專(zhuān)利名稱(chēng)：磁諧振耦合無(wú)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(wú)線能量傳輸技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種磁諧振耦合無(wú)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(wú)線能量傳輸系統(tǒng)中，能量是通過(guò)兩個(gè)具有同一諧振頻率的自諧振線圈之間的磁耦合進(jìn)行傳遞的，耦合系數(shù)對(duì)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(wú)線能量傳輸系統(tǒng)可以分為三種方式:強(qiáng)耦合、臨界耦合和弱耦合。在強(qiáng)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(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率有兩個(gè)，一個(gè)高于線圈的自諧振頻率，另一個(gè)低于線圈的自諧振頻率，即最佳傳輸頻率點(diǎn)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(diǎn)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)頻率逐漸靠攏，直到耦合系數(shù)達(dá)到臨界耦合時(shí)，傳輸功率最大值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率在自諧振頻率處重合。隨著耦合系數(shù)進(jìn)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(shí)，耦合系數(shù)直接反應(yīng)了傳輸距離的遠(yuǎn)近。強(qiáng)耦合時(shí)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(wú)線能量傳輸?shù)膽?yīng)用中很少采用。弱耦合時(shí)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(jìn)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(wú)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(duì)應(yīng)的傳輸距離是確定的、有限的，這在無(wú)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(yuǎn)，功率大，效率高。為此，必須找到一種技術(shù)方法實(shí)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(wú)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(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是，一種磁諧振耦合無(wú)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(wú)線能量傳輸距離D ；步驟2:根據(jù)無(wú)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(wú)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(wú)線能量傳輸距離D ； 步驟2:根據(jù)無(wú)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(gè)阻抗變換器連接到源電阻和負(fù)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(jì)算公式為Z; 所述阻抗變換器電容的電容值的計(jì)算公式為 ' ; 其中，R1為臨界耦合狀態(tài)時(shí)所述系統(tǒng)的源電阻最佳阻值Rs或負(fù)載電阻最佳阻值Ry R2為實(shí)際工作狀態(tài)下所述系統(tǒng)的源電阻阻值或負(fù)載電阻阻值。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了磁諧振耦合無(wú)線能量傳輸技術(shù)領(lǐng)域中的一種磁諧振耦合無(wú)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(yuǎn)而又不能依靠增加線圈的大小和匝數(shù)來(lái)提高耦合系數(shù)的弱耦合情況下傳輸功率和效率低的問(wèn)題。該方法通過(guò)在電源和負(fù)載接入阻抗變換器，調(diào)節(jié)電源和負(fù)載的電阻值，以使得無(wú)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(jì)方案，使磁諧振耦合無(wú)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(hào)H02J17/00GK103078415SQ20121059268
公開(kāi)日2013年5月1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)