[实用新型]基于正交模式锁定的无线能量传输系统

说明书

本实用新型涉及一种基于正交模式锁定的无线能量传输系统，包括：发射端电路，与供电源连接并输出高频电磁波；发射端非共振线圈，与发射端电路连接；发射端共振线圈，与发射端非共振线圈耦合连接；与发射端共振线圈本征频率相同的接收端共振线圈，与发射端共振线圈耦合连接；接收端电路，与接收端共振线圈连接并供电至负载；用于监测发射端电路的输入功率以及接收端电路的输出功率、依据输出功率与输入功率的比值动态平衡调节发射端电路的能量增益速率和接收端电路的能量损耗速率、直至输出功率与输入功率的比值落入设定范围内的监控电路，监控电路与发射端电路以及接收端电路连接。本实用新型能够实现一定自由度下恒定输出功率和稳定充电效率。

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，特别涉及一种基于正交模式锁定的无线能量传输系统。

背景技术

随着科技的进步，越来越多的领域机器人出现，作为21世纪三大重要科技之一，机器人将在未来的时间里发挥着越来越重要的作用。同时，随着应用场景的多元化，传统的接触式充电方案难以满足机器人充电的要求。无线能量传输技术与机器人设备的结合，为机器人领域的发展提供新的可能。传统触片技术要求机器人具有较高的对位精度，并且对于潮湿、腐蚀环境和危险气体环境都难以兼容，此外随着机器人需求充电功率不断增大，充电电流不断上升，接触打火也将引入巨大的安全隐患。无线充电技术现今已趋于发展成熟，且在越来越多的场合下得到应用，正在不断改变人们的生活和生产方式。对于机器人充电场景，无线充电技术可以提供较大的自由度、全密封的充电过程以及安全可控的磁场环境，较好的解决了上述问题。

但是现有无线能量传输技术亦存在不足，从已有无线能量传输技术来看，目前无线能量传输遇到的难题是传输距离近，效率低，稳定性弱，方向性差。比如麻省理工学院的Marin教授首次提出的共振式无线电能传输技术就只存在一个最佳的工作距离；斯坦福大学的Fan Shanhui教授提出的利用非线性电路自动追踪劈裂模式的电路稳定性较低，空载压力大等。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种基于正交模式锁定的无线能量传输系统，通过合适的线圈结构设计结合电路控制技术使无线能量传输系统锁定在正交模式下，进而能够实现一定自由度下恒定输出功率和稳定充电效率。

本实用新型通过如下方案来实现：一种基于正交模式锁定的无线能量传输系统，包括：

发射端电路，与供电源连接并输出高频电磁波；

发射端非共振线圈，与所述发射端电路连接；

发射端共振线圈，与所述发射端非共振线圈耦合连接；

接收端共振线圈，与所述发射端共振线圈耦合连接，所述发射端共振线圈和所述接收端共振线圈的本征频率相同；

接收端电路，与所述接收端共振线圈连接并供电至负载；

用于监测所述发射端电路的输入功率以及所述接收端电路的输出功率、依据所述输出功率与所述输入功率的比值动态平衡调节所述发射端电路的能量增益速率和所述接收端电路的能量损耗速率、直至所述输出功率与所述输入功率的比值落入设定范围内的监控电路，所述监控电路与所述发射端电路以及所述接收端电路连接。

本实用新型基于正交模式锁定的无线能量传输系统的进一步改进在于：

所述发射端电路包括依次连接的功率因数校正模块、第一DC-DC电压调整电路、DC-AC逆变电路，所述功率因数校正模块与所述供电源连接，所述DC-AC逆变电路与所述发射端非共振线圈连接。

所述监控电路包括主控板、第一弱电电源电路和第一蓝牙通讯电路，所述第一弱电电源电路与所述功率因数校正模块连接，所述第一弱电电源电路、所述第一DC-DC电压调整电路以及所述DC-AC逆变电路均通过所述第一蓝牙通讯电路与所述主控板连接。

本实用新型基于正交模式锁定的无线能量传输系统的进一步改进在于：