[实用新型]一种本征角频率控制磁谐振SS型无线电能传输系统

说明书

本实用新型公开了一种本征角频率控制磁谐振SS型无线电能传输系统，包括恒定频率交流电源U_S、原边谐振器、副边谐振器和负载；原边谐振器包括串联连接的原边发射线圈和原边可调电容，原边电感线圈具有原边线圈内阻，原边电容的容值可通过控制进行调节；副边谐振器包括串联连接的副边接收线圈和副边可调电容，副边电感线圈具有副边线圈内阻，副边可调电容的容值可通过控制进行调节。本实用新型利用恒定频率交流电源U_S对系统进行供电，通过调节原、副边谐振器的可调电容的容值，对系统的本征角频率进行控制，使其追踪交流电源的工作角频率，实现稳定、高效的无线电能传输。

技术领域

本实用新型涉及无线电能传输的技术领域，尤其是指一种本征角频率控制磁谐振SS型无线电能传输系统。

背景技术

无线电能传输技术可以实现电源与用电设备之间的完全电气隔离，具有安全、可靠、灵活的优点。早在19世纪末，尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)利用无线电能传输原理，在没有任何导线连接的情况下点亮了一盏灯泡。基于磁耦合谐振式的无线电能传输是MIT的学者在无线电能传输领域取得的突破性进展，自2007年被公开发表以来在无线电能传输领域引起了非常大的反响，越来越多的学者加入到无线电能传输技术的基础研究和应用开发中来。

目前的无线电能传输系统根据耦合的强弱可以分为两类。系统耦合的强弱由传输距离决定。当原边谐振器和副边谐振器间的距离较近时，系统将会进入强耦合状态；反之将处于弱耦合状态。在弱耦合工作条件下，系统的输出功率在系统工作频率等于原、副边固有频率处取得最大值。而在强耦合工作条件下，系统会出现无线电能传输系统特有的频率分裂现象，即系统的输出功率峰值分裂成两个点，分别位于原、副边固有频率的两侧。频率分裂的本质即系统的本征频率由两个共轭复根变为两个不同的实根。为了保证系统的输出功率，许多解决方案被提出。目前已有的解决方案主要有三种类型：MPPT，追踪原边电压、电流零相位点，追踪原边电压和副边电流零相位点。而以上三种类型都是对系统的工作频率进行改变。然而在很多的实际应用中，需要系统的工作频率符合相关标准。工作频率被限制在一定的频带内。因此变频控制的适用性偏低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种基于可调电容实现的本征角频率控制磁谐振SS型无线电能传输系统，是通过控制系统双侧的可调电容对系统的本征角频率进行调节，使得本征角频率追踪恒定的电源角频率，该系统可以解决频率的适应性问题，同时该系统的传输效率和输出功率在强耦合工作状态下保持不变，实现了恒稳的无线电能传输。

为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：一种本征角频率控制磁谐振SS型无线电能传输系统，所述系统由恒定频率交流电源U_S、原边谐振器、副边谐振器和负载组成；

所述恒定频率交流电源U_S与原边谐振器相连，其工作频率f_S及工作角频率ω_s＝2πf_S保持不变；

所述原边谐振器由原边可调电容C_s1和原边电感线圈L₁串联而成，所述原边电感线圈L₁具有原边线圈内阻R_S1，所述原边谐振器具有固有谐振角频率和原边内阻损耗系数γ₁＝R_S1/2L₁；

所述副边谐振器由副边可调电容C_s2和副边电感线圈L₂串联而成，所述副边电感线圈L₂具有副边线圈内阻R_S2，所述副边谐振器具有固有谐振角频率和副边内阻损耗系数γ₂＝R_S2/2L₂；

所述负载R_L与副边谐振器相连，对应于负载损耗系数γ_L＝R_L/2L₂；