一种无线电能传输方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种无线电能传输方法和系统，其中系统包括高频激励电源、发射线圈、防频率分裂调谐线圈、至少两个共振线圈以及谐振电容，其中高频激励电源与发射线圈以及谐振电容处于并联结构；防频率分裂调谐线圈与发射线圈处于同平面同时防频率分裂调谐线圈的直径大于发射线圈的直径且发射线圈和防频率分裂线圈的感值、与发射线圈并联的电容容值以及与防频率分裂线圈串联的电容容值要满足特定公式。本发明专利技术既使用并联谐振也使用串联谐振，提供能量的高频激励电源与发射线圈和谐振电容处于并联结构，在无接收线圈接收的静态工作下发射阻抗达到最大，静态消耗低，发射端的发射能量会随着接收线圈的能量需求的变化而变化，减少不必要的能量消耗。

【技术实现步骤摘要】
一种无线电能传输方法和系统
本专利技术涉及无线电能传输
，尤其涉及一种无线电能传输方法和系统。
技术介绍
在信息化社会高速发展的今天，电子设备已经是随处可见。由于传统的电能传输需要导线构成回路，有些情况考虑实际情况无法连接导线，致使很多电子设备也出现了无线充电和无线供电的技术需求。很多手机厂商也开始支持近距离的无线充电的技术，各种各样的无线供电设备也开始慢慢出现。目前有的无线充电设备都为近距离耦合，仅仅省去插接充电线路的麻烦。而且当没有充电设备接入时，无线电能发射装置发射的电能都被浪费。因此现有技术的无线充电设备的发射端发射能量不能随着接收线圈的能量需求的变化而随之变化来减少能量消耗，为解决这个问题，市场上的产品使用的方法是：发射端间歇性的发一串脉冲信号检测是否有接收装置接入，未接入时采用待机的方法减少电能消耗；或使用红外对管检测是否有设备接入。但发射脉冲的时候仍会消耗很多电能，红外对管检测也会受外界光强度变化的干扰，错误判断，造成浪费。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是现有技术的无线充电设备的发射端不能通过发射能量随着接收线圈的能量需求的变化而变化来减少能量消耗，提供一种无线电能传输方法和系统。为解决上述技术问题，本专利技术一种无线电能传输方法，其特征在于包括：(1)绕制同心圆结构的发射线圈和防频率分裂调谐线圈以及共振线圈和接收线圈，其中共振线圈至少两个且，并且防频率分裂调谐线圈的直径大于发射线圈的直径，并将所有线圈固定；(2)将用于产生并联谐振的高频激励电源、发射线圈和谐振电容并联连接，将用于产生串联谐振的防频率分裂调谐线圈、所有共振线圈以及接收线圈与电容串联连接；(3)调节发射线圈端的发射线圈和防频率分裂线圈的感值、与发射线圈并联的电容容值以及与防频率分裂线圈串联的电容容值至没有接收端时发射线圈端处于并联谐振状态；(4)将用于近场耦合的发射线圈和防频率分裂线圈置于同平面；按照预定条件调节发射线圈与第一个共振线圈的间距D1以及第二个共振线圈与接收线圈的间距D2至两个共振线圈在无线电能传输的时候处于共振磁耦合状态；(5)接通高频激励电源和发射线圈，微调并联的谐振电容至高频激励电源的输出电流最小时调谐完成；(6)测试接收线圈是否接收到能量，若未接收到能量，测量高频激励电源的输出是否正常，测量共振线圈谐振频率是否和发射频率相同；若接收到能量，改变负载的大小，测量高频激励电源的输出电流是否通过接收负载的电流变化而同向变化，如果相同，则无线电能传输系统工作正常。进一步地，步骤(3)中所述发射线圈端处于并联谐振状态需满足以下公式：式1中f0为高频驱动电源的交变频率，R为发射线圈的等效内阻，C1为与发射线圈并联的电容容值，Lm为防频率分裂调谐线圈与发射线圈近场耦合后的等效电感值。更进一步地，所述防频率分裂调谐线圈与发射线圈近场耦合后的等效电感值Lm满足以下关系式：式2中ω为高频驱动电源的角频率，M为两线圈之间的互感系数，L1为发射线圈的电感值，L2为防频率分裂调谐线圈的电感值，C2为与防频率分裂线圈串联的电容容值。