CN214850653U - 一种磁耦合谐振式无线电能传输装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种磁耦合谐振式无线电能传输装置，包括高频电源、第一功率检测模块、第一通讯模块、发射线圈、超材料耦合度调整装置、接收线圈、第二功率检测模块、第二通讯模块、负载、效率与功率计算模块以及电机控制与驱动模块。本实用新型能够自动调节获得最大传输效率的情况或传输的最大功率情况；本实用新型装置能够自动调节超材料耦合度调整结构在发射线圈与接收线圈中的位置，可在有效提升无线电能传输系统传输效率的同时，增加超材料耦合度调整结构应用的灵活性，且易于实施、成本较低。
Description
技术领域
本实用新型涉及磁耦合谐振式无线电能传输技术领域，具体涉及一种磁耦合谐振式无线电能传输装置。
背景技术
磁耦合谐振式无线电能传输系统通过耦合近场中的倏逝波实现发射线圈与接收线圈之间的能量传输，具有高效、安全、便捷的特点，在国内外受到了广泛的关注。但当传输距离增大时，系统的传输效率会急速下降，极大限制了磁耦合谐振式无线电能传输的实际应用。将电磁超材料置于磁耦合谐振式无线电能传输系统中可有效改善传输线圈之间的磁场分布，减少磁力线的分散，增加传输线圈之间的耦合系数，有效解决其在较远传输距离内无法高效传输的问题。但是应用中电磁超材料在磁耦合谐振式无线电能传输系统中的位置是十分重要的，有时将其置于磁耦合谐振式无线电能传输系统某些位置时，电磁超材料不仅不能提升传输效率还会降低传输效率。一般无线电能传输最大传输效率和传输的最大功率是不同时出现的，不同需求下超材料在无线电能传输系统的位置亦需要分别去研究。
实用新型内容
本实用新型提供一种磁耦合谐振式无线电能传输装置，以克服在较远传输距离内无法高效传输的问题。
为实现上述功能，本实用新型提供以下技术方案。
一种磁耦合谐振式无线电能传输装置，包括高频电源、第一功率检测模块、第一通讯模块、发射线圈、接收线圈、第二功率检测模块、第二通讯模块、负载，还包括超材料耦合度调整装置、效率与功率计算模块和电机控制与驱动模块；所述超材料耦合度调整装置，包括超材料耦合度调整结构、滑动轨道、电机，其中，超材料耦合度调整结构与发射线圈同轴布置，对发射线圈辐射的交变磁场进行汇聚，下方设置滑动轨道，电机与滑动轨道相连，控制超材料耦合度调整结构沿滑动轨道左右移动；所述电机控制与驱动模块分别与效率与功率计算模块和电机连接。
进一步地，所述高频电源的输出端连接第一功率检测模块与发射线圈。
进一步地，所述第一功率检测模块与第一通讯模块连接。
进一步地，所述发射线圈与接收线圈通过串联谐振电容实现两传输线圈之间的谐振。
进一步地，所述接收线圈与超材料耦合度调整结构同轴布置，与发射线圈进行谐振耦合。
进一步地，所述第二功率检测模块，与接收线圈和负载相连接，对接收端的电压与电流的数值进行测量并将其发送给第二通讯模块。
进一步地，所述效率与功率计算模块包括通讯单元、效率和功率计算单元和模式选择单元。
进一步地，磁耦合谐振式无线电能传输结构为双线圈结构。
与现有技术相比，本实用新型具有如下特点：
1.本实用新型可实时检测系统的传输效率和功率，对超材料耦合度调整结构在发射线圈与接收线圈中不同位置时的传输效率和功率情况进行比较。
2.本实用新型的效率与功率计算模块根据第一功率检测模块与第二功率检测模块检测到的电压电流数据对传输效率和功率进行计算、比较，将位移结果发送给电机控制与驱动模块控制超材料耦合度调整结构的位置，使装置获得最大的传输效率或传输的最大功率。
3.本实用新型装置能够自动调节超材料耦合度调整结构在发射线圈与接收线圈中的位置，可在有效提升无线电能传输系统传输效率或功率的同时，增加超材料耦合度调整结构应用的灵活性，且易于实施、成本较低。
附图说明
图1为本实用新型的磁耦合谐振式无线电能传输装置的结构示意图；
图2为本实用新型的磁导率为-1的瑞士环形超材料单元结构；
图3为本实用新型的单元结构3×3的单板组合排列。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。
参见图1，基于电磁超材料的磁耦合谐振式无线电能传输系统，包括高频电源1、第一功率检测模块2、第一通讯模块3、发射线圈4、超材料耦合度调整装置5、接收线圈6、第二功率检测模块7、第二通讯模块8、负载9、效率与功率计算模块10和电机控制与驱动模块11。
所述高频电源1输出端连接第一功率检测模块2与发射线圈4；
所述第一功率检测模块2，分别与高频电源1和发射线圈4进行连接，对发射端电压与电流的数值进行测量并将其发送给第一通讯模块3；
所述第一通讯模块3与第一功率检测模块2连接，将第一功率检测模块2采集的数据进行无线传输给效率与功率计算模块10；
所述发射线圈4，分别与高频电源1和第一功率检测模块2连接，感应产生交变电磁场，电磁超材料将其进行聚焦，通过调节连接的电容器容值产生频率为f0的交变磁场，所述发射线圈4根据电源频率接入调节电容实现线圈谐振；
所述超材料耦合度调整装置5，包括超材料耦合度调整结构51、滑动轨道52、电机53，其中，超材料耦合度调整结构51与发射线圈4同轴布置，对发射线圈4辐射的交变磁场进行汇聚，下方设置滑动轨道52，电机53与滑动轨道52相连，控制超材料耦合度调整结构51沿滑动轨道52左右移动；
