專利名稱：一種諧振式無線能量傳輸裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種新型的遠距離高效率無線能量傳輸系統，尤其涉及一種新型的結 構簡單、設計方便、非輻射性磁諧振無線能量傳輸串并聯完備電路模型，可應用在無線充電 電子產品或者無線電力傳輸中，以實現在設計要求的距離范圍內顯著提高無線充電效率， 或者保持較高效率情況下極大地增加能量傳輸距離。
背景技術：
磁耦合諧振式無線能量傳輸技術是近兩年提出的世界前沿課題，該技術思路最早 由美國麻省理工學院(MIT)物理系助理教授Marin Soljacic研究小組于2006年11月在 美國AIP工業物理論壇上提出，并于2007年6月進行了實驗驗證，相隔2. 16m隔空將一只 60W燈泡點亮。這是一種全新的技術，區別于基于普通電磁感應的近場耦合，通過使接收線 圈和發射線圈產生共振來實現能量的無線傳輸。本質上，這個過程與量子隧道效應相似，只 是電磁波替代了量子力學中的波函數。該技術可在有障礙物的情況下傳輸，傳輸距離可達 到米級范圍。但目前此方案均采用線圈電感與分離電容串聯來組成LC振蕩回路，在一倍線 圈直徑距離內最高擁有不超過80%的能量傳輸效率。隨著距離增大，傳輸效率迅速下降。 兩倍直徑距離時的能量傳輸效率只有20%左右，大部分能量都耗散在空間中，這使得該方 案目前無法進行實際應用。該方案的另一個缺點是需要初次級線圈共四個，體積龐大，設計 復雜，對于將來設計便攜式無線充電產品是不適用的。發明內容
技術問題本發明的目的是提供一種諧振式無線能量傳輸裝置，該系統能夠進一 步大幅度提高無線能量傳輸的效率，增大傳輸距離；同時具有結構簡單、設計方便的特點。
技術方案本發明的諧振式無線能量傳輸裝置包括高頻發射電源，能量發射線圈， 能量接收線圈和第一電容，第二電容，第三電容，第四電容；其中，能量發射線圈與能量接收 線圈相對放置，能量發射線圈兩端引線并聯一個電容，然后再將這個并聯電路串聯上第一 電容組成發射電路，最后將該發射電路連接高頻發射電源；能量接收線圈兩端引線并聯第 三電容，然后再將這個并聯電路串聯上第四電容組成接收電路，最后將接收電路連接接收 負載。能量傳輸線圈與并聯電容和串聯電容一起形成諧振電路，諧振頻率滿足f _ 1 _ 1
第一電容C1，第二電容C2，第三電容C3,第四電容C4可任意取值，但是對于源和負 載匹配的情況下要滿足Δ = C1Zt2 = C4/C3。
通過設計不同的Δ從而獲得指定距離范圍內的最大傳輸效率；或者在指定的效 率下能夠獲得最遠的傳輸距離。
有益效果與現有技術相比，本發明具有以下優點
1.結構簡單，成本低，應用廣泛。因為本發明是基于一種新型的諧振電路模型，此模型可應用于任何現有無線能量的傳輸電路中，在幾乎不增加成本、不增加系統尺寸和體 積的情況下改善系統性能。
2.小型化。傳統的無線能量傳輸方案要求系統有巨大的Q值，必然需要很大的電 感，因此需要增大線圈的尺寸才能獲得高效率或者遠距離，這對于小型化設計或者用于手 持設備的充電是不利的。本發明能夠降低對Q值的要求，使得小型化遠距離高效率無線能 量傳輸成為可能。
3.高效率和遠距離。將非輻射性磁諧振能量傳輸系統的串聯電路模型和并聯電路 模型相結合，使得此新系統擁有串聯電路和并聯電路模型各自的優點，提高了傳輸效率，增 大了傳輸距離。
