專利名稱：一種無線能量傳輸裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種能量傳輸裝置，具體涉及一種無線能量傳輸裝置。
背景技術(shù)：
目前，作為無線能量傳輸應(yīng)用的最為廣泛的技術(shù)是磁感應(yīng)技術(shù)，也是目前國(guó)際無線充電聯(lián)盟Qi技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)所使用的技術(shù)，其工作原理是法拉第電磁感應(yīng)定律，能量在兩個(gè)線圈之間通過電磁感應(yīng)進(jìn)行傳遞。大致原理是當(dāng)交變電流通過線圈之后，便會(huì)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)；而產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)又會(huì)形成交變電場(chǎng)，進(jìn)而在線圈上形成電壓；有了電壓之后便會(huì)產(chǎn)生電流，可為待充電設(shè)備進(jìn)行充電。這種磁感應(yīng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)射線圈和接收線圈的體積都可以做得比較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便嵌入小型電子設(shè)備中，因此目前的無線充電標(biāo)準(zhǔn)Qi采用此技術(shù)。但是磁感應(yīng)技術(shù)由于采用的是普通的磁感應(yīng)耦合，周圍磁場(chǎng)的強(qiáng)度隨距離增加急劇衰減，因此傳輸效率就會(huì)隨著距離的增加而迅速下降。這導(dǎo)致有效傳輸距離只有幾個(gè)毫米，因此要求帶充電設(shè)備緊貼充電板，這樣在很大程度上限制了無線能量傳輸?shù)膽?yīng)用范圍及應(yīng)用場(chǎng)合。另外一種技術(shù)是微波傳輸技術(shù)，它采用一個(gè)發(fā)射天線和一個(gè)接收天線，電磁能量在兩個(gè)天線之間通過微波進(jìn)行傳輸，它的主要技術(shù)特征是兩個(gè)天線之間的距離遠(yuǎn)大于一個(gè)電磁波的波長(zhǎng)，因此相當(dāng)于天線的遠(yuǎn)場(chǎng)傳播。它需要保證傳播路徑上障礙物盡量少，否則會(huì)導(dǎo)致電磁波的反射，致使傳輸效率會(huì)極大地降低。同時(shí)，由于采用微波頻段，這樣高頻率大功率的電磁波對(duì)人體有很大的輻射。最后一種技術(shù)是磁耦合諧振式無線能量傳輸技術(shù)，這種技術(shù)最早是由該技術(shù)思路最早由美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)物理系助理教授MarinSol jacic研究小組于2006年11月在美國(guó)AIP工業(yè)物理論壇上提出，并于2007年6月進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，相隔2. 16m隔空將一只60W燈泡點(diǎn)亮。這種技術(shù)區(qū)別于基于普通電磁感應(yīng)的近場(chǎng)耦合，通過使接收線圈和發(fā)射線圈產(chǎn)生共振來實(shí)現(xiàn)能量的無線傳輸。本質(zhì)上，這個(gè)過程與量子隧道效應(yīng)相似，只是電磁波替代了量子力學(xué)中的波函數(shù)。該技術(shù)可在有障礙物的情況下傳輸，傳輸距離可達(dá)到米級(jí)范圍。這種磁耦合諧振式無線能量傳輸技術(shù)由于發(fā)射線圈和接收線圈之間是共振耦合，因此可以在耦合系數(shù)很低的時(shí)候獲得比傳統(tǒng)磁感應(yīng)技術(shù)高的多的傳輸效率，使得有效傳輸距離大大增加，周邊的非諧振物體的存在也幾乎不影響傳輸效率。同時(shí)接收線圈的擺放方位自由得多，并且同一個(gè)發(fā)射線圈可以為多個(gè)接收線圈進(jìn)行能量傳輸，這突破了磁感應(yīng)技術(shù)中一對(duì)一充電的局限。但是這種磁耦合諧振式無線能量傳輸技術(shù)結(jié)構(gòu)采用了四個(gè)線圈，包括 Drive Loop, Transmitting Loop, Receiving Loop, Load loop。它嚴(yán)格要求 Drive Loop 禾口 Transmitting Loop之間有一定的距離。同理，Receiving Loop禾口 Load loop之間也要保持一定距離，距離的改變會(huì)在很大程度上影響傳輸效率。因此，這種技術(shù)在制造和使用上都有一定的難度及不便
