[实用新型]一种无线电力传输装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种大功率高效率的无线电力传输设备。 

背景技术

无线电力传输应用前景广泛，但现有的无线电力传输装置功率小，效率低，传输距离很近，主要应用于电子设备充电场合，这种技术很难在大功率场合使用。 

无线电力传输应用于如大功率场合（如电动汽车充电）意义重大，也是近年来的研究热点。但这种应用场合要求无线电力传输功率至少达到KW级，这个级别的功率传输必须要求有很高的输电效率，否则不仅会产生巨大的能量损失，装置的散热也是一个很难解决的问题。现有的无线电力传输方案无法满足这种大功率场合。 

2006年11月美国麻省理工学院(MIT)物理系助理教授MarinSoljacic研究小组提出了磁耦合谐振技术，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，效率为40%。但60W的功率传输仍然远远不能满足大功率场合KW级的功率需求，而且文章中所提到的10MHz左右的工作频率也也给无线电力传输装置中的大功率开关电源功率的设计带来了困难。 

磁耦合谐振技术提出后，许多基于这种技术的无线电力传输方案相继被提出，它们的一个共同特点为：为了改善性能，将线圈工作在谐振点上。但当线圈并联谐振补偿电容时，如果线圈和并联电容工作在谐振点上，它所承受的电压将非常高，这给设备的绝缘能力提出了更高的要求。 

中国专利申请CN102227860A“非接触电力传输装置及其设计方法”采用麻省理工学院(MIT)的设计结构，将第二线圈和第三线圈工作在谐振状态，谐振频率为2～7MHz，将这种结构用在大功率的场合将产生以下3个问题：1.如此高频率的大功率开关电源设计困难；2.第一线圈和第四线圈与其它线圈的互感会对谐振点造成干扰；3.如果第二线圈和第三线圈完全工作在谐振点上，这两个线圈以及这两个线圈并联电容的电压将会非常高。 

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种大功率的无线电力传输装置，以解决当前无线电力传输技术很难应用于大功率场合（如电动汽车充电）的问题。 

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种大功率的无线电力传输装置，包括高频电源、负载、发射线圈、发射端放大线圈、接收端放大线圈、接收线圈以及这四个线圈上并联的谐振补偿电容。 

所述的无线电力传输装置包括并联有第一并联谐振补偿电容器的发射线圈，并联有第二并联谐振补偿电容器的发射端放大线圈，并联有第三并联谐振补偿电容器的接收端放大线圈，以及并联有第四并联谐振补偿电容器的接收线圈；电能由串联在所述装置前端的高频电源流向发射线圈，发射端放大线圈，接收端放大线圈和接收线圈，供串联在所述装置后端的负载使用。 

发射线圈与发射端放大线圈构成发射装置，接收端放大线圈与接收线圈构成接收装置。 

所述的发射线圈、发射端放大线圈、接收端放大线圈和接收线圈大小相同，平行放置。四个线圈的中心位于同一中心轴线上，依次摆放顺序为发射线圈、发射端放大线圈、接收端放大线圈、接收线圈，或接收线圈、接收端放大线圈、发射端放大线圈、发射线圈。 

发射线圈与发射端放大线圈之间的距离，以及接收线圈和接收端放大线圈之间的距离较近，小于10mm。发射端放大线圈和接收端放大线圈之间的距离较大，在100mm至500mm之间。 

所述的发射线圈、发射端放大线圈、接收端放大线圈和接收线圈这四个线圈均为空心线圈，可采用圆形或正方形、六边形、八边形等正多边形形状。线圈绕制成多匝，可绕成螺旋状也可以绕成盘状。线圈可采用单股漆包线、多股漆包线绕制，漆包线材质可为铜、银、镀银铜线等。 

四个线圈均并联谐振补偿电容，以放大磁场，提高线圈之间的磁场耦合程度。各个线圈与各自并联的谐振补偿电容构成的LC电路。所述的LC电路不一定工作于固有谐振点，根据发射功率和距离，可以在谐振点附近进行调节。发射线圈与其谐振补偿电容的固有谐振频率，以及接收线圈与其谐振补偿电容的固有谐振频率离谐振点较远；发射端放大线圈与其谐振补偿电容的固有谐振频率，以及接收端放大线圈与其谐振补偿电容的固有谐振频率较为靠近谐振点。 

本实用新型无线电力传输装置可工作在20kHz至500kHz频率之间。可以根据无线电力传输的功率和传输距离、本装置前端串联高频交流电源的输出阻抗、本装置后端串联负载的阻抗、各线圈允许的最大电压值等因素来调节无线电力传输装置中各线圈的并联补偿电容值、线圈匝数、线圈尺寸，使无线电力传输装置达到最佳工作点。