專利名稱：磁諧振耦合無線能量傳輸系統(tǒng)的臨界耦合控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于磁諧振耦合無線能量傳輸技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種磁諧振耦合無線能量傳輸系統(tǒng)的臨界耦合控制方法。
背景技術(shù)：
磁諧振耦合無線能量傳輸系統(tǒng)中，能量是通過兩個具有同一諧振頻率的自諧振線圈之間的磁耦合進行傳遞的，耦合系數(shù)對于能量傳輸?shù)墓β屎托势鹬陵P(guān)重要的作用。根據(jù)耦合系數(shù)的大小，磁諧振耦合無線能量傳輸系統(tǒng)可以分為三種方式:強耦合、臨界耦合和弱耦合。在強耦合到臨界耦合的范圍內(nèi)，能量傳輸?shù)墓β屎托首畲?，并且不隨耦合系數(shù)發(fā)生變化，但傳輸功率最大值點對應(yīng)的頻率有兩個，一個高于線圈的自諧振頻率，另一個低于線圈的自諧振頻率，即最佳傳輸頻率點并不是線圈的自諧振頻率。隨著耦合系數(shù)的逐漸降低，傳輸功率最大值點對應(yīng)的兩個頻率逐漸靠攏，直到耦合系數(shù)達到臨界耦合時，傳輸功率最大值點對應(yīng)的頻率在自諧振頻率處重合。隨著耦合系數(shù)進一步降低到弱耦合區(qū)域，傳輸功率和效率隨耦合系數(shù)的下降而逐漸減小，但最佳傳輸狀態(tài)始終保持在自諧振頻率處不變。當(dāng)自諧振線圈的大小、形狀及放置方式確定時，耦合系數(shù)直接反應(yīng)了傳輸距離的遠近。強耦合時能量傳輸?shù)木嚯x短，產(chǎn)生頻率劈裂的現(xiàn)象使得系統(tǒng)在自諧振頻率處的傳輸功率很低，這種方式在無線能量傳輸?shù)膽?yīng)用中很少采用。弱耦合時能量傳輸?shù)墓β屎托室脖容^低，而且隨著傳輸距離的增加，耦合系數(shù)進一步變小，能量傳輸?shù)墓β屎托室搽S著變小。所以，基于磁諧振耦合無線能量傳輸?shù)淖罴褷顟B(tài)是系統(tǒng)工作于臨界耦合的情形。但是，由于臨界耦合所對應(yīng)的傳輸距離是確定的、有限的，這在無線能量傳輸?shù)膽?yīng)用中受到了很大的限制。所以，最好的傳輸方式是能量傳輸?shù)木嚯x遠，功率大，效率高。為此，必須找到一種技術(shù)方法實現(xiàn)該傳輸方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種磁諧振耦合無線能量傳輸系統(tǒng)的臨界耦合控制方法，主要解決隨著傳輸距離的逐漸增大，耦合系數(shù)逐漸減小而導(dǎo)致傳輸功率和傳輸效率逐漸下降的問題。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是，一種磁諧振耦合無線能量傳輸系統(tǒng)的臨界耦合控制方法，其特征是所述方法包括:步驟1:確定所述系統(tǒng)的無線能量傳輸距離D ；步驟2:根據(jù)無線能量傳輸距離D，利用公式
權(quán)利要求
1.一種磁諧振耦合無線能量傳輸系統(tǒng)的臨界耦合控制方法，其特征是所述方法包括: 步驟1:確定所述系統(tǒng)的無線能量傳輸距離D ； 步驟2:根據(jù)無線能量傳輸距離D，利用公式
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征是所述步驟4具體為，分別將兩個阻抗變換器連接到源電阻和負載電阻兩端；所述阻抗變換器包括阻抗變換器電感和阻抗變換器電容； 所述阻抗變換器電感的電感值的計算公式為Z; 所述阻抗變換器電容的電容值的計算公式為 ' ; 其中，R1為臨界耦合狀態(tài)時所述系統(tǒng)的源電阻最佳阻值Rs或負載電阻最佳阻值Ry R2為實際工作狀態(tài)下所述系統(tǒng)的源電阻阻值或負載電阻阻值。
全文摘要
本發(fā)明公開了磁諧振耦合無線能量傳輸技術(shù)領(lǐng)域中的一種磁諧振耦合無線能量傳輸系統(tǒng)的臨界耦合控制方法，主要解決了在傳輸距離比較遠而又不能依靠增加線圈的大小和匝數(shù)來提高耦合系數(shù)的弱耦合情況下傳輸功率和效率低的問題。該方法通過在電源和負載接入阻抗變換器，調(diào)節(jié)電源和負載的電阻值，以使得無線能量傳輸系統(tǒng)工作在臨界耦合狀態(tài)。本發(fā)明快速準(zhǔn)確地得出系統(tǒng)處于臨界耦合狀態(tài)的最佳設(shè)計方案，使磁諧振耦合無線能量傳輸系統(tǒng)始終工作在一種功率大，效率高的狀態(tài)。
文檔編號H02J17/00GK103078415SQ20121059268
公開日2013年5月1日 申請日期2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月31日
發(fā)明者周濟, 郭云勝, 李勃 申請人:清華大學(xué)