[实用新型]无线电能传输装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种能量传输装置，特别涉及一种以磁耦合谐振方式工作的无线能量传输装置。

背景技术

当前用电装置通常使用有线连接进行电能的传输，电能的有线传输在某些场合无法满足应用的需要。能量的无线传输具有自己的特点，适合在不能使用导线供电的场合使用，如适合水下作业、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使用。

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技术和感应耦合能量传输技术。

电磁波能量传输技术是通过天线发送和接收，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在能量传输路径上不能有障碍物的遮挡，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能量传输。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。

目前成为研究热点的磁耦合谐振式无线能量传输技术，克服了感应耦合能量传输技术中所存在的传输距离短的缺点，但存在传输效率较低等问题。

现有的磁耦合谐振式无线能量传输技术通常使用具有发射线圈和发射电容的单个谐振发射回路与相隔一定距离设置的具有接收线圈和接收电容的单个谐振接收回路进行同频率的谐振工作，使能量从该谐振发射回路传递给谐振接收回路，其中，谐振接收回路和谐振发射回路的谐振频率分别为f₀₁、f₀₂，它们分别符合如下条件：

     

其中，L₀₁、C₀₁分别为接收线圈的自感量和接收电容的电容量，L₀₂、 C₀₂分别为发射线圈的自感量和发射电容的电容量。

发明内容

本实用新型的目的是要提供一种传输效率较高的无线电能传输装置。本实用新型的另一目的是要使该种高传输效率的装置紧凑化。

为了实现本实用新型的目的，本实用新型提供了一种无线电能传输装置，该种无线电能传输装置，它由高频电源、发射装置、接收装置和负载所组成，发射装置与接收装置被设置成相隔一定的距离以无线的方式传输电能，其特征在于，发射装置包括具有第一发射线圈和第一发射电容的第一谐振发射回路和具有第二发射线圈和第二发射电容的第二谐振发射回路，第一发射线圈与第二发射线圈之间的耦合系数大于0.5；接收装置包括具有第一接收线圈和第一接收电容的第一谐振接收回路和具有第二接收线圈和第二接收电容的第二谐振接收回路，第一接收线圈与第二接收线圈之间的耦合系数大于0.5；高频电源通过带磁芯的变压器与第一谐振发射回路和第二谐振发射回路进行能量耦合；负载通过带磁芯的变压器与第一谐振接收回路和第二谐振接收回路进行能量耦合；设定的第一谐振发射回路的第一谐振发射频率为f₁₁，设定的第二谐振发射回路的第二谐振发射频率为f₂₂，设定的第一谐振接收回路的第一谐振接收频率为f₃₃，设定的第二谐振接收回路的第二谐振接收频率为f₄₄，第一谐振发射频率f₁₁、第二谐振发射频率f₂₂、第一谐振接收频率f₃₃和第二谐振接收频率f₄₄都与高频电源的工作频率相同，并且分别符合如下条件：

      

       

其中，L₁₁和C₁₁分别为第一谐振发射回路的总自感和总电容，L₂₂和C₂₂分别为第二谐振发射回路的总自感和总电容，L₃₃和C₃₃分别为第一谐振接收回路的总自感和总电容，L₄₄和C₄₄分别为第二谐振接收回路的总自感和总电容，M₁₂为第一发射线圈与第二发射线圈之间的互感，M₃₄为第一接收线圈与第二接收线圈之间的互感。

大家知道，两个线圈之间的耦合系数等于两个线圈之间的互感量与该两个线圈各自的自感量的乘积的平方根之比。因此，第一接收线圈与第二接收线圈之间的耦合系数等于第一接收线圈与第二接收线圈之间的互感量与第一接收线圈与第二接收线圈各自的自感量的乘积的平方根之比。