无线供电系统和无线供电方法技术方案

本发明专利技术公开了一种无线供电系统，包括至少一个供能的主节点和至少一个受能的从节点，主节点包括主节点天线、主控模块、主谐振回路、主振荡调节模块、功率驱动模块和主通信模块，从节点包括从节点天线、从控模块、从谐振回路、从振荡调节模块、功率输出模块和从通信模块，主节点和从节点各为一个的情况下，还包括至少一个辅助节点，所述辅助节点至少包括定位通信模块，用于向所述主节点提供用于定位所述从节点的信息。主节点根据请求计算最佳的控制参量值，并根据计算值控制主、从节点的动作，使能量传输在满足需求的前提下达到效率最优。本发明专利技术还公开了一种无线供电方法。通过控制主节点、从节点之间耦合电磁共振的谐振状态，能达到短距离能量高效传输的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线供电技术，具体涉及一种。
技术介绍
随着科技的发展，人们活动的自由度大大增加，手机等智能终端的出 现使人们无缝接入了信息社会，但无线技术长期以来仍停留在信息领域应 用，其能量特性并未获得应有的发展。所以我们使用的设备都必须配置电 源线或装配电池。无线供电的想法由来已久，但是众所周知的是，电磁波 在传输能量的过程当中会向四面八方散发能量，从而使供电效率极低。2007年，麻省理工学院的研究人员采用了一种类似共振的技术，让供电设 备和灯泡采用同一频率的电磁波进行某种方式的连接。在这种方式之下， 能量的损失是最小的。据统计，该系统在2米的距离上输送60W功率时， 传输能量效率达到40%到45%，即有一半能量损失在传输过程中。作为一个 实验方案，其缺点在于它的设备仅仅是一个简单的固定装置，不能动态 调整各项参数，它对于实现一个较为复杂的非线性耦合系统，达到精密的 调谐是很困难的，甚至是不可能完成的；接收装置的尺寸过大，不方便使 用；耦合线圈共轴的控制要求相当苛刻；传输能量效率也与80% 90%的 理论计算值有相当差距。另外，现有一些接触式的无线供电桌面、无线充 电器等，但这些产品都属于超微距系统，即电源和负载必需很近距离放置 在一起，达不到短距离无线供电的目的。
技术实现思路
本专利技术的主要目的就是解决现有技术中的问题，提供一种无线供电系 统和方法，能够有效实现短距离的无线供电应用。为实现上述目的，本专利技术提供一种无线供电系统，包括至少一个供能 的主节点和至少一个受能的从节点，其特征在于所述主节点包括主控模块、功率驱动模块、主谐振回路、主振荡调节 模块、主节点天线和主通信模块，所述功率驱动模块用于提供发生电磁振 荡所需的交变电流，所述主谐振回路用于产生电磁振荡，所述主节点天线述主振荡调节模块用于调节主节点电磁振荡结构的 本征频率，所述主通信模块用于与其它节点进行无线通信，所述主控模块 用于控制与协调所述主节点内各部分的工作；所述从节点包括从控模块、从谐振回路、从振荡调节模块、功率输出 模块、从节点天线和从通信模块，所述从节点天线用于接收电磁振荡，所 述从谐振回路用于产生电磁谐振，所述从振荡调节模块用于调节从节点电 磁振荡结构的本征频率，所述功率输出模块用于将电磁振荡转换的电能提 供给负载，所述从通信模块用于与其它节点进行无线通信，所述从控模块 用于控制与协调所述从节点内各部分的工作；在所述主节点和从节点各为一个的情况下，还包括至少一个辅助节 点，所述辅助节点至少包括定位通信模块，用于向所述主节点提供用于定 位所述从节点的信息。 优选的方案中，在所述主节点和/或从节点为至少两个的情况下，还 包括至少一个辅助节点，所述辅助节点至少包括定位通信模块，用于向所 述主节点提供用于定位所述从节点的信息。所述主控模块包括响应控制单元，用于在接收到从节点的请求时，根 据本方节点和请求方节点在系统中的位置，判断本方节点是否为处于规定 的最佳位置的主节点，是则响应该请求使本方节点进入供能状态，否则不 响应。所述主控模块还包括鉴权单元，用于在接收到从节点的请求时，判断 请求方节点是否为已经本方节点授权的节点，是则由所述主控模块继续处 理，否则停止响应。所述主控模块根据关系式P。/Pi=n(f， s， 。，d，①，t)，计算出当 能量转换效率P。/Pi达到最大值时，参量f、 cos、 co。以及d)的取值，其中，Pi表示主节点的输入功率，P。