[发明专利]一种谐振式无线能量传输装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线能量传输系统，特别涉及一种自适应调节谐振频率的传输装置。

背景技术

非辐射型磁耦合谐振是一种新型的无线能量传输技术，其基于两个具有相同频率的谐振体产生很强的耦合，而对周围非谐振频率的物体只有很弱的耦合这一原理来传递能量。磁耦合谐振系统通常为两线圈体系包括发生谐振线圈，接收谐振线圈和负载；也有四线圈体系包括电源线圈，发生线圈，接收线圈和负载线圈。该技术最早有麻省理工大学(MIT)的研究组发现，可以实现中远距离(即传输距离是发射线圈尺寸的几倍)的传输，且仍能得到较高的效率和较大的功率，在很多行业有良好的应用前景。然而该技术也存在一些问题如系统参数的敏感性，当系统中某一部分参数发生变化时，系统的传输特性会发生很大变化。因此如将该技术用于开关柜、变压器等含有大量导电体、导磁体的场合，需要解决其易受干扰而偏离谐振点的问题。

专利CN201310035764.x及CN201310061424.4中通过采用一个发射端，多个接收端的方式来提高总体传输效率，但是对于有干扰的情况没有提及。

文献“Analysis,experimental results and range adaptation of magnetically coupled resonators for wireless power transfer”提出通过调节电源线圈和发射线圈的距离来调节耦合系数进而保证系统处于最大传输效率。文献“Automated frequency tracking system for efficient mid-range magnetic resonance wireless power transfer”提出通过检测系统传输效率的方式对系统电源频率进行自适应的调节以使得系统处于最佳传输效率点。文献“傅文珍等，频率跟踪式谐振耦合电能无线传输系统研究”提到通过测量电流，调整电源频率使受到干扰的系统重新达到谐振状态。上述文献提到的方法对于受到干扰的系统有一定的作用，然而通过改变电源频率的方式只对发射端和接收端受到相同干扰的系统有效果，对于发射端和接收端受到干扰不同，谐振频率变为不同的频率的情况效果较差，甚至没有效果。

专利CN201310208595.5提及一种具有防窃电功能的无线电能传输装置，通过比较电源输出功率和负载功率进行比较，在发现有窃电时，调节电源频率和谐振系统频率，防止窃电继续。其调节谐振频率通过调节电容实现，但所用可调电容只有某些固定的档位，目的是为了主动将系统调离原频率，不能解决因干扰而导致的谐振频率偏离的问题，且所述方式需要发射侧与接收侧通信，增加了系统复杂性。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提供一种基于电容自适应调节的谐振式无线能量传输装置。本发明可以解决由于导磁、导电材料等干扰体出现引起谐振点偏离的问题，实现方式简便，对于解决发射线圈和接收线圈受干扰程度不同的问题具有很好的效果。

为实现上述效果，本发明无线能量传输装置结构如下：

本发明无线能量传输装置包括：发射端、接收端、发射端电源调理模块和接收端电源调理模块。发射端由电源线圈与对应的电容自适应调节模块构成，或由电源线圈和发射线圈及与电源线圈和发射线圈对应的电容自适应调节模块共同构成。接收端由负载线圈与对应的电容自适应调节模块构成，或由接收线圈和负载线圈及与接收线圈和负载线圈对应的电容自适应调节模块共同构成。

所述无线能量传输装置的一端接工频交流电源，另一端接负载。

所述发射端仅由电源线圈与对应的电容自适应调节模块构成时，所述电源线圈由电感线圈和电容器串联或并联构成。串联时电容器与电感线圈不相连的端子分别与高频交流电源两端连接，并联时高频交流电源两端分别与电容器的两端相连。所述电感线圈的电感值和电容器的谐振频率与高频交流电源频率相同。

所述接收端仅由负载线圈与对应的电容自适应调节模块构成时，所述负载线圈由电感线圈和电容器串联或并联构成。串联时电容器与电感线圈的不相连的端子分别与负载的两端连接，并联时负载两端分别与电容器的两端相连。所述电感线圈和电容器的谐振频率与电源线圈的谐振频率相同。