[发明专利]基于平面磁谐振耦合线圈结构的磁共振无线电能传输装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁共振无线电能传输装置，尤其涉及一种基于平面磁谐振耦合线圈结构的磁共振无线电能传输装置。

背景技术

无线电能传输技术又称无接触电能传输技术，早在1890年，由塞尔维亚裔美国著名电气工程师、物理学家尼古拉·特斯拉提出。无线电能传输技术是利用电磁波感应原理及相关的交流感应技术，在发送和接收端用相应的线圈来发送和接收产生感应的交流信号来进行电能传输，按照电能传输原理的不同，无线电能传输可分为：电磁感应式、电磁共振式和电磁辐射式。

国际无线充电联盟对无线充电联盟发布Qi标准，该Qi标准是对便携式终端充电设备的生产和制造进行了行规范，便携式终端充电设备应用的就是电磁感应式无线电能传输原理通电。最初由英国一家公司发明了一种新型无线充电器，它看上去就像一块塑料鼠标垫，这个“鼠标垫”里装有密集的小型线圈阵列，可产生磁场，将能量传输给装有专用接收线圈的电子设备，进行充电。利用非接触“电磁感应”来进行无线供电传输技术会受到很多限制。比如变压器绕组的位置，气隙的宽度，使得磁场会随着距离的增加而快速衰减。如果要增加电能传输距离，只能加大磁场的强度。然而，磁场强度太大一方面会增加电能的消耗，另一方面可能会导致附近使用磁信号来记录信息的设备失效。所以其有效传输距离只有几厘米，所以这种无线电力传输只适用短距离电能传输。

电磁共振式无线传输原理是由麻省理工学院的研究人员提出。与Qi标准所使用的电磁感应式传输不同，电磁共振式传输不会向外发射电磁波，而只是在周围形成一个非辐射的磁场，强度和地球磁场强度相似，不会对人体和周围设备产生不良影响，其有效传输距离为几十厘米到几米，但是现有的电磁共振发射线圈与电磁共振接收线圈的结构均采用空间螺旋结构，采用此种结构使得共振频率偏高，空间占据大，电能传输效率低。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有电磁共振线圈空间螺旋结构技术的缺陷，提供一种基于平面磁谐振耦合线圈结构的磁共振无线电能传输装置，包括

——输入电源，具有一输出端，

——高频谐振电源，具有一输入端和一输出端；

——高频谐振整流电路；

所述输入电源连接交流电源负载的一端，所述交流电源负载的另一端连接所述高频谐振电源输入端；

还包括电源线圈、电磁共振发射线圈、电磁共振接收线圈和负载线圈，所述电源线圈通过输入串联谐振电容连接所述高频谐振电源的输出端，所述负载线圈通过输出串联谐振电容连接所述高频谐振整流电路，所述电源线圈、所述电磁共振发射线圈、所述电磁共振接收线圈和所述负载线圈之间形成耦合连接。

所述电磁共振发射线圈与所述电磁共振接收线圈完全相同。

所述电源线圈与所述电磁共振发射线圈之间相互缠绕构成一个平面结构；所述电磁共振接收线圈和所述负载线圈之间相互缠绕构成一个平面结构。

作为进一步优选实施方案，所述电源线圈与所述电磁共振发射线圈之间相互缠绕构成一个平面螺旋结构线圈；所述电磁共振接收线圈和所述负载线圈之间相互缠绕构成一个平面螺旋结构线圈。

作为进一步优选实施方案，所述平面结构为单层PCB磁平面线圈结构，所述单层PCB磁平面线圈结构包括PCB线圈和PCB板，所述PCB线圈的导线宽度为所述PCB线圈半径的10％～15％。

作为进一步优选实施方案，所述电源线圈、所述电磁共振发射线圈、所述电磁共振接收线圈与所述负载线圈采用所述PCB线圈，所述电源线圈与所述电磁共振发射线圈构成一个螺旋的单层PCB磁平面线圈结构，所述电磁共振接收线圈与所述负载线圈构成一个螺旋的单层PCB磁平面线圈结构。

作为进一步优选实施方案，本发明所述PCB线圈的材质为铜线。

作为进一步优选实施方案，本发明所述电磁共振发射线圈、所述电磁共振接收线圈为开环结构。

作为进一步优选实施方案，本发明所述电磁共振发射线圈、所述电磁共振接收线圈为闭环结构。

有益效果：

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)所述电源线圈与所述电磁共振发射线圈之间相互缠绕构成一个平面结构；所述电磁共振接收线圈和所述负载线圈之间相互缠绕构成一个平面结构，平面结构减少了空间占有率，降低共振频率，提高了能量传输效率。

(2)所述PCB线圈的导线宽度为所述PCB线圈半径的10％～15％。采用此种宽度的导线，能够有效减少寄生电容的电容值，降低共振频率，提高电磁共振发射线圈与电磁共振接收线圈之间的能量转换效率。