技术简介：
本发明针对磁谐振耦合无线能量传输系统中传输距离增加导致耦合系数降低、功率效率下降的问题，提出通过在电源和负载端接入阻抗变换器，动态调节源阻抗和负载阻抗，使系统始终工作在临界耦合状态，从而保持高功率和高传输效率。该方法无需改变线圈结构，通过阻抗匹配实现远距离高效能量传输。
关键词：磁谐振耦合,临界耦合控制,无线能量传输
专利名称：磁谐振耦合无线能量传输系统的临界耦合控制方法
技术领域：
本发明属于磁谐振耦合无线能量传输技术领域，尤其涉及一种磁谐振耦合无线能量传输系统的临界耦合控制方法。
背景技术：
磁谐振耦合无线能量传输系统中，能量是通过两个具有同一谐振频率的自谐振线圈之间的磁耦合进行传递的，耦合系数对于能量传输的功率和效率起着至关重要的作用。根据耦合系数的大小，磁谐振耦合无线能量传输系统可以分为三种方式:强耦合、临界耦合和弱耦合。在强耦合到临界耦合的范围内，能量传输的功率和效率最大，并且不随耦合系数发生变化，但传输功率最大值点对应的频率有两个，一个高于线圈的自谐振频率，另一个低于线圈的自谐振频率，即最佳传输频率点并不是线圈的自谐振频率。随着耦合系数的逐渐降低，传输功率最大值点对应的两个频率逐渐靠拢，直到耦合系数达到临界耦合时，传输功率最大值点对应的频率在自谐振频率处重合。随着耦合系数进一步降低到弱耦合区域，传输功率和效率随耦合系数的下降而逐渐减小，但最佳传输状态始终保持在自谐振频率处不变。当自谐振线圈的大小、形状及放置方式确定时，耦合系数直接反应了传输距离的远近。强耦合时能量传输的距离短，产生频率劈裂的现象使得系统在自谐振频率处的传输功率很低，这种方式在无线能量传输的应用中很少采用。弱耦合时能量传输的功率和效率也比较低，而且随着传输距离的增加，耦合系数进一步变小，能量传输的功率和效率也随着变小。所以，基于磁谐振耦合无线能量传输的最佳状态是系统工作于临界耦合的情形。但是，由于临界耦合所对应的传输距离是确定的、有限的，这在无线能量传输的应用中受到了很大的限制。所以，最好的传输方式是能量传输的距离远，功率大，效率高。为此，必须找到一种技术方法实现该传输方案。
发明内容本发明的目的在于提出一种磁谐振耦合无线能量传输系统的临界耦合控制方法，主要解决随着传输距离的逐渐增大，耦合系数逐渐减小而导致传输功率和传输效率逐渐下降的问题。为了实现上述目的，本发明提出的技术方案是，一种磁谐振耦合无线能量传输系统的临界耦合控制方法，其特征是所述方法包括:步骤1:确定所述系统的无线能量传输距离D ；步骤2:根据无线能量传输距离D，利用公式
权利要求1.一种磁谐振耦合无线能量传输系统的临界耦合控制方法，其特征是所述方法包括:步骤1:确定所述系统的无线能量传输距离D ；步骤2:根据无线能量传输距离D，利用公式
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征是所述步骤4具体为，分别将两个阻抗变换器连接到源电阻和负载电阻两端；所述阻抗变换器包括阻抗变换器电感和阻抗变换器电容； 所述阻抗变换器电感的电感值的计算公式为Z;所述阻抗变换器电容的电容值的计算公式为 ' ;其中，R1为临界耦合状态时所述系统的源电阻最佳阻值Rs或负载电阻最佳阻值Ry R2为实际工作状态下所述系统的源电阻阻值或负载电阻阻值。
全文摘要本发明公开了磁谐振耦合无线能量传输技术领域中的一种磁谐振耦合无线能量传输系统的临界耦合控制方法，主要解决了在传输距离比较远而又不能依靠增加线圈的大小和匝数来提高耦合系数的弱耦合情况下传输功率和效率低的问题。该方法通过在电源和负载接入阻抗变换器，调节电源和负载的电阻值，以使得无线能量传输系统工作在临界耦合状态。本发明快速准确地得出系统处于临界耦合状态的最佳设计方案，使磁谐振耦合无线能量传输系统始终工作在一种功率大，效率高的状态。
文档编号H02J17/00GK103078415SQ20121059268
公开日2013年5月1日 申请日期2012年12月31日 优先权日2012年12月31日
发明者周济, 郭云胜, 李勃 申请人:清华大学