超材料耦合度调整结构51的超材料单元根据线圈参数确定的谐振频率f0进行设计；
具体地，如图2所示，设计磁导率μ＝-1的瑞士环结构的超材料单元，使其在频率f0时磁导率为-1；
超材料耦合度调整结构51由超材料单元根据发射线圈4与接收线圈6的直径拓展为所需尺寸；
具体地，将负磁超材料单元采用n×n的排列形式，组合成单板结构，单板结构的直径大于或等于发射线圈4直径，如图3所示为3×3的单板排列组合结构；
滑动轨道长度与发射线圈4和接收线圈6之间的传输距离x一致，超材料耦合度调整结构可从左侧沿滑动轨道移动至右侧；
所述接收线圈6，与超材料耦合度调整结构51同轴布置，与发射线圈4采用相同的结构参数，对超材料耦合度调整结构51调整后的电磁场进行耦合，产生交变电流；
所述第二功率检测模块7，与接收线圈6和负载9相连接，对接收端的电压与电流的数值进行测量并将其发送给第二通讯模块8；
所述第二通讯模块8，与第二功率检测模块7连接，将第二功率检测模块7采集的电压电流数据无线传输给效率与功率计算模块10；所述接收线圈6根据谐振频率接入调节电容实现与发射线圈4的谐振；
所述效率与功率计算模块10，和电机控制与驱动模块11连接，所述效率与功率计算模块10包括通讯单元101、效率和功率计算单元102和模式选择单元103，内置通讯单元101接收第一通讯模块3和第二通讯模块8发送的数据，效率和功率计算单元102根据接收的数据对超材料耦合度调整结构51位移后各点的发射端功率、接收端功率和传输效率进行计算并存储各点对应移动距离、接收端功率和传输效率，模式选择单元103提供最大传输效率或最大功率调节模式选择，模式选择后对比相应效率或功率的各点储存数据，选取最大值及其对应移动距离，计算左移距离并将其发给电机控制与驱动模块11；
所述电机控制与驱动模块11，分别与效率与功率计算模块10和电机53连接，控制电机53在初始化时移动至滑动轨道最左侧，调节开始后，控制电机53以设定的最小移动距离向右侧移动，模式选择后，接收效率与功率计算模块10发送的左移距离，驱动电机53左移相应距离。
本实用新型的效率与功率计算模块根据第一功率检测模块与第二功率检测模块检测到的电压电流数据对传输效率和功率进行计算、比较，将位移结果发送给电机控制与驱动模块控制超材料耦合度调整结构的位置，使装置获得最大的传输效率或传输的最大功率；本实用新型装置能够自动调节超材料耦合度调整结构在发射线圈与接收线圈中的位置，可在有效提升无线电能传输系统传输效率或功率的同时，增加超材料耦合度调整结构应用的灵活性，且易于实施、成本较低。
需要说明的是，尽管以上本实用新型所述的实施例是说明性的，但这并非是对本实用新型的限制，因此本实用新型并不局限于上述具体实施方式中。在不脱离本实用新型原理的情况下，凡是本领域技术人员在本实用新型的启示下获得的其它实施方式，均视为在本实用新型的保护之内。
Claims (8)
1.一种磁耦合谐振式无线电能传输装置，包括高频电源(1)、第一功率检测模块(2)、第一通讯模块(3)、发射线圈(4)、接收线圈(6)、第二功率检测模块(7)、第二通讯模块(8)、负载(9)，其特征在于，还包括超材料耦合度调整装置(5)、效率与功率计算模块(10)和电机控制与驱动模块(11)；所述超材料耦合度调整装置(5)，包括超材料耦合度调整结构(51)、滑动轨道(52)、电机(53)，其中，超材料耦合度调整结构(51)与发射线圈(4)同轴布置，对发射线圈(4)辐射的交变磁场进行汇聚，下方设置滑动轨道(52)，电机(53)与滑动轨道(52)相连，控制超材料耦合度调整结构(51)沿滑动轨道(52)左右移动；所述电机控制与驱动模块(11)分别与效率与功率计算模块(10)和电机(53)连接。
2.根据权利要求1中所述的磁耦合谐振式无线电能传输装置，其特征在于，所述高频电源(1)的输出端连接第一功率检测模块(2)与发射线圈(4)。
3.根据权利要求1中所述的磁耦合谐振式无线电能传输装置，其特征在于，所述第一功率检测模块(2)与第一通讯模块(3)连接。
4.根据权利要求1中所述的磁耦合谐振式无线电能传输装置，其特征在于，所述发射线圈(4)与接收线圈(6)通过串联谐振电容实现两传输线圈之间的谐振。
5.根据权利要求4中所述的磁耦合谐振式无线电能传输装置，其特征在于，所述接收线圈(6)与超材料耦合度调整结构(51)同轴布置，与发射线圈(4)进行谐振耦合。
6.根据权利要求1中所述的磁耦合谐振式无线电能传输装置，其特征在于，所述第二功率检测模块(7)，与接收线圈(6)和负载(9)相连接，对接收端的电压与电流的数值进行测量并将其发送给第二通讯模块(8)。
7.根据权利要求1中所述的磁耦合谐振式无线电能传输装置，其特征在于，所述效率与功率计算模块(10)包括通讯单元(101)、效率和功率计算单元(102)和模式选择单元(103)。
8.根据权利要求1中所述的磁耦合谐振式无线电能传输装置，其特征在于，磁耦合谐振式无线电能传输结构为双线圈结构。
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