发射端线圈可调的双共振式无线电能传输系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种发射端线圈可调的双共振式无线电能传输系统及方法，其中，发射端线圈可调的双共振式无线电能传输系统中，发射端包括发射端电路、发射端非共振线圈和发射端共振线圈；系统还包括：用于获取系统的发射端和接收端之间的距离的控制模块；在控制模块的控制下根据距离以一定规律调节发射端非共振线圈的匝数的切换模块，切换模块与控制模块通信连接。通过切换线圈改变了发射端非共振线圈的匝数，实现了发射端非共振线圈和发射端共振线圈的磁通量控制，实现了大范围内稳定、高效的能量传输效率；本发明专利技术可使用单一频率进行工作；本发明专利技术通过改变发射端非共振线圈的匝数可保证工作频率始终不劈裂。

Dual Resonance Radio Power Transmission System and Method with Adjustable Coil at Transmitter End

【技术实现步骤摘要】
发射端线圈可调的双共振式无线电能传输系统及方法
本专利技术涉及无线电能传输领域，具体涉及一种发射端线圈可调的双共振式无线电能传输系统及方法。
技术介绍
在无线电能传输系统的发展中经历了几个阶段，最初的方案直接通过线圈产生交变电磁场耦合感应式，虽然目前该方案(Qi标准)是已实现量产，但其缺点也十分突出，一方面是传输距离非常近(不超过10mm)，另一方面该方法的能量传输效率不高(低于50％)，由此导致充电范围小的问题。随后由麻省理工学院Marin教授提出的磁共振方案可以有效提升能量的传输距离，但其缺点也非常明显，只存在一个最佳的工作距离，其他距离下传输效率会大大下降。基于磁共振传输方案，工程上的解决方法是通过追踪最佳的工作频率，该方法不仅电路设计困难，并且无法扩大充电范围。特别的，在一些特定场景下，限制了接收端线圈及电路的改进空间(例如手机等小型化设备)而仅仅只能通过发射端来实现效率和可移动性的提升。此外，现有技术中很难避免在相对较近距离下由于近场相互作用导致的频率劈裂问题。因此，有必要提供一种方案，解决现有无线电能传输系统中存在的传输距离短、传输效率低、充电范围小、工作频率不稳定的问题。
技术实现思路
为了解决现有无线电能传输系统中存在的传输距离短、传输效率低、充电范围小的问题，本专利技术提供了一种发射端线圈可调的双共振式无线电能传输系统及方法。本专利技术提供的发射端线圈可调的双共振式无线电能传输系统包括发射端电路、发射端非共振线圈和发射端共振线圈，所述发射端非共振线圈电连接于所述发射端电路，所述发射端共振线圈耦合于所述发射端非共振线圈，其特征在于，所述发射端线圈可调的双共振式无线电能传输系统还包括：用于获取所述系统的发射端和接收端之间的距离的控制模块；在所述控制模块的控制下根据所述距离以一定规律调节所述发射端非共振线圈的匝数的切换模块，所述切换模块与所述控制模块通信连接。本专利技术通过改变发射端非共振线圈的匝数，实现了发射端非共振线圈和发射端共振线圈的磁通量控制，实现了大范围内稳定、高效的能量传输效率。本专利技术发射端线圈可调的双共振式无线电能传输系统的进一步改进在于，所述规律为所述发射端非共振线圈的匝数和所述距离之间的关系呈负相关。本专利技术发射端线圈可调的双共振式无线电能传输系统的进一步改进在于，所述控制模块控制所述切换模块调节所述发射端非共振线圈的匝数，以使所述系统的共振模式锁定在所述发射端共振线圈的本征频率。本专利技术发射端线圈可调的双共振式无线电能传输系统的进一步改进在于，所述接收端包括接收端共振线圈、接收端非共振线圈和接收端电路，所述接收端共振线圈共振耦合于所述发射端共振线圈，所述接收端非共振线圈耦合于所述接收端共振线圈，所述接收端电路电连接于所述接收端非共振线圈；所述发射端共振线圈磁场耦合于所述发射端非共振线圈；所述接收端共振线圈磁场耦合于所述接收端非共振线圈。本专利技术发射端线圈可调的双共振式无线电能传输系统的进一步改进在于，所述控制模块电连接于所述发射端非共振线圈。本专利技术发射端线圈可调的双共振式无线电能传输系统的更进一步改进在于，所述控制模块包括：用于检测所述发射端电路的输入电流电压参数的检测单元，所述检测单元电连接于所述发射端电路；处理所述输入电流电压参数并根据所述输入电流电压参数计算所述距离的计算单元，所述计算单元电连接于所述检测单元；根据所述距离控制所述切换模块的控制单元，所述控制单元电连接于所述计算单元和所述切换模块。本专利技术发射端线圈可调的双共振式无线电能传输系统的进一步改进在于，所述发射端非共振线圈包括匝数不同的多个子线圈；所述切换模块的第一端电连接于所述发射端电路，所述切换模块的第二端可切换地电连接于一所述子线圈，所述切换模块的控制端电连接于所述控制模块。此外，本专利技术还提供一种双共振式无线电能传输方法，包括步骤：提供一发射端线圈可调的双共振式无线电能传输系统，所述系统的发射端包括发射端电路、发射端非共振线圈和发射端共振线圈，所述发射端非共振线圈电连接于所述发射端电路，所述发射端共振线圈耦合于所述发射端非共振线圈；获取所述系统的发射端和接收端之间的距离；根据所述距离以一定规律调节所述发射端非共振线圈的匝数，所述规律为所述发射端非共振线圈的匝数和所述距离之间的关系呈负相关。本专利技术双共振式无线电能传输方法的进一步改进在于，所述根据所述距离以一定规律调节所述发射端非共振线圈的匝数的步骤中：通过调节所述发射端非共振线圈的匝数，使所述系统的共振模式锁定在所述发射端共振线圈的本征频率。本专利技术双共振式无线电能传输方法的进一步改进在于，所述发射端非共振线圈包括匝数不同的多个子线圈；所述根据所述距离以一定规律调节发射端非共振线圈的匝数的步骤中，将对应于所述距离的一所述子线圈电连接于所述发射端电路。附图说明图1为本专利技术实施例的发射端线圈可调的双共振式无线电能传输系统的能量传输关系示意图。图2为本专利技术实施例的发射端线圈可调的双共振式无线电能传输系统的主要结构示意图。图3为本专利技术实施例的双共振式无线电能传输方法的流程图。图4a为接收端位于空间区域Ⅰ并且第一子线圈耦合于发射端共振线圈时的系统结构示意图。图4b为第一子线圈耦合于发射端共振线圈时能量传输效率与距离的关系曲线示意图。图5a为接收端位于空间区域Ⅱ并且第二子线圈耦合于发射端共振线圈时的系统结构示意图。图5b为第二子线圈耦合于发射端共振线圈时能量传输效率与距离的关系曲线示意图。图6a为接收端位于空间区域Ⅲ并且第三子线圈耦合于发射端共振线圈时的系统结构示意图。图6b为第三子线圈耦合于发射端共振线圈时能量传输效率与距离的关系曲线示意图。图7为本专利技术实施例的发射端线圈可调的双共振式无线电能传输系统的能量传输效率与距离的关系曲线示意图。具体实施方式为了解决现有无线电能传输系统中存在的传输距离短、传输效率低、充电范围小的问题，本专利技术提供了一种发射端线圈可调的双共振式无线电能传输系统及方法。下面结合附图和具体实施例对本专利技术发射端线圈可调的双共振式无线电能传输系统及方法作进一步说明。本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。结合图1和图2所示，本专利技术发射端线圈可调的双共振式无线电能传输系统，系统的发射端包括发射端电路20、发射端非共振线圈30和发射端共振线圈40，发射端非共振线圈30电连接于发射端电路20，发射端共振线圈40耦合于发射端非共振线圈30，发射端线圈可调的双共振式无线电能传输系统还包括：用于获取系统的发射端和接收端之间的距离的控制模块(图中未显示)；在控制模块的控制下根据距离以一定规律调节发射端非共振线圈30的匝数的切换模块(图中未显示)，切换模块与控制模块通信连接。本专利技术中，通过改变耦合于发射端共振线圈40的发射端非共振线圈30的匝数，改变了发射端非共振线圈30与发射端共振线圈40之间的磁通量，改变了发射端非共振线圈30与发射端共振线圈40的通道耦合速率，进而优化提升了发射端共振线圈40和接收端共振线圈50之间的能量传输效率。具体地，当接收端共振线圈50和发射端共振线圈40之间的距离改变时，以一定规律将发射端非共振线圈30匝数调整至适应于当前距离，以使能量传输效率保持相对稳定并始终保持在相对较高的范围内，解决了现有技术中存在的传输距离短本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发射端线圈可调的双共振式无线电能传输系统，所述系统的发射端包括发射端电路、发射端非共振线圈和发射端共振线圈，所述发射端非共振线圈电连接于所述发射端电路，所述发射端共振线圈耦合于所述发射端非共振线圈，其特征在于，所述发射端线圈可调的双共振式无线电能传输系统还包括：用于获取所述系统的发射端和接收端之间的距离的控制模块；在所述控制模块的控制下根据所述距离以一定规律调节所述发射端非共振线圈的匝数的切换模块，所述切换模块与所述控制模块通信连接。

