无线能量传输系统的谐振频率控制方法技术方案

无线能量传输系统的谐振频率控制方法，它包括，检测被接入发射回路的激励电源的输出电压和输出电流；使激励电源的工作频率和发射回路的固有频率分别在第一频率区域和第二频率区域扫描变化；记录在扫描过程中输出电压与输出电流处于同相时所检测到的各个输出电流的大小和频率；选择出所记录的各个输出电流中的最小输出电流的频率；再使激励电源的工作频率和发射回路的固有频率都与该最小输出电流的频率相同。该种方法，仅仅在系统的发射端采取控制措施，使激励电源的工作频率和发射回路的固有频率都扫描变化并动态跟踪接收回路的固有频率，从而使整个系统处于谐振工作状态。

Resonant frequency control method and device for wireless energy transmission system

The resonant frequency control method, wireless power transmission system includes detecting the output voltage and output current excitation power supply access emission circuit; the natural frequency of the excitation power supply frequency and transmitting circuit are respectively in the first frequency region and the second region scanning frequency changes; record in the process of scanning the output voltage and output current in size the output current in phase and frequency of the detected; choose the minimum output current for each output current in the recorded frequency; then the inherent frequency of the excitation power supply and frequency emission circuit and the minimum output current at the same frequency. This way, only to take control measures in the system of the transmitter, the natural frequency of the excitation power supply frequency and transmitting loop scanning changes and dynamic tracking frequency receiving circuit, so that the whole system is in the resonance state.

