接收端调控的正交模式追踪系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种接收端调控的正交模式追踪系统及方法，用于调控无线电能传输系统的无线电能传输过程，方法包括如下步骤：在无线电能传输系统开启后，监测无线电能传输系统的发射端处的输入功率以及接收端处的输出功率；以及依据输出功率与输入功率的比值，动态调节接收端的能量损耗速率，直至输出功率与输入功率的比值落入设定范围，以使得无线电能传输系统处于正交模式。本发明专利技术通过调节接收端的能量损耗速率使得无线电能传输系统维持在正交模式下，使得无线电能传输系统具有单频和高效的特点，大大增加了高效率传输的范围，提高了系统的传输效率。

【技术实现步骤摘要】
接收端调控的正交模式追踪系统及方法
本专利技术涉及无线电能传输领域，特指一种接收端调控的正交模式追踪系统及方法。
技术介绍
近年来，随着科学技术发展，无线电能传输技术在学术和工程领域都获得了极大的关注。由于其便利性，110kHz至210kHz的感应式无线电能传输方案在手机和耳机等消费电子类产品中获得了广泛的应用。但感应式无线电能传输技术的缺陷在于无法提供充电距离，其传输距离通常低于10mm。2007年美国麻省理工学院的Marin教授首次提出了共振式无线电能传输技术(Science317,83-862007)，即在系统发射端和接收端使用两个频率相同的线圈进行磁场耦合，该技术可以大大提高无线电能传输的传输距离。但是当系统位于强耦合区域时，由于近场作用系统的本征模式劈裂为两个相位相反的模式，其中相位相同的模式称为对称模式(共振线圈间相位差为0°)，相位相反的模式称为反对称模式(共振线圈间相位差为180°)。虽然上述两个模式均能提供最佳传输效率，但是两者的本征频率却会随着耦合强度变化而不断变化，使得传输效率降低。针对该物理现象工程邻域直观的提出了频率追踪电路实现对最佳传输效率点的锁定，2017年美国斯坦福大学的FanShanhui教授提出的利用非线性电路自动追踪劈裂模式(Nature546,387-3902017)的研究更是受到了广泛的关注。利用对称模式或反对称模式实现无线充电系统存在一些原理上的缺陷，首先系统构建必须满足发射端和接收端的能量耦合速率完全相同，即系统参数必须完全对称；其次，所用模式处于强耦合区域，当系统传输距离较远时系统效率下降明显；并且，由于电路部分需引入频率追踪，电路稳定性较低，空载压力大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种接收端调控的正交模式追踪系统及方法，解决现有的共振式方案存在频率劈裂传输效率降低以及追踪频率方法的系统稳定性差和需要严格的对称系统等的问题。实现上述目的的技术方案是：本专利技术提供了一种接收端调控的正交模式追踪方法，用于调控无线电能传输系统的无线电能传输过程，，所述无线电能传输系统的发射端和接收端均设有共振线圈，所述发射端和所述接收端的共振线圈的本征频率相同，所述正交模式追踪方法包括如下步骤：在无线电能传输系统开启后，监测所述无线电能传输系统的发射端处的输入功率以及接收端处的输出功率；以及依据所述输出功率与所述输入功率的比值，动态调节接收端的能量损耗速率，直至所述输出功率与所述输入功率的比值落入设定范围，以使得所述无线电能传输系统处于正交模式范围内。本专利技术基于正交模式的物理原理，通过调节接收端的能量损耗速率使得无线电能传输系统维持在正交模式下或正交模式范围内，大大增加了高效率传输的范围，提高了系统的传输效率，使得无线电能传输系统具有单频和高效的特点，即无线电能传输过程中发射端处的输入频率为单一频率，从而使得无线电能传输系统避免了频率追踪电路的设计，避免了系统稳定性差的问题，同时本专利技术的接收端调控的正交模式追踪方法具有较强的安全性，有效解决共振式无线电能传输方案因模式耦合导致频率劈裂和传输效率降低的问题和追踪频率方案的系统稳定性差和需要严格的对称系统的问题。。在无线电能传输系统的接收端进行单端调控即可，通过输出功率与输入功率的比值来动态的追踪调控接收端的能量损耗速率，即在接收端引入合适的损耗，从而将系统维持在高效工作模式，获得了高效的无线能量传输效率。本专利技术接收端调控的正交模式追踪方法的进一步改进在于，还包括：设定一低限值；在无线电能传输过程中，比较判断所述输出功率与所述输入功率的比值是否低于所述低限值；在所述输出功率与所述输入功率的比值低于所述低限值时，动态调节接收端的能量损耗速率，直至所述输出功率与所述输入功率的比值落入所述设定范围。本专利技术接收端调控的正交模式追踪方法的进一步改进在于，动态调节接收端的能量损耗速率的步骤包括：于所述无线电能传输系统的接收端的电路中接入一阻抗调节模块；动态调节所述阻抗调节模块的阻抗来实现动态调节所述接收端的能量损耗速率。本专利技术接收端调控的正交模式追踪方法的进一步改进在于，还包括：将所述发射端的共振线圈处的输入频率设置为一设定频率范围内的一频率值，所述设定频率范围为ω0-1％ω0至ω0+1％ω0，其中的ω0为所述发射端的共振线圈的本征频率。本专利技术接收端调控的正交模式追踪方法的进一步改进在于，监测所述无线电能传输系统的接收端的电流及电压；在所监测得到的接收端的电流及电压超过保护范围时，切断所述无线电能传输系统的接收端的电路，以保护所述无线电能传输系统。本专利技术还提供了一种接收端调控的正交模式追踪系统，用于调控无线电能传输系统的无线电能传输过程，所述无线电能传输系统的发射端和接收端均设有共振线圈，所述发射端和所述接收端的共振线圈的本征频率相同，所述正交模式追踪系统包括：接入所述无线电能传输系统的发射端的电路的输入功率检测模块，用于检测所述无线电能传输系统的输入功率；接入所述无线电能传输系统的输出端的电路的输出功率检测模块，用于检测所述无线电能输出系统的输出功率；以及接入所述无线电能传输系统的接收端的处理模块，所述处理模块与所述输入功率检测模块和所述输出功率检测模块连接，用于接收所述输入功率和所述输出功率，并依据所述输出功率与所述输入功率的比值调节所述无线电能传输系统的接收端的能量损耗速率，直至所述输出功率与所述输入功率的比值落入设定范围，使得所述无线电能传输系统处于正交模式范围内。本专利技术接收端调控的正交模式追踪系统的进一步改进在于，所述处理模块内设有一低限值；所述处理模块在无线电能传输过程中，比较判断所述输出功率与所述输入功率的比值是否低于所述低限值，在所述输出功率与所述输入功率的比值低于所述低限值时，动态调节接收端的能量损耗速率，直至所述输出功率与所述输入功率的比值落入所述设定范围。本专利技术接收端调控的正交模式追踪系统的进一步改进在于，还包括接入所述无线电能传输系统的接收端的电路的阻抗调节模块；所述处理模块与所述阻抗调节模块连接，用于控制调节所述阻抗调节模块的阻抗，以实现动态调节所述接收端的能量损耗速率。本专利技术接收端调控的正交模式追踪系统的进一步改进在于，还包括设于所述发射端并与所述发射端的共振线圈连接的高频逆变模块，用于向所述发射端的共振线圈输入高频电磁波，所输入的高频电磁波的频率范围在ω0-1％ω0至ω0+1％ω0之间，其中的ω0为所述发射端的共振线圈的本征频率。本专利技术接收端调控的正交模式追踪系统的进一步改进在于，还包括接入所述无线电能传输系统的接收端的电路的保护电路模块，用于在接收端的电路内的电流及电压超过保护范围时，切断接收端的电路。附图说明图1为本专利技术接收端调控的正交模式追踪系统应用的无线电能传输系统的系统图。图2为本专利技术接收端调控的正交模式追踪系统的系统图。图3为本专利技术接收端调控的正交模式追踪本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种接收端调控的正交模式追踪方法，用于调控无线电能传输系统的无线电能传输过程，所述无线电能传输系统的发射端和接收端均设有共振线圈，其特征在于，所述发射端和所述接收端的共振线圈的本征频率相同，所述正交模式追踪方法包括如下步骤：/n在无线电能传输系统开启后，监测所述无线电能传输系统的发射端处的输入功率以及接收端处的输出功率；以及/n依据所述输出功率与所述输入功率的比值，动态调节接收端的能量损耗速率，直至所述输出功率与所述输入功率的比值落入设定范围，以使得所述无线电能传输系统处于正交模式范围内。/n

