自动变频及谐振匹配的谐振式无线电能传输系统的制作方法
【专利摘要】一种自动变频及谐振匹配的谐振式无线电能传输系统，其能量发射端的隔离电源组给控制电路高频信号发生单元、高频驱动单元、主电路功率放大单元供电。信号发生单元的高频信号发生单元连接信号隔离单元，信号隔离单元连接高频驱动单元，高频驱动单元连接变频及功率放大单元，变频及功率放大单元连接电控开关组。电控开关组连接第一匹配电容组(Ct)，第一匹配电容组(Ct)连接发射线圈。第一匹配电容组(Ct)和发射线圈组成谐振发射电路。使能控制单元同时连接高频信号发生单元和电控开关组。能量接收端的接收线圈组连接第二匹配电容组(Cr)，接收线圈组和第二匹配电容组(Cr)组成谐振接收电路，通过频率调整给工作负载供电。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种自动变频及谐振匹配的谐振式无线电能传输系统。 自动变频及谐振匹配的谐振式无线电能传输系统
【背景技术】
[0002] 无线电能传输技术是支持负载设备以非接触方式从电源取电的电能输送技术。无 线电能传输技术能有效克服线路供电方式存在的设备移动灵活性差、占用体积空间、易产 生接触火花、存在线缆、线缆接头暴露、运动接触面磨损等问题，提高供用电系统的安全性、 可靠性及使用寿命。特别适用于移动装备、易燃易爆环境和水下、油气井下设备的安全供 电，对电磁理论和供用电方式的发展具有重大的科学意义和实践价值，在无线传感器网络、 电动汽车、工业机器人、航空航天、军事、油田矿井、水下作业等工业领域及在家用电器、医 疗器械等民用领域均具有广泛的应用前景。
[0003] 无线电能传输技术按照实现原理可分为微波方式、射频方式、磁感应耦合方式及 磁谐振耦合方式等。微波式输电实质是利用微波集束代替输电导线，波束通过自由空间后 由接收整流天线收集，从而实现大功率、长远距离输电，对解决空间轨道供电、孤立地区供 电、地面电站电能外送等问题意义显著，但微波传播不能穿越障碍物；射频方式根据天线发 射和接收原理实现，利用电磁场衰减相对缓慢的远场从而突破长距离传递能量，其频率很 高，天线可小型化，方便嵌入各种小型设备，但发射天线一般为全向天线，能量发散程度高， 输电效率、能力甚低而大受掣肘；磁感应耦合方式利用电磁感应原理借助绕在不同磁性结 构上的初级线圈及次级线圈之间的互感交换电能，但感应耦合式输电的极大劣势是其能量 传输距离非常近，被限制在毫米量级；磁谐振式无线电能传输技术则是一种基于磁谐振耦 合原理实现的非辐射性、高效、中距离输电的新型技术。
[0004] 磁谐振式无线电能传输技术的关键在于通过适当的设计与控制使其发生谐振耦 合并且不向体系外辐射电磁波，但受各种因素影响，总会产生少量空间辐射损耗及场源内 的热损耗等。考虑到近区场范围不能过短，且必需激发谐振耦合现象，对频率要求较为苛 亥|J，一般采用0. 05MHz?50MHz之间的频率，且尽可能选择较低频率。由于采用交变磁场作 为空间能量传递的媒介，谐振式能量传输方式对环境友好，且无严格的方向性，能同时给有 效区域内多个相近谐振频率的接收端供电。相较于感应式，其能量传输性能稳定，距离远。
[0005] 磁谐振式无线电能传输技术的关键在于通过适当的设计与控制使其发生谐振耦 合并且不向体系外辐射电磁波，但受各种因素影响，总会产生少量空间辐射损耗及场源内 的热损耗等。考虑到近区场范围不能过短，且必需激发谐振耦合现象，对频率要求较为苛 亥IJ。由于对无线电能传输的研究，所采用的频率范围较宽，而传统的无线传输技术还没有 实现大范围的应用，为了便于扩大无线电能传输技术的应用范围，需改进无线供电技术，因 此，对能量发射和接收装置的性能提出了更高的要求，如何采用单一能量发射端实现宽频 范围大功率的发射，并可灵活调整谐振频率，自动实现频率变换及谐振单元的自动匹配，同 时实现高效率的能量传输，是无线传能亟需解决的问题。