【技术实现步骤摘要】
无线能量传输系统的谐振频率控制方法和装置本申请是申请日为2014年7月7日、申请号为201410319498.8、专利技术名称为“无线能量传输系统的谐振频率控制方法和装置”的专利申请的分案申请。
本专利技术涉及无线能量传输
，特别涉及一种无线能量传输系统的谐振频率控制方法和用于无线能量传输的装置。
技术介绍
各种用电设备通常使用有线连接来实现能量的传输。由于能量的无线传输具有使用安全和方便的特点，实现能量的无线传输一直是人们渴望实现的梦想。在一些特殊的应用场所，如水下作业、医用植入设备、无线网络等不方便或不能使用导线提供能量的场合，实现无线能量传输具有较高的应用价值。根据能量传输原理，目前，在国内外所研究的无线能量传输技术主要有电磁波能量传输技术、感应耦合式无线能量传输技术和谐振式无线能量传输技术。电磁波能量传输技术是利用天线发送和接收的原理，比如使用微波进行无线能量传输，这种技术能够实现极高的传输功率，该技术存在的主要问题是在能量传输路径上不能有障碍物遮挡，即能量传输无法绕过或穿过障碍物。感应耦合式无线能量传输技术是利用电磁感应原理，采用松耦合变压器或可分离式变压器实现非接触式功率传输。该种技术存在的主要问题是能量传输距离受到传输原理的局限而被限制在毫米等级。谐振式无线电能传输技术是一种使相隔一定距离的发射回路和接收回路都处于谐振状态的能量传输技术，它适合在中等距离实现无线能量的传输。由于发射回路和接收回路在实际的工作环境中容易受到各种干扰，使整个系统难以工作于谐振状态，而系统的失谐将使系统的传输效率急剧下降。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，在无线能量传输系统中，能够自动调整或控制系统的谐振频率并使整个系统工作于谐振状态。为了实现本专利技术的目的，本专利技术的第一方面是要提供一种无线能量传输系统的谐振频率控制方法，所述无线能量传输系统利用电磁场的耦合从位于发射端的发射回路向位于接收端的接收回路传输能量，其特征在于，所述谐振频率控制方法包括，检测被接入发射回路的激励电源的输出电压和输出电流；使激励电源的工作频率和发射回路的固有频率分别在第一频率区域和第二频率区域扫描变化，其中，第一频率区域和第二频率区域都包括接收回路的固有频率所处的第三频率区域，激励电源的工作频率和发射回路的固有频率分别扫描第一频率区域和第二频率区域至少一遍；记录在扫描过程中激励电源的输出电压与输出电流处于同相时所检测到的激励电源的各个输出电流的大小和频率；选择出所记录的各个输出电流中的最小输出电流的频率；再使激励电源的工作频率和发射回路的固有频率都与该最小输出电流的频率相同。在实际的应用系统中，发射回路和接收回路的电路参数都要受到环境的影响而变化，使发射回路和接收回路的固有频率都要发生变化，事实上，发射回路的固有频率和接收回路的固有频率都可能在各自的某一频率区域内变化，例如，接收回路的固有频率可能在所述的第三频率区域内变化，因此在实际的工作环境中，发射回路和接收回路的失谐是很容易发生的。本专利技术的谐振频率控制方法，仅仅在系统的发射端采取控制措施，使激励电源的工作频率和发射回路的固有频率都扫描变化并动态跟踪接收回路的固有频率，从而使整个系统处于谐振工作状态。而现有的技术通常需要在发射端和接收端都采取控制措施，才能使使整个系统处于谐振工作状态；而在诸如医用植入设备等应用中，在系统的接收端采取控制措施是十分困难的，甚至是不可能的；因此，本专利技术的谐振频率控制方法仅仅在系统的发射端采取控制措施就能实现系统的谐振工作，这在技术上是一项重大突破并具有很高的应用价值。由于激励电源的输出电流的频率与激励电源的工作频率相同，所以激励电源的输出电流的频率也就是激励电源的工作频率。扫描第一频率区域一遍是指从第一频率区域的一端开始扫描至第一频率区域的另一端结束这样扫描一遍；同样，扫描第二频率区域一遍是指从第二频率区域的一端开始扫描至第二频率区域的另一端结束这样扫描一遍。在所述谐振频率控制方法中，第一频率区域可以大于第二频率区域，第一频率区域可以等于第二频率区域，第一频率区域也可以小于第二频率区域。在一个优选的实施方式中，第一频率区域包含第二频率区域。在另一个优选的实施实施方式中，第二频率区域包含第一频率区域。在所述谐振频率控制方法中，所述发射回路的固有频率在第二频率区域以一定的步进量扫描变化，并且所述发射回路的固有频率每扫描变化一个步进量，所述激励电源的工作频率就扫描第一频率区域一遍。这里所述的每扫描变化一个步进量是指每增加或减少一个步进量。如果步进量为100赫兹，一个步进量就代表100赫兹，固有频率每扫描变化一个步进量是指固有频率每增加或减少100赫兹。在所述谐振频率控制方法中，所述激励电源的工作频率在第一频率区域以一定的步进量扫描变化，并且所述激励电源的工作频率每扫描变化一个步进量，所述发射回路的固有频率就扫描第二频率区域一遍。在所述谐振频率控制方法中，可以通过控制发射回路的谐振元件的参数来使发射回路的固有频率扫描变化。优选地，通过控制发射回路的谐振电容的大小来使发射回路的固有频率扫描变化。在所述谐振频率控制方法中，接收回路的固有频率所处的第三频率区域通常预先设定，并通过实验来验证所设定的准确性，通常要求第三频率区域尽量小，但要求接收回路的固有频率只能在第三频率区域内变化。本专利技术的第二方面是要提供一种用于无线能量传输的装置，所述装置利用电磁场的耦合从位于发射端的发射回路向位于接收端的接收回路传送能量，其特征在于，所述装置包括，电容矩阵，作为发射回路的谐振元件；检测电路，用于检测被接入发射回路的激励电源的输出电压和输出电流；继电器系统，用于控制电容矩阵以使发射回路的固有频率能扫描变化；振荡器，用于控制激励电源的工作频率；单片机控制单元，所述单片机控制单元被设置成，能控制振荡器的振荡频率使激励电源的工作频率扫描变化，能控制继电器系统使发射回路的固有频率扫描变化，能记录在激励电源的输出电压与输出电流同相时检测电路所检测到的激励电源的各个输出电流的大小和频率，能选择出所记录的各个输出电流中的最小输出电流的频率，还能控制振荡器和继电器系统使激励电源的工作频率和发射回路的固有频率都与该最小输出电流的频率相同；其中，激励电源的工作频率和发射回路的固有频率分别在第一频率区域和第二频率区域扫描变化，第一频率区域和第二频率区域都包括接收回路的固有频率所处的第三频率区域。本专利技术的装置，仅仅在系统的发射端设置控制装置，就能使激励电源的工作频率和发射回路的固有频率都扫描变化并动态跟踪接收回路的固有频率，就能实现整个系统的谐振工作。而现有的技术通常需要在系统的发射端和系统的接收端都设置控制装置，才能使整个系统谐振工作。因此，本专利技术的装置在技术上具有显著的进步。在所述的装置中，第一频率区域可以大于第二频率区域，第一频率区域可以等于第二频率区域，第一频率区域也可以小于第二频率区域。在一个优选的实施例中，第一频率区域包含第二频率区域。在另一个优选的实施例中，第二频率区域包含第一频率区域。优选地，所述发射回路的固有频率在第二频率区域以一定的步进量扫描变化，并且所述发射回路的固有频率每扫描变化一个步进量，所述激励电源的工作频率就扫描第一频率区域一遍。优选地，所述激励电源的工作频率在第一频率区本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线能量传输系统的谐振频率控制方法，所述无线能量传输系统利用电磁场的耦合从位于发射端的发射回路向位于接收端的接收回路传输能量，其特征在于，所述谐振频率控制方法包括，检测被接入发射回路的激励电源的输出电压和输出电流；使激励电源的工作频率和发射回路的固有频率分别在第一频率区域和第二频率区域扫描变化，其中，第一频率区域和第二频率区域都包括接收回路的固有频率所处的第三频率区域，激励电源的工作频率和发射回路的固有频率分别扫描第一频率区域和第二频率区域至少一遍；记录在扫描过程中激励电源的输出电压与输出电流处于同相时所检测到的激励电源的各个输出电流的大小和频率；选择出所记录的各个输出电流中的最小输出电流的频率；再使激励电源的工作频率和发射回路的固有频率都与该最小输出电流的频率相同； 其中，所述激励电源的工作频率在第一频率区域以一定的步进量扫描变化，并且所述激励电源的工作频率每扫描变化一个步进量，所述发射回路的固有频率就扫描第二频率区域一遍。

【技术特征摘要】
1.一种无线能量传输系统的谐振频率控制方法，所述无线能量传输系统利用电磁场的耦合从位于发射端的发射回路向位于接收端的接收回路传输能量，其特征在于，所述谐振频率控制方法包括，检测被接入发射回路的激励电源的输出电压和输出电流；使激励电源的工作频率和发射回路的固有频率分别在第一频率区域和第二频率区域扫描变化，其中，第一频率区域和第二频率区域都包括接收回路的固有频率所处的第三频率区域，激励电源的工作频率和发射回路的固有频率分别扫描第一频率区域和第二频率区域至少一遍；记录在扫描过程中激励电源的输出电...

【专利技术属性】
技术研发人员：任文华，
申请(专利权)人：许彐琼，
类型：发明
国别省市：浙江,33