[發明專利]一種無線能量接收線圈及無線能量傳輸系統

在審

• 申請號: 201210093316.0
• 申請日: 2012-03-31
• 公開（公告）號: CN103366936A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 劉若鵬;欒琳;郭潔;洪運南
• 申請（專利權）人: 深圳光啟創新技術有限公司
• 主分類號: H01F38/14
• 分類號: H01F38/14;H01F27/28;H02J17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

【技術領域】

本發明涉及無線能量傳輸領域，具體地涉及一種基于磁共振原理的無線能量傳輸系統。

【背景技術】

目前，無線能量傳輸技術主要基于三種原理，分別是電磁感應式、磁共振式以及輻射式，電磁感應式(非接觸感應式)電能傳輸電路的基本特征是原副邊電路分離，原邊電路與副邊電路之間有一段空隙，通過磁場耦合感應相聯系。電磁感應式的特點是：有較大氣隙存在，使得原副邊無電接觸，彌補了傳統接觸式電能的固有缺陷；但是，較大氣隙的存在也使得系統漏磁與激磁相當，甚至比激磁高；因此，基于磁感應技術的原因，充電線圈基板與接收線圈基板之間的實際有效充電空間距離大約為5mm，當兩者之間的空間距離超過5mm時則無法進行充電工作。

磁共振式(又稱WiTricity技術)是由麻省理工學院(MIT)物理系、電子工程、計算機科學系，以及軍事奈米技術研究所(Institute?for?Soldier?Nanotechnologies)的研究人員提出的。系統采用兩個固有頻率相同的諧振物體產生很強的相互耦合，能量在兩物體間交互，利用線圈及放置兩端的平板電容器，共同組成諧振電路，實現能量的無線傳輸。2007年6月，來自麻省理工學院的研究人員通過電磁線圈實現了距離2米的60W電力的傳輸，他們采用了全新的思考方式，采用了兩個能夠實現共振的銅線圈，依靠共振進行能量的傳輸。現有的基于磁共振的無線能量傳輸系統包括信號激勵電路、發射天線、磁共振發射模塊和設置在負載設備內的磁共振接收模塊、接收天線和接收電路，磁共振發射模塊和磁共振接收模塊為繞制的單匝或多匝銅線圈，在實際應用中，銅線圈的固有頻率往往不易調節，并且很難與系統工作頻率完全相等，因而系統能量傳輸效率較低。

輻射式又分為無線電波式、微波方式、激光方式等，如，Powercast公司基于無線電波式研制出可以將無線電波轉化成直流電的接收裝置，可在約1米范圍內為不同電子裝置的電池充電。其缺點是能夠傳輸的能量小，應用范圍有限。

【發明內容】

本發明所要解決的技術問題是：克服現有共振式無線能量傳輸系統系統能量傳輸效率低的缺點，提供一種系統能量傳輸效率更高的無線能量接收線圈以及具有該無線能量接收線圈的無線能量傳輸系統。

本發明實現發明目的所采用的技術方案是，所述接收線圈由基材和固定在基材上的金屬線結構組成，所述金屬線結構包括饋線、共振金屬線圈以及多個磁性微結構，所述饋線包圍所述共振金屬線圈，所述多個磁性微結構設置在所述共振金屬線圈的中心區域，所述磁性微結構具有負磁導率，所述具有負磁導率的磁性金屬微結構的頻率與所述共振金屬線圈的諧振頻率相同。

優選地，所述共振金屬線圈為方形螺繞線圈。

優選地，所述共振金屬線圈包括第一方形螺旋線、第二方形螺旋線、連接線和口字型閉合線，所述第一方形螺旋線和第二方形螺旋線的外端頭分別連接所述連接線的一端，所述連接線的另一端連接所述口字型閉合線，所述口字型閉合線包圍所述第一方形螺旋線和第二方形螺旋線，所述饋線包圍所述口字型閉合線，所述第一方形螺旋線和第二方形螺旋線的螺旋中心區域內設置有多個陣列的磁性微結構，所述磁性微結構具有負磁導率，所述具有負磁導率的磁性微結構的頻率與所述共振金屬線圈的諧振頻率相同。

優選地，所述第一方形螺旋線和第二方形螺旋線以所述連接線為軸對稱設置。

優選地，所述磁性微結構的磁導率為-1。

具體地，所述磁性微結構為開口諧振環結構。

優選地，單個所述磁性微結構由一根金屬線通過多重繞線的方式形成多重螺繞的開口諧振環結構。

優選地，所述開口諧振環結構為凹字形、矩形、圓形或多邊形。

優選地，單個所述磁性微結構為2-40圈螺繞的開口諧振環結構。

優選地，所述基材為有機樹脂材料或陶瓷材料。

本發明還提供一種無線能量傳輸系統，包括磁信號發射模塊、磁共振發射模塊、磁共振接收模塊和接收電路，所述磁共振發射模塊與所述磁共振接收模塊之間通過共振場倏逝線的耦合進行能量傳遞，所述磁共振接收模塊連接接收電路以為負載設備提供電能，所述磁共振發射模塊為平面螺繞導電線圈，所述磁共振接收模塊為前述的無線能量接收線圈，所述平面螺繞導電線圈與所述無線能量接收線圈具有相同的共振頻率，所述無線能量接收線圈的饋線與接收電路連接。

優選地，所述平面螺繞導電線圈為阿基米德螺旋線導電線圈。