本发明专利技术涉及能量传输领域，特别是一种高品质因数的无线能量传输设备，所述设备包括采用第一谐振结构的发射端和第二谐振结构的接收端，脉冲信号输入发射端并通过无线方式传输到接收端，所述发射端还包括用于控制脉冲信号与第一谐振结构连接或断开的开关电路。本发明专利技术通过采用开关电路驱动，可根据不同发射端自动调节工作参数，使发射端始终在Ｑ值最高的状态下工作，大幅提高无线能量传输效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及能量传输领域，特别是一种高品质因数的无线能量传输设备。
技术介绍
室内安装一个电磁能量发射源，就可通过无线传输为室内照明、为手提电脑或手 机等各种用电设备供电。这便是无线能量传输。是继红外，蓝牙，无线上网之后，除去用电 设备与电源之间最后一根导线的技术。无线能量传输是二十世纪早期由Nikola Tesla提出的，其方案的传输距离可达数 公里以上，但因发射设备庞大，分布区域过大，难以管理而逐渐被放弃。利用红外、微波、中 短波为能量载体的方法是近十年才提出来的。利用红外线为载体，在“发射”和“传输”方 面有较大的优越性，但“光电转换效率”差，穿透性差，易被中间物体阻隔而无法实现无线传 输。利用GHz频段的微波虽传输效率较高，但微波会被人体吸收，造成危害。由于中短波 (MHz)具有不易被人体吸收，穿透性较好的特点，故在无线传输研究中得到越来越广泛的关 注。目前通过弱电感耦合的方法已基本实现了能量的无线传输，但驱动电路多采用考 毕兹电路(Colpitts oscillator)，功率较低，效率不高。
技术实现思路
本专利技术的第一个专利技术目的在于提供一种无线能量传输设备，以解决现有技术在无 线能量传输功率较低，效率不高的技术问题。本专利技术的第二个专利技术目的在于提供一种测试无线能量传输设备系统品质因数的 测试方法。为实现本专利技术的第一个专利技术目的采用以下技术方案一种无线能量传输设备，所述设备包括采用第一谐振结构的发射端和第二谐振结 构的接收端，脉冲信号输入发射端并通过无线方式传输到接收端，所述发射端还包括用于 控制脉冲信号与第一谐振结构连接或断开的开关电路。通过增加开关电路，以自动调节发 射频率，维持在系统的固有频率下工作，使系统效率始终达到最高。作为一种优选方案，所述开关电路包括依次连接的多谐震荡模块，单稳震荡模块 和开关模块；脉冲信号经过多谐震荡模块调节脉冲周期，经过单稳震荡模块调节脉冲宽度，并 由开关模块控制脉冲信号与第一谐振结构的连接或断开。作为一种优选方案，所述第一谐振结构包括互相连接的第一电感和第一电容，所 述第二谐振结构包括互相连接的第二电感和第二电容。作为进一种优选方案，所述第一电感与/或第二电感为由导线绕制的螺线管线圈。作为更一步的优选方案，所述导线由多股漆包绝缘线绞合制成。作为再进一步的优选方案，所述漆包绝缘线由铜线通过绝缘线包裹制成。作为一种优选方案，所述第一电容与/或第二电容为可变电容。作为进一步的优选方案，所述第一电容与/或第二电容品质因数Q值彡2000。作为再进一步的优选方案，所述第一电容与/或第二电容以聚四氟乙烯为介质把 铜箔梳状叠合而成。本专利技术的第二个专利技术目的采用的技术方案如下一种用于测试权利要求1所述无线能量传输设备中的系统品质因数的测试方法， 其特征在于，所述方法包括(1)示波器连接在发射端的第一电容两端；(2)示波器的测量图像中取N个周期，记录每个周期的振幅An_AiN ；(3)通过以下公式计算单次测试品质因数Qi (i为测试次数) (4)重复步骤(2)-(3) M次得到…， (5)系统品质因数本专利技术通过采用开关电路驱动，可根据不同发射端自动调节工作参数，使发射端 始终在Q值最高的状态下工作，大幅提高无线能量传输效率。附图说明图1为本专利技术原理图；图2为开关电路原理图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行进一步详细的说明。图1为本专利技术原理图，k和(^组成的LC振荡电路为发射端，用开关电路驱动；L2 和C2组成接收端，动发光二极管(k和L2均为用导线绕制的螺线管线圈)。q和C2为可调 电容。利用k和L2之间的弱耦合可实现能量的无线传输。