[0006] 目前专利和非专利文献报道的无线电能传输装置大多采用手动更换变频和谐振 匹配的方式，改变谐振匹配单元；有专利提到采用步进电机进行阻抗匹配的方法，实现起来 结构复杂且不灵活；还有采用开关对发射端或接收端进行控制的方法，这种方法也未实现 信号发生单元与谐振匹配单元的统一自动控制。本发明自动变频及谐振匹配的谐振式无线 电能传输系统，实现了高频信号发生单元的自动变频，同时可发出使能控制信号同步控制 电控开关组，即实现了无需手动的自动变频和相应的谐振匹配。
【发明内容】
[0007] 为了克服谐振式无线传能的上述不足，本发明提出一种自动变频及谐振匹配的谐 振式无线电能传输系统。本发明通过耦合谐振方式进行电能的无线传输，在采用单一能量 发射主电路实现宽频范围大功率的发射的同时，可灵活调整谐振频率，实现自动变频及谐 振匹配，实现高效率的能量传输，扩大单个无线电能传输系统的应用范围。本发明可应用于 电器设备的无线供电、电动车充电等无线输电领域。
[0008] 本发明多频谐振式无线电能传输系统由能量发射端和能量接收端组成。能量发 射端由隔离电源组、信号发生单元、信号隔离单元、高频驱动单元、变频及功率放大单元、电 控开关组、第一匹配电容和发射线圈组成。其中信号发生单元包括使能控制和高频信号发 生单元，第一匹配电容和发射线圈构成谐振发射电路；能量接收端由接收线圈、第二匹配电 容、频率调理单元及工作负载组成，第二匹配电容和接收线圈构成谐振接收电路。
[0009] 所述的能量发射端中各单元之间的连接方式为：隔离电源组分别连接信号发生 单元、高频驱动单元和变频及功率放大单元。信号发生单元包括使能控制单元和高频信号 发生单元两部分，其中使能控制单元的输出端连接高频信号发生单元的输入端和电控开关 组的输入端，高频信号发生单元的输出端连接信号隔离单元的输入端，信号隔离单元的输 出端连接高频驱动单元的输入端，高频驱动单元的输出端连接变频及功率放大单元的输入 端，变频及功率放大单元的输出端连接电控开关组的输入端，电控开关组的输出端连接第 一匹配电容的输入端，第一匹配电容的输出端连接发射线圈的输入端。
[0010] 能量发射端的信号传输方式为：隔离电源组为信号发生单元及高频驱动单元提供 控制电路电源DC，为变频及功率放大单元输入主电路电源DC，信号发生单元的使能控制信 号同时输出给高频信号发生单元和电控开关组的控制端，高频信号发生单元输出信号给信 号隔离单元，信号隔离单元输出信号给高频驱动单元，高频驱动单元输出信号给入变频及 功率放大单元，变频及功率放大单元输出信号给入电控开关组的开关端，电控开关组开关 端流出信号给入第一匹配电容，第一匹配电容信号流出信号给入发射线圈。
[0011] 所述能量接收端中各单元之间的连接方式为：接收线圈的输出端连第二匹配电容 的输入端，第二匹配电容的输出端连接频率调整单元，频率调整单元的输出端连接工作负 载。
[0012] 发明自动变频及负载匹配的谐振式无线电能传输系统可实现62. 5kHz?10MHz频 率范围，功率lkW的无线电能传输。
[0013] 所述的信号发生单元包括使能控制单元和高频信号发生单元两部分，信号发生单 元由FPGA来实现，。使能控制单元一方面用于实现自动变频频率输出选择控制，另一方面 用于选择发射电路谐振支路。高频信号发生单元可实现任意占空比，62. 5kHz?10MHz频率 范围内任意高频信号的产生。
