[发明专利]利用变容管实现频率调谐的无线电能传输装置

说明书

本发明提供了一种利用变容管实现频率调谐的无线电能传输装置，包括发射端和接收端，所述发射端包括供电单元、谐振补偿电容模块、高频逆变模块、检测模块、控制模块和发射线圈，所述供电单元为所述谐振补偿电容模块、高频逆变模块提供电能，所述控制模块根据检测模块对发射线圈的信息采集，通过控制所述谐振补偿电容模块对所述高频逆变模块的谐振频率进行调整。针对变容管供电方式复杂、单个变容管电容量调节范围有限、变容管正常工作电压保护等问题提供了合理的解决方案与措施，设计出一个电容量调节灵活度高且调节范围广、工作可靠性高的电源自供给谐振补偿电容模块。

技术领域

本发明属于无线电能传输技术领域，尤其是涉及一种利用变容管实现频率调谐的无线电能传输装置，通过变容管的变容能力调节无线电能传输装置的工作状态实现稳定高效无线电能传输的目的。

背景技术

无线电能传输技术是指通过无接触的形式，使电源侧电能经空间不接触地传递至负载侧的一种新兴技术。在不宜或无法使用导线传能的领域，无线电能传输装置可实现毫瓦级至兆瓦级电能的无线传输，满足玩具、无人机、机器人、卫星、车辆、轮船和火箭等不同功率等级和不同应用场合的诸多用电设备或装置的供能或传能需求。

磁耦合谐振技术作为一种新型无线电能传输技术，其原理是两个具有相同谐振频率的物体之间能够实现能量的高效传递，该技术通常应用于大功率领域，在小功率领域应用效果欠佳。近几年，手机无线充电技术作为一种新兴技术逐渐走进人们的视野，成为手机充电的一种新颖方式。为了使无线电能传输技术更好的在手机等小功率领域使用，设计一种利用变容管实现频率调谐的无线电能传输装置以保证高效电能传输。

变容管作为一种电容可变器件，由于其电容量随两端电压规律性变化的特点，为无线电能传输的谐振频率调整提供了一种新的思路与方式方法。变容管的电容量一般较小，最大值为几十pF到几百pF；此外，变容管的工作频率较高，绝大部分变容管的工作频率为MHz级别，能够大大提高无线电能传输的输送距离。在高频无线电能传输装置中，频率的变化会使装置电能传输效率大大降低，发明一种利用变容管实现频率调谐的无线电能传输装置，通过对小容量变容管的电容调节，将收、发端电路精准的调整至新的谐振频率状态，从而保证高频、小功率负载无线电能传输装置的稳定高效远距离无线电能传输。

申请号为201420838380的专利“一种电力输送装置”，通过将频率控制器并联于线圈回路中，电流传感器对线圈回路的电流进行检测，对信号进行转换处理后通过调节电位器阻值间接控制变容管两端的电压，使变容管电容值发生改变而实现对线圈回路谐振频率的调整。但上述专利也存在一定的缺点：其通过改变数字电位器输出阻值变化来控制变容管两端电压变化过程中，对变容管进行容量调节后电路参数的变化会反作用于调压电路，因此该调整方式难以对变容管两端电压做到精确控制；该专利中对调谐的判断标准为线圈回路是否处于最大电流状态，此种检测控制方式下的调整只能实现对变容管电容量的近似调整，频率调谐精确度不高；其通过使用单片机控制改变数字电位器输出阻值的方法间接控制变容管两端的工作电压，需在原有的转换电路中单独附加供电控制模块，过程复杂，稳定性不好；未在无线电能传输电路中对变容管的具体适用条件、电容量调节办法、耐压保护措施等进行展开性说明。

综上，为了解决上述技术问题，进一步提高无线电能传输中谐振频率调整的精确性与可靠性，本发明提出了一种新型的利用变容管实现频率调谐的无线电能传输装置。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种利用变容管实现频率调谐的无线电能传输装置，利用变容管的变容能力和对电能传输装置电路的控制能力及时对收、发端谐振频率做出精确调整，来保证稳定、高效、精确的无线电能传输。

核心思想：增加利用变容二极管实现收、发端自动调谐的谐振补偿电容模块，其原理是：变容二极管是电子可变电容，利用其电容量可随外施电压方向及大小变化的特点，根据工作状态时谐振频率的调整需求，控制电路自动调节加在变容管两端的反偏电压及变容管工作数量实现对补偿电容量的精确调节，保证收、发端始终处于相同的谐振频率状态，实现无线电能传输装置的高效供电。