中功率中距离无线电能传输系统阻抗实时调节方法与流程

本发明涉及无线电能传输系统技术领域，特别涉及中功率中距离无线电能传输系统阻抗实时调节方法。

背景技术：

目前大部分的无线充电技术均为近场磁感应式，以qi标准为代表。这种传电方式受到距离、实施阻抗、频率等多项条件的限制，从而大大限制了无线电能传输系统的发展。其弊端主要有三点：

一、工作频率低，传输距离短。在无线电能传输领域，电能传输的距离一直是用户的重要需求之一。利用磁感应方式传电，在功率较小的情况下，基本为贴近式，从而并没有让用户体验到无线充电的优势。

二、工作频率固定。因为其电路设计为定频工作，所以线圈基本上属于电路的一部分，频率没有办法实时改变。这就要求接收线圈与发射线圈必须完全对中才能达到既定的阻抗要求，才能以设计的频率进行工作。如果接收线圈与发射线圈稍有偏离，则系统不能工作；如果此时强制工作，则电路板过热问题凸显。

三、受异物干扰严重。因为是近场，发射线圈与电路板直接相连、接收线圈与接收电路直接相连，因此线圈间的扰动会直接影响电路本身。异物干扰就是其中之一。如果在近场工作的线圈中间放入一小块金属，则整个系统的阻抗就会发生很大变化，直接产生了电路板过热问题。

所谓中功率中距离磁耦合谐振无线电能传输线圈结构。该磁耦合谐振式线圈结构与传统线圈结构最大的区别在于其受干扰程度小且能够实现较远距离传输。这一技术利用四线圈中继结构有效地克服现有无线电能传输方式存在的传输效率低、传输距离短、传输易受干扰等问题。在某些特殊供电场合，该线圈结构较传统无线供电线圈有特殊优势。

磁耦合谐振原理是当电路中激励的频率等于电路的固有频率时,电路的电磁振荡的振幅将达到峰值,这就是电路中的谐振现象，发生谐振时,两个谐振频率相同的物体之间将产生更强的耦合,从而能更有效地传递能量。若综合考虑环境干扰、供电效率等问题，磁耦合谐振式供电方式是首选方案。

技术实现要素：

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供中功率中距离无线电能传输系统阻抗实时调节方法，解决了现有技术存在的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种技术方案：

中功率中距离无线电能传输系统阻抗实时调节方法，所述调节方法由发射端电路、接收端电路和天线系统组成。

作为优选，所述发射端电路由频率发生模块、宽带线性功放模块、电磁发射系统以及电源系统组成，其中所述频率发生模块主要产生与天线频率相匹配的弱信号，所述宽带线性功放模块将该弱信号放大能量后推送至电磁发射系统。

作为优选，所述接收端电路由电磁接收系统、整流调压系统以及负载组成，所述负载即为用户端的电池等。

作为优选，所述天线系统由功放板、电磁发射系统由激励线圈、发射线圈、整流滤波板和充电电源组成，所述电磁接收系统由接收线圈与负载线圈组成，所述电磁发射系统与电磁接收系统共同组成四线圈结构，且该结构为带中继天线的能量发射接收系统，所述激励线圈与发射端电路的功放板连接，所述负载线圈与接收端电路连接。

作为优选，所述电磁发射系统主要由发射线圈组成。

作为优选，所述电磁接收系统主要由接收线圈组成。

作为优选，所述发射线圈与接收线圈不与任何系统连接。

作为优选，所述方法步骤如下：

a、启动所述发射端电路，所述频率发生模块产生与天线频率相匹配的弱信号，所述宽带线性功放模块将该弱信号放大能量后推送至电磁发射系统，然后所述接收电路的电磁接收系统接收信号，然后所述激励线圈将能量激励给发射线圈，发射线圈通过一定的空气间隙将能量传送给接收线圈，接收线圈将接收到的能量输送至负载线圈，以实现能量的无线传递；

b、通过扫频算法检测传递信号频率范围，然后检测后的信号通过阻抗匹配与电压驻波比比较的方法，当电压驻波比达到最小值时，频率f输出；

c、当电压驻波比较大时，信号进行二次阻抗匹配，当负载阻抗与信号源阻抗共轭时，负载阻抗不满足共轭匹配的条件时，信号通过多负载处理后使电压驻波比达到最小值，当负载阻抗不满足共轭匹配的条件时，信号通过单负载处理后使电压驻波比达到最小值，以此实时调节系统的稳定性，使系统的驻波比始终处于最低状态，从而大大减小了电路板发热问题，每当用户改变接收天线的位置时，阻抗实时匹配方法都会实时调节，极大增大了用户的使用随意性。

