[发明专利]一种无线能量接收线圈及无线能量传输系统

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。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题是：克服现有共振式无线能量传输系统系统能量传输效率低的缺点，提供一种系统能量传输效率更高的无线能量接收线圈以及具有该无线能量接收线圈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，所述接收线圈由基材和固定在基材上的金属线结构组成，所述金属线结构包括馈线、共振金属线圈以及多个磁性微结构，所述馈线包围所述共振金属线圈，所述多个磁性微结构设置在所述共振金属线圈的中心区域，所述磁性微结构具有负磁导率，所述具有负磁导率的磁性金属微结构的频率与所述共振金属线圈的谐振频率相同。

优选地，所述共振金属线圈为方形螺绕线圈。

优选地，所述共振金属线圈包括第一方形螺旋线、第二方形螺旋线、连接线和口字型闭合线，所述第一方形螺旋线和第二方形螺旋线的外端头分别连接所述连接线的一端，所述连接线的另一端连接所述口字型闭合线，所述口字型闭合线包围所述第一方形螺旋线和第二方形螺旋线，所述馈线包围所述口字型闭合线，所述第一方形螺旋线和第二方形螺旋线的螺旋中心区域内设置有多个阵列的磁性微结构，所述磁性微结构具有负磁导率，所述具有负磁导率的磁性微结构的频率与所述共振金属线圈的谐振频率相同。

优选地，所述第一方形螺旋线和第二方形螺旋线以所述连接线为轴对称设置。

优选地，所述磁性微结构的磁导率为-1。

具体地，所述磁性微结构为开口谐振环结构。

优选地，单个所述磁性微结构由一根金属线通过多重绕线的方式形成多重螺绕的开口谐振环结构。

优选地，所述开口谐振环结构为凹字形、矩形、圆形或多边形。

优选地，单个所述磁性微结构为2-40圈螺绕的开口谐振环结构。

优选地，所述基材为有机树脂材料或陶瓷材料。

本发明还提供一种无线能量传输系统，包括磁信号发射模块、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，所述磁共振发射模块为平面螺绕导电线圈，所述磁共振接收模块为前述的无线能量接收线圈，所述平面螺绕导电线圈与所述无线能量接收线圈具有相同的共振频率，所述无线能量接收线圈的馈线与接收电路连接。

优选地，所述平面螺绕导电线圈为阿基米德螺旋线导电线圈。