[0014] 所述的使能控制单元包括分频器、计数器、时序存储器；高频信号发生单元包括频 率整数控制模块、频率调整系数模块、控制字调整单元、相位累加器、地址调整模块和波形 存储器。FPGA的时钟f dk给入分频器输入端，分频器输出端同时连接计数器的输入端和时 序存储器的输入端，计数器的输出端连接时序存储器的输入端，时序存储器的输出端连接 电控开关组和频率整数控制模块，时钟f dk连接频率整数控制模块的输入端，频率整数控制 模块和频率调整系数模块的输出端连接控制字调整单元的输入端，控制字调整单元的输入 端连接相位累加器的输入端，相位累加器的输出端连接地址调整模块的输入端，地址调整 模块的输出端连接波形存储器的输入端，时钟f dk同时连接相位累加器、地址调整模块和波 形存储器，时序存储器的输出使能控制包括谐振发射电路支路选择控制和高频信号发生频 率选择控制，谐振发射电路支路选择控制信号输入给高频电控开关组，实现谐振发射电路 支路的选择控制，同时频率选择控制信号给入频率整数控制模块，进行高频信号发生单元 相应谐振频率的选择。
[0015] 所述的信号发生单元的使能控制单元实现自动变频和谐振电路选择的一种方法 为：采用一个发射线圈匹配一个电容的方式构成发射谐振支路，η条谐振支路的每一条均 由一个线圈和一个匹配电容组成，每个发射谐振支路对应一个接收谐振支路，两支路具有 相同的谐振频率，使能控制发出的η路使能信号分别控制高频信号发生单元和实现发射谐 振支路选择，使能控制与高频信号发生单元相连接，同时与η个电控开关组成的电控开关 组输入端相连接，电控开关组的每个电控开关输出Β端分别连接η个第一谐振匹配电容的 第一输入端，第一谐振匹配电容的第一输出端分别与发射线圈的第一输入端相连接，电控 开关组的每个电控开关的Α端为变频及功率放大单元的连接端，发射线圈的第一输出端与 变频及功率放大共地，与电控开关相连接的η路使能信号可控制电控开关组各个电控开关 A、Β端的通断，进而实现发射谐振支路第1-1、第1-2、……第1-η的选择，控制端与电控 开关组各个电控开关A、Β端之间为隔离状态，使能控制发出的使能信号同时控制高频信号 发生单元的信号频率和选择相应谐振频率的谐振支路，每一路使能信号所控制的频率和选 择的谐振支路之间一一对应，高频信号发生所产生的信号频率与谐振电路产生的谐振频率 相同；对于能量接收端，每一路谐振接收电路均由一个接收线圈和一个匹配电容组成，共η 路，每一路接收谐振支路与发射谐振支路相对应，具有相同的谐振频率。
[0016] 所述的信号发生单元的使能控制单元实现自动变频和谐振电路选择电容第二种 方法为：不同谐振频率的谐振发射电路支路由单个线圈匹配不同电容来实现，η条谐振电 路支路由单个共用线圈和η个匹配电容组成，每种谐振频率下，发射线圈对应相应的匹配 电容，而谐振接收电路η条支路的每一条均由一个接收线圈和一个匹配电容组成，每条发 射谐振支路和对应的接收谐振支路具有相同的谐振频率，使能控制单元发出的η路使能信 号分别控制高频信号发生单元和匹配电容选择，使能控制单元与高频信号发生单元相连 接，同时与电控开关组第二中的η个电控开关输入端相连接，电控开关组的每个电控开关 输出Β端分别连接η个第一谐振匹配电容的第一输入端，第一谐振匹配电容的输出端均连 接发射线圈的第二输入端，电控开关组的每个电控开关的Α端为变频及功率放大单元的连 接端，发射线圈的输出C端与变频及功率放大共地，与电控开关相连接的η路使能信号可控 制电控开关组各个电控开关A、Β端的通断，进而实现发射谐振支路第2-1、第2-2、……第 2-η的选择，控制端与电控开关组各个电控开关Α、Β端为隔离状态，使能控制单元发出的使 能信号同时控制高频信号发生单元的信号频率和选择相应谐振频率的匹配电容，每一路使 能信号所控制的频率和选择的匹配电容与线圈组成的谐振电路之间一一对应，高频信号发 生所产生的信号频率与谐振电路产生的谐振频率相同；对于能量接收端，每一路谐振接收 电路均由一个接收线圈和一个匹配电容组成，共η路，每一路接收谐振支路与发射谐振支 路相对应，具有相同的谐振频率。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1自动变频及谐振匹配的谐振式无线电能传输系统原理图；
