[发明专利]一种提高弱耦合无线电能传输增益的方法及装置

说明书

本发明提供了一种提高弱耦合无线电能传输增益的方法及装置。通过在发射端设置多个发射线圈元件形成发射线圈阵列，每个发射线圈元件分别连接一个功率放大器，并根据每两个发射线圈元件之间的耦合对整体功率增益的影响来调整每个率放大器的输出阻抗；同时根据发射端的每个发射线圈元件到接收端的接收线圈元件之间的相位偏移的不同，调整每个功率放大器的相位，进而对发射端的发射线圈元件的相位进行补偿。提高了能量传输增益，使得无线电能量传输更容易实现，可以应用到如手持移动设备等小型设备上。

技术领域

本发明属于无线电能传输功率增益技术领域，具体涉及一种提高弱耦合无线电能传输增益的方法及装置。

背景技术

近场耦合无线电力传输是无线供电设备充电的主要技术，如无线射频识别标签，传感器，和医疗植入物。传统无线电能传输使用的是两线圈传输结构，即发射端一个大线圈以及接收端一个小线圈，发射线圈与接收线圈的对称与否以及尺寸大小制约了无线电能传输增益，此外，高频交流电的趋肤效应也限制了传统无线电能传输的增益效果。由其在小型化设备的无线电能传输应用方面受到较大瓶颈，小型化是在物联网和植入式医疗设备中应用的一个新的关键要求。利用基于900MHz和2.4GHz的常规技术，高效的射频能量传输的实现是困难的，因为在这些波段波长较大；另一方面，因为设备越来越小，受耦合因子较小和工作频率的限制，传统的电感耦合是非常低效的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种提高弱耦合无线电能传输增益的方法及装置，以解决传统单发射线圈无线电能传输增益低的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种提高弱耦合无线电能传输增益的方法：

在无线电能传输的发射端设置多个发射线圈元件形成发射线圈阵列，每个发射线圈元件分别连接一个功率放大器，并根据每两个发射线圈元件之间的耦合对整体功率增益的影响来调整每个率放大器的输出阻抗；

根据发射端的每个发射线圈元件到接收端的接收线圈元件之间的相位偏移的不同，调整每个功率放大器的相位，进而对发射端的发射线圈元件的相位进行补偿。

进一步地，根据无线电能传输的发射端的尺寸大小预设发射线圈阵列的阶数及发射线圈元件的大小。

进一步地，在进行相位补偿时，每次接通一个功率放大器，同时关闭其它功率放大器在发射线圈元件中的电流，接收部分检测到接收信号的相位，并将接收信号的相位反馈到发射线圈阵列进行相位补偿。

为实现上述目的，本发明还提供一种提高弱耦合无线电能传输增益的装置，包括：发射线圈阵列和位于所述发射线圈阵列外的功率放大器组，所述发射线圈阵列包含多个发射线圈元件，所述发射线圈元件之间彼此独立，所述功率放大器组包含多个功率放大器，每个功率放大器与一个发射线圈元件电连接，所述装置能实现上述的提高弱耦合无线电能传输增益的方法。

进一步地，发射线圈阵列的排列方式为矩形阵列。

进一步地，还包括：锁相环频率合成器和相位检测器，锁相环频率合成器分别与功率放大器组和所述相位检测器电连接，相位检测器用于测量基准信号和接收信号之间的相位差。

进一步地，还包括：晶体振荡器，晶体振荡器产生基准信号并提供给相位检测器。

进一步地，功率放大器通过电流驱动。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)将无线电能传输发射端的单个大发射线圈结构换成发射线圈阵列，通过传输网络分析和电磁仿真，表明发射线圈阵列比单个大发射线圈具有更高的自谐振频率和更好的传输增益；

(2)通过分别将发射端的多个发射线圈元件与接收端的接收线圈元件进行单独匹配，使得提供到发射线圈阵列的能量被分成多个更小的部分，使得无线电能传输更容易实现，同时可以应用在如手持移动设备等小型设备上；