[发明专利]变耦合系数磁共振无线电能传输系统及方法

权利要求书

1.一种变耦合系数磁共振无线电能传输系统，其特征在于，包括一个发射机和一个接收机；

所述发射机包括高频信号发生器、阻抗匹配网络、源线圈和发射线圈，所述高频信号发生器输出额定功率的高频信号；

所述源线圈一侧通过阻抗匹配网络连接到高频信号发生器，另一侧与所述发射线圈利用电磁感应组成一个升压变压器网络；

所述接收机包括接收线圈和负载线圈，所述接收线圈与负载线圈利用电磁感应组成一个降压变压器网络。

2.根据权利要求1所述一种变耦合系数磁共振无线电能传输系统，其特征在于，所述阻抗匹配网络是无源匹配网络，由电容和电感组成。

3.根据权利要求1所述一种变耦合系数磁共振无线电能传输系统，其特征在于，所述阻抗匹配网络是有源匹配网络，由有源、无源器件组成的源极跟随器、射极跟随器和缓冲器构成。

4.根据权利要求1所述一种变耦合系数磁共振无线电能传输系统，其特征在于，所述负载线圈串联一个与阻抗匹配网络中大小相等的匹配电容，并直接连接交流负载设备。

5.根据权利要求1所述一种变耦合系数磁共振无线电能传输系统，所述负载线圈通过一个整流电路供给直流负载设备或电路；所述整流电路包括半波整流、全波整流和桥式整流。

6.根据权利要求1所述一种变耦合系数磁共振无线电能传输系统，其特征在于，所述发射线圈和接收线圈利用其自身在高频下的等效电阻、寄生电容和自身电感组成谐振电路，发射线圈和接收线圈具有相同的谐振频率；

所述源线圈和发射线圈的间距与接收线圈和负载线圈的间距始终是保持相等的，源线圈和负载线圈的电参数相同，发射线圈和接收线圈也具有相同的电参数。

7.根据权利要求6所述一种变耦合系数磁共振无线电能传输系统，其特征在于，所述电参数包括线圈的电感、高频寄生电容、等效电阻和空载品质因数。

8.根据权利要求6所述一种变耦合系数磁共振无线电能传输系统，其特征在于，所有线圈均由铜线绕制，对齐在同轴方向，源线圈和发射线圈的间距、发射线圈和接收线圈间距、接收线圈和负载线圈的间距是可调的；

所述发射线圈通过电磁感应从源线圈处得到高频信号发生器所发出的高频振荡信号，再以非辐射近场电磁波的形式发送出去，所述接收线圈通过线圈间的磁耦合共振收到发射线圈传送的高频振荡信号，再经过电磁感应将能量供给负载线圈。

9.根据权利要求8所述一种变耦合系数磁共振无线电能传输系统，其特征在于，随着发射线圈和接收线圈间距，即传输距离的变化，当所述系统偏离临界耦合状态时，同时调节发射机和接收机的耦合系数，从而改变它们的耦合系数，系统满足临界耦合条件，工作在临界耦合状态。

10.根据权利要求9所述一种变耦合系数磁共振无线电能传输系统，其特征在于，所述耦合系数的调节是通过同时调节源线圈和发射线圈的间距d₁₂、接收线圈和负载线圈的间距d₃₄来实现的，并保持两个间距相等，即d₁₂=d₃₄。

11.根据权利要求9所述一种变耦合系数磁共振无线电能传输系统，其特征在于，所述系统中不相邻线圈之间没有磁耦合，所述系统中源线圈和负载线圈都是单匝线圈，发射线圈和接收线圈是有相同匝数的多匝线圈。