[發(fā)明專利]主從自耦合磁共振無線電能傳輸裝置及其操作方法

有效

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• 申請日: 2014-03-25
• 公開（公告）號: CN103915907A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 童立青
• 申請（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號: H02J17/00
• 分類號: H02J17/00
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線電能傳輸領(lǐng)域，特別涉及主從自耦合磁共振無線電能傳輸裝置及其操作方法。

背景技術(shù)

電能像無線電波一樣無線傳播一直是人類的夢想，100多年來很多科學(xué)家和工程師一直執(zhí)著地開展著這項(xiàng)研究和應(yīng)用。電磁共振式無線電能傳輸系統(tǒng)首先由美國麻省理工學(xué)院的研究人員提出，與Qi標(biāo)準(zhǔn)所使用的電磁感應(yīng)式傳輸不同的是電磁共振式傳輸不會向外發(fā)射電磁波，而只是在周圍形成一個(gè)非輻射的電磁波場。強(qiáng)度和地球磁場強(qiáng)度相似，不會對人體和周圍設(shè)備產(chǎn)生不良影響，并且在中等距離內(nèi)有極高的傳輸效率，其有效傳輸距離為幾十厘米到幾米。?研發(fā)一種基于電磁共振原理的無線電能傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有比Qi標(biāo)準(zhǔn)更遠(yuǎn)的傳輸距離、更低的電磁輻射和更高的效率。

目前市場上應(yīng)用的無線充電裝置都是電磁感應(yīng)式充電器，其充電原理是通過短距離高耦合系數(shù)來提高電能傳輸效率。而基于電磁共振原理的無線電能傳輸系統(tǒng)在中等距離上為低耦合系數(shù)下高效無線電能傳輸提供了全新的思路，若該技術(shù)能成功應(yīng)用于智能無線終端和電動汽車充電，則可帶來顯著的無線電能傳輸效率提升，使得移動充電更加方便、靈活。

2007年美國麻省理工學(xué)院的研究人員提出了電磁共振式無線電能傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)中電磁共振線圈共有四個(gè)，分別是：電源線圈、發(fā)射磁共振線圈、接收磁共振線圈和負(fù)載接收線圈。這種多線圈結(jié)構(gòu)使得電能傳輸效率還有提高的空間，并且線圈有較大空間占有，不利于充電裝置緊湊、高效和中遠(yuǎn)距離傳輸。

因此，設(shè)計(jì)一款在中等距離上有較高的傳輸效率的磁共振無線電能傳輸裝置，能有極大的市場前景。本發(fā)明旨在提出一個(gè)具有空間緊湊、高效率的磁共振無線電能傳輸裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種主從自耦合磁共振無線電能傳輸裝置及其操作方法。

本發(fā)明提出的主從自耦合磁共振無線電能傳輸裝置，包括：輸入電路、發(fā)射線圈串聯(lián)諧振電容、主從自耦合磁共振線圈、接收線圈串聯(lián)諧振電容及整形和負(fù)載電路，輸入電路包括輸入交流電源、交流電源阻抗、高頻高功率諧振發(fā)射電源，主從自耦合磁共振線圈包括主從自耦合發(fā)射線圈和主從自耦合接收線圈，其中：

輸入電路與發(fā)射線圈串聯(lián)諧振電容一端相連接，發(fā)射線圈串聯(lián)諧振電容另一端與主從自耦合磁共振線圈一端相連接，主從自耦合磁共振線圈另一端與接收線圈串聯(lián)諧振電容相連，交流電源與交流電源阻抗一端相連接，交流電源阻抗另一端與高頻高功率諧振發(fā)射電源一端相連接，接收線圈串聯(lián)諧振電容另一端與整形和負(fù)載電路相連接。

本發(fā)明中，所述主從自耦合發(fā)射線圈包含有輔助從發(fā)射磁耦合線圈和主共振發(fā)射線圈，且兩者共用一個(gè)線圈；所述主從自耦合接收線圈包含有輔助從接收磁耦合線圈和主共振接收線圈，且兩者共用一個(gè)線圈。

本發(fā)明中，所述主從自耦合發(fā)射線圈與主從自耦合接收線圈在空間有一定的距離。

本發(fā)明中，所述主共振發(fā)射線圈和主共振接收線圈的數(shù)量相等。

本發(fā)明中，當(dāng)主共振發(fā)射線圈處于開環(huán)狀態(tài)時(shí)，主共振接收線圈處于開環(huán)狀態(tài)；當(dāng)主共振發(fā)射線圈處于閉環(huán)狀態(tài)時(shí)，主共振接收線圈處于閉環(huán)狀態(tài)。

本發(fā)明中，當(dāng)輔助從發(fā)射磁耦合線圈為多個(gè)時(shí)，每個(gè)輔助從發(fā)射磁耦合線圈連接一個(gè)發(fā)射線圈串聯(lián)諧振電容，所述多個(gè)發(fā)射線圈串聯(lián)諧振電容與各自的輔助從發(fā)射磁耦合線圈串聯(lián)；相應(yīng)的，輔助從接收磁耦合線圈為多個(gè)，每個(gè)輔助從接收磁耦合線圈連接一個(gè)接收線圈串聯(lián)諧振電容，所述多個(gè)接收線圈串聯(lián)諧振電容與各自的輔助從接收磁耦合線圈串聯(lián)。

本發(fā)明提出的主從自耦合磁共振無線電能傳輸裝置的操作方法，具體步驟如下：

步驟一：交流電源并有一定的交流電源阻抗共同構(gòu)成交流輸入電源，輸入交流電；

步驟二：輸入交流電經(jīng)高頻高功率諧振調(diào)諧電源轉(zhuǎn)化后輸出高頻高功率且頻率可調(diào)的交流電；

步驟三：高頻高功率諧振調(diào)諧電源輸入到發(fā)射線圈串聯(lián)諧振電容上，交流發(fā)射諧振電容與發(fā)射輔助線圈串聯(lián)并工作在諧振頻率帶；

步驟四：；發(fā)射輔助線圈與發(fā)射共振線圈為同一個(gè)線圈，但匝數(shù)不同，該線圈發(fā)射高頻磁共振電磁波到接收線圈；

步驟五：接收輔助線圈與接收共振線圈為一個(gè)線圈，但匝數(shù)不同，該線圈接收發(fā)射線圈發(fā)射的高頻磁共振電磁波；

步驟六：接收輔助線圈與接收線圈諧振電容串聯(lián)連接并工作在諧振頻率帶；

步驟七：接收線圈諧振電容輸出與整形和負(fù)載電路相連接，輸出電能。

本發(fā)明的有益效果是：

1．通過高頻磁共振線圈能無線傳輸較高功率電能；