本發(fā)明屬于電磁場技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種無線電能傳輸裝置及其傳輸方法。本發(fā)明可用于國際空間站的電氣設(shè)備供電、手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、筆記本電腦等生活電子產(chǎn)品充電。

背景技術(shù)：

“無線電能傳輸”是利用一種特殊設(shè)備將電能轉(zhuǎn)化為可進(jìn)行無線傳播的能量，通過發(fā)射和接收線圈之間的傳遞，在接收端將此能量轉(zhuǎn)變回電能，實(shí)現(xiàn)用電設(shè)備的供電。現(xiàn)如今無線電能傳輸技術(shù)大致分為：電磁感應(yīng)式、電磁輻射式和電磁共振式。電磁感應(yīng)式傳輸距離近，效率較低。電磁輻射式傳輸距離遠(yuǎn)，但效率低，成本高。電磁共振式無線電能傳輸技術(shù)傳輸距離適中，效率較高，應(yīng)用范圍大。

近年來，由麻省理工學(xué)院提出的強(qiáng)耦合磁諧振(stronglycoupledmagneticresonaces)理論，可在較大距離下實(shí)現(xiàn)電能的無線傳輸。該技術(shù)主要依靠磁場傳遞能量，通過諧振線圈間磁場的耦合，借助發(fā)射和接收線圈之間的共振實(shí)現(xiàn)電能的無線傳輸。該技術(shù)傳輸距離可以達(dá)到米級距離，并且傳輸效率相對較高。

現(xiàn)有的無線電能傳輸裝置的阻抗匹配電路和針對的設(shè)計(jì)目標(biāo)都比較單一，發(fā)射線圈和接收線圈的限制條件不夠充分，設(shè)計(jì)上存在不足。針對上述問題該發(fā)明提出發(fā)射阻抗匹配電路和接收阻抗匹配電路同時(shí)存在，針對的設(shè)計(jì)目標(biāo)定為最大傳輸功率和傳輸效率，確定發(fā)射線圈和接收線圈之間的限制條件，全面優(yōu)化現(xiàn)有的無線電能傳輸裝置存在的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明基于耦合諧振原理，提供一種無線電能傳輸裝置及其方法，可以在較遠(yuǎn)距離內(nèi)為國際空間站的用電設(shè)備和生活電子產(chǎn)品進(jìn)行無線充電。

本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：一種無線電能傳輸裝置，包括發(fā)射裝置和接收裝置；所述發(fā)射裝置包括順序連接的交流電源單元、整流濾波電路、射頻放大器、發(fā)射阻抗匹配電路和發(fā)射線圈；所述接收裝置包括順序連接的接收線圈、接收阻抗匹配電路、整流器。

所述發(fā)射阻抗匹配電路包括依次串聯(lián)的交流電源,電容cp,電感l(wèi)p，電阻rp并構(gòu)成回路；電阻rp與射頻放大器并聯(lián)；交流電源與發(fā)射線圈并聯(lián)。

所述接收阻抗匹配電路包括依次串聯(lián)的電阻rl,電阻rs，電感l(wèi)s，電容cs并構(gòu)成回路；電容cs與整流器并聯(lián)；電阻rl與發(fā)射線圈并聯(lián)。

所述電感l(wèi)p和電感l(wèi)s并列且平行。

所述發(fā)射線圈和接收線圈并列且平行。

所述發(fā)射線圈和接收線圈分別并聯(lián)有電容。

一種無線電能傳輸方法，包括以下步驟：

發(fā)射裝置的交流電源單元產(chǎn)生的交流電通過整流濾波電路進(jìn)行濾波，再進(jìn)入射頻放大器進(jìn)行放大，通過發(fā)射阻抗匹配電路進(jìn)行阻抗匹配后，通過發(fā)射線圈發(fā)射給接收裝置；

接收裝置通過接收線圈和發(fā)射線圈之間的諧振作用，電流經(jīng)過接收阻抗匹配電路進(jìn)行阻抗匹配后，通過整流器傳遞給負(fù)載，實(shí)現(xiàn)無線電能傳輸。

所述交流電頻率與負(fù)載接收頻率一致。

所述發(fā)射線圈的諧振頻率與接收線圈的諧振頻率一致。

所述阻抗匹配滿足：系統(tǒng)諧振頻率

本發(fā)明的有益效果是，

1.本發(fā)明可以在較遠(yuǎn)距離內(nèi)為國際空間站供電設(shè)備和生活中電子產(chǎn)品進(jìn)行無線充電，距離達(dá)到米級范圍。相對于傳統(tǒng)電磁感應(yīng)充電方式，顯著增大了無線電能傳輸?shù)木嚯x。

2.本發(fā)明采用磁耦合諧振原理，相對于傳統(tǒng)的電磁感應(yīng)原理充電產(chǎn)品來說，無線電能的傳輸效率相對較高。本發(fā)明對于發(fā)射回路和接收回路中的阻抗匹配進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)控制，使其電能傳輸效率大幅度提高。綜上兩點(diǎn)，本發(fā)明的電能利用率大幅度提高。

