[发明专利]基于双层双向螺旋线圈的无线电能传输系统及方法

权利要求书

1.一种基于双层双向线圈的无线电能传输系统，包括一个发射机和一个接收机，所述发射机包括高频信号发生器、阻抗匹配网络、功率放大器、源线圈和发射线圈，所述高频信号发生器输出额定功率的高频信号；所述源线圈的一侧通过阻抗匹配网络连接到高频信号发生器，另一侧与所述发射线圈利用电磁感应组成一个升压变压器网络；所述接收机包括接收线圈和负载线圈，所述接收线圈与负载线圈利用电磁感应组成一个降压变压器网络，其特征在于：

所述发射线圈是一个双层双向绕制的螺旋线圈，该双层双向绕制的螺旋线圈是由绕制方向相反并相连的内层线圈和外层线圈组成的，所述内层线圈和外层线圈具有相同的匝数和匝距，仅线圈半径不同。

2.根据权利要求1所述一种基于双层双向螺旋线圈的无线电能传输系统，其特征在于，所述外层线圈顺时针单向绕制，所述内层线圈逆时针单向绕制。

3.根据权利要求1所述一种基于双层双向螺旋线圈的无线电能传输系统，其特征在于，所述外层线圈逆时针单向绕制，所述内层线圈顺时针单向绕制。

4.根据权利要求1所述基于双层双向螺旋线圈的无线电能传输系统，其特征在于，所述无线电能传输系统中不相邻线圈之间没有磁耦合，所述源线圈和负载线圈都是单匝线圈，所述接收线圈是单向绕制螺旋线圈，绕制方向与发射线圈中外层线圈相同，且所述接收线圈参数均与发射线圈中外层线圈参数相同。

5.根据权利要求4所述基于双层双向螺旋线圈的无线电能传输系统，其特征在于，所述接收线圈参数和发射线圈中外层线圈参数包括线圈半径、线圈匝数和线圈匝距。

6.根据权利要求1所述一种基于双层双向螺旋线圈的无线电能传输系统，其特征在于，所述源线圈和负载线圈的电参数相同，所述发射线圈和接收线圈利用其自身在高频下的等效电阻、寄生电容和自身电感组成振荡电路；

所述源线圈和发射线圈的间距、接收线圈和负载线圈的间距始终保持相等且不变，发射线圈和接收线圈间距是可调的。

7.根据权利要求6所述一种基于双层双向螺旋线圈的无线电能传输系统，其特征在于，所述电参数包括线圈的电感、高频寄生电容、等效电阻和空载品质因数。

8.根据权利要求1所述一种基于双层双向螺旋线圈的无线电能传输系统，其特征在于，所述源线圈、发射线圈、接收线圈以及负载线圈均由同样尺寸的铜线绕制，对齐在同轴方向。

9.根据权利要求1所述一种基于双层双向螺旋线圈的无线电能传输系统，其特征在于，所述负载线圈通过一个整流电路供给直流负载设备，或直接给交流负载供电，所述整流电路包括半波整流电路、全波整流电路和桥式整流电路。

10.一种基于双层双向螺旋线圈的无线电能传输系统及方法，所述双层双向线圈构成的无线电能传输系统包括外加激励源高频信号发生器、阻抗匹配网络、功率放大器、源线圈、发射线圈以及接收线圈、负载线圈和负载设备组成，其特征在于，是通过设计了一种双层双向绕制螺旋线圈作为无线电能传输系统的发射线圈，减弱发射线圈和接收线圈间的耦合系数强度，让无线电能传输系统在更短的距离内脱离强耦合频率分裂区域，达到临界耦合状态，减小近距离能量传输时频率分裂对传输效率的影响，并提高无线电能传输系统在近距离频率分裂区域工作时的能量传输效率。