[实用新型]一种添加双端阻抗变换网络的谐振式无线电能传输系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种谐振式无线电能传输系统，尤其涉及一种添加双端阻抗变换网络的谐振式无线电能传输系统。

背景技术

信号或者电能在传输过程中，为了实现信号的无反射传输或最大功率传输，要求电路可以实现阻抗匹配。阻抗匹配关乎着系统的性能，电路实现阻抗匹配可使系统的性能达到最优。

通常实现阻抗匹配的目的有两个：一是消除信号源(或电源)与负载之间的反射波，保证传输信号的传输质量，这种阻抗匹配称为无反射匹配；二是使电源(或信号源)输出最大功率，这种阻抗匹配称为最大输出功率匹配。本专利主要针对第二种情况来设计的一种适当的阻抗变换网络，从而实现高频功率源模块的最大功率输出。

其次，谐振式无线电能传输技术具有传输距离远、传输效率相对较高、非辐射性等特点，特别适合于中等距离的无线电能传输。其主要组成部分是传输线圈和负载，传输线圈一般靠自谐振或者外接电容达到谐振状态，从而实现电能的有效传输。但在实际应用中，传输线圈并不是理想线圈，要考虑其内阻，负载电阻也不是越大越好，它存在一个最佳值使得系统传输效率最大。当负载电阻不是最佳值时，可以通过添加适当的阻抗变换网络来使其等效为最佳值，使系统传输效率最高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服目前谐振式无线电能传输系统中电源输出功率不高，系统传输效率低下的问题，提供一种添加双端阻抗变换网络的谐振式无线电能传输系统。

本实用新型的目的至少通过如下技术方案之一实现。

一种添加双端阻抗变换网络的谐振式无线电能传输系统，包括高频功率源模块、传输线圈模块、原边阻抗变换网络、副边阻抗变换网络及负载；其中高频功率源模块由理想电压源与内阻串联组成，为系统提供电能；传输线圈模块包括发射线圈和接收线圈，其中发射线圈等效为由发射线圈内阻、发射线圈电感和发射线圈谐振电容形成的RLC串联谐振模式，接收线圈等效为由接收线圈内阻、接收线圈电感和接收线圈谐振电容形成的RLC串联谐振模式；原边阻抗变换网络的输入端与高频功率源模块的输出端相连，输出端与传输线圈模块中的发射线圈TX相连；副边阻抗变换网络的输入端与传输线圈模块中的接收线圈相连，输出端与负载相连。

进一步地，根据戴维南定理和诺顿定理，高频功率源模块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，当高频功率源模块外部的等效电阻为R_eq，且R_eq＝R_S时，高频功率源模块输出最大功率P_max,满足高频功率源模块的频率f为0.5-50MHz，且电压源或者电流源的波形为正弦波。

进一步地，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；发射线圈和接收线圈满足关系：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，即发射线圈和接收线圈在系统频率下发生串联谐振，另外发射线圈和接收线圈之间的互感大小为M。

进一步地，传输线圈模块中的发射线圈和接收线圈之间的距离在电磁波半个波长以内；发射线圈和接收线圈的间距不小于频率分叉范围。

进一步地，所述负载为纯阻性质、阻感性质或者阻容性质。

进一步地，原边阻抗变换网络和副边阻抗变换网络中均由储能元件组成，不消耗电能，储能元件包括电容和电感，原边阻抗变换网络和副边阻抗变换网络的电路形式为L型、T型或∏型。