專利名稱：基于濾波器設(shè)計(jì)原理的磁諧振耦合無線能量傳輸系統(tǒng)的制作方法
基于濾波器設(shè)計(jì)原理的磁諧振耦合無線能量傳輸系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于無線能量傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)計(jì)一種基于濾波器設(shè)計(jì)原理 的磁諧振耦合無線能量傳輸系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
磁諧振耦合無線能量傳輸技術(shù)是一種新型的無線能量傳輸技術(shù)，它比傳統(tǒng)的磁耦 合無線能量傳輸技術(shù)具有很大的優(yōu)越性。磁諧振耦合無線能量傳輸技術(shù)能在較遠(yuǎn)的距離實(shí) 現(xiàn)較高的傳輸功率和傳輸效率，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的無線傳輸，克服了傳統(tǒng)的磁耦合無線 能量傳輸技術(shù)只能在非常近的距離才能使用的缺點(diǎn)。
然而，磁諧振耦合無線能量傳輸技術(shù)作為一種新型的能量傳輸技術(shù)，它的理論來 源卻是非常傳統(tǒng)的，它并不是像有關(guān)學(xué)者提出的在本質(zhì)上類似于量子力學(xué)中的隧道效應(yīng)， 也沒有必要用到復(fù)雜的耦合模理論，它只是一個(gè)簡(jiǎn)單的電路理論。關(guān)于諧振耦合的概念，在 以前的一些濾波器教材中都有描述，它指的是串聯(lián)或并聯(lián)諧振電路，其間用電容或電感進(jìn) 行耦合的網(wǎng)絡(luò)形式。電容耦合即電耦合，電感耦合即磁耦合。所以，磁諧振耦合無線能量傳 輸本質(zhì)上是一個(gè)用磁耦合的并聯(lián)諧振電路，即電感耦合帶通濾波器。由于耦合電感可用兩 自感線圈之間的互感實(shí)現(xiàn)，所以就實(shí)現(xiàn)了能量的無線傳輸。在帶通濾波器中，為了縮小體 積，所有的元件都是集成在一起的，提供互感的兩自電感以及它們之間的距離是較小的。如 果把兩自感線圈做的很大，它們之間的距離又較遠(yuǎn)，此時(shí)的帶通濾波器已經(jīng)完成了磁諧振 耦合無線能量的傳輸功能。而且，從濾波器的角度看，磁諧振耦合無線能量傳輸系統(tǒng)的確很 簡(jiǎn)單，因?yàn)樗挥玫搅硕A。那么，同是磁耦合，傳統(tǒng)的磁耦合無線能量傳輸系統(tǒng)為什么要 遜色的多，原因就在于它缺少“諧振”二字。不能諧振，回路中的電流很小，導(dǎo)致傳輸功率和 傳輸效率急劇下降。
在磁諧振耦合無線能量傳輸技術(shù)中，為了達(dá)到較高的傳輸功率和傳輸效率，通常 采用四個(gè)線圈的形式，即電源連在一個(gè)線圈上和發(fā)射線圈耦合起來，負(fù)載連在另一線圈和 接收線圈耦合起來。這種連接方式使得發(fā)射端和接收端都占用了較大的空間，在一些特殊 的環(huán)境中并不適用。而且，發(fā)射端和接收端兩線圈位置的改變都會(huì)給最佳傳輸頻率、傳輸功 率和傳輸效率帶來較大的影響。因此，迫切需要發(fā)明創(chuàng)造一種解決該問題的技術(shù)方案。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，針對(duì)現(xiàn)有磁諧振耦合無線能量傳輸技術(shù)存在的傳輸功率和傳 輸效率低下，系統(tǒng)占用空間較大的問題，提出一種基于濾波器設(shè)計(jì)原理的磁諧振耦合無線 能量傳輸系統(tǒng)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是，一種基于濾波器設(shè)計(jì)原理的磁諧 振耦合無線能量傳輸系統(tǒng)，其特征是所述系統(tǒng)包括順次連接的電源(I)、第一導(dǎo)納變換器(2)、第一并聯(lián)諧振電路(3)、第二導(dǎo)納變換器(4)、第二并聯(lián)諧振電路(5)、第三導(dǎo)納變換器(6)和負(fù)載(7)；
所述第一導(dǎo)納變換器(2)和第三導(dǎo)納變換器(6)分別由處于串聯(lián)臂上的正電容和處于并聯(lián)臂上的負(fù)電容組成，所述第二導(dǎo)納變換器(4)由處于串聯(lián)臂上正電感和兩個(gè)處于并聯(lián)臂上的負(fù)電感組成；