本发明的有益效果如下：

1、四线圈结构解决异物干扰:

本项目利用激励线圈、发射线圈、接收线圈、负载线圈组成四线圈结构，激励线圈将能量激励给发射线圈，发射线圈通过一定的空气间隙将能量传送给接收线圈，接收线圈将接收到的能量输送至负载线圈，以实现能量的无线传递。该方法有效解决了异物干扰问题，提高了无线充电系统的稳定性；

2、阻抗实时适配方法解决用户使用随意性的问题:

通过扫频算法与驻波比比较的方法，实时调节系统的稳定性，使系统的驻波比始终处于最低状态，从而大大减小了电路板发热问题。同时，每当用户改变接收天线的位置时，阻抗实时匹配方法都会实时调节，极大增大了用户的使用随意性；

3、线圈不对中时亦可进行能量传输:

因为四线圈结构受外界干扰小，所以当线圈不对中、线圈间距离变化时，其能量通道并未消失，这时，可利用频率与功率的调节重建能量通道、调节阻抗匹配，从而使能量继续传输。

附图说明：

为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。

图1为本发明的系统图；

图2为本发明的天线原理图；

图3为本发明的阻抗调节算法流程图。

图中：1-发射端电路、2-频率发生模块、3-宽带线性功放模块、4-电磁发射系统、5-接收端电路、6-充电电源、7-整流调压系统、8-负载、9-电磁接收系统、10-天线系统、11-功放板、12-激励线圈、13-发射线圈、14-电源系统、15-接收线圈、16-负载线圈、17-整流滤波板。

具体实施方式：

如图1-3所示，本具体实施方式采用以下技术方案：中功率中距离无线电能传输系统阻抗实时调节方法，所述步骤如下：

中功率中距离无线电能传输系统阻抗实时调节方法，所述调节方法由发射端电路1、接收端电路5和天线系统10组成。

其中，所述发射端电路1由频率发生模块2、宽带线性功放模块3、电磁发射系统4以及电源系统14组成，其中所述频率发生模块2主要产生与天线频率相匹配的弱信号，所述宽带线性功放模块3将该弱信号放大能量后推送至电磁发射系统4。

其中，所述接收端电路5由电磁接收系统9、整流调压系统7以及负载8组成，所述负载8即为用户端的电池等。

其中，所述天线系统10由功放板11、电磁发射系统4由激励线圈12、发射线圈13、整流滤波板17和充电电源6组成，所述电磁接收系统9由接收线圈15与负载线圈16组成，所述电磁发射系统4与电磁接收系统9共同组成四线圈结构，且该结构为带中继天线的能量发射接收系统，所述激励线圈12与发射端电路1的功放板11连接，所述负载线圈16与接收端电路5连接。

其中，所述电磁发射系统4主要由发射线圈13组成，起到向外发射能量的作用。

其中，所述电磁接收系统9主要由接收线圈15组成，起到接收能量的作用。

其中，所述发射线圈13与接收线圈15不与任何系统连接，使得发射端电路1接收端电路5隔离，那接收端对发射端电路1的影响也大大减弱，同时磁耦合传输通道中即使存在异物金属，也不会影响整个能量通道。

其中，所述方法步骤如下：

a、启动所述发射端电路1，所述频率发生模块2产生与天线频率相匹配的弱信号，所述宽带线性功放模块3将该弱信号放大能量后推送至电磁发射系统4，然后所述接收电路5的电磁接收系统9接收信号，然后所述激励线圈12将能量激励给发射线圈13，发射线圈13通过一定的空气间隙将能量传送给接收线圈15，接收线圈15将接收到的能量输送至负载线圈8，以实现能量的无线传递；

b、通过扫频算法检测传递信号频率范围，然后检测后的信号通过阻抗匹配与电压驻波比比较的方法，当电压驻波比达到最小值时，频率f输出；

c、当电压驻波比较大时，信号进行二次阻抗匹配，当负载阻抗与信号源阻抗共轭时，负载阻抗不满足共轭匹配的条件时，信号通过多负载处理后使电压驻波比达到最小值，当负载阻抗不满足共轭匹配的条件时，信号通过单负载处理后使电压驻波比达到最小值，以此实时调节系统的稳定性，使系统的驻波比始终处于最低状态，从而大大减小了电路板发热问题，每当用户改变接收天线的位置时，阻抗实时匹配方法都会实时调节，极大增大了用户的使用随意性。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。