[发明专利]一种无线能量传输装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于无线能量传输装置。

背景技术

无线能量传输装置应用前景广泛，但现有无线能量传输装置主要应用于电子设备充电场合，功率小，传输距离很近。无线能量传输装置应用于大功率场合(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数千瓦甚至数百千瓦，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。

设计高效大功率无线能量传输装置，核心在于线圈和磁体的设计。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，采用四线圈无磁体结构。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，共振频率为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。

无线能量传输装置线圈和磁体设计的主要目标是在保证能量发送装置与能量接收装置之间足够的空气气隙的基础上尽量提高线圈互感耦合系数。目前无线能量传输装置的线圈结构多采用平面盘式并排密绕或螺旋式绕法的形式，这些结构形式不能保证能量发送装置与能量接收装置之间的线圈互感耦合系数达到最优，无线能量传输系统的功率与效率受到了限制。其次，目前无线能量传输装置的线圈结构多缺少高导磁率特性的磁体对无线能量传输装置的磁路进行优化，能量发送装置与能量接收装置之间的线圈互感耦合系数较低，无线能量传输系统的工作功率与效率不高。另外，磁体的布置方式会对线圈互感耦合系数和线圈损耗有很大影响，采用适当的磁体结构可有效提高耦合系数并降低线圈损耗。

中国专利CN102946156A“一种无线电力传输装置”的线圈没有使用高导磁率特性的磁性材料对无线能量传输装置的磁路进行优化，这样的线圈结构使能量发送装置与能量接收装置之间的线圈互感耦合系数较低，无线能量传输系统的工作功率与效率不高。

中国专利CN102280945A“非接触供电装置”的线圈采用平面盘式并排密绕的线圈结构。这种线圈结构正如上文描述的，不能保证能量发送装置与能量接收装置之间的线圈互感耦合系数达到最优值，无线能量传输系统的功率与效率受到了限制。同时，随着传输距离增大或传输线圈间发生水平位置偏移，能量传输系统的功率与效率显著下降。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中能量发送装置与能量接收装置之间的线圈互感耦合系数低、传输距离较近以及磁体数量多、损耗大的缺点，提出一种新的无线能量传输装置线圈和磁体结构。

为解决上述技术问题，本发明无线能量传输装置的线圈采取以下技术方案：

本发明无线能量传输装置包括能量发送装置与能量接收装置两部分，能量发送装置将高频交流电转换为时变电磁场并通过空气气隙耦合到能量接收装置，能量接收装置将耦合过来的时变电磁场转换为高频交流电。能量发送装置由发送线圈和发送磁体组成，能量接收装置由接收线圈和接收磁体组成。无线能量传输装置的能量发送装置和能量接收装置均包括两种结构形式：单线圈结构和双线圈结构。单线圈结构的无线能量传输装置中，能量发送装置由第一发送线圈和第一发送磁体构成，能量接收装置由第一接收线圈和第一接收磁体构成。双线圈结构的无线能量传输装置中，能量发送装置由第二发送线圈、发送放大线圈和第二发送磁体构成，第二发送线圈和发送放大线圈处于同一平面，构成发送线圈组；能量接收装置由第二接收线圈、接收放大线圈和第二接收磁体构成，第二接收线圈和接收放大线圈处于同一平面，构成接收线圈组。