表示从节点的输出功率，n表示能量转换效率，f表示功率驱动模块提供的交变电流的频率，s表示主节点电磁振荡结构的本征频率，D表示从节点电磁振荡结构的本征频率，d表示主从节点之间的距离，①表示主、从节点天线之间的方位角，用于计算的d和cD的取值由主控模块根据进行能量传送的主、从节点以及其它节点的通信模块之间的相互通信依据定位算法估算得到；t为时间量，系统稳定状态下 能量转换效率的最大值不依赖于t;所述主控模块根据所述计算值调控所述主节点电磁振荡结构的本征 频率、交变电流的频率、主节点天线的发射角，并通过所述主、从节点通信模块的通信通知所述从控模块，调控所述从节点电磁振荡结构的本征频 率以及从节点天线的接收角，所述方位角的调整通过调控主节点天线的发 射角和从节点天线的接收角来实现。所述主控模块包括需求判别单元，用于判断能量转换效率为最大值时 的从节点的输出功率是否满足请求方节点的功率输出需求，是则由主控模 块控制能量传输，否则向请求方节点发送拒绝供电的消息或通知其切换到 其它主节点的消息。所述功率输出模块包括输出监测单元，所述主控模块包括比较单元， 所述输出监测单元采样输出电信号，所述从节点根据所述采样信号向所述 主节点反馈其输出功率的当前值，所述比较单元将能量转换效率为最大值 时的输出功率值与所述当前值进行比较，所述主控模块根据比较的结果调 整其输出的控制信号，直至使比较的结果达到预定的要求。一种无线供电方法,用于一种无线供电系统，该系统包括至少一个供 能的主节点和至少一个受能的从节点，且在所述主节点和从节点各为一个 的情况下，还包括至少一个辅助节点，其特征在于，该方法包括以下步骤A、 主节点通过无线通信接收来自从节点的供能请求，按以下方式判 断该从节点的位置；在该系统只具有一个主节点和一个从节点的情况下， 主节点同时通过无线通信接收来自辅助节点的定位信息，并结合该定位信 息来进行请求方节点的位置判断；在该系统具有至少两个主节点和/或两 个从节点的情况下，主节点结合与其它节点的无线通信来进行请求方节点 的位置判断；B、 根据该请求计算最佳的控制参量值，其包括主节点电磁振荡结 构的本征频率值，主节点所需要提供的交变电流的频率值，从节点电磁振 荡结构的本征频率值，主节点天线的发射角的值以及从节点天线的接收角 的值；并生成包含有上述计算值的控制信号；C、 通过无线通信将上述控制信号中的相应部分发送至从节点，控制 主、从节点按上述计算值进行各自运行的状态的调整，直至实际运行的状 态相对于上述计算值满足预先规定的要求；所述运行包括主节点将市电 或直流电转为高频交流电并产生电磁振荡，电磁振荡自主节点的谐振回路 经由主、从节点天线传至从节点的谐振回路，从节点通过电磁感应将获得 的电磁场能转换为交流电能并提供给负载。优选的，所述步骤A中，还包括按以下方式判断该从节点的位置该 系统具有至少两个主节点和/或从节点以及至少一个辅助节点的情况下，主节点结合与其它主、从节点以及辅助节点的无线通信来进行请求方节点 的位置判断。所述步骤A中，在接收到从节点的请求时，先根据本方节点和请求方 节点在系统中的位置，判断本方节点是否为处于规定的最佳位置的主节 点，是则处理该请求，否则不予响应。.所述步骤A中，在接收到从节点的请求时，还对从节点的请求进行鉴 权，判断请求方节点是否为已经本方节点授权的节点，是则处理该请求， 否则不予响应。所述步骤B包括以下子步骤Bl、建立能量转换效率方程P。/P产ll(f， s， 。，d ，①，t)，该方程 将主节点与从节点天线内的电流频率变化联系在一起；其中，Pi表示主节点的输入功率，P。表示从节点的输出功率，ri表示 能量转换效率，f表示主节点交变电流的频率，s表示主节点电磁振荡结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线供电系统，包括至少一个供能的主节点和至少一个受能的从节点，其特征在于：　所述主节点包括主控模块、功率驱动模块、主谐振回路、主振荡调节模块、主节点天线和主通信模块，所述功率驱动模块用于提供发生电磁振荡所需的交变电流，所述主谐振回路用于产生电磁振荡，所述主节点天线用于播发电磁振荡，所述主振荡调节模块用于调节主节点电磁振荡结构的本征频率，所述主通信模块用于与其它节点进行无线通信，所述主控模块用于控制与协调所述主节点内各部分的工作；　所述从节点包括从控模块、从谐振回路、从振荡调节模块、功率输出模块、从节点天线和从通信模块，所述从节点天线用于接收电磁振荡，所述从谐振回路用于产生电磁谐振，所述从振荡调节模块用于调节从节点电磁振荡结构的本征频率，所述功率输出模块用于将电磁振荡转换的电能提供给负载，所述从通信模块用于与其它节点进行无线通信，所述从控模块用于控制与协调所述从节点内各部分的工作；　在所述主节点和从节点各为一个的情况下，还包括至少一个辅助节点，所述辅助节点至少包括定位通信模块，用于向所述主节点提供用于定位所述从节点的信息。

