[實用新型]一種用于無線電能傳輸的裝置

有效

• 申請號: 201520469240.6
• 申請日: 2015-07-02
• 公開（公告）號: CN204992793U
• 公開（公告）日: 2016-01-20
• 發明（設計）人: 宋顯錦;劉國強;夏正武;李艷紅;張超;張瑞華;徐小宇
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本實用新型涉及一種可增加無線電能傳輸距離和提高傳輸效率的裝置。

背景技術

無線電能傳輸是一種利用電磁感應現象，進行隔空電能傳輸的技術。即交變電流可以產生交變的磁場，交變磁場也可以產生交變的電場，電磁場得以在空中傳播，對處于交變電磁場中的導體可以產生交變的電流。人們可以利用在導體中產生的交變電流來驅動諸如手機、燈泡、熱水器、電視等用電設備。

目前，無線電能傳輸的傳輸方式主要有用于遠距離的微波方式和激光方式，用于中短距離的磁感應方式和磁諧振方式，還有特殊場合應用的超聲波方式和電場耦合方式。其中磁感應方式和磁諧振方式主要應用的形式又分為2線圈傳輸方式和4線圈傳輸方式。2線圈式即采用松耦合變壓器原理，由初級線圈和次級線圈組成，根據所需傳輸的電能量級，設計使用不同匝數的線圈，將電能由初級線圈耦合傳輸至次級線圈。4線圈方式在2線圈基礎上增加了2個線圈，即連接電源的驅動線圈和連接負載的負載線圈兩個線圈，線圈匹配一定的電容，組成諧振耦合電路，用于能較遠距離的電能傳輸和提高傳輸效率。

圖1a所示是無線電能傳輸的2線圈原理圖，A、B是兩個諧振線圈，交流電源U_S和等效阻抗R_S與線圈A相連，負載R_L與線圈B相連。電源U_S以一定的頻率激勵線圈A，交變的電磁場在線圈B上感應產生交變電流驅動負載R_L。圖1b所示是無線電能傳輸的4線圈原理圖，A、B是兩個諧振線圈，S是驅動線圈，L是負載線圈，交流電源U_S和等效阻抗R_S與線圈S相連，負載R_L與線圈L相連。電源U_S以一定的頻率激勵線圈S，電能耦合至線圈A，交變的電磁場在線圈B上感應產生的電能耦合至L，最后L中的交變電流可驅動負載R_L。

目前無線電能的傳輸方式，對于磁感應方式和磁諧振方式，是種中短距離的傳輸。為了能更遠距離，更高效率的電能傳輸，人們設計使用不同頻率的交變電源，如中國專利201210064445.7“一種千瓦級無線電能傳輸裝置”。或者采用較高品質因數的諧振線圈(王國東,原璐璐.“無線電能傳輸系統諧振線圈優化設計”工礦自動化[J]2014.3)。

實用新型內容

本實用新型的目的是為了增加傳輸距離和提高傳輸效率，提出一種新的無線電能傳輸裝置。本實用新型用于無線電能功率的傳輸。

本實用新型安裝在發射端的電源和發射線圈之間，或者在接收端的負載和接收線圈之間，與電磁耦合器外部的輸入輸出端口連接。

本實用新型無線電能傳輸裝置用于發射端時，在電源和發射線圈之間連接第一電磁耦合器，所述裝置的發射端包括電源、發射線圈和第一電磁耦合器。電源的輸出端連接第一電磁耦合器的輸入端，第一電磁耦合器的輸出端和發射線圈相連接。本實用新型無線電能傳輸裝置用于發射端時，在負載和接收線圈之間連接第二電磁耦合器，所述裝置的接收端包括負載、接收線圈和第二電磁耦合器。第二電磁耦合器的輸入端和接收線圈相連接，第二電磁耦合器的輸出端和負載相連接。根據傳輸系統的配置，電磁耦合器也可以在發射端和接收端同時使用，連接方式如上所述。

所述的第一電磁耦合器和第二電磁耦合器通過不同的繞制方式來得到無線電能傳輸系統所需的輸入輸出變比。

第一電磁耦合器和第二電磁耦合器加裝在發射端或接收端，或集成在電源內部或負載上；所述的第一電磁耦合器和第二電磁耦合器在發射端或接收端單獨使用或成對使用。

第一電磁耦合器和第二電磁耦合器用于多負載的情況時，第一電磁耦合器和第二電磁耦合器連接于接收端的負載和接收線圈之間。

所述的電磁耦合器主要由高頻磁芯和導線繞制而成，其繞制方法和形式根據無線電能傳輸系統的傳輸距離和傳輸頻率決定。根據無線電能傳輸系統配置，電磁耦合器可以在發射端或接收端單獨使用也可以成對使用。所述的電磁耦合器加裝在發射端或接收端，或集成在電源內部或負載上。

使用電磁耦合器后，無線電能傳輸裝置的傳輸距離和傳輸效率比不使用電磁耦合器有所提高。根據無線電能傳輸系統設計的頻率要求和變比要求，電磁耦合器中的導線有不同繞法，采用2股、3股或4股導線并繞，通過導線間的不同連接，繞制不同匝數，來確定所需要的輸入輸出變比和適用的頻率范圍。

電磁耦合器是一種功率變換器件。和不使用電磁耦合器的無線電能傳輸裝置比較，本實用新型優勢在于，在原系統上使用電磁耦合器后，提高了傳輸效率，同時可以增加傳輸距離。

附圖說明