[0018] 图2信号发生单元逻辑实现原理图；
[0019] 图3信号发生单元仿真波形图；
[0020] 图4自动变频及谐振匹配实现方法一；
[0021] 图5自动变频及谐振匹配实现方法二；
[0022] 图6自动变频及谐振匹配的谐振式无线电能传输实验波形，其中图6a为信号发生 单元产生使能信号及高频信号实验波形，图6b为高频信号发生单元产生的250kHz信号，图 6c为高频信号发生单元产生的2MHz信号，图6d为无线电能传输能量接收端负载上的电压 信号。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步说明。
[0024] 本发明自动变频及谐振匹配的谐振式无线电能传输系统通过耦合谐振方式进行 电能的无线传输，采用单一能量发射装置实现宽频范围大功率发射，同时可进行频率的自 动切换和谐振电路的自动匹配，实现高效率的能量传输。
[0025] 本发明原理图如图1所示。
[0026] 多频谐振式无线电能传输系统由能量发射端和能量接收端组成。能量发射端由隔 离电源组、信号发生、信号隔离、高频驱动、变频及功率放大、电控开关组、第一匹配电容组 Ct和发射线圈成。所述的信号发生单元包括使能控制单元和高频信号发生单元。第一匹配 电容组Ct和发射线圈构成谐振发射电路。
[0027] 能量接收端由接收线圈、第二匹配电容组(；、频率调理及工作负载组成。第二匹配 电容组(；和接收线圈构成谐振接收电路。所述的能量发射端，隔离电源组分别连接信号发 生单元、高频驱动单元及变频及功率放大单元。信号发生单元包括使能控制单元和高频信 号发生单元两部分，其中使能控制单元的输出端连接高频信号发生单元输入端和电控开关 组输入端，高频信号发生单元的输出端连接信号隔离单元输入端，信号隔离单元的输出端 连接高频驱动单元的输入端，高频驱动单元的输出端连接变频及功率放大单元的输入端， 变频及功率放大单元的输出端连接电控开关组的输入端，电控开关组的输出端连接第一匹 配电容组c t的输入端，第一匹配电容组ct的输出端连接发射线圈的输入端。
[0028] 所述能量接收端中，接收线圈的输出端连接第二匹配电容组(；的输入端，第二匹 配电容组(；的输出端连接频率调整单元，频率调整单元的输出端连接工作负载。
[0029] 自动变频及负载匹配的谐振式无线电能传输系统可实现62. 5kHz?10MHz频率范 围，功率lkW的无线电能传输。
[0030] 所述的信号发生单元包括使能控制单元和高频信号发生单元两部分。信号发生 单元由FPGA来实现，使能控制单元实现自动变频选择和谐振发射电路支路选择，高频信号 发生单元可实现任意占空比、62. 5kHz?10MHz频率范围内任意高频信号的产生。信号发 生单元逻辑实现原理图如图2所示，其使能控制单元包括分频器、计数器和时序存储器。其 高频信号发生单元包括频率整数控制模块、频率调整系数模块、控制字调整单元、相位累加 器、地址调整模块，以及波形存储器。FPGA的时钟f dk给入分频器输入端，分频器的输出端 同时连接计数器输入端和时序存储器输入端，计数器的输出端连接时序存储器的输入端， 时序存储器的输出端连接电控开关组和频率整数控制模块，时钟f dk连接频率整数控制模 块输入端，频率整数控制模块和频率调整系数模块的输出端分别连接控制字调整单元的输 入端，控制字调整单元的输入端连接相位累加器的输入端，相位累加器的输出端连接地址 调整模块的输入端，地址调整模块的输出端连接波形存储器的输入端，时钟f dk同时连接相 位累加器、地址调整模块和波形存储器。时序存储器的输出使能控制包括谐振发射电路支 路选择控制和高频信号发生频率选择控制，谐振发射电路支路选择控制信号输入给高频电 控开关组，实现谐振发射电路支路的选择控制，同时频率选择控制信号给入频率整数控制 模块，进行高频信号发生单元相应谐振频率的选择。
