[發明專利]基于平面磁諧振耦合線圈結構的磁共振無線電能傳輸裝置

有效

• 申請號: 201410166325.7
• 申請日: 2014-04-23
• 公開（公告）號: CN103915916A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 童立青;佘遠漢;汪思薇
• 申請（專利權）人: 慈溪市源順光電科技有限公司
• 主分類號: H02J17/00
• 分類號: H02J17/00
• 代理公司: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 俞滌炯

技術領域

本發明涉及一種磁共振無線電能傳輸裝置，尤其涉及一種基于平面磁諧振耦合線圈結構的磁共振無線電能傳輸裝置。

背景技術

無線電能傳輸技術又稱無接觸電能傳輸技術，早在1890年，由塞爾維亞裔美國著名電氣工程師、物理學家尼古拉·特斯拉提出。無線電能傳輸技術是利用電磁波感應原理及相關的交流感應技術，在發送和接收端用相應的線圈來發送和接收產生感應的交流信號來進行電能傳輸，按照電能傳輸原理的不同，無線電能傳輸可分為：電磁感應式、電磁共振式和電磁輻射式。

國際無線充電聯盟對無線充電聯盟發布Qi標準，該Qi標準是對便攜式終端充電設備的生產和制造進行了行規范，便攜式終端充電設備應用的就是電磁感應式無線電能傳輸原理通電。最初由英國一家公司發明了一種新型無線充電器，它看上去就像一塊塑料鼠標墊，這個“鼠標墊”里裝有密集的小型線圈陣列，可產生磁場，將能量傳輸給裝有專用接收線圈的電子設備，進行充電。利用非接觸“電磁感應”來進行無線供電傳輸技術會受到很多限制。比如變壓器繞組的位置，氣隙的寬度，使得磁場會隨著距離的增加而快速衰減。如果要增加電能傳輸距離，只能加大磁場的強度。然而，磁場強度太大一方面會增加電能的消耗，另一方面可能會導致附近使用磁信號來記錄信息的設備失效。所以其有效傳輸距離只有幾厘米，所以這種無線電力傳輸只適用短距離電能傳輸。

電磁共振式無線傳輸原理是由麻省理工學院的研究人員提出。與Qi標準所使用的電磁感應式傳輸不同，電磁共振式傳輸不會向外發射電磁波，而只是在周圍形成一個非輻射的磁場，強度和地球磁場強度相似，不會對人體和周圍設備產生不良影響，其有效傳輸距離為幾十厘米到幾米，但是現有的電磁共振發射線圈與電磁共振接收線圈的結構均采用空間螺旋結構，采用此種結構使得共振頻率偏高，空間占據大，電能傳輸效率低。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，針對現有電磁共振線圈空間螺旋結構技術的缺陷，提供一種基于平面磁諧振耦合線圈結構的磁共振無線電能傳輸裝置，包括

——輸入電源，具有一輸出端，

——高頻諧振電源，具有一輸入端和一輸出端；

——高頻諧振整流電路；

所述輸入電源連接交流電源負載的一端，所述交流電源負載的另一端連接所述高頻諧振電源輸入端；

還包括電源線圈、電磁共振發射線圈、電磁共振接收線圈和負載線圈，所述電源線圈通過輸入串聯諧振電容連接所述高頻諧振電源的輸出端，所述負載線圈通過輸出串聯諧振電容連接所述高頻諧振整流電路，所述電源線圈、所述電磁共振發射線圈、所述電磁共振接收線圈和所述負載線圈之間形成耦合連接。

所述電磁共振發射線圈與所述電磁共振接收線圈完全相同。

所述電源線圈與所述電磁共振發射線圈之間相互纏繞構成一個平面結構；所述電磁共振接收線圈和所述負載線圈之間相互纏繞構成一個平面結構。

作為進一步優選實施方案，所述電源線圈與所述電磁共振發射線圈之間相互纏繞構成一個平面螺旋結構線圈；所述電磁共振接收線圈和所述負載線圈之間相互纏繞構成一個平面螺旋結構線圈。

作為進一步優選實施方案，所述平面結構為單層PCB磁平面線圈結構，所述單層PCB磁平面線圈結構包括PCB線圈和PCB板，所述PCB線圈的導線寬度為所述PCB線圈半徑的10％～15％。

作為進一步優選實施方案，所述電源線圈、所述電磁共振發射線圈、所述電磁共振接收線圈與所述負載線圈采用所述PCB線圈，所述電源線圈與所述電磁共振發射線圈構成一個螺旋的單層PCB磁平面線圈結構，所述電磁共振接收線圈與所述負載線圈構成一個螺旋的單層PCB磁平面線圈結構。

作為進一步優選實施方案，本發明所述PCB線圈的材質為銅線。

作為進一步優選實施方案，本發明所述電磁共振發射線圈、所述電磁共振接收線圈為開環結構。

作為進一步優選實施方案，本發明所述電磁共振發射線圈、所述電磁共振接收線圈為閉環結構。

有益效果：

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

(1)所述電源線圈與所述電磁共振發射線圈之間相互纏繞構成一個平面結構；所述電磁共振接收線圈和所述負載線圈之間相互纏繞構成一個平面結構，平面結構減少了空間占有率，降低共振頻率，提高了能量傳輸效率。

(2)所述PCB線圈的導線寬度為所述PCB線圈半徑的10％～15％。采用此種寬度的導線，能夠有效減少寄生電容的電容值，降低共振頻率，提高電磁共振發射線圈與電磁共振接收線圈之間的能量轉換效率。