[发明专利]一种无线能量传输系统

说明书

【技术领域】

本发明涉及无线能量传输领域，具体地涉及一种基于磁共振原理的无线能量传输系统。

【背景技术】

目前，无线能量传输技术主要基于三种原理，分别是电磁感应式、磁共振式以及辐射式，电磁感应式(非接触感应式)电能传输电路的基本特征是原副边电路分离，原边电路与副边电路之间有一段空隙，通过磁场耦合感应相联系。电磁感应式的特点是：有较大气隙存在，使得原副边无电接触，弥补了传统接触式电能的固有缺陷；但是，较大气隙的存在也使得系统漏磁与激磁相当，甚至比激磁高；因此，基于磁感应技术的原因，充电线圈基板与接收线圈基板之间的实际有效充电空间距离大约为5mm，当两者之间的空间距离超过5mm时则无法进行充电工作。

磁共振式(又称WiTricity技术)是由麻省理工学院(MIT)物理系、电子工程、计算机科学系，以及军事奈米技术研究所(Institute for Soldier Nanotechnologies)的研究人员提出的。系统采用两个固有频率相同的谐振物体产生很强的相互耦合，能量在两物体间交互，利用线圈及放置两端的平板电容器，共同组成谐振电路，实现能量的无线传输。2007年6月，来自麻省理工学院的研究人员通过电磁线圈实现了距离2米的60W电力的传输，他们采用了全新的思考方式，采用了两个能够实现共振的铜线圈，依靠共振进行能量的传输。现有的基于磁共振的无线能量传输系统包括信号激励电路、发射天线、磁共振发射模块和设置在负载设备内的磁共振接收模块、接收天线和接收电路，磁共振发射模块和磁共振接收模块为绕制的单匝或多匝铜线圈，在实际应用中，铜线圈的固有频率往往不易调节，并且很难与系统工作频率完全相等，因而系统能量传输效率较低。

辐射式又分为无线电波式、微波方式、激光方式等，如，Powercast公司基于无线电波式研制出可以将无线电波转化成直流电的接收装置，可在约1米范围内为不同电子装置的电池充电。其缺点是能够传输的能量小，应用范围有限。

对于一些如水下作业、矿井等特殊应用领域的供电系统而言，一方面需要避免因有线传输漏电而造成的事故，最好的办法就是采用无线能量传输方式，另一方面要求供电传输的距离足够长，虽然现有基于磁共振原理的无线能量传输系统能在月2米的距离内进行能量传输，但是仍然不能满足需要。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题是：克服现有无线能量传输系统系统能量传输距离短的缺点，提供一种系统能量传输距离更长的无线能量传输系统。

本发明实现发明目的所采用的技术方案是，一种无线能量传输系统，包括磁信号发射电路、磁共振发射模块、磁共振接收模块和接收电路，所述磁共振发射模块连接所述磁信号发射电路，所述磁共振发射模块与所述磁共振接收模块之间通过共振场倏逝线的耦合进行能量传递，所述磁共振接收模块连接接收电路以为负载设备提供电能，所述无线能量传输系统包括至少两个磁共振接收模块，所述磁共振接收模块沿能量传输方向依次排列，每个所述磁共振接收模块分别连接一接收电路以为多个负载设备提供电能。

具体地，所述磁共振发射模块包括共振发射线圈、发射天线和发射端基板，所述共振发射线圈和所述发射天线固定在所述发射端基板上，所述发射天线与所述磁信号发射电路的输出端连接；所述磁共振接收模块包括共振接收线圈、接收天线和接收端基板，所述共振接收线圈和所述接收天线固定在所述接收端基板上，所述接收天线与所述接收电路的输入端连接。

具体地，所述共振发射线圈和所述共振接收线圈均为圆环形平面螺绕线圈，所述发射天线设置在所述共振发射线圈的螺绕中心位置，所述接收天线设置在所述共振接收线圈的螺绕中心位置。

具体地，所述发射天线和所述接收天线均为单圈漆包线线圈，所述单圈漆包线线圈位的直径小于所述圆环形平面螺绕线圈的内径。

优选地，所述圆环形平面螺绕线圈的内径与外径之比为1∶2。

优选地，所述共振发射线圈和所述共振接收线圈各连接有一电容。

具体地，所述磁信号发射电路为磁场谐振激发电路，所述磁场谐振激发电路产生特定工作频率的驱动信号，所述驱动信号由所述发射天线进行发射。

具体地，所述接收电路为整流电路，所述整流电路将所述接收天线接收到的能量转换为电能输出。

优选地，各个所述磁共振接收模块的前端集成设置有一超材料，所述超材料的磁导率等于-1，所述超材料的谐振频率与所述磁信号发射电路发射的磁信号的频率相等。

优选地，所述超材料与所述磁共振接收模块之间的距离小于1厘米。