[發明專利]一種無線電能傳輸裝置及傳輸方法

在審

• 申請號: 201611143246.X
• 申請日: 2016-12-13
• 公開（公告）號: CN107040050A
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發明（設計）人: 劉金國;張學賓;劉曉源;高慶
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司21002
• 代理人: 王倩

技術領域

本發明屬于電磁場技術領域，特別是涉及一種無線電能傳輸裝置及其傳輸方法。本發明可用于國際空間站的電氣設備供電、手機、數碼相機、筆記本電腦等生活電子產品充電。

背景技術

“無線電能傳輸”是利用一種特殊設備將電能轉化為可進行無線傳播的能量，通過發射和接收線圈之間的傳遞，在接收端將此能量轉變回電能，實現用電設備的供電?，F如今無線電能傳輸技術大致分為：電磁感應式、電磁輻射式和電磁共振式。電磁感應式傳輸距離近，效率較低。電磁輻射式傳輸距離遠，但效率低，成本高。電磁共振式無線電能傳輸技術傳輸距離適中，效率較高，應用范圍大。

近年來，由麻省理工學院提出的強耦合磁諧振(Strongly Coupled Magnetic Resonaces)理論，可在較大距離下實現電能的無線傳輸。該技術主要依靠磁場傳遞能量，通過諧振線圈間磁場的耦合，借助發射和接收線圈之間的共振實現電能的無線傳輸。該技術傳輸距離可以達到米級距離，并且傳輸效率相對較高。

現有的無線電能傳輸裝置的阻抗匹配電路和針對的設計目標都比較單一，發射線圈和接收線圈的限制條件不夠充分，設計上存在不足。針對上述問題該發明提出發射阻抗匹配電路和接收阻抗匹配電路同時存在，針對的設計目標定為最大傳輸功率和傳輸效率，確定發射線圈和接收線圈之間的限制條件，全面優化現有的無線電能傳輸裝置存在的問題。

發明內容

針對上述問題，本發明基于耦合諧振原理，提供一種無線電能傳輸裝置及其方法，可以在較遠距離內為國際空間站的用電設備和生活電子產品進行無線充電。

本發明為了實現上述目的所采用的技術方案是：一種無線電能傳輸裝置，包括發射裝置和接收裝置；所述發射裝置包括順序連接的交流電源單元、整流濾波電路、射頻放大器、發射阻抗匹配電路和發射線圈；所述接收裝置包括順序連接的接收線圈、接收阻抗匹配電路、整流器。

所述發射阻抗匹配電路包括依次串聯的交流電源,電容C_P,電感L_P，電阻R_P并構成回路；電阻R_P與射頻放大器并聯；交流電源與發射線圈并聯。

所述接收阻抗匹配電路包括依次串聯的電阻R_L,電阻R_S，電感L_S，電容C_S并構成回路；電容C_s與整流器并聯；電阻R_L與發射線圈并聯。

所述電感L_P和電感L_S并列且平行。

所述發射線圈和接收線圈并列且平行。

所述發射線圈和接收線圈分別并聯有電容。

一種無線電能傳輸方法，包括以下步驟：

發射裝置的交流電源單元產生的交流電通過整流濾波電路進行濾波，再進入射頻放大器進行放大，通過發射阻抗匹配電路進行阻抗匹配后，通過發射線圈發射給接收裝置；

接收裝置通過接收線圈和發射線圈之間的諧振作用，電流經過接收阻抗匹配電路進行阻抗匹配后，通過整流器傳遞給負載，實現無線電能傳輸。

所述交流電頻率與負載接收頻率一致。

所述發射線圈的諧振頻率與接收線圈的諧振頻率一致。

所述阻抗匹配滿足：系統諧振頻率

本發明的有益效果是，

1.本發明可以在較遠距離內為國際空間站供電設備和生活中電子產品進行無線充電，距離達到米級范圍。相對于傳統電磁感應充電方式，顯著增大了無線電能傳輸的距離。

2.本發明采用磁耦合諧振原理，相對于傳統的電磁感應原理充電產品來說，無線電能的傳輸效率相對較高。本發明對于發射回路和接收回路中的阻抗匹配進行適當的調節控制，使其電能傳輸效率大幅度提高。綜上兩點，本發明的電能利用率大幅度提高。

3.本發明的發射裝置和接收裝置的外形、尺寸可以不同，方便發射裝置的安裝、放置，也便于接收裝置的放置。

4.本發明的發射裝置和接收裝置可以小型化，可以根據供電設備的尺寸進行適當調整，增大了無線電能傳輸裝置的應用范圍。

5.通過調節控制發射阻抗匹配電路和接收阻抗匹配電路可以保證系統諧振頻率發射回路串聯諧振的等效阻抗近似為0，并聯諧振的等效阻抗無窮大。無線能量傳輸系統達到諧振狀態?？捎行岣邿o線能量傳輸系統的傳輸性能。

附圖說明

圖1是本發明的結構框圖；

圖2是本發明的原理示意圖；

圖3是本發明的發射阻抗匹配電路和接收阻抗電路圖。

具體實施方式