[发明专利]无线电能传输系统及其传输方法

说明书

本发明提供一种无线电能传输系统及其传输方法，其主要由信号源、激励线圈、一对谐振频率相同的谐振线圈、接收线圈以及负载组成，利用在有机玻璃板侧面上多重绕匝利兹线并加载电容形成的一对谐振线圈实现调控线圈谐振频率，并通过利用非厄米系统中单模点的物理特性，使工作频率位于谐振线圈的谐振频率处，以控制接收线圈与其邻近谐振线圈的距离来调整耦合出系统能量的传输速率，从而在改变一对谐振线圈耦合距离的情况下保证系统处于单模点，克服了现有技术缺陷，达到在变化耦合距离的情况下，利用单模点固定频率和最低损耗的物理性质实现高效的无线电能传输以及在千赫兹频段进行单频率高效无线电能传输的目的。

技术领域

本发明涉及无线电能传输技术领域，具体来说涉及利用非辐射的磁耦合线圈进行无线电能传输的系统及其传输方法。

背景技术

无线电能传输(Wireless Power Transfer，WPT)是通过发射器将电能转化为其它形式的中继能量，如电磁场能、激光、微波及机械波等，隔空传输一段距离后，再通过接收器将中继能量转换为电能，实现电能无线传输。根据能量传输过程中，中继能量形式的不同，可分为磁(场)耦合式、电(场)耦合式、电磁辐射式和机械波耦合(超声波耦合)式。因传输功率大、效率高，磁耦合式无线电能传输应用较其它方式更为广泛。

近年来，研究人员利用磁场耦合的近场实现了非辐射无线电能传输系统，该工作的重大突破越发激起了无线电能传输相关应用的研究。由于无线电能传输机制的限制，所述非辐射无线电能传输系统通常在一个固定工作频率下仅对应一个确定的传输距离可实现最大传输效率。因此，实现不同传输距离下的高效率电能传输在应用上就显得十分重要。在这方面，传统的方法是通过设计外加电路来追踪最佳传输效率的频率点。这种方法需要同时对激励端和接收端进行调控和反馈，并且繁杂的原件和系统在大功率运作时经常会出现烧毁故障。

值得注意的是，美国斯坦福大学的Fan S.H.教授提出了利用非线性电路自动宇称-时间对称系统中的本征模式，实现了一个随距离变化高效电能传输效率具有鲁棒性的系统。然而，该方案虽可实现在一段距离上电能的高效传输，但是仍然存在无法避免因电路元件多样性导致系统大功率下的不稳定性。此外，在系统中实现两个纯实的本征模式还额外需要提供一个有效的增益，但能量传输的时候却只需要用到其一；从而存在能量上需要有额外的消耗，亦没有物尽其用，浪费了系统中另外一个本征模式。

综上，利用非辐射的磁耦合线圈进行无线电能传输是目前在这个领域的趋势，同时近场耦合的模式劈裂导致传输效率下降也是该领域的一大难题。目前，仍然没有一个有效的方案能兼顾在传输距离变化的前提下保证系统工作频率和效率的稳定。

发明内容

鉴于上述情况，本发明提供一种无线电能传输系统及其传输方法，其主要由信号源、激励线圈、一对谐振频率相同的谐振线圈、接收线圈以及负载组成，利用在有机玻璃板侧面上多重绕匝利兹线并加载电容形成的一对谐振线圈实现调控线圈谐振频率，并通过利用非厄米系统中单模点的物理特性，使工作频率位于谐振线圈的谐振频率处，以控制接收线圈与其邻近谐振线圈的距离来调整耦合出系统能量的传输速率，从而在改变一对谐振线圈耦合距离的情况下保证系统处于单模点，克服了现有技术缺陷，达到在变化耦合距离的情况下，利用单模点固定频率和最低损耗的物理性质实现高效的无线电能传输以及在千赫兹频段进行单频率高效无线电能传输的目的。

为实现上述目的，本发明提供一种无线电能传输系统，所述系统包括双谐振线圈装置，所述双谐振线圈装置包括谐振频率相同的第一谐振线圈及第二谐振线圈，所述双谐振线圈装置通过调整所述第一谐振线圈与所述第二谐振线圈之间的耦合间距，相应调整所述第一谐振线圈及第二谐振线圈的电磁参数并形成单模点固定频率的无线电能传输系统。