4.設計簡單。本發明只需要通過調節串聯電容和并聯電容的大小以及他們之間的 比例，就可以顯著地改變此系統能量傳輸的性能及特點，使得在不同距離下都可獲得最大 的能量傳輸效率。
圖1 本發明的結構示意圖。
其中有，高頻發射電源1，能量發射線圈4，能量接收線圈5、第一電容2，第二電容 3，第三電容6，第四電容7、接收負載8。
圖2 本發明的等效電路圖。
圖3 —倍直徑范圍內本發明系統的仿真結果圖(圖左半部分)和普通諧振電路 的仿真結果圖(圖右半部分)，所采用的線圈直徑為10cm。
圖4:兩倍直徑范圍內本發明系統的仿真結果圖(圖左半部分)和普通諧振電路 的仿真結果圖(圖右半部分)，所采用的線圈直徑為10cm。
具體實施方式
本發明所提出的非輻射性磁諧振串并聯無線能量傳輸系統采用的技術方案如下。 用漆包線繞制成兩個相同的線圈，兩個線圈各并聯一個電容，然后將這兩個并聯電路各串 聯另一個電容，最后將發射線圈連接到高頻發射電源，接收線圈連接接收負載，電路模型如 圖2所示。
所提出的無線能量傳輸系統其特征在于線圈和串聯電容、并聯電容一起形成諧振 回路，其能量傳輸效率滿足
" = |知I2 =4菩令=4.ZiiX^2Zi/令公式 1VS KLKL
其中 ZLS=-1 + JmC4Rl jaC4 + jcoC^ -CO2C3C4R1jaL,+R +1 +JaClRsVjwCx + jcoC2 - ω ClC2Rsj WL2+Rp2 +1 + jmC4RLjcoC4 + jcoC3 - ω C3C4R1+ (D2Ii2LlL2公式權利要求
1.一種諧振式無線能量傳輸裝置，其特征在于該裝置包括高頻發射電源(1)，能量發 射線圈(4)，能量接收線圈(5)和第一電容(2)，第二電容(3)，第三電容(6)，第四電容(7)； 其中，能量發射線圈(4)與能量接收線圈(5)相對放置，能量發射線圈(4)兩端引線并聯一 個電容(3)，然后再將這個并聯電路串聯上第一電容(2)組成發射電路，最后將該發射電路 連接高頻發射電源(1);能量接收線圈(5)兩端引線并聯第三電容(6)，然后再將這個并聯 電路串聯上第四電容(7)組成接收電路，最后將接收電路連接接收負載(8)。
2.根據權利要求1所述的諧振式無線能量傳輸裝置，其特征在于 能量傳輸線圈與并聯電容和串聯電容一起形成諧振電路，諧振頻率滿足 1 0 “ 2^4(q+C2) 2^/￡2(C3+C4)。
3.根據權利要求1所述的諧振式無線能量傳輸裝置，其特征在于第一電容(2)，第二 電容(3)，第三電容(6)，第四電容(7)可任意取值，但是對于源和負載匹配的情況下要滿足
全文摘要
一種基于串并聯電路模型的非輻射性磁諧振能量傳輸系統，由一對全等的線圈和附加電容所組成的電路構成，其特征在于與線圈所連接的電路為串并聯電路模型，即線圈兩頭引線并聯一個電容，然后再將這個并聯電路串聯上另一個電容，最后將發射線圈連接高頻發射電源，接收線圈連接接收負載。此新系統擁有串聯電路和并聯電路模型各自的優點，大幅度提高了傳輸效率，增大了傳輸距離。同時，可以通過調整串聯電容和并聯電容以實現不同距離下的最大能量傳輸效率。
文檔編號H02J17/00GK102044915SQ201110003760
公開日2011年5月4日 申請日期2011年1月10日 優先權日2011年1月10日
發明者劉碩, 周永春, 崔鐵軍, 程強, 陳林輝 申請人:東南大學