[发明专利]一种无线电能传输系统自谐振线圈

说明书

本发明公开了一种无线电能传输系统自谐振线圈，该自谐振线圈由并绕的内线圈和外线圈组成，利用内外线圈之间的分布寄生电容来代替一般无线电能传输系统中使用的一系列电容器进行电抗补偿，从而在所需频率上可以进行谐振，达到提升系统功率传输能力和效率的目的。本发明通过自谐振线圈的设置可以使无线电能传输电抗补偿不再需要外接一系列电容器，对减小无线电能传输系统的体积、改善系统耐压、提高系统功率密度和集成化发展具有重要意义。

技术领域

本发明涉及无线电能传输技术，尤其涉及一种无线电能传输系统自谐振线圈的结构。

背景技术

在未来越来越多的领域，无线电能传输技术势必要取代传统有线方式传能。无线电能传输有磁谐振耦合、电场耦合、微波、激光和超声波等耦合方式，其中，磁谐振耦合是目前的主要耦合方式。对于磁谐振耦合无线电能传输技术，发射端和接收端线圈都需要进行谐振以同时补偿发射端和接收端的电抗。普通无线电能传输线圈的自谐振频率往往很高，直接利用线圈自身高频杂散电容进行谐振的系统稳定性和可控性很不理想，因此传统的补偿方式常常需要线圈外接一系列电容器形成LC谐振器进行谐振。然而外界串联的电容器常常占据很大一部分的体积，使无线电能传输系统的工作场合受到空间的限制，影响到系统的功率密度。因此，本发明提供一种自谐振线圈结构，能够增大线圈自身寄生电容到外接电容器的电容值，从而用线圈自身寄生电容替代外接电容器，能够减小无线电能传输系统的体积，很好地弥补外接电容器的缺陷，并且顺应了集成化发展趋势，具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明提供一种无线电能传输系统自谐振线圈结构，该线圈不需要外接电容器进行电抗补偿，目的是克服磁谐振耦合无线充电系统中使用外接电容器进行电抗补偿存在的缺点。

本发明所采用的技术方案如下：

一种无线电能传输系统自谐振线圈，所述自谐振线圈无需外接电容器即可实现电抗补偿，包括并列绕制的内线圈和外线圈，具体为将内线圈导线、外线圈导线并列进行绕制获得内、外线圈导线分匝交替排列的双线圈，内线圈导线构成内线圈、外线圈导线构成外线圈，其中内线圈导线、外线圈导线均具有绝缘层，所述自谐振线圈的两个接线端子为内线圈的内圈端部及外线圈外圈端部，或者为外线圈的内圈端部及内线圈的外圈端部。

进一步的，所述自谐振线圈还包括绝缘基板，所述双线圈设于所述绝缘基板上并固定。绝缘基板给线圈提供物理支撑和电气绝缘。

进一步的，作为发射边线圈时，所述自谐振线圈的两个接线端子与外部前级逆变电路交流输出端相接；作为接收边线圈时，自谐振线圈的两个接线端子与外部后级整流电路交流输入端相接。当发射边、接收边均采用自谐振线圈时，要求发射边线圈和接收边线圈自谐振频率相同，并且与发射边的逆变电路、接收边的整流电路开关频率相同。

进一步的，线圈导线为任意材料、形态和粗细规格的带绝缘层的导线。

进一步的，所述自谐振线圈为任意形状的线圈。

进一步的，所述的自谐振线圈可以为空芯或含有磁芯的线圈。

进一步的，所述内外线圈间距包括任意尺寸的间距，间距减小时自谐振线圈的分布寄生电容会增大，自谐振频率会减小，间距增大时自谐振线圈的绝缘性能会增强。但最优选的绕制采用密绕方式，即内线圈导线、外线圈导线交替紧密排列。

具体绕制时可以使用粘合剂，且内、外线圈之间的介质可以为绝缘层、空气、粘合剂，介质的不同会影响到自谐振线圈分布寄生电容的大小和损耗的大小。

本发明的有益效果是：

本发明的自谐振线圈不需要使用外接一系列电容器对线圈电抗进行补偿，通过设计线圈自身寄生电容电感，即可将线圈自身的谐振频率控制在无线充电系统需要的频率上，与外接补偿电容器具有同样补偿电抗的作用，能够提高系统功率传输能力和效率。相对于使用一系列外接电容器的补偿方法，本发明能够减小无线电能传输系统的体积，能够改善系统耐压，有益于提高系统功率密度和集成化发展。