[0031] 图3所示为信号发生单元仿真波形图，以六种不同发射频率为例，A[0]、A[1]、 A[2]、A[3]、A[4]、A[5]分别为六路使能控制信号，高电平即为控制本频率输出，xout [0]、 xout[l]、xout[2]、xout[3]为四路相同的高频信号发生单元，采用一路进行驱动控制即可， 高频信号发生xout输出信号的频率由使能控制信号来控制。
[0032] 图4所示为使能控制单元自动变频和谐振电路选择控制实现方法之一，采用一个 发射线圈匹配一个电容的方式构成发射谐振支路，η条谐振支路的每一条均由一个线圈和 一个匹配电容组成，每个发射谐振支路对应一个接收谐振支路，两支路具有相同的谐振频 率，使能控制单元发出的η路使能信号分别控制高频信号发生单元和实现发射谐振支路 选择，使能控制单元与高频信号发生单元相连接，同时与电控开关1-G1U-G2、……，1-Gn 输入端相连接，电控开关1-G1、1-G2、……，l_Gn的输出端B连接谐振匹配电容1-T-C1、 1-T-C2、……，1-T-Cn的输入端，谐振匹配电容的输出端分别与发射线圈1-T-L1、1-T-L2^·· …，1-T-Ln的输入端相连接，电控开关1-G1、1-G2、……，l_Gn的A端为变频及功率放大的 连接端，发射线圈1-T-LU1-T-L2、……，1-T-Ln的输出端C与变频及功率放大共地，与电 控开关相连接的η路使能信号可控制电控开关组各个电控开关A、B端的通断，进而实现发 射谐振支路1-1、1-2、……，1_η的选择，控制端与电控开关组各个电控开关A、Β端为隔离 状态，使能控制单元发出的使能信号同时控制高频信号发生单元的信号频率和选择相应谐 振频率的谐振支路，每一路使能信号所控制的频率和选择的谐振支路之间--对应，高频 信号发生所产生的信号频率与谐振电路产生的谐振频率相同；对于能量接收端，每一路谐 振接收电路均由一个接收线圈和一个匹配电容组成，共η路，每一路接收谐振支路与发射 谐振支路相对应，具有相同的谐振频率。
[0033] 图5所示为使能控制单元自动变频和谐振电路选择控制实现方法之二，不同谐振 频率的谐振发射电路支路由单个线圈匹配不同电容来实现，η条谐振电路支路由单个共用 线圈和η个匹配电容组成，每种谐振频率下，发射线圈对应相应的匹配电容，而谐振接收电 路η条支路的每一条均由一个接收线圈和一个匹配电容组成，每条发射谐振支路和对应的 接收谐振支路具有相同的谐振频率，使能控制单元发出的η路使能信号分别控制高频信 号发生单元和匹配电容选择，使能控制单元与高频信号发生单元相连接，同时与电控开关 2-GU2-G2、……，2-Gn输入端相连接，电控开关2-GU2-G2、……，2_Gn的输出端B连接谐 振匹配电容2-T-CU2-T-C2、……，2-T-Cn的输入端，谐振匹配电容2-T-CU2-T-C2、……， 2-T-Cn的输出端均连接发射线圈2-T-L的输入端，电控开关2-GU2-G2、……，2_Gn的A 端为变频及功率放大的连接端，发射线圈2-T-L的输出端C与变频及功率放大共地，与电控 开关相连接的η路使能信号可控制电控开关组各个电控开关A、B端的通断，进而实现发射 谐振支路2-1、2-2、……2-η的选择，控制端与电控开关组各个电控开关A、Β端为隔离状 态，使能控制发出的使能信号同时控制高频信号发生单元的信号频率和选择相应谐振频率 的匹配电容，每一路使能信号所控制的频率和选择的匹配电容与线圈组成的谐振电路之间 一一对应，高频信号发生所产生的信号频率与谐振电路产生的谐振频率相同；对于能量接 收端，每一路谐振接收电路均由一个接收线圈和一个匹配电容组成，共η路，每一路接收谐 振支路与发射谐振支路相对应，具有相同的谐振频率。
