一种耦合谐振式水下无线充电装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种耦合谐振式水下无线充电装置，根据距离不同切换不同的线圈匝数，使得发射端和接收端的线圈匝数都达到传输效率最优选择，进而优化传输特性，以达到在较大的距离范围内实现更高效率的无线能量传输。

A coupling resonant underwater wireless charging device and method

The invention discloses a coupled resonant underwater wireless charging device, according to the different distance switch between different coils, the coils of the transmitter and receiver have reached the transmission efficiency of the optimal choice, then optimize the transmission characteristics of wireless energy transmission to achieve in a large range is more efficient.

【技术实现步骤摘要】
一种耦合谐振式水下无线充电装置及方法
本专利技术涉及无线充电领域，更具体的说，涉及一种耦合谐振式水下无线充电装置及方法。
技术介绍
在海水环境中，高的工作频率会导致高的涡流损耗，严重影响无线充电的能量传输特性。因此水下磁耦合无线充电一般采用几百kHz的工作频率。同时，对于标称50Ω的负载，传统空气中所采用的串联谐振的传输特性并不理想，因此采用并联谐振耦合的方式进行水下的无线充电。而对于磁耦合并联谐振水下无线充电系统，可以证明传输效率和传输距离这两大核心指标之间是相互制约，无法同时优化的。单一参数的变化，对无线充电的临界耦合距离和临界耦合效率的影响是相反的。鉴于此，业内亟需一种能够解决此问题的方案。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能量传输效率更高的耦合谐振式水下无线充电装置及方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种耦合谐振式水下无线充电装置，包括：发射端和接收端；所述发射端包括第一测距单元、第一控制单元、驱动电路和发射线圈，所述第一测距单元和所述驱动电路与所述第一控制单元耦合，所述发射线圈与所述驱动电路相连接，所述第一控制单元根据所述第一测距单元的距离信息调节所述发射线圈的匝数；所述接收端包括第二测距单元、第二控制单元、负载电路和接收线圈，所述第二测距单元和所述负载电路与所述第二控制单元耦合，所述接收线圈与所述负载电路相连接，所述第二控制单元根据所述第二测距单元的距离信息调节所述接收线圈的匝数；所述发射线圈的匝数等于所述接收线圈的匝数。进一步的，所述驱动电路包括电源和第一调频电容组，所述电源与所述第一调频电容组并联。进一步的，所述电源为可变信号源；所述可变信号源与第一控制单元耦合；所述第一控制单元控制可变信号源的工作频率，使可变信号源的工作频率与所述第一调频电容组的谐振频率相等。进一步的，所述第一调频电容组包括至少两个第一电容，所述第一调频电容串联至少一个第一调节开关，所述第一控制单元与第一调节开关耦合，所述第一控制单元控制所述第一调节开关的断开和闭合，使所述第一调频电容组的谐振频率与可变信号源的工作频率相等。进一步的，所述发射线圈包括接地端和至少两个连接端，每个连接端对应不同的发射线圈的匝数，每个连接端均设有第一控制开关，所述第一控制单元与第一控制开关耦合，所述第一控制单元控制所述第一控制开关的断开和闭合，使连接端与第一调频电容组接通或断开。进一步的，所述负载电路包括负载电阻和第二调频电容组，所述负载电阻与所述第二调频电容组并联。进一步的，所述第二调频电容组包括至少两个第二电容，所述第二调频电容串联至少一个第二调节开关，所述第二控制单元控制所述第二调节开关的断开和闭合，使第二调频电容组的谐振频率与第一调频电容组的谐振频率相等。进一步的，所述接收线圈包括接地端和至少两个连接端，每个连接端对应不同的接收线圈的匝数，每个连接端均设有第二控制开关，所述第二控制单元与第二控制开关耦合，所述第二控制单元控制所述第二控制开关的断开和闭合，使连接端与第二调频电容组接通或断开。进一步的，所述发射线圈和所述接收线圈的自身参数均相同，所述发射线圈和所述接收线圈为圆形线圈或平面螺旋线圈。根据本专利技术的另一个方面，本专利技术还公开了一种耦合谐振式水下无线充电方法，所述方法包括：获取发射端和接收端之间的距离信息；根据距离信息调节发射线圈的匝数和接收线圈的匝数；所述发射线圈的匝数等于所述接收线圈的匝数。本专利技术由于通过第一测距单元测量发射端和接收端的距离信息，第一控制单元根据距离信息发送控制指令来控制驱动电路，使得驱动电路的发射线圈的匝数调整为最佳，从而使得传输效率最佳，根据距离不同切换不同的线圈匝数；通过第二测距单元测量发射端和接收端的距离信息，第二控制单元根据距离信息发送控制指令来控制负载电路，使得负载电路的接收线圈的匝数调整为最佳，从而使得传输效率最佳，根据距离不同切换不同的线圈匝数，使得发射端和接收端的线圈匝数都达到传输效率最优选择，进而优化传输特性，以达到在较大的距离范围内实现更高效率的无线能量传输。附图说明图1是本专利技术实施例一的线圈的匝数对传输特性的影响的示意图；图2是本专利技术实施例一的发射端等效电路图；图3是本专利技术实施例一的接收端等效电路图；图4是本专利技术实施例二的谐振频率对传输特性的影响的示意图；图5是本专利技术实施例二的发射端等效电路图；图6是本专利技术实施例二的接收端等效电路图；图7是本专利技术实施例的无线充电方法的流程图；图8是本专利技术实施例的无线充电方法的流程图；图9是本专利技术实施例一的发射端等效电路图；图10是本专利技术实施例一的接收端等效电路图。其中：1、发射端，11、第一测距单元，12、第一控制单元，13、驱动电路，131、可变信号源，132、第一调频电容组，133、第一调节开关，134、第一电容，135、第一控制开关，14、发射线圈，2、接收端，21、第二测距单元，22、第二控制单元，23、负载电路，231、负载电阻，232、第二调频电容组，233、第二调节开关，234、第二电容，235、第二控制开关，24、接收线圈。具体实施方式这里所公开的具体结构和功能细节仅仅是代表性的，并且是用于描述本专利技术的示例性实施例的目的。但是本专利技术可以通过许多替换形式来具体实现，并且不应当被解释成仅仅受限于这里所阐述的实施例。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。另外，术语“包括”及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。这里所使用的术语仅仅是为了描述具体实施例而不意图限制示例性实施例。除非上下文明确地另有所指，否则这里所使用的单数形式“一个”、“一项”还意图包括复数。还应当理解的是，这里所使用的术语“包括”和/或“包含”规定所陈述的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在，而不排除存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。下面结合附图和较佳的实施例对本专利技术作进一步说明。实施例一一种耦合谐振式水下无线充电装置，包括：发射端1和接收端2；发射端1包括第一测距单元11、第一控制单元12、驱动电路13和发射线圈14，第一测距单元11和驱动电路13与第一控制单元12耦合，发射线圈14与驱动电路13相连接，第一控制单元12根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耦合谐振式水下无线充电装置，其特征在于，包括：发射端和接收端；所述发射端包括第一测距单元、第一控制单元、驱动电路和发射线圈，所述第一测距单元和所述驱动电路与所述第一控制单元耦合，所述发射线圈与所述驱动电路相连接，所述第一控制单元根据所述第一测距单元的距离信息调节所述发射线圈的匝数；所述接收端包括第二测距单元、第二控制单元、负载电路和接收线圈，所述第二测距单元和所述负载电路与所述第二控制单元耦合，所述接收线圈与所述负载电路相连接，所述第二控制单元根据所述第二测距单元的距离信息调节所述接收线圈的匝数；所述发射线圈的匝数等于所述接收线圈的匝数。