3.本發(fā)明的發(fā)射裝置和接收裝置的外形、尺寸可以不同，方便發(fā)射裝置的安裝、放置，也便于接收裝置的放置。

4.本發(fā)明的發(fā)射裝置和接收裝置可以小型化，可以根據(jù)供電設(shè)備的尺寸進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，增大了無線電能傳輸裝置的應(yīng)用范圍。

5.通過調(diào)節(jié)控制發(fā)射阻抗匹配電路和接收阻抗匹配電路可以保證系統(tǒng)諧振頻率發(fā)射回路串聯(lián)諧振的等效阻抗近似為0，并聯(lián)諧振的等效阻抗無窮大。無線能量傳輸系統(tǒng)達(dá)到諧振狀態(tài)?？捎行岣邿o線能量傳輸系統(tǒng)的傳輸性能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是本發(fā)明的原理示意圖；

圖3是本發(fā)明的發(fā)射阻抗匹配電路和接收阻抗電路圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細(xì)說明。

如圖1、圖2所示，磁耦合諧振式無線電能傳輸裝置，包括發(fā)射裝置和接收裝置；所述發(fā)射裝置包括交流電源單元、整流濾波電路、射頻放大器、發(fā)射阻抗匹配電路以及發(fā)射線圈；所述接收裝置主要包括接收線圈、接收阻抗匹配電路、整流器。由交流電源單元產(chǎn)生的交流電通過整流濾波器進(jìn)行濾波，再進(jìn)入射頻放大器進(jìn)行放大，通過發(fā)射阻抗匹配電路進(jìn)行阻抗匹配后，通過發(fā)射線圈發(fā)射給接收裝置；接收裝置通過接收線圈和發(fā)射線圈之間的諧振作用，電流經(jīng)過接收阻抗匹配電路進(jìn)行阻抗匹配后，通過整流器傳遞給負(fù)載，實(shí)現(xiàn)無線電能傳輸。通過調(diào)節(jié)控制發(fā)射回路和接收回路中的阻抗匹配可以有效增大無限電能傳輸裝置傳輸?shù)男屎途嚯x?？梢栽谳^遠(yuǎn)距離內(nèi)為空間站供電設(shè)備和生活中電子產(chǎn)品進(jìn)行無線充電，距離達(dá)到米級范圍。相對于傳統(tǒng)電磁感應(yīng)充電方式，顯著增大了無線電能傳輸?shù)木嚯x。

所述的整流濾波是將220v交流電整流為直流電。

所述的射頻放大器是將直流電進(jìn)行放大。

所述的調(diào)節(jié)控制阻抗匹配是將發(fā)射回路的發(fā)射效率達(dá)到最優(yōu)。

所述的發(fā)射線圈和接收線圈充電時(shí)需要平行并列放置。

所述的接收裝置的整流器是將直流電再轉(zhuǎn)化為交流電給負(fù)載供電。

交流電通過整流濾波和功率放大器后通過適當(dāng)調(diào)節(jié)發(fā)射回路中的阻抗匹配然后進(jìn)入發(fā)射線圈，通過發(fā)射線圈和接收線圈的互相作用，再對接收回路中的阻抗匹配進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過整流器后傳遞給負(fù)載。

所述發(fā)射線圈和接收線圈并列且平行。

所述發(fā)射線圈和接收線圈分別并聯(lián)有電容。

所述發(fā)射裝置和接收裝置產(chǎn)生的能量信號頻率、發(fā)射線圈和接收線圈的電學(xué)諧振頻率分別保持一致。

發(fā)射回路與接收回路中的阻抗匹配的調(diào)節(jié)控制主要是調(diào)節(jié)兩回路里面電感電容值的大小，達(dá)到兩回路電能傳輸?shù)淖顑?yōu)狀態(tài)。

如圖3所示，發(fā)射阻抗匹配電路包括依次串聯(lián)的交流電源,電容cp,電感l(wèi)p，電阻rp并構(gòu)成回路；電阻rp與射頻放大器并聯(lián)；交流電源與發(fā)射線圈并聯(lián)。接收阻抗匹配電路包括依次串聯(lián)的電阻rl,電阻rs，電感l(wèi)s，電容cs并構(gòu)成回路；電容cs與整流器并聯(lián)；電阻rl與發(fā)射線圈并聯(lián)。m表示互感。

阻抗匹配回路的等效阻抗分別為：

zp、zs分別表示發(fā)射阻抗匹配電路的阻抗、接收阻抗匹配電路的阻抗。

當(dāng)系統(tǒng)(發(fā)射阻抗匹配電路和接收阻抗匹配電路)諧振頻率時(shí)，發(fā)射回路串聯(lián)諧振的等效阻抗近似為0，并聯(lián)諧振的等效阻抗無窮大。通過調(diào)節(jié)阻抗匹配使系統(tǒng)達(dá)到諧振狀態(tài)，無線能量傳輸系統(tǒng)的傳輸性能達(dá)到最好。