【技术特征摘要】
1.一种无线供电系统，包括至少一个供能的主节点和至少一个受能的从节点，其特征在于所述主节点包括主控模块、功率驱动模块、主谐振回路、主振荡调节模块、主节点天线和主通信模块，所述功率驱动模块用于提供发生电磁振荡所需的交变电流，所述主谐振回路用于产生电磁振荡，所述主节点天线用于播发电磁振荡，所述主振荡调节模块用于调节主节点电磁振荡结构的本征频率，所述主通信模块用于与其它节点进行无线通信，所述主控模块用于控制与协调所述主节点内各部分的工作；所述从节点包括从控模块、从谐振回路、从振荡调节模块、功率输出模块、从节点天线和从通信模块，所述从节点天线用于接收电磁振荡，所述从谐振回路用于产生电磁谐振，所述从振荡调节模块用于调节从节点电磁振荡结构的本征频率，所述功率输出模块用于将电磁振荡转换的电能提供给负载，所述从通信模块用于与其它节点进行无线通信，所述从控模块用于控制与协调所述从节点内各部分的工作；在所述主节点和从节点各为一个的情况下，还包括至少一个辅助节点，所述辅助节点至少包括定位通信模块，用于向所述主节点提供用于定位所述从节点的信息。2. 如权利要求1所述的无线供电系统，其特征在于 ' 在所述主节点和/或从节点为至少两个的情况下，还包括至少一个辅助节点，所述辅助节点至少包括定位通信模块，用于向所述主节点提供用 于定位所述从节点的信息。，3. 如权利要求1所述的无线供电系统，其特征在于 所述主控模块包括响应控制单元，用于在接收到从节点的请求时，根据本方节点和请求方节点在系统中的位置，判断本方节点是否为处于规定 的最佳位置的主节点，是则响应该请求使本方节点进入供能状态，否则不 响应。4. 如权利要求3所述的无线供电系统，其特征在于 ' 所述主控模块还包括鉴权单元，用于在接收到从节点的请求时，判断请求方节点是否为已经本方节点授权的节点，是则由所述主控模块继续处 理，否则停止响应。5. 如权利要求1至4任意一项所述的无线供电系统，其特征在于 所述主控模块通过分析能量转换效率关系P。/Pi二i] (f， C0s, D，d， CD， t)，计算出当能量转换效率P。/Pi达到最大值时，参量f、 COS、 D以及①的取值，Pi表示主节点的输入功率，P。表示从节点的输出功率，ri表示能量转 换效率，f表示功率驱动模块提供的交变电流的频率，s表示主节点电磁 振荡结构的本征频率，。表示从节点电磁振荡结构的本征频率，d表示主 从节点之间的距离，①表示主、从节点天线之间的方位角，用于计算的d 和①的值由主控模块根据进行能量传送的主、从节点以及其它节点的通信 模块之间的相互通信依据定位算法估算得到；t为时间量，系统稳定状态下能量转换效率的最大值不依赖于t;所述主控模块根据所述计算值调控所述主节点电磁振荡结构的本征 频率、交变电流的频率、主节点天线的发射角，并通过所述主、从节点通 信模块的通信通知所述从控模块，调控所述从节点电磁振荡结构的本征频 率以及从节点天线的接收角，所述方位角的调整通过调控主节点天线的发 射角和从节点天线的接收角来实现。6. 如权利要求5所述的无线供电系统，其特征在于-所述主控模块包括需求判别单元，用于判断能量转换效率为最大值时的从节点的输出功率是否满足请求方节点的功率输出需求，是则由主控模 块控制能量传输，否则向请求方节点发送拒绝供电的消息或通知其切换到 其它主节点的消息。7. 如权利要求5所述的无线供电系统，其特征在于所述功率输出模块包括输出监测单元，所述主控模块包括比较单元， 所述输出监测单元采样输出电信号，所述从节点根据所述采样信号向所述 主节点反馈其输出功率的当前值，所述比较单元将能量转换效率为最大值 时的输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦斌，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]