02J50/12;H02J50/90
• 代理公司: 鄭州金成知識產權事務所(普通合伙) 41121
• 代理人: 郭乃鳳

本發明公開了一種抗頻率偏移的多負載無線電能傳輸系統及方法，系統由控制器、帶寬功率放大器、阻抗匹配器、相位差采集電路、一個發射線圈、多個接收線圈及負載組成，控制器能夠在有新的接收線圈加入工作或有接收線圈退出工作以及線圈位置發生變化時，根據相位差采集電路獲得的相位差改變輸出頻率以優化由于接收線圈數量或位置發生改變造成頻率偏移引起的傳輸性能下降；帶寬功率放大器作為高頻電源，解決了控制器輸出信號發生改變時系統性能下降的問題，大大提高了無線電能傳輸設備的穩定性。本發明能夠使一個發射設備同時為多個接收設備供電，且具有抗頻率偏移的能力，提高了無線電能傳輸系統使用的自由度，增強了設備使用的便捷性。

技術領域

本發明屬于無線電能傳輸技術領域，涉及一種多負載無線電能傳輸系統，特別是涉及一種抗頻率偏移的多負載無線電能傳輸系統及其傳輸方法。

背景技術

一個多世紀前，特斯拉提出了無線電能傳輸理論，并進行了大量的實驗，但是由于種種原因沒有取得突破性的進展。直到2007年麻省理工學院的研究團隊提出了磁耦合諧振式無線電能傳輸理論，并利用這一技術點亮了2m外的一盞60瓦的燈泡且效率達到了40%。隨著磁耦合諧振技術的提出，關于無線電能傳輸技術的研究開始迅猛發展，使得無線電能傳輸技術成為世界專家學者研究的熱點之一。目前主要的無線電能傳輸方式主要有三種：

微波式無線電能傳輸：該技術具有功率密度高、定向性好等優點，適用于遠距離的傳輸，但是由于微波的頻率高、波長小，難以穿越障礙物，易受傳輸介質的影響，另外，其傳輸效率受天氣及地形等因素影響極大，特別是系統發射的高能電磁波對周圍的環境影響較大。

電磁感應式無線電能傳輸：該技術傳輸功率大，傳輸效率高，但是由于初次級線圈之間要進行電磁耦合，所以兩線圈間距離不能太大，一般在毫米級別，在線圈之間距離增加時傳輸效率會急劇下降。

磁耦合諧振式：該技術是利用磁場的非輻射近場耦合進行的能量傳輸，具有傳輸距離遠、輸出功率大、傳輸效率高、電磁輻射小等優點。

由于磁耦合諧振式無線電能傳輸技術具有傳輸距離遠、輸出功率大、傳輸效率高、電磁輻射小等優點，能夠應用于航空航天、礦井開采、醫療植入、電動汽車、水下勘測、家用電器等多種領域，為人們的生活和工作帶來了極大的便利。因此，磁耦合諧振式無線電能傳輸技術得到了廣泛的關注，迅速成為了研究熱點。

目前無線電能傳輸技術主要是一個發射端對應一個接收端的傳輸結構，但是隨著人們對電器設備要求的增加，一對一的結構會成倍的增加電器設備的數量，使的本就狹小的空間更加擁擠，同時也使得消費成本成倍增加。因此，一對一結構的無線電能傳輸系統已經不能滿足人們的正常需求。

因此，為解決這一問題必須找到一種能夠實現一個發射端同時對多個接收端無線電能傳輸的多負載無線電能傳輸系統及方法，且具有抗頻率偏移的能力。

發明內容

本發明所要解決的技術問題：目前，磁耦合諧振式無線電能傳輸系統在進行電能傳輸時只能對單一負載進行電能傳輸，而在實際應用中，只對一個負載進行電能傳輸是不合理的，特別是電子設備、家用電器、煤礦井下等領域，一個發射端對一個負載的無線電能傳輸系統結構會成倍的增加用電器的數量、使原本狹小的空間更加擁擠，也會增加消費成本。對于多負載無線電能傳輸系統，在有新負載加入工作或有負載退出工作以及負載位置發生移動時會造成系統諧振頻率偏移，傳輸效率下降。基于此，本發明提供一種抗頻率偏移的多負載無線電能傳輸系統及其傳輸方法，能夠實現單個無線電能傳輸系統發射端同時給多個負載進行無線供電且具有抗頻率偏移的能力。

本發明為解決技術問題所采取的技術方案如下：

一種抗頻率偏移的多負載無線電能傳輸系統，由控制器、帶寬功率放大器、阻抗匹配器、相位差采集電路、一個發射線圈、多個接收線圈及負載組成；

所述控制器輸出高頻信號，為帶寬功率放大器提供工作信號，在有新的接收線圈加入工作或有接收線圈退出工作以及某個線圈位置發生變化時，根據相位差采集電路獲得的相位差判斷頻率偏移量并調整輸出頻率；