本实施例对现有技术的改进主要包括三个部分驱动电路，电感线圈和高Q值可 变电容。1.驱动电路目前考毕兹电路被广泛应用于无线传输研究中，但此电路受诸多限制，功率难以 提高，元件极易损坏，效率不高。最重要的一点是难以准确捕捉并且达到发射端振荡系统的频率。由于发射系统的 振荡频率是由发射端的电容、电感k和负载共同决定的，三者任一改变都会直接影响发 射系统的固有频率。如果人工捕捉系统固有频率，由于系统受到外接测试仪器的影响，频率 又会改变。并且，由于无线传输系统的接收端作为负载，也会对发射端的固有频率带来影 响。随着接收端用电状况的不断改变，发射端的固有频率也会不断改变。因此使用传统方式不可能完全准确测量或计算得到系统固有频率。如果系统无法精确的以固有频率工作， 则品质因数Q值越高，效率越低。而如图1所示采用了开关电路作为驱动电路，则解决了这一问题。本实施例无需 捕捉系统的固有频率，即使固有频率在不断变化，本系统仍会自动调节发射频率，维持在固 有频率下工作，使系统效率始终达到最高。开关电路控制脉冲信号与(^山电路的连接或断开，在脉冲信号与(^山电路连接 时，脉冲信号注入CpLi电路，然后开关电路控制脉冲信号与^、!^电路断开，则发射端中的 LC震荡的频率是由其自身固有频率决定的。如图2所示为开关电路的具体示意图，包括多谐震荡模块，单稳震荡模块和开关 模块。脉冲信号的功率通过多谐震荡模块和单稳震荡模块进行调节，开关模块通过闭合与 断开控制脉冲信号与CpLi电路的连接与断开。通过以上两个模块所得到的脉冲信号，对发射模块注入能量。在开关模块处于断 开状态期间，发射端中的LC震荡的频率是由其自身固有频率决定的。在注入能量后给予了 发射模块充分的时间依据自身性质来发射电磁波。可以通过在发射端系统接入示波器观察 震荡的衰减速率，Q值越高，衰减越慢，那么开关断开的时间也就可以越长，越节能。因此系 统在Q值最高状态工作，效率最高。而固有频率这一性质则由发射模块，负载，环境等复杂 因素决定。正因为实际问题非常复杂，无法确定。那么发射频率就由线圈自己决定，从而极 大简化了问题。现有技术中，系统只有在其固有频率下工作，才能达到其最高的Q值，而Q值越高， 衰减越慢，那么开关断开的时间也就可以越长，越节能！应该说，追求固有频率下工作，完 全是为了提高效率。另一个方面讲，系统Q值越高，那么对系统的要求也越高。高Q值系统也是一把“双 刃剑”，就是说，在Q值较高的系统中，如果其工作频率与固有频率差一点，都会对系统效率 有极大影响。反而在Q值较低的系统中，对频率的准确性的要求较低，但是低Q值的系统， 效率很低。所以追求高Q值系统，就必在系统固有频率下工作，两者缺一不可。而本专利技术专利技术 则无需使系统在固有频率下工作也能达到高Q值，从而提高了效率。应用开关电路驱动发射端中的LC震荡电路，具有如下优点 普适因为开关电路供给发射线圈脉冲信号，所以使任何发射线圈在该电路中 都能以固有谐振频率振荡，系统振荡频率完全取决于发射端的电容Cp电感k和负载。系 统可在最大Q值状态下工作。 节能电路工作于开关状态，在高Q值、弱耦合的情况下，谐振衰减缓慢，可多个 周期才驱动一次，减少驱动电路的能量损耗。 节约应用开关电路，避免了人工控制频率过程。电路简单，成本低廉。 可调输出功率由驱动脉冲宽度控制，无需改变脉冲高度和发射回路参数即可 大幅度调节输出电压振幅，振幅可远超过电源电压。Q值测算准确——利用示波器测量衰减波形由于高Q值大电流的电感和电容 在普通测量Q值的仪器上很难得到准确的测量值(特本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高品质因数的无线能量传输设备，所述设备包括采用第一谐振结构的发射端和第二谐振结构的接收端，脉冲信号输入发射端并通过无线方式传输到接收端，其特征在于，所述发射端还包括用于控制脉冲信号与第一谐振结构连接或断开的开关电路。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王彪，朱允中，沈文斌，林少鹏，李一伦，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]
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