[實用新型]基于磁諧振耦合的磁場均衡分布型無線電能傳輸系統

有效

• 申請號: 201520142445.3
• 申請日: 2015-03-13
• 公開（公告）號: CN204425057U
• 公開（公告）日: 2015-06-24
• 發明（設計）人: 喻易強;陳志璋;彭思培;法瑞德·朱拉里
• 申請（專利權）人: 喻易強
• 主分類號: H02J17/00
• 分類號: H02J17/00
• 代理公司: 南昌市平凡知識產權代理事務所 36122
• 代理人: 姚伯川

技術領域

本實用新型涉及一種基于磁諧振耦合的磁場均衡分布型無線電能傳輸系統，屬無線電能傳輸技術領域。

背景技術

隨著電子信息技術和自動化控制技術的不斷發展，各式各樣的家電設備和消費電子產品、移動通信設備等已得到了廣泛普及，然而傳統的家用電器依賴電源線和電源插座之間的有線連接來實現供電，采用內置電池的電子設備也需要充電線與電源插座之間的有線連接來進行充電，因此我們隨處能看到為這些電子設備提供電能供給的電線。這些電線不僅占據了我們的活動空間，限制了設備使用的方便性，而且產生了安全用電的隱患。所以，隨著人們對可以完全無線使用的便攜式設備和綠色能源系統的需求的不斷增長，對于無線能量傳輸技術的研究和應用迅速成為國內外學術界和工業界的焦點。目前，該技術已逐漸被應用于人們日常生活中的低功耗電子產品中，替代原有的電源線來實現對設備的無線充電，給人們的生活帶來額外的便利。例如基于磁感應耦合技術的無線充電牙刷和無線充電毯。然而無線能量傳輸技術的應用價值和市場潛力遠遠不止于此。例如無線能量傳輸技術在智能家居領域的應用將移顛覆傳統家電及移動通信設備、電子消費產品的使用模式，以住宅為平臺，利用中距離無線能量傳輸技術、隱藏布線技術以及自動控制技術徹底移除家居生活區域內所有電源線，對設備進行無線充電或者持續電能供給，提升家居安全性、便利性、舒適性和藝術性，構建高效、環保、節能的居住環境。另外，對于生物醫學領域中的可用于診療的可植入醫療設備來說，考慮到對其進行有線持續供電或充電的不方便性、不可行性甚至高危險性，無線能量傳輸技術的應用也顯得極為重要和關鍵。

無線能量傳輸模式和機理大體可分為磁感應耦合、電磁輻射和磁諧振耦合三種方式。和電磁輻射方式相比，磁諧振耦合方式在安全性和傳輸效率上都具有優勢；與磁感應耦合方式相比，它在傳輸距離上具有優勢。目前已公開的基于磁諧振耦合方式的無線電能傳輸系統的發射端和接收端均采用單個諧振線圈結構，通過收發端諧振線圈間的同頻磁諧振耦合來實現電能的傳輸；這種采用單對單諧振線圈設計的無線電能傳輸系統會導致接收端處的磁場分布不均衡，使得接收模塊沿軸向小范圍移動時和在相同軸向距離處沿橫向移動時傳輸效率下降明顯；此類設計對接收模塊的擺放位置要求較高，接收模塊需正對發射模塊的中心且處于特定傳輸距離處才能保證電能的有效傳輸，不符合市場上對電子產品使用的人性化要求。

發明內容

本實用新型的目的是，為了給便攜式計算機、通訊產品、消費電子產品和LED照明設備提供一個穩定的無線充電或無線電能供給方案，解決目前市場上無線電能傳輸系統中當接收端偏離預設充電位置、沿軸向或橫向移動時傳輸效率明顯下降的技術難題，滿足市場上對電子產品使用的人性化要求，本實用新型提出一種基于磁諧振耦合的磁場均衡分布型無線電能傳輸系統。

實現本實用新型的技術方案是，本實用新型對無線電能傳輸系統的發射端采用了多個諧振線圈和單個激勵線圈的設計，并通過將發射端的多個諧振線圈在同一平面上呈陣列式排列和采用單個激勵線圈對諧振線圈組中所有線圈的同步耦合饋電，設計了有效傳輸距離內磁場均衡分布的無線電能傳輸系統，在保證高效的中距離無線電能傳輸的同時，有效地擴展了接收端的軸向和橫向接收范圍。

本實用新型所提出的設計是一種基于磁諧振耦合的磁場均衡分布型無線電能傳輸系統，包括用于無線電能發射的發射模塊，和用于無線電能接收的接收模塊。

所述發射模塊為平板型結構，可通過印刷電路工藝進行加工，正面有同處一面的諧振線圈陣列，背面有一個激勵線圈。

所述接收模塊也為平板型結構，可通過印刷電路工藝進行加工，正面有同處一面的接收諧振線圈、負載線圈和整流穩壓集成電路，背面有多個接收寄生線圈。

由所述發射模塊和接收模塊組成的無線電能傳輸系統可以實現傳輸距離為50mm-150mm、傳輸效率大于65％的無線電能傳輸。并且在有效傳輸距離內，隨著接收模塊的橫向移動，系統的傳輸效率下降不明顯，下降幅度較傳統的無線電能傳輸系統和采用單對單諧振線圈設計的普通平板型無線電能傳輸系統減小了十倍以上。

所述發射模塊正面的發射諧振線圈均為四方螺旋環形，多個諧振線圈呈二維陣列式排列；背面的激勵線圈為四方環形，激勵線圈的中心正對諧振線圈陣列的中心。