一种可实现自动阻抗匹配的磁谐振无线电能传输系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于磁耦合谐振无线电能传输技术领域，涉及一种可实现自动阻抗匹配的磁谐振无线电能传输系统，适用于磁耦合共振无线电能传输系统中随着发射端和接收端相对位置改变，耦合结构阻抗也发生改变的情况。
【背景技术】
[0002]自尼古拉.特斯拉在一个世纪以前提出无线电能传输理论之后，无线电能传输就一直是人们研究的热点。多年来国内外专家一直在进行无线电能传输的研究，但一直以来科研进展缓慢，直到2007年6月，麻省理工学院(MIT)物理教授Marin Soljacic及其小组成员提出一种基于强磁耦合磁谐振的全新方案，实验中使用两个直径为60cm、由铜线绕制的线圈，并使线圈的固有谐振频率处于9.9MHz，利用磁耦合共振原理成功点亮了一个离电源约2m的60W电灯泡，后来这项技术被称为WiTricity，至此，开辟了无线电能传输技术的研究盛况。为了使无线电能传输技术尽快得到应用，2010年9月1日，全球首个推动无线充电技术的标准化组织一无线充电联盟(Wireless Power Consortium, WPC)在北京宣布将Qi无线充电国际标准率先引入中国，信息产业部通信电磁兼容质量监督中心也加入该组织，其中深圳桑菲消费通信有限公司是Qi标准的支持者，也是该联盟常务理事成员中唯--家中国企业。
[0003]目前国内外无线电能传输的实现有三种方式:
[0004]1.电磁感应式——类似于松耦合变压器，通过初级和次级线圈的电磁感应产生电流，从而将能量从发射端输送到接收端，适合效率较高的近距离传输。
[0005]2.电磁辐射式一一其基本原理类似于早期使用的矿石收音机，目前已有相对成熟的理论，作用范围广、传送功率大，但对生物环境影响较大且效率低下。
[0006]3.磁親合共振式--麻省理工学院Marin Sol jacic及其小组成员提出的全新方案，其原理是利用磁场的非辐射近场耦合来传递能量，在很大程度上减小了对人体的伤害，延长了无线电能传输的距离，此方式传输效率高、距离远、功率大，是未来无线电能传输发展的主流方向。
[0007]磁耦合共振无线电能传输系统，是通过两个结构对称的线圈间磁耦合共振来传递能量的，当两线圈发生谐振时，在电源参数不变时通过线圈的电流达到最大，线圈周围磁场最强。耦合线圈中的电容和电感通过不停的充放电，实现发射端和接收端高效率、大功率的能量传输。
[0008]磁耦合共振无线电能传输系统虽然有很大优势，但是该系统的有两个最重要前提:耦合线圈不仅要处于谐振状态，还必须是处于临界耦合点。对于一般的无线输电系统电源频率和线圈参数一般不会改变，可保证系统一直处于谐振状态；临界耦合点则是非常容易改变，其主要是受收发线圈相对位置影响比较大，当收发线圈位置发生各种变化时，系统传输性能往往会降低。无线输电中接收端位置通常是比较灵活的。
[0009]综上所述，磁耦合共振无线电能传输系统的中收发线圈之间相对位置发生改变时，给系统带来的性能降低不可忽视。当接收线圈发生角度偏转、传输距离增大、水平侧移时等位置变化时，通过改变系统电源频率和线圈参数等方法都不切实际并且比较困难。为此，我们必须找到一种技术方法来优化传输系统一一当系统接收端位置发生不可预测的改变时，可以快速方便的提高系统的传输性能。
【实用新型内容】
[0010]技术问题:本实用新型的目的在于针对磁耦合共振无线电能传输系统中随着收发线圈相对位置发生改变而导致系统传输功率下降的问题，从阻抗匹配角度提出的一种具有自动阻抗匹配功能的磁谐振无线电能传输系统。该系统是通过中央处理单元对检测到的反射系数进行处理，得到电机控制器的控制量，从而电机控制器调节可变电容来实现阻抗匹配，在同等条件下可以显著提高系统传输效率和功率，有效消除接收端位置发生改变时对系统带来的负面影响。