【技术特征摘要】
1.一种接收端调控的正交模式追踪方法，用于调控无线电能传输系统的无线电能传输过程，所述无线电能传输系统的发射端和接收端均设有共振线圈，其特征在于，所述发射端和所述接收端的共振线圈的本征频率相同，所述正交模式追踪方法包括如下步骤：
在无线电能传输系统开启后，监测所述无线电能传输系统的发射端处的输入功率以及接收端处的输出功率；以及
依据所述输出功率与所述输入功率的比值，动态调节接收端的能量损耗速率，直至所述输出功率与所述输入功率的比值落入设定范围，以使得所述无线电能传输系统处于正交模式范围内。


2.如权利要求1所述的接收端调控的正交模式追踪方法，其特征在于，还包括：
设定一低限值；
在无线电能传输过程中，比较判断所述输出功率与所述输入功率的比值是否低于所述低限值；
在所述输出功率与所述输入功率的比值低于所述低限值时，动态调节接收端的能量损耗速率，直至所述输出功率与所述输入功率的比值落入所述设定范围。


3.如权利要求1所述的接收端调控的正交模式追踪方法，其特征在于，动态调节接收端的能量损耗速率的步骤包括：
于所述无线电能传输系统的接收端的电路中接入一阻抗调节模块；
动态调节所述阻抗调节模块的阻抗来实现动态调节所述接收端的能量损耗速率。


4.如权利要求1所述的接收端调控的正交模式追踪方法，其特征在于，还包括：
将所述发射端的共振线圈处的输入频率设置为一设定频率范围内的一频率值，所述设定频率范围为ω0-1％ω0至ω0+1％ω0，其中的ω0为所述发射端的共振线圈的本征频率。


5.如权利要求1所述的接收端调控的正交模式追踪方法，其特征在于，监测所述无线电能传输系统的接收端的电流及电压；
在所监测得到的接收端的电流及电压超过保护范围时，切断所述无线电能传输系统的接收端的电路，以保护所述无线电能传输系统。


6.一种接收端调控的正交模式追踪系统，用于调控无线电能传输系统的无线电能传输过程，所述无线电能传输系统的发射端和接...

【专利技术属性】
技术研发人员：李云辉，祝可嘉，江俊，卢杰，
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