另外为了解决提高传输效率和传输距离的技术问题，本文专利技术方法中包括按照预定条件调节发射线圈与第一个共振线圈的间距D1以及第二个共振线圈与接收线圈的间距D2至两个共振线圈在无线电能传输时处于共振磁耦合状态；所述预定条件为D1的长度与防频率分裂调谐线圈的直径相同，D2的长度为共振线圈的直径长度。防频率分裂调谐线圈与发射线圈处于同平面，两个线圈是近场耦合状态，其余的线圈在无线电能传输的时候处于共振磁耦合状态。由于传输的过程耦合方式采用共振的方法，所以传输时的耦合系数都比传统的远距离磁耦合效果更好。因此本系统的传输距离和传输的效率都有所提高。在另一方面，本专利技术提拱了一种无线电能传输系统，包括高频激励电源,其特征在于，包括发射线圈L1、防频率分裂调谐线圈L2、至少两个共振线圈L3、L4以及谐振电容，其中高频激励电源与发射线圈L1以及谐振电容C1处于并联结构；防频率分裂调谐线圈L2与发射线圈L1处于同平面同时防频率分裂调谐线圈L2的直径大于发射线圈L1的直径,防频率分裂调谐线圈、所有共振线圈以及接收线圈均与电容串联；其中发射线圈L1、防频率分裂调谐线圈L2、与发射线圈并联的电容C1、与防频率分裂调谐线圈串联的电容C2满足以下公式：式1中f0为高频驱动电源的交变频率，R为发射线圈的等效内阻，C1为与发射线圈并联的电容容值，Lm为防频率分裂调谐线圈与发射线圈近场耦合后的等效电感值；其中防频率分裂调谐线圈与发射线圈近场耦合后的等效电感值Lm满足以下关系式：式2中ω为高频驱动电源的角频率，M为两线圈之间的互感系数，L1为发射线圈的电感值，L2为防频率分裂调谐线圈的电感值，C2为与防频率分裂线圈串联的电容容值。进一步地，所有线圈的空间位置均为同轴状态。更一进步的，所述共振线圈和接收线圈的线圈半径均相同。本专利技术所达到的有益效果：本专利技术的无线电能传输系统采用独创的五线圈结构，既使用并联谐振也使用串联谐振，提供能量的高频激励电源与发射线圈和谐振电容处于并联结构，而不是传统的串联谐振。本传输系统在发射端供电时，若未有接收端的时候，发射线圈端要进入并联谐振状态，且谐振电感不是单一的发射线圈，而是发射线圈与防频率分裂线圈构成的等效电感。当接收线圈接入时，发射电路偏离谐振点，也就是系统工作时，发射端的线圈全都不工作在谐振点。本系统在无接收线圈接收的静态工作下发射阻抗达到最大，静态消耗低，发射端的发射能量会随着接收线圈的能量需求的变化而随之变化，减少不必要的能量消耗。附图说明图1是本专利技术实施例系统结构图；图2是本专利技术实施例系统的等效电路原理图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。在一个方面，本专利技术提拱了一种无线电能传输方法，在一个具体实施例中包括以下步骤：(1)绕制同心圆结构的发射线圈和防频率分裂调谐线圈以及共振线圈和接收线圈，其中共振线圈至少两个且，并且防频率分裂调谐线圈的直径大于发射线圈的直径，并将所有线圈固定。如图1所述绕制同心圆结构的发射线圈L1和防频率分裂调谐线圈L2以及共振线圈L3、L4和接收线圈L5，其中优选地，两个共振线圈与接收线圈的半径均相同，制作不同L1线圈感值、L2线圈感值和电容C2容值的选取会影响发射端的并联谐振谐振品质，谐振的品质因数Q越大越好。为了使谐振点固定、中心频率不漂移，器件的稳定性要好，线圈要固定稳固使电感值保持不变化。