[发明专利]一种耦合谐振式水下无线充电装置及方法

说明书

本发明公开一种耦合谐振式水下无线充电装置，根据距离不同切换不同的线圈匝数，使得发射端和接收端的线圈匝数都达到传输效率最优选择，进而优化传输特性，以达到在较大的距离范围内实现更高效率的无线能量传输。

技术领域

本发明涉及无线充电领域，更具体的说，涉及一种耦合谐振式水下无线充电装置及方法。

背景技术

在海水环境中，高的工作频率会导致高的涡流损耗，严重影响无线充电的能量传输特性。因此水下磁耦合无线充电一般采用几百kHz的工作频率。同时，对于标称50Ω的负载，传统空气中所采用的串联谐振的传输特性并不理想，因此采用并联谐振耦合的方式进行水下的无线充电。

而对于磁耦合并联谐振水下无线充电系统，可以证明传输效率和传输距离这两大核心指标之间是相互制约，无法同时优化的。单一参数的变化，对无线充电的临界耦合距离和临界耦合效率的影响是相反的。

鉴于此，业内亟需一种能够解决此问题的方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能量传输效率更高的耦合谐振式水下无线充电装置及方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种耦合谐振式水下无线充电装置，包括：

发射端和接收端；

所述发射端包括第一测距单元、第一控制单元、驱动电路和发射线圈，所述第一测距单元和所述驱动电路与所述第一控制单元耦合，所述发射线圈与所述驱动电路相连接，所述第一控制单元根据所述第一测距单元的距离信息调节所述发射线圈的匝数；

所述接收端包括第二测距单元、第二控制单元、负载电路和接收线圈，所述第二测距单元和所述负载电路与所述第二控制单元耦合，所述接收线圈与所述负载电路相连接，所述第二控制单元根据所述第二测距单元的距离信息调节所述接收线圈的匝数；所述发射线圈的匝数等于所述接收线圈的匝数。

进一步的，所述驱动电路包括电源和第一调频电容组，所述电源与所述第一调频电容组并联。

进一步的，所述电源为可变信号源；所述可变信号源与第一控制单元耦合；所述第一控制单元控制可变信号源的工作频率，使可变信号源的工作频率与所述第一调频电容组的谐振频率相等。

进一步的，所述第一调频电容组包括至少两个第一电容，所述第一调频电容串联至少一个第一调节开关，所述第一控制单元与第一调节开关耦合，所述第一控制单元控制所述第一调节开关的断开和闭合，使所述第一调频电容组的谐振频率与可变信号源的工作频率相等。

进一步的，所述发射线圈包括接地端和至少两个连接端，每个连接端对应不同的发射线圈的匝数，每个连接端均设有第一控制开关，所述第一控制单元与第一控制开关耦合，所述第一控制单元控制所述第一控制开关的断开和闭合，使连接端与第一调频电容组接通或断开。

进一步的，所述负载电路包括负载电阻和第二调频电容组，所述负载电阻与所述第二调频电容组并联。

进一步的，所述第二调频电容组包括至少两个第二电容，所述第二调频电容串联至少一个第二调节开关，所述第二控制单元控制所述第二调节开关的断开和闭合，使第二调频电容组的谐振频率与第一调频电容组的谐振频率相等。

进一步的，所述接收线圈包括接地端和至少两个连接端，每个连接端对应不同的接收线圈的匝数，每个连接端均设有第二控制开关，所述第二控制单元与第二控制开关耦合，所述第二控制单元控制所述第二控制开关的断开和闭合，使连接端与第二调频电容组接通或断开。

进一步的，所述发射线圈和所述接收线圈的自身参数均相同，所述发射线圈和所述接收线圈为圆形线圈或平面螺旋线圈。