[发明专利]一种谐振式无线能量传输装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的远距离高效率无线能量传输系统，尤其涉及一种新型的结构简单、设计方便、非辐射性磁谐振无线能量传输串并联完备电路模型，可应用在无线充电电子产品或者无线电力传输中，以实现在设计要求的距离范围内显著提高无线充电效率，或者保持较高效率情况下极大地增加能量传输距离。

背景技术

磁耦合谐振式无线能量传输技术是近两年提出的世界前沿课题，该技术思路最早由美国麻省理工学院(MIT)物理系助理教授Marin Soljacic研究小组于2006年11月在美国AIP工业物理论坛上提出，并于2007年6月进行了实验验证，相隔2.16m隔空将一只60W灯泡点亮。这是一种全新的技术，区别于基于普通电磁感应的近场耦合，通过使接收线圈和发射线圈产生共振来实现能量的无线传输。本质上，这个过程与量子隧道效应相似，只是电磁波替代了量子力学中的波函数。该技术可在有障碍物的情况下传输，传输距离可达到米级范围。但目前此方案均采用线圈电感与分离电容串联来组成LC振荡回路，在一倍线圈直径距离内最高拥有不超过80％的能量传输效率。随着距离增大，传输效率迅速下降。两倍直径距离时的能量传输效率只有20％左右，大部分能量都耗散在空间中，这使得该方案目前无法进行实际应用。该方案的另一个缺点是需要初次级线圈共四个，体积庞大，设计复杂，对于将来设计便携式无线充电产品是不适用的。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种谐振式无线能量传输装置，该系统能够进一步大幅度提高无线能量传输的效率，增大传输距离；同时具有结构简单、设计方便的特点。

技术方案：本发明的谐振式无线能量传输装置包括高频发射电源，能量发射线圈，能量接收线圈和第一电容，第二电容，第三电容，第四电容；其中，能量发射线圈与能量接收线圈相对放置，能量发射线圈两端引线并联一个电容，然后再将这个并联电路串联上第一电容组成发射电路，最后将该发射电路连接高频发射电源；能量接收线圈两端引线并联第三电容，然后再将这个并联电路串联上第四电容组成接收电路，最后将接收电路连接接收负载。能量传输线圈与并联电容和串联电容一起形成谐振电路，谐振频率满足

f0=12πL1(C1+C2)=12πL2(C3+C4).]]>

第一电容C₁，第二电容C₂，第三电容C₃，第四电容C₄可任意取值，但是对于源和负载匹配的情况下要满足Δ＝C₁/C₂＝C₄/C₃。

通过设计不同的Δ从而获得指定距离范围内的最大传输效率；或者在指定的效率下能够获得最远的传输距离。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.结构简单，成本低，应用广泛。因为本发明是基于一种新型的谐振电路模型，此模型可应用于任何现有无线能量的传输电路中，在几乎不增加成本、不增加系统尺寸和体积的情况下改善系统性能。