[發明專利]可實現能量漏斗效應的無線充電系統及其無線充電方法

有效

• 申請號: 201810426097.0
• 申請日: 2018-05-07
• 公開（公告）號: CN108599394B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 李云輝;江俊;呂渴強;劉羽;王宇倩;盧杰;陳宇光;張冶文;陳鴻
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H01F27/28;H01F38/14;H01M10/44;H02J7/00;H04B5/00
• 代理公司: 上海唯源專利代理有限公司 31229
• 代理人: 曾耀先

本發明提供一種可實現能量漏斗效應的無線充電系統及其無線充電方法，所述系統包括無線發射裝置及無線接收裝置，所述無線發射裝置包括無線發射控制電路和無線發射線圈，所述無線發射線圈與所述無線發射控制電路電性連接；所述無線接收裝置包括無線接收線圈、磁共振激元、無線接收控制電路和負載，所述磁共振激元被所述無線接收線圈圈設于線圈內，所述無線接收線圈、所述無線接收控制電路和所述負載依序電性連接，所述無線接收線圈的平面繞匝面積小于所述無線發射線圈的平面繞匝面積，借此在發射線圈與接收線圈之間形成能量漏斗效應，提高磁共振無線能量傳輸系統的傳輸效率與傳輸距離，形成位置魯棒性較好的無線充電系統及其充電方法。

技術領域

本發明涉及無線電能傳輸技術領域，具體來說涉及無線充電系統及其無線充電方法，特別是指可在發射線圈與接收線圈之間實現能量漏斗效應的無線充電系統及其無線充電方法。

背景技術

傳統的可攜用電設備往往采用有線充電的方式，因此需要在可攜用電設備上留有充電接口，使得供電及充電裝置皆不能密封，影響了裝置的防水防塵等級且可靠性下降。為解決前述問題，近些年來，無線電能傳輸的技術在便攜式移動設備、電動汽車等領域得到了不斷發展和推廣，無線充電是指不借助充電線即可以實現對一定空間范圍內的用電設備充電；與傳統有線充電相比，無線充電體積小、便攜性高、兼容性強，同時也有利于如手機等用電設備防水防塵設計等優點。

目前，無線充電現有的技術主要有磁感應無線充電和磁共振無線充電。其中，磁感應無線充電的原理是利用電磁感應原理，類似于變壓器，在發送端和接收端各有一個線圈，初級線圈上通一定頻率的交流電，由于電磁感應在次級線圈中產生一定的電流，從而將能量從傳輸端轉移到接收端；然而，磁感應無線充電要求接收線圈和發射線圈必須對準，同時發射線圈和接收線圈之間的間隙不能超過5mm，只有如此，發射線圈上電流所產生的磁感線才可能盡可能多的穿過接收線圈，實現能量傳輸效率的提升；從而用電設備必須精確對放位置造成的不便性大大降低了客戶體驗。

針對磁感應無線充電的技術問題，目前已有科學家提出了依靠磁諧振在中距離(約達到5公尺)所實現高效無線能量傳輸。其理論主要是依靠具有相同諧振頻率的發射端與接收端之間的磁諧振倏逝場線相互耦合來實現兩端之間的快速能量交換，由于電磁諧振的存在，兩端聚集大量的電磁能量，從而使倏逝磁場延伸得更遠，以高效地實現中距離能量傳輸。

另外，磁共振無線充電也稱為近場諧振式，由能量發送裝置和能量接收裝置組成，當兩個裝置調整到相同或相近頻率，或者說在一個特定的頻率上共振，它們就可以交換彼此的能量，其原理與聲音的共振原理相同，排列在磁場中的相同振動頻率的線圈，可從一個向另一個供電；從而，當整個系統在它們共振頻率處工作時，磁場可以高效的在兩個線圈相互傳遞來傳遞能量，這種能量的傳遞方式不需要線圈大小一樣，也不需要對準，而且傳輸距離也較磁感應式大大提升。但是磁共振式的充電效率比感應式的降低不少，一方面是由于磁共振式所使用的頻率較高，有一部分能量通過發射線圈諧振輻射到外界，另一方面是由于磁共振發射線圈空間分布不夠均勻，接收線圈放置不同的位置，和發射線圈之間的耦合會不同，這樣導致它們之間的共振頻率會漂移，在系統工作頻率保持不變的情況下，系統的效率會受到很大的影響。

發明內容

鑒于上述情況，本發明提供一種可實現能量漏斗效應的無線充電系統及其無線充電方法，通過在發射線圈與接收線圈之間形成能量漏斗效應，解決了現有無線充電技術的技術問題，達到有效地提高磁共振無線能量傳輸系統的傳輸效率與傳輸距離且位置魯棒性較好的可實現能量漏斗效應的無線充電系統及其充電方法。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案是提供一種可實現能量漏斗效應的無線充電系統，包括：無線發射裝置，包括無線發射控制電路和無線發射線圈，所述無線發射線圈與所述無線發射控制電路電性連接；無線接收裝置，包括無線接收線圈、磁共振激元、無線接收控制電路和負載，所述磁共振激元被所述無線接收線圈圈設于線圈內，所述無線接收線圈、所述無線接收控制電路和所述負載依序電性連接，所述無線接收線圈的平面繞匝面積小于所述無線發射線圈的平面繞匝面積。