[0011]为实现上述目标，本实用新型实现的技术方案如下:
[0012]一种可实现自动阻抗匹配的磁谐振无线电能传输系统，所述的磁谐振无线电能传输系统包括磁谐振无线电能传输模块和自动阻抗匹配模块，所述自动阻抗匹配模块连接在磁谐振无线电能传输模块的发射端，所述的磁谐振无线电能传输模块包括空间位置可变的接收线圈和空间位置固定的发射线圈；
[0013]所述自动阻抗匹配模块包括反射系数检测器、中央处理单元、电机控制器、L型阻抗匹配电路，所述的反射系数检测器与阻抗匹配电路串接，所述反射系数检测器的信号输出端连接中央处理单元，所述中央处理单元的信号输出端连接电机控制器，所述电机控制器的信号输出端控制连接L型阻抗匹配电路。
[0014]根据本实用新型所述的一种可实现自动阻抗匹配的磁谐振无线电能传输系统，所述的中央处理单元包括单片机和连接单片机的具有按键功能的人机交互界面。
[0015]根据本实用新型所述的一种可实现自动阻抗匹配的磁谐振无线电能传输系统，所述的L型阻抗匹配电路包括第一可调电容、第二可调电容、固定电感和两位置切换开关，所述两位置切换开关的动触头连接第二可调电容，所述两位置切换开关的两个静触头分别连接在所述第一可调电容与固定电感组成的串联支路的两端，所述的电机控制器控制连接第一可调电容、第二可调电容，用于对第一可调电容和第二可调电容的电容量进行调整，所述两位置切换开关通过具有按键功能的人机交互界面控制。
[0016]根据本实用新型所述的一种可实现自动阻抗匹配的磁谐振无线电能传输系统及方法，其特征在于，所述的两位置切换开关在两个位置处，分别构成正L型阻抗匹配电路和反L型阻抗匹配电路。
[0017]根据本实用新型所述的一种可实现自动阻抗匹配的磁谐振无线电能传输系统，所述的接收线圈和发射线圈均由两个线圈构成，外侧线圈为单匝线圈，内侧线圈为多匝线圈，所述的接收线圈的外侧线圈连接负载，所述发射线圈的外侧线圈连接L型阻抗匹配电路。
[0018]本实用新型的有益效果是:
[0019]1.本实用新型可以针对收发端线圈相对位置灵活改变时，能及时有效的做出调整:使系统始终处于阻抗匹配状态，显著提高系统传输功率和效率。
[0020]2.与现有的阻抗匹配电路相比，所述系统采用的可调阻抗匹配电路可以在正L型和反L型两种阻抗匹配电路之间进行切换，大大提高了阻抗匹配的调节范围。
【附图说明】
[0021]图1是本实用新型所述系统的整体结构图；
[0022]图2是本实用新型的无线输电模块中的线圈结构图；
[0023]图3是图2所示结构中两多砸线圈的等效电路图；
[0024]图4是本实用新型的磁谐振无线输电模块中收发端在传输方向上的位置变化示意图；
[0025]图5是本实用新型的磁谐振无线输电模块中收发端发生平行不共轴的位置变化示意图；
[0026]图6是本实用新型的磁谐振无线输电模块中收发端发生轴线存在夹角的位置变化示意图；
[0027]图7是本实用新型的自动阻抗匹配模块中位置开关拨到1位置时反L型阻抗匹配电路简化图；
[0028]图8是本实用新型的自动阻抗匹配模块中位置开关拨到2位置时正L型阻抗匹配电路简化图。
【具体实施方式】
[0029]为了使本实用新型技术方案的内容和优势更加清楚明了，以下结合附图，对本实用新型的可实现自动阻抗匹配的磁谐振无线电能传输系统进行进一步的详细说明。
[0030]参见图1，本实用新型所述可实现自动阻抗匹配的磁谐振无线电能传输系统，包括交流电源、自动阻抗匹配模块和磁谐振无线输电模块。所述磁谐振无线输电模块由发射端的发射线圈和接收端的接收线圈组成，所述自动阻抗匹配模块连接在磁谐振无线电能传输模块的发射端。交流电源给整个系统提供电能。
[0031]所述自动阻抗匹配模块包括反射系数检测器、中央处理单元、电机控制器、L型阻抗匹配电路，所述的反射系数检测器与L型阻抗匹配电路串接，所述反射系数检测器的信号输出端连接中央处理单元，所述中央处理单元的信号输出端连接电机控制器，所述电机控制器的