[0034] 图6为自动变频及谐振匹配的谐振式无线电能传输实验波形实例，其中图6a为以 某频率为例的，信号发生单元产生使能信号及高频信号实验波形，图6b为高频信号发生单 元产生的250kHz信号，图6c为高频信号发生单元产生的2MHz信号，图6d为无线电能传 输能量接收端负载上的电压信号，图6d表示为当频率为4MHz时，在接收端负载上电压为 550V。
【权利要求】
1. 自动变频及谐振匹配的谐振式无线电能传输系统，由能量发射端和能量接收端组 成，通过耦合谐振方式进行电能的无线传输，其特征在于，所述的能量发射端由隔离电源 组、信号发生单元、信号隔离单元、高频驱动单元、变频及功率放大单元、电控开关组、第一 匹配电容组和发射线圈组成；所述的隔离电源组包括控制电路DC和主电路DC ;所述的第一 匹配电容组和发射线圈构成谐振发射电路；能量接收端由接收线圈、第二匹配电容组、频率 调理及工作负载组成，第二匹配电容组和接收线圈构成谐振接收电路；所述能量发射端的 隔离电源组中的控制电路DC连接信号发生单元、高频驱动单元和变频及功率放大单元；主 电路DC连接变频及功率放大单元；所述的信号发生单元包括使能控制单元和高频信号发 生单元，所述的使能控制单元的输出端分别连接高频信号发生单元输入端及电控开关组的 输入端，高频信号发生单元的输出端连接信号隔离单元输入端，信号隔离单元输出端连接 高频驱动的输入端，高频驱动的输出端连接变频及功率放大单元的输入端，变频及功率放 大单元的输出端连接电控开关组的输入端，电控开关组的输出端连接第一匹配电容组的输 入端，第一匹配电容组的输出端连接发射线圈的输入端；所述能量接收端的接收线圈组连 接第二匹配电容组的输入端，第二匹配电容组的输出端连接频率调整单元的输入端，频率 调整单元的输出端连接工作负载。
2. 根据权利要求1所述的自动变频及谐振匹配的谐振式无线电能传输系统，其特征在 于，所述的信号发生单元由FPGA实现，其使能控制单元实现自动变频选择和谐振发射电路 支路选择；其高频信号发生单元实现任意占空比、62. 5kHz?10MHz频率范围内任意高频信 号的产生。
3. 根据权利要求2所述的自动变频及谐振匹配的谐振式无线电能传输系统，其特征 在于，所述的使能控制单元包括分频器、计数器和时序存储器；高频信号发生单元包括频率 整数控制模块、频率调整系数模块、控制字调整、相位累加器、地址调整模块，以及波形存储 器；FPGA的时钟匕 11;给入分频器的输入端；分频器的输出端同时连接计数器的输入端和时 序存储器的输入端，计数器的输出端连接时序存储器的输入端，时序存储器的输出端分别 连接电控开关组和频率整数控制模块，时钟f dk连接频率整数控制模块的输入端，频率整数 控制模块和频率调整系数模块的输出端分别连接控制字调整的输入端，控制字调整的输入 端连接相位累加器的输入端，相位累加器的输出端连接地址调整模块的输入端，地址调整 模块的输出端连接波形存储器的输入端，时钟f dk同时连接相位累加器、地址调整模块和波 形存储器，时序存储器的输出使能控制包括谐振发射电路支路选择控制和高频信号发生频 率选择控制，谐振发射电路支路选择控制信号输入给高频电控开关组，实现谐振发射电路 支路的选择控制，同时频率选择控制信号给入频率整数控制模块，进行高频信号发生单元 相应谐振频率的选择。