(2)将用于产生并联谐振的高频激励电源、发射线圈和谐振电容并联连接，将用于产生串联谐振的防频率分裂调谐线圈、所有共振线圈以及接收线圈与电容串联连接；(3)调节发射线圈端的发射线圈和防频率分裂线圈的感值、与发射线圈并联的电容容值以及与防频率分裂线圈串联的电容容值至没有接收端时发射线圈端处于并联谐振状态；测量发射线圈和防频率分裂线圈的感值，通过互感系数，线圈感值计算出调谐电容的容值；其中发射线圈L1、防频率分裂调谐线圈L2、与发射线圈并联的电容C1、与防频率分裂调谐线圈串联的电容C2满足以下公式：式1中f0为高频驱动电源的交变频率，R为发射线圈的等效内阻，C1为与发射线圈并联的电容容值，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线电能传输方法，其特征在于包括：(1)绕制同心圆结构的发射线圈和防频率分裂调谐线圈以及共振线圈和接收线圈，其中共振线圈至少两个，并且防频率分裂调谐线圈的直径大于发射线圈的直径，并将所有线圈固定；(2)将用于产生并联谐振的高频激励电源、发射线圈和谐振电容并联连接，将用于产生串联谐振的防频率分裂调谐线圈、所有共振线圈以及接收线圈与电容串联连接；(3)调节发射线圈端的发射线圈和防频率分裂线圈的感值、与发射线圈并联的电容容值以及与防频率分裂线圈串联的电容容值至没有接收端时发射线圈端处于并联谐振状态；(4)将用于近场耦合的发射线圈和防频率分裂线圈置于同平面；按照预定条件调节发射线圈与第一个共振线圈的间距D1以及第二个共振线圈与接收线圈的间距D2至两个共振线圈在无线电能传输时处于共振磁耦合状态；(5)接通高频激励电源和发射线圈，微调并联的谐振电容至高频激励电源的输出电流最小时调谐完成；(6)测试接收线圈是否接收到能量，若未接收到能量，测量高频激励电源的输出是否正常，测量共振线圈谐振频率是否和发射频率相同；若接收到能量，改变负载的大小，测量高频激励电源的输出电流是否通过接收负载的电流变化而同向变化，如果相同，则无线电能传输系统工作正常。...

【技术特征摘要】
1.一种无线电能传输方法，其特征在于包括：(1)绕制同心圆结构的发射线圈和防频率分裂调谐线圈以及共振线圈和接收线圈，其中共振线圈至少两个，并且防频率分裂调谐线圈的直径大于发射线圈的直径，并将所有线圈固定；(2)将用于产生并联谐振的高频激励电源、发射线圈和谐振电容并联连接，将用于产生串联谐振的防频率分裂调谐线圈、所有共振线圈以及接收线圈与电容串联连接；(3)调节发射线圈端的发射线圈和防频率分裂线圈的感值、与发射线圈并联的电容容值以及与防频率分裂线圈串联的电容容值至没有接收端时发射线圈端处于并联谐振状态；(4)将用于近场耦合的发射线圈和防频率分裂线圈置于同平面；按照预定条件调节发射线圈与第一个共振线圈的间距D1以及第二个共振线圈与接收线圈的间距D2至两个共振线圈在无线电能传输时处于共振磁耦合状态；(5)接通高频激励电源和发射线圈，微调并联的谐振电容至高频激励电源的输出电流最小时调谐完成；(6)测试接收线圈是否接收到能量，若未接收到能量，测量高频激励电源的输出是否正常，测量共振线圈谐振频率是否和发射频率相同；若接收到能量，改变负载的大小，测量高频激励电源的输出电流是否通过接收负载的电流变化而同向变化，如果相同，则无线电能传输系统工作正常。2.如权利要求1所述的一种无线电能传输方法，其特征在于：步骤(3)中所述没有接收端时发射线圈端处于并联谐振状态需满足以下公式：式1中f0为高频驱动电源的交变频率，R为发射线圈的等效内阻，C1为与发射线圈并联的电容容值，Lm为防频率分裂调谐线圈与发射线圈近场耦合后的等效电感值。3.如权利要求2所述的一种无线电能传输方法，其特征在于：式1中的防频率分裂调谐线圈与发射线圈近场耦合后的等效电感值Lm满足以下关系式：式2中ω为高频驱动电源的角频率，M为两线圈之间的互感系数，L1为发射线圈的电感值，L2为防频率分裂调谐线圈的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李开宇，李磊，王平，杨德华，刘佳琪，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32