[发明专利]宽频稳压输出的振荡偏移式无线电能传输系统设计方法

说明书

本发明公开了一种宽频稳压输出的振荡偏移式无线电能传输系统的设计方法。振荡偏移式无线电能传输系统包括：激励源，电磁发射部分、电磁接收部分和负载，电磁接收部分包括了一个振荡偏移谐振器。本发明根据电压幅值与谐振频率的特性方程，设计了一种用于无线电能传输系统中的振荡偏移谐振器，实现了宽频稳压输出。振荡偏移谐振器的输出电压高于传统的谐振电路，并且拓宽了峰值电压的频带范围。本发明提出的振荡偏移式无线电能传输系统不需要额外的控制电路，拥有较低的成本，对工作频率没有严格的限制，具有很强的实用性，可靠性和自适应性。

技术领域

本发明属于无线电能传输系统技术领域，具体涉及一种宽频稳压输出的振荡偏移式无线电能传输系统设计方法。

背景技术

无线电能传输技术利用电磁场或电磁波，将能量由发送端传输至接收端，实现了非接触式的能量供给。无线电能传输技术的出现促进了大量新型应用技术的产生，如植入式医疗设备的非接触式供电、超高压/特高压杆塔上监测设备的非接触式供电、家用电器的非接触式供电、移动设备的非接触式供电及电动汽车的无线充电等。

无线电能传输技术实现了电源与负载之间的完全电气隔离，具有安全、可靠、灵活等传统电能传输方式无可比拟的优点。目前无线电能传输技术主要磁感应耦合式、电磁波辐射式和磁耦合谐振式三种传输方式。其中，磁耦合谐振式在2006年由麻省理工学院的Marin Soljacic教授等首次提出。相较于磁感应耦合式，磁耦合谐振式具有更远的传输距离，相比于电磁波辐射式，其对电磁环境的影响较小，且传输功率较大，因此磁耦合谐振式无线电能传输技术受到越来越广泛的关注和研究。基于磁耦合谐振的无线能量传输技术打破了电磁感应方式传输效率依赖于耦合系数的传统思路，为无线能量传输技术带来了突破。该系统依靠线圈磁耦合共振强耦合实现能量的高效率、大距离传输，并不依赖于发送与接收线圈间的耦合系数。磁耦合共振式无线能量传输方式的出现激发了国内外研究人员极大的研究兴趣，为大距离条件下能量的高效无线传输提供了全新的思路。

磁耦合谐振式无线传能技术虽然提高了传输距离，实用性得到了很大的提高。尽管已经取得了许多突破，但仍有一些方面阻碍了其广泛应用，如频率失谐，这将影响功率的有效传输。在实际应用中电路参数受环境影响很容易发生漂移，这会导致系统谐振频率发生偏移，输出电压降低，传输效率急剧下降，大大降低了其使用价值。因此，如何解决磁耦合谐振系统中频率失谐导致的传输功效急剧下降的问题刻不容缓。因此，应当寻找一种技术方案让磁耦合谐振系统在频率失谐的情况下保持高能效传输。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种宽频稳压输出的振荡偏移式无线电能传输系统设计方法。本发明设计了用于无线电能传输系统的振荡偏移谐振器，当激励频率变化时，仍能保持稳定的峰值电压输出，从而实现高能效传输。

本发明通过以下技术方案予以实现：

1.本发明提出宽频稳压输出的振荡偏移式无线电能传输系统设计方法，宽频稳压输出的振荡偏移式无线电能传输系统包括激励源，电磁发射部分、电磁接收部分和负载。

所述的电磁发射部分和电磁接收部分均采用串联谐振形式的电路结构。电磁发射部分包括发射线圈和发射线圈补偿电容C₁；电磁接收部分包括：接收线圈，接收线圈补偿电容C₂，一对反并联二极管元件D，其等效电阻为R₂。发射线圈和接收线圈为半径为r的密绕线圈，两个线圈的匝数相同，轴心线为同一条直线并且和两个线圈分别所处的平面都垂直。发射线圈与接收线圈的电感分别为L₁和L₂，它们之间的互感为M，激励源电压为V_S，激励源内阻为R₁，负载电阻为R_L。振荡偏移式无线电能传输系统的谐振频率和激励频率相同，谐振频率为f，激励频率为ω。

所述的电磁接收部分的接收线圈接收电磁发射部分的发射线圈所发射的电磁能量，并将其转化为电能，并将其传输到负载。发射线圈与接收线圈没有直接的电气连接。