所述第一并聯(lián)諧振電路(3)和第二并聯(lián)諧振電路(5)由電感和電容并聯(lián)組成。
所述第二導(dǎo)納變換器(4)串聯(lián)臂上的電感由第二導(dǎo)納變換器(4)的兩個(gè)處于并聯(lián)臂上的電感耦合實(shí)現(xiàn)。
所述第二導(dǎo)納變換器(4)的兩個(gè)處于并聯(lián)臂上的負(fù)電感由電容替換。
所述第一導(dǎo)納變換器的負(fù)電容、第一并聯(lián)諧振電路(3)的電容和第二導(dǎo)納變換器(4)靠近電源一側(cè)的電容合并后由獨(dú)石電容替換；
所述第三導(dǎo)納變換器的負(fù)電容、第二并聯(lián)諧振電路(3)的電容和第二導(dǎo)納變換器(4)靠近負(fù)載一側(cè)的電容合并后由獨(dú)石電容替換。
所述獨(dú)石電容的取值為
權(quán)利要求
1.一種基于濾波器設(shè)計(jì)原理的磁諧振耦合無線能量傳輸系統(tǒng)，其特征是所述系統(tǒng)包括順次連接的電源(I)、第一導(dǎo)納變換器(2)、第一并聯(lián)諧振電路(3)、第二導(dǎo)納變換器(4)、第二并聯(lián)諧振電路(5)、第三導(dǎo)納變換器(6)和負(fù)載(7); 所述第一導(dǎo)納變換器(2)和第三導(dǎo)納變換器(6)分別由處于串聯(lián)臂上的正電容和處于并聯(lián)臂上的負(fù)電容組成，所述第二導(dǎo)納變換器(4)由處于串聯(lián)臂上正電感和兩個(gè)處于并聯(lián)臂上的負(fù)電感組成； 所述第一并聯(lián)諧振電路(3)和第二并聯(lián)諧振電路(5)由電感和電容并聯(lián)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征是所述第二導(dǎo)納變換器(4)串聯(lián)臂上的電感由第二導(dǎo)納變換器(4)的兩個(gè)處于并聯(lián)臂上的電感耦合實(shí)現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征是所述第二導(dǎo)納變換器(4)的兩個(gè)處于并聯(lián)臂上的負(fù)電感由電容替換。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征是所述第一導(dǎo)納變換器的負(fù)電容、第一并聯(lián)諧振電路(3)的電容和第二導(dǎo)納變換器(4)靠近電源一側(cè)的電容合并后由獨(dú)石電容替換； 所述第三導(dǎo)納變換器的負(fù)電容、第二并聯(lián)諧振電路(3)的電容和第二導(dǎo)納變換器(4)靠近負(fù)載一側(cè)的電容合并后由獨(dú)石電容替換。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征是所述獨(dú)石電容的取值為
全文摘要
本發(fā)明公開了無線能量傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域中的一種基于濾波器設(shè)計(jì)原理的磁諧振耦合無線能量傳輸系統(tǒng)，運(yùn)用電感耦合二階帶通濾波器設(shè)計(jì)原理對(duì)磁諧振耦合無線能量傳輸系統(tǒng)進(jìn)行指導(dǎo)與設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)包括電源、導(dǎo)納變換器、并聯(lián)諧振電路以及負(fù)載。此設(shè)計(jì)方法利用濾波器綜合設(shè)計(jì)法原理，有效地解決了無線能量傳輸系統(tǒng)中的傳輸功率、傳輸效率、傳輸距離、工作頻率和電路系統(tǒng)中各個(gè)電子元件值之間的關(guān)系，能使所設(shè)計(jì)的傳輸系統(tǒng)在最大傳輸功率和傳輸效率的狀態(tài)下工作；同時(shí)，本發(fā)明通過設(shè)計(jì)一定的帶寬，使無線能量傳輸系統(tǒng)在一個(gè)較寬的頻率范圍內(nèi)使用，很好地解決了系統(tǒng)誤差導(dǎo)致最佳傳輸頻率漂移而使傳輸功率和傳輸效率下降的問題。
文檔編號(hào)H02J17/00GK103036321SQ201210592969
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)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(jì), 郭云勝, 李勃 申請(qǐng)人:清華大學(xué)