[发明专利]添加自适应双端阻抗变换网络的谐振式无线电能传输系统

权利要求书

1.添加自适应双端阻抗变换网络的谐振式无线电能传输系统，其特征在于包括高频功率源模块(I)、传输线圈模块(II)、负载模块(III)、阻抗变换控制器(C)、原边阻抗变换网络(N1)和副边阻抗变换网络(N2)；其中高频功率源模块(I)由理想电压源(U_S)与内阻(R_S)串联组成，为系统提供电能；传输线圈模块(II)包括发射线圈(TX)、接收线圈(RX)和互感检测器(M1)，其中发射线圈(TX)等效为由发射线圈内阻(R_L1)、发射线圈电感(L1)和发射线圈谐振电容(C1)形成的RLC串联谐振模式，接收线圈(RX)等效为由接收线圈内阻(R_L2)、接收线圈电感(L2)和接收线圈谐振电容(C2)形成的RLC串联谐振模式；原边阻抗变换网络(N1)的输入端与高频功率源的输出端相连，输出端与传输线圈模块(II)中的发射线圈(TX)相连；负载模块(III)由负载(R_L)和负载检测器(M2)组成；阻抗变换控制器(C)通过接收来自互感检测器(M1)的第一输入信号和负载检测器(M2)的第二输入信号，经过内部数据处理，向副边阻抗变换网络(N2)和原边阻抗变换网络(N1)发出第一控制信号和第二控制信号，进而调节它们的内部参数值；副边阻抗匹配网络(N2)的输入端与传输线圈模块(II)中的接收线圈(RX)相连，其输出端与负载(R_L)相连，通过接收来自阻抗变换控制器(C)的第一控制信号来调节自身的参数值；原边阻抗变换网络(N1)的输入端与高频功率源模块的输出端相连，其输出端与传输线圈模块(II)中的发射线圈(TX)相连，通过接收来自阻抗变换控制器(C)的第二控制信号来调节自身的参数值；所述的阻抗变换控制器(C)的内部数据处理包括：阻抗变换控制器(C)接收来自互感检测器(M1)提供的第一输入信号和负载检测器(M2)提供的第二输入信号；通过公式算得此时的最佳负载值R_L.Optimal，通过比较实际负载值R_L和最佳负载值R_L.Optimal的大小，生成相应第一控制信号来控制副边阻抗变换网络(N2)内部元件的参数；然后通过公式可以算出经副边阻抗变换网络(N2)变换之后原边的等效电阻R_eq，通过比较高频功率源内阻值R_S和等效电阻R_eq的大小，生成相应第二控制信号来控制原边阻抗变换网络(N1)内部元件参数值；其中R_L1为发射线圈内阻，R_L2为接收线圈内阻，M为发射线圈和接收线圈之间的互感大小。

2.根据权利要求1所述的添加自适应双端阻抗变换网络的谐振式无线电能传输系统，其特征在于，根据戴维南定理和诺顿定理，高频功率源模块(I)可以等效为一理想电压源U_S和等效电源内阻R_S的串联，也能等效为一理想电流源I_S与等效电源内阻R_S的并联形式，两者满足U_S＝R_S·I_S的关系，当高频功率源外部的等效电阻为R_eq，且R_eq＝R_S时，高频功率源模块(I)输出最大功率P_max,满足高频功率源的频率f为0.5-50MHz，且所述理想电压源或者所述理想电流源的波形为正弦波。

3.根据权利要求1所述的添加自适应双端阻抗变换网络的谐振式无线电能传输系统，其特征在于发射线圈内阻R_L1和接收线圈内阻R_L2均包括欧姆内阻和辐射内阻；发射线圈(TX)和接收线圈(RX)满足关系：ω为系统角频率，满足ω＝2πf，L₁为发射线圈电感，C₁为发射线圈谐振电容，L₂为接收线圈电感，C₂为接收线圈谐振电容，即发射线圈(TX)和接收线圈(RX)在系统频率下发生串联谐振。

4.根据权利要求3所述的添加自适应双端阻抗变换网络的谐振式无线电能传输系统，其特征在于传输线圈模块(II)中的发射线圈(TX)和接收线圈(RX)之间的距离在电磁波半个波长以内；发射线圈(TX)和接收线圈(RX)的间距不小于频率分叉范围。