[实用新型]一种传输效率随距离变化可调的无线能量收发装置

说明书

技术领域

本实用新型属于无线能量传输技术领域，涉及一种传输效率随距离变化可以调节的无线能量传输收发装置。

背景技术

磁谐振耦合无线能量传输技术基于近场耦合，能量通过磁场的形式进行传播。美国科学家尼古拉·特斯拉在1899年就开始研究无线能量传输并建立了实验系统。2006年，美国麻省理工学院(MIT)Marin Soljacic教授率先提出利用磁场耦合谐振进行能量无线传输这一概念，从理论上分析了在非辐射磁近场两个具有相同谐振频率的物体通过谐振耦合的方式实现中等距离无线能量传输的可能性。继MIT提出磁谐振耦合无线能量传输之后，该领域成为这些年研究的热点，主要研究应用的领域包括中小功率的手机和平板电脑无线充电、智能家居中台灯和风扇等设备无线供电，中大功率的电动汽车和移动机器人无线充电等，目前该技术在市场上的拓展应用正在快速发展。

当充电距离变化时如何继续保持高效率充电是磁谐振耦合无线能量传输系统中的关键技术之一，体现了无线能量传输系统的稳定性和实用性。充电距离的改变会导致阻抗失配，这样能量反射和损耗都很严重，进而使得能量传输效率剧烈下降，用电设备的充电效率降低，所以对于移动的充电设备，进行自适应阻抗匹配调节来实现能量传输效率随距离变化可调变得尤为关键。

但是对于传统的磁谐振耦合无线能量传输系统，一旦收发线圈确定后，存在一个最佳距离点使得充电效率最高，当接收模块靠近或者远离发射模块的时候，能量传输效率都会急剧下降，进而导致充电效率降低。针对充电距离改变导致能量传输效率降低的问题，Takehiro Imura等人提出一种通过等效电路分析来提高能量传输效率的方法(Takehiro Imura,and Yoichi Hori.Maximizing Air Gap and Efficiency of Magnetic Resonant Coupling for Wireless Power Transfer Using Equivalent Circuit and Neumann Formula.IEEE Transactions on Industrial Electronics,2011,vol.58)，在不同的充电距离处，通过改变功放源的特性阻抗来对发射线圈的输入端口进行阻抗匹配调节，从而实现在不同的距离点，系统仍然具有较高的能量传输效率。只是该方法需要改变功放源的内阻，实际中功放在设计的时候内阻就确定了，所以该方法实现起来比较困难。Teck Chuan Beh等人提出通过阻抗匹配提高能量传输效率(Teck Chuan Beh,Takehiro Imura,Masaki Kato.Basic Study of Improving Efficiency of Wireless Power Transfer via Magnetic Resonance Coupling Based on Impedance Matching[J].2011)，当收发两个线圈之间距离不断变化进而导致整个系统匹配恶化时，通过调节匹配网络中的电容C1、C2来实现最大传输效率处于谐振频率点13.56MHz处。只是该方法需要同时调节两个电容，增加了调谐电路的难度，并且是通过手动调节，电容调谐电路没有和发射板进行集成，整个发射电路占用的体积太大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术存在的不足，当充电距离改变时，只需调节发射端匹配网络中的一个并联电容就能够保持高效率的能量传输，通过添加控制电路实现自适应的阻抗匹配，无需手动调节电容，同时实现了发射线圈和电调控制电路的集成化。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种传输效率随距离变化可调的无线能量收发装置，包括发射板、接收板、第一控制电路板、第二控制电路板、以及连接第一控制电路板和第二控制电路板的十六根导电金属棒；所述的发射板和第二控制电路板通过PCB印刷组合为一体，第一控制电路板和第二控制电路板相距一定距离并通过导电金属棒连接和相互固定；接收板平行放置在发射板的上方，接收板与发射板之间的垂直距离任意可调。