[发明专利]磁耦合谐振式无线能量传输装置

说明书

技术领域

本发明涉及无线能量传输领域。 

背景技术

当前几乎所有的用电设备都必须要使用有形介质(如：使用金属导线、电线电缆)作为主要连接才能进行电力传输或能量的传输，即使是短距离电力传输(比如计算机、电视、台灯等)，也必须经过电源线连接以及铺线或拉线的烦琐过程，使得需要以电力作为动力的电子、电器设备，其摆设位置受到影响。如果可以研发出更为优良的无线能量传输技术及装置，实现不受外物或周围环境影响的有效电力传输，就可以通过无线的传输方式来达到电力的传输，那么在使用这些电器设备时，必定能更加得心应手。另外，在一些特殊的应用场所，如水下作业、医用植入设备、无线网络等不方便或不能使用导线供电的场合都具有非常实际的应用价值。 

根据能量传输原理，目前，在国内外研究的无线能量传输技术主要有电磁波能量传输和感应耦合式能量传输技术。 

电磁波能量传输技术通过天线发送和接收的原理，比如使用微波进行无线能量传输，这种技术能够实现极高的传输功率，该技术存在的主要问题是能量传输路径上不能有障碍物遮挡，即能量传输无法绕过或穿过障碍物。 

感应耦合能量传输(Inductively Coupled Power Transfer简称ICPT)技术，是利用电磁感应原理，采用松耦合变压器或可分离式变压器实现非接触式功率传输。该技术存在的主要问题是能量传输距离受到传输原理的局限而被限制在毫米等级。 

发明内容

本发明是为了解决现有无线能量传输技术中所存在的不能穿越中间障碍物或传输距离短的缺点，而提供一种磁耦合谐振式无线能量传输装置。 

本发明由能量发射源和能量接收器组成； 

所述的能量发射源由磁场谐振激发及驱动电路和谐振发射电路组成； 

磁场谐振激发及驱动电路由驱动电路和驱动开关管组成，驱动电路产生与设定的谐振发射频率相同或为谐振发射频率的1/n的驱动信号，驱动开关管接收驱动信号；驱动开关管的开关频率与谐振发射频率相同或为谐振发射频率的1/n，用于将电源的能量补充给谐振发射电路，其中的n为正整数； 

谐振发射电路由谐振发射线圈和谐振发射电容组成，谐振发射线圈与谐振发射电容构成谐振系统，能量分别在谐振发射线圈与谐振发射电容以磁场和电场形式交换；在谐振发射线圈中产生与设定的谐振发射频率相同的谐振电流；谐振发射线圈中的谐振电流形成在能量传输范围内的交变磁场； 

所述的能量接收器由谐振接收电路和高频整流电路组成； 

谐振接收电路用于接收谐振发射电路传输过来的磁场能量；谐振接收电路由谐振接收线圈和谐振接收电容组成，谐振接收线圈和谐振接收电容用于设定谐振接收频率，设定的谐振接收频率与设定的谐振发射频率相同； 

两个谐振线圈组成系统的场的模式为F(r，t)，F(r，t)≈a₁(t)F₁(r)+a₂(t)F₂(r)，其中F₁(r)和F₂(r)分别为谐振发射线圈和谐振接收线圈的本征模式，a₁(t)和a₂(t)分别是对应的场强；当ω₁＝ω₂＝ω和a₂(0)＝0时，则