4. 根据权利要求2所述的自动变频及谐振匹配的谐振式无线电能传输系统，其特征在 于，所述的使能控制单元实现自动变频选择和谐振发射电路支路选择的方法为：采用一个 发射线圈匹配一个电容的方式构成发射谐振支路，η条谐振支路的每一条均由一个线圈和 一个匹配电容组成，每个发射谐振支路对应一个接收谐振支路，谐振发射支路和谐振接收 支路具有相同的谐振频率；使能控制单元发出的η路使能信号分别控制所述的高频信号发 生单元和实现发射谐振支路选择，使能控制单元与高频信号发生单元相连接，同时与电控 开关（1-G1U-G2、……，l_Gn)的输入端相连接；电控开关（1-G1U-G2、……，l_Gn)的输出 端B连接谐振匹配电容（1-T-C1、1-T-C2、……，1-T-Cn)的输入端，谐振匹配电容（1-T-C1、 1-T-C2、……，1-T-Cn)的输出端分别与发射线圈（1-T-LU1-T-L2、……，l-T-Ln)的输入 端相连接，电控开关（1-G1U-G2、……，l_Gn)的A端为变频及功率放大的连接端，发射线 圈（1-T-LU1-T-L2、……，l-T-Ln)的输出端C与变频及功率放大共地，与电控开关相连接 的η路使能信号控制电控开关组各个电控开关A、B端的通断，进而实现发射谐振支路（1-1、 1-2、……，l_n)的选择，控制端与电控开关组各个电控开关A、B端为隔离状态，使能控制 发出的使能信号同时控制高频信号发生单元的信号频率和选择相应谐振频率的谐振支路， 每一路使能信号所控制的频率和选择的谐振支路一一对应，高频信号发生所产生的信号频 率与谐振电路产生的谐振频率相同；能量接收端中，每一路谐振接收电路均由一个接收线 圈和一个匹配电容组成，共η路，每一路接收谐振支路与发射谐振支路相对应，具有相同的 谐振频率。
5.根据权利要求2所述的自动变频及谐振匹配的谐振式无线电能传输系统，其特征在 于，所述的使能控制单元实现自动变频和谐振电路支路选择的方法为：不同谐振频率的谐 振发射电路支路由单个线圈匹配不同电容实现；η条谐振电路支路由单个共用线圈和η个 匹配电容组成，每种谐振频率下，发射线圈对应相应的匹配电容，谐振接收电路η条支路的 每一条均由一个接收线圈和一个匹配电容组成，每条发射谐振支路和对应的接收谐振支路 具有相同的谐振频率，使能控制单元发出的η路使能信号分别控制高频信号发生单元和匹 配电容选择，使能控制单元与高频信号发生单元相连接，同时与电控开关（2-GU2-G2、… …，2-Gn)输入端相连接，电控开关（2-GU2-G2、……，2_Gn)的输出端B连接谐振匹配电容 (2-T-CU2-T-C2、......，2-T-Cn)的输入端，谐振匹配电容（2-T-CU2-T-C2、......，2-T-Cn) 的输出端均连接发射线圈（2-T-L)的输入端，电控开关（2-Gl、2-G2、……，2_Gn)的A端为 变频及功率放大的连接端，发射线圈（2-T-L)的输出端C与变频及功率放大共地，与电控 开关相连接的η路使能信号控制电控开关组各个电控开关A、B端的通断，进而实现发射谐 振支路（2-1、2-2、……，2-η)的选择，控制端与电控开关组各个电控开关A、Β端为隔离状 态，使能控制发出的使能信号同时控制高频信号发生单元的信号频率和选择相应谐振频率 的匹配电容，每一路使能信号所控制的频率和选择的匹配电容与线圈组成的谐振电路之间 一一对应，高频信号发生所产生的信号频率与谐振电路产生的谐振频率相同；对于能量接 收端，每一路谐振接收电路均由一个接收线圈和一个匹配电容组成，共η路，每一路接收谐 振支路与发射谐振支路相对应，具有相同的谐振频率。
【文档编号】H02J17/00GK104065176SQ201410265845
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月13日 优先权日:2014年6月13日
【发明者】李艳红, 刘国强, 张超, 宋显锦, 张瑞华 申请人:中国科学院电工研究所