[发明专利]无线传能系统及无线传能控制方法

说明书

本发明提供一种无线传能系统及传能方法，包括n个线圈模组，n个所述线圈模组中的至少一个与其余的所述线圈模组之间以规定的谐振频率基于磁耦合谐振形成一个无线传能通路，若用F_123...n表示所述无线传能通路的传能系数，则存在下述关系：通过控制至少一个线圈模组中的动态阻抗变换器，来调节该至少一个线圈模组中的等效电阻(R)，使得所述F_123...n最大，当所述F_123...n最大时，所述无线传能通路的综合传能效率最高。由此使得包含了许多个发射端和/或接收端的基于磁耦合的无线电能传输系统能够在不频繁调节频率的情况下获得良好的系统能量传输效率。

技术领域

本发明涉及以磁耦合的方式将电能转化成磁场，传输后在接收侧转化成电能的远场无线传能技术，具体而言，涉及一种无线传能系统及无线传能控制方法。

背景技术

目前，为手机、手表、平板电脑、电动车等无线充电的技术得到了广泛关注。近年来，基于磁耦合的无线电能传输技术更是成为研究及产业应用的热点。基于磁耦合的无线电能传输技术的原理是：将高频电源施加于发射侧线圈，使发射侧线圈在电源激励下产生高频磁场，接收侧线圈在此高频磁场的作用下，耦合产生电流，从而实现无线电能传输。

基于近场磁耦合技术的靠近式无线充电设备已得到实际应用。例如将手机、手表等负载放置于充电座上，基于近场磁耦合来实现对负载的充电。但是，基于近场耦合技术的充电方式仍然受到电线、距离、空间位置等诸多因素的限制，在使用中依然存在不足够便利的缺陷。

本发明的发明人希望研发出能够以更远距离进行充电的技术，例如，将接入电源的发射端放置于房间某处(例如房间角落、房顶等)，通过该发射端能够对处于该房间内的接收端(即负载，例如手机、可行走机器人、发光照明装置等)等终端进行充电，该接收端可以是移动的，并且不要求接收端必须处于发射端周围例如10cm左右的空间范围内。即：本发明是对基于磁耦合的中远场电能传输技术的进一步研究。

如本领域技术人员所知，在基于磁耦合的中远场传输过程中，耦合系数k随着耦合线圈之间距离(即，传输距离)的增大而变化，与此同时，耦合线圈之间的电能传输效率也会变化，但是，一般认为传输效率在谐振频率与各耦合线圈的固有频率相同的情况下相对最好(如图1所示)。具体而言，若发射侧线圈的固有频率为f₁，接收侧线圈的固有频率为f₂，磁谐振系统的谐振频率为f₀，则f₀＝f₁＝f₂时系统传输效率最好。但是，由于耦合系统的折算电阻因素，发射线圈与接收线圈在距离变近的过程中，会互相折射一个等效电阻，于是存在频率分裂的现象。取得谐振频率f₀时的效率不是最大的效率点，而最大的效率点由一个变成2个，因此需要追踪频率最大点，需要调节发射侧频率f1或接收侧频率f2以获得相对最大频率。

因此，已有的技术中，有的随着耦合系数k的改变(例如因耦合线圈之间的距离变化而导致耦合系数k改变、因不同的耦合线圈结构而导致耦合系数k改变等)而调节谐振频率f₀以获得最大的能量传输效率(如专利文献1)；有的根据谐振频率f₀来调节发射侧线圈及接收侧线圈的耦合系数(如专利文献2)。

但是，由于谐振电路在传能时本身也会产生欧姆损耗，存在趋肤效应，并且通过调节电容和电感来调节频率通常是离散性的，难以实现连续平滑地调节，所以频率的调节存在局限性，很难实现在某一范围内频率或效率是一个恒定最大值。而且，当存在许多个发射端和/或接收端的情况下，也存在难以调节耦合系数k或是谐振频率f₀的情况。当将这样的无线传能系统例如用于为多个负载(如手机等移动终端)充电时，存在整体上看充电效率不佳的问题。

因此，本发明意在寻求即使在多个发射端和/或多个接收端同时参与基于磁耦合谐振的无线电能传输的情况下、也能够获得良好的能量传输效率的技术。

现有技术