[发明专利]无线能量传输系统的谐振频率控制方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及无线能量传输技术领域，特别涉及一种无线能量传输系统的谐振频率控制方法和用于无线能量传输的装置。

背景技术

各种用电设备通常使用有线连接来实现能量的传输。由于能量的无线传输具有使用安全和方便的特点，实现能量的无线传输一直是人们渴望实现的梦想。在一些特殊的应用场所，如水下作业、医用植入设备、无线网络等不方便或不能使用导线提供能量的场合，实现无线能量传输具有较高的应用价值。

根据能量传输原理，目前，在国内外所研究的无线能量传输技术主要有电磁波能量传输技术、感应耦合式无线能量传输技术和谐振式无线能量传输技术。

电磁波能量传输技术是利用天线发送和接收的原理，比如使用微波进行无线能量传输，这种技术能够实现极高的传输功率，该技术存在的主要问题是在能量传输路径上不能有障碍物遮挡，即能量传输无法绕过或穿过障碍物。

感应耦合式无线能量传输技术是利用电磁感应原理，采用松耦合变压器或可分离式变压器实现非接触式功率传输。该种技术存在的主要问题是能量传输距离受到传输原理的局限而被限制在毫米等级。

谐振式无线电能传输技术是一种使相隔一定距离的发射回路和接收回路都处于谐振状态的能量传输技术，它适合在中等距离实现无线能量的传输。由于发射回路和接收回路在实际的工作环境中容易受到各种干扰，使整个系统难以工作于谐振状态，而系统的失谐将使系统的传输效率急剧下降。

发明内容

本发明的目的在于，在无线能量传输系统中，能够自动调整或控制系统的谐振频率并使整个系统工作于谐振状态。

为了实现本发明的目的，本发明的第一方面是要提供一种无线能量传输系统的谐振频率控制方法，所述无线能量传输系统利用电磁场的耦合从位于发射端的发射回路向位于接收端的接收回路传输能量，其特征在于，所述谐振频率控制方法包括，检测被接入发射回路的激励电源的输出电压和输出电流；使激励电源的工作频率和发射回路的固有频率分别在第一频率区域和第二频率区域扫描变化，其中，第一频率区域和第二频率区域都包括接收回路的固有频率所处的第三频率区域，激励电源的工作频率和发射回路的固有频率分别扫描第一频率区域和第二频率区域至少一遍；记录在扫描过程中激励电源的输出电压与输出电流处于同相时所检测到的激励电源的各个输出电流的大小和频率；选择出所记录的各个输出电流中的最小输出电流的频率；再使激励电源的工作频率和发射回路的固有频率都与该最小输出电流的频率相同。

在实际的应用系统中，发射回路和接收回路的电路参数都要受到环境的影响而变化，使发射回路和接收回路的固有频率都要发生变化，事实上，发射回路的固有频率和接收回路的固有频率都可能在各自的某一频率区域内变化，例如，接收回路的固有频率可能在所述的第三频率区域内变化，因此在实际的工作环境中，发射回路和接收回路的失谐是很容易发生的。

本发明的谐振频率控制方法，仅仅在系统的发射端采取控制措施，使激励电源的工作频率和发射回路的固有频率都扫描变化并动态跟踪接收回路的固有频率，从而使整个系统处于谐振工作状态。

而现有的技术通常需要在发射端和接收端都采取控制措施，才能使使整个系统处于谐振工作状态；而在诸如医用植入设备等应用中，在系统的接收端采取控制措施是十分困难的，甚至是不可能的；因此，本发明的谐振频率控制方法仅仅在系统的发射端采取控制措施就能实现系统的谐振工作，这在技术上是一项重大突破并具有很高的应用价值。

由于激励电源的输出电流的频率与激励电源的工作频率相同，所以激励电源的输出电流的频率也就是激励电源的工作频率。

扫描第一频率区域一遍是指从第一频率区域的一端开始扫描至第一频率区域的另一端结束这样扫描一遍；同样，扫描第二频率区域一遍是指从第二频率区域的一端开始扫描至第二频率区域的另一端结束这样扫描一遍。

在所述谐振频率控制方法中，第一频率区域可以大于第二频率区域，第一频率区域可以等于第二频率区域，第一频率区域也可以小于第二频率区域。

在一个优选的实施方式中，第一频率区域包含第二频率区域。在另一个优选的实施实施方式中，第二频率区域包含第一频率区域。

在所述谐振频率控制方法中，所述发射回路的固有频率在第二频率区域以一定的步进量扫描变化，并且所述发射回路的固有频率每扫描变化一个步进量，所述激励电源的工作频率就扫描第一频率区域一遍。