【技术特征摘要】
1.一种发射端线圈可调的双共振式无线电能传输系统，所述系统的发射端包括发射端电路、发射端非共振线圈和发射端共振线圈，所述发射端非共振线圈电连接于所述发射端电路，所述发射端共振线圈耦合于所述发射端非共振线圈，其特征在于，所述发射端线圈可调的双共振式无线电能传输系统还包括：用于获取所述系统的发射端和接收端之间的距离的控制模块；在所述控制模块的控制下根据所述距离以一定规律调节所述发射端非共振线圈的匝数的切换模块，所述切换模块与所述控制模块通信连接。2.如权利要求1所述的发射端线圈可调的双共振式无线电能传输系统，其特征在于：所述规律为所述发射端非共振线圈的匝数和所述距离之间的关系呈负相关。3.如权利要求1或2所述的发射端线圈可调的双共振式无线电能传输系统，其特征在于：所述控制模块控制所述切换模块调节所述发射端非共振线圈的匝数，以使所述系统的共振模式锁定在所述发射端共振线圈的本征频率。4.如权利要求1所述的发射端线圈可调的双共振式无线电能传输系统，其特征在于：所述接收端包括接收端共振线圈、接收端非共振线圈和接收端电路，所述接收端共振线圈共振耦合于所述发射端共振线圈，所述接收端非共振线圈耦合于所述接收端共振线圈，所述接收端电路电连接于所述接收端非共振线圈；所述发射端共振线圈磁场耦合于所述发射端非共振线圈；所述接收端共振线圈磁场耦合于所述接收端非共振线圈。5.如权利要求1所述的发射端线圈可调的双共振式无线电能传输系统，其特征在于：所述控制模块电连接于所述发射端非共振线圈。6.如权利要求5所述的发射端线圈可调的双共振式无线电能传输系统，其特征在于，所述控制模块包括：用于检测所述发射端...

【专利技术属性】
技术研发人员：李云辉，祝可嘉，江俊，卢杰，吕渴强，刘羽，何毅辉，
申请(专利权)人：上海卡珀林智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31