【技术特征摘要】
1.一种耦合谐振式水下无线充电装置，其特征在于，包括：发射端和接收端；所述发射端包括第一测距单元、第一控制单元、驱动电路和发射线圈，所述第一测距单元和所述驱动电路与所述第一控制单元耦合，所述发射线圈与所述驱动电路相连接，所述第一控制单元根据所述第一测距单元的距离信息调节所述发射线圈的匝数；所述接收端包括第二测距单元、第二控制单元、负载电路和接收线圈，所述第二测距单元和所述负载电路与所述第二控制单元耦合，所述接收线圈与所述负载电路相连接，所述第二控制单元根据所述第二测距单元的距离信息调节所述接收线圈的匝数；所述发射线圈的匝数等于所述接收线圈的匝数。2.根据权利要求1所述的一种耦合谐振式水下无线充电装置，其特征在于，所述驱动电路包括电源和第一调频电容组，所述电源与所述第一调频电容组并联。3.根据权利要求2所述的一种耦合谐振式水下无线充电装置，其特征在于，所述电源为可变信号源；所述可变信号源与第一控制单元耦合；所述第一控制单元控制可变信号源的工作频率，使可变信号源的工作频率与所述第一调频电容组的谐振频率相等。4.根据权利要求3所述的一种耦合谐振式水下无线充电装置，其特征在于，所述第一调频电容组包括至少两个第一电容，所述第一调频电容串联至少一个第一调节开关，所述第一控制单元与第一调节开关耦合，所述第一控制单元控制所述第一调节开关的断开和闭合，使所述第一调频电容组的谐振频率与可变信号源的工作频率相等。5.根据权利要求2所述的一种耦合谐振式水下无线充电装置，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪洋，何志强，丁丽琴，张继良，李黎明，吴鹏，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44