[发明专利]用于感应耦合无线电能传输效率优化的负载阻抗匹配方法

说明书

技术领域

本发明属于无线电能传输领域，具体涉及感应耦合无线电能传输过程中负载阻抗匹配方法，可以优化传输效率。

背景技术

在许多场合，电子器件的供电采用有线供电或电池供电不方便甚至不可能。如在智能楼宇中的无线传感器大量植入材料、墙体中，当电池耗尽，无法更换电电池；在野外农业中用于检测农作物生长的无线传感器，更换电池要花费大量人力物力；在植入式医疗中植入体内的医疗器件，更换电池可能给人体带来痛苦和风险等。无线供电是解决此问题的途径之一。

感应耦合无线电能传输方式是电能发送端和接收端距离较近时通常采用的方法，它通过两个耦合线圈之间的电磁感应传递电能，其基本原理如图1所示，主要包括发送交流电压源，原边阻抗变换电路，发送线圈，接收线圈，副边阻抗变换电路，整流电路，滤波电路和电阻负载。原边阻抗变换电路和副边阻抗变换电路分别设计成与发送线圈和接收线圈谐振的形式，是当前提高传输效率、发送交流信号源输出功率因数的常用方法。原边阻抗变换电路通常是为提高发送交流信号源输出功率因数而设计，图1中采用串联谐振可以实现接近于1的功率因数。但是，副边阻抗变换电路采用简单的串联或并联谐振方式通常不能达到最优的传输效率。原因是，它们分别有一个能达到最优传输效率的负载电阻值，但这个最优负载电阻值与实际负载电阻值并不相等。

事实上，可以根据发送线圈和接收线圈的参数，求出传输效率最大时接收线圈所接的最优负载阻抗值及所对应的最大传输效率分别为Z_L^opt=ωL₂(1+k²Q₁Q₂)^0.5/Q₂?jωL₂和η=k²Q₁Q₂/[1+(1+k²Q₁Q₂)^0.5]，其中Q₁和Q₂分别为原边和副边线圈的品质因数，k为两个线圈之间耦合系数，L₂为接收线圈的电感值，ω为系统工作频率。因此，可以根据得到的最优负载阻抗值设计副边阻抗变换电路达到最大传输效率。

发明内容

为解决传统串联或并联谐振无线电能传输方式中负载电阻并非效率最高时的最优电阻，以致于不能达到最大效率的问题，本发明采用一种新的副边阻抗变换电路来达到最高电能传输效率。