[发明专利]基于特殊接收端线圈的双共振式无线电能传输系统及方法

说明书

本发明提供了一种基于特殊接收端线圈的双共振式无线电能传输系统及方法，其中，基于特殊接收端线圈的双共振式无线电能传输系统的接收端包括接收端电路、接收端非共振线圈和接收端共振线圈；接收端非共振线圈形成有主触点，主触点电连接于接收端电路的第一端，接收端非共振线圈还形成有与主触点之间的线圈匝数不同的多个副触点；系统还包括：用于获取接收端和发射端之间距离的控制模块；用于根据距离以一定规律调节接收端非共振线圈的匝数的切换模块，切换模块的第一端电连接于接收端电路的第二端，切换模块的第二端可切换地电连接于一副触点，切换模块的控制端电连接于控制模块。本发明实现了在单一工作频率下的高效率自由移动的无线电能传输。

技术领域

本发明涉及无线电能传输领域，具体涉及一种基于特殊接收端线圈的双共振式无线电能传输系统及方法。

背景技术

在无线电能传输系统的发展中经历了几个阶段，最初的方案直接通过线圈产生交变电磁场耦合感应式，虽然目前该方案(Qi标准)是已实现量产，但其缺点也十分突出，一方面是传输距离非常近(不超过10mm)，另一方面该方法的能量传输效率不高(低于50％)，由此导致充电范围小的问题。随后由麻省理工学院Marin教授提出的磁共振方案可以有效提升能量的传输距离，但其缺点也非常明显，只存在一个最佳的工作距离，其他距离下传输效率会大大下降。基于磁共振传输方案，工程上的解决方法是通过追踪最佳的工作频率，该方法不仅电路设计困难，并且无法扩大充电范围。特别的，在一些特定场景下，限制了发射端电路及线圈系统的改进空间(例如小型化便携供电设备)而仅仅只能通过接收端来实现效率和可移动性的提升。此外，现有技术中很难避免在相对较近距离下由于近场相互作用导致的频率劈裂问题。

因此，有必要提供一种方案，解决现有无线电能传输系统中存在的传输距离短、传输效率低、充电范围小、工作频率不稳定的问题。

发明内容

为了解决现有无线电能传输系统中存在的传输距离短、传输效率低、充电范围小的问题，本发明提供了一种基于特殊接收端线圈的双共振式无线电能传输系统及方法。

本发明提供的基于特殊接收端线圈的双共振式无线电能传输系统，所述系统的接收端包括接收端电路、接收端非共振线圈和接收端共振线圈，所述接收端非共振线圈电连接于所述接收端电路，所述接收端共振线圈耦合于所述接收端非共振线圈，所述接收端非共振线圈形成有主触点，所述主触点电连接于所述接收端电路的第一端，所述接收端非共振线圈还形成有与所述主触点之间的线圈匝数不同的多个副触点；

所述基于特殊接收端线圈的双共振式无线电能传输系统还包括：

用于获取所述系统的接收端和发射端之间的距离的控制模块；

用于根据所述距离以一定规律调节所述接收端非共振线圈的匝数的切换模块，所述切换模块的第一端电连接于所述接收端电路的第二端，所述切换模块的第二端可切换地电连接于一所述副触点，所述切换模块的控制端电连接于所述控制模块。

本发明通过在双共振系统中基于特殊绕制接收端线圈切换接入不同触点的方式，实现了在单一工作频率下的高效率自由移动的无线电能传输，满足了无线电能传输系统需求更大的充电功率和更高的充电效率的要求，满足了自由移动的需求，克服了频率追踪的困难，解决了发射端无法进行线圈和电路优化的问题，还不会增加线圈数量，实现了最大程度材料和空间的节约。

本发明基于特殊接收端线圈的双共振式无线电能传输系统的进一步改进在于，所述规律为所述接收端非共振线圈的匝数和所述距离之间的关系呈负相关。

本发明基于特殊接收端线圈的双共振式无线电能传输系统的进一步改进在于，所述控制模块控制所述切换模块调节所述接收端非共振线圈的匝数，以使所述系统的共振模式锁定在所述接收端共振线圈的本征频率。