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實(shí)用新型目的是提供一種不受傳輸距離及障礙物的限制、易于制造及使用且傳輸效率高的無線能量傳輸裝置。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型是通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型包括功率源、發(fā)射裝置和接收裝置；發(fā)射裝置包括發(fā)射線圈和用來將發(fā)射線圈兩端的效率最佳等效發(fā)射阻抗調(diào)節(jié)到功率源最佳負(fù)載阻抗&的效率調(diào)節(jié)發(fā)射網(wǎng)絡(luò)(前者通過效率調(diào)節(jié)發(fā)射網(wǎng)絡(luò)后等效阻抗等于后者)，效率調(diào)節(jié)發(fā)射網(wǎng)絡(luò)一端連發(fā)射線圈，其另一端連功率源；接收裝置包括通過交變電磁場(chǎng)與發(fā)射線圈進(jìn)行能量耦合的接收線圈和用來將接收負(fù)載阻抗4調(diào)節(jié)到接收線圈兩端的效率最佳等效接收阻抗Iff的效率調(diào)節(jié)接收網(wǎng)絡(luò)(前者通過效率調(diào)節(jié)接收網(wǎng)絡(luò)后等效阻抗等于后者)，效率調(diào)節(jié)接收網(wǎng)絡(luò)一端連接收線圈，其另一端連接收負(fù)載；功率源最佳負(fù)載阻抗& = Rs+j)(s，接收負(fù)載阻抗& = Rl+j'XL ；接收線圈兩端的效率最佳等效接收阻抗
權(quán)利要求1. 一種無線能量傳輸裝置，其特征在于，包括功率源、發(fā)射裝置和接收裝置； 所述發(fā)射裝置包括發(fā)射線圈和用來將發(fā)射線圈兩端的效率最佳等效發(fā)射阻抗Zrait調(diào)節(jié)到功率源最佳負(fù)載阻抗&的效率調(diào)節(jié)發(fā)射網(wǎng)絡(luò)，所述效率調(diào)節(jié)發(fā)射網(wǎng)絡(luò)一端連發(fā)射線圈， 其另一端連功率源；所述接收裝置包括通過交變電磁場(chǎng)與發(fā)射線圈進(jìn)行能量耦合的接收線圈和用來將接收負(fù)載阻抗4調(diào)節(jié)到接收線圈兩端的效率最佳等效接收阻抗Iff的效率調(diào)節(jié)接收網(wǎng)絡(luò)，所述效率調(diào)節(jié)接收網(wǎng)絡(luò)一端連接收線圈，其另一端連接收負(fù)載； 所述功率源最佳負(fù)載阻抗\ = Rs+jXs ； 所述接收負(fù)載阻抗\ = RL+jXL ； 所述接收線圈兩端的效率最佳等效接收阻抗所述效率最佳等效發(fā)射阻抗其中，Rs是功率源最佳負(fù)載電阻，Xs是功率源最佳負(fù)載電抗，Rl是接收負(fù)載電阻，Xl是接收負(fù)載電抗，k是發(fā)射線圈和接收線圈之間的耦合系數(shù)，ω是整個(gè)無線能量傳輸裝置的工作角頻率，Lt是發(fā)射線圈自感，Rpt是發(fā)射線圈損耗電阻，k是接收線圈自感，Rlff是接收線圈損耗電阻，Reqr是效率最佳等效接收電阻，Xeqr是效率最佳等效接收電抗，Reqt是效率最佳等效發(fā)射電阻，Xeqt是效率最佳等效發(fā)射電抗，j是虛數(shù)單位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線能量傳輸裝置，其特征在于，所述效率調(diào)節(jié)接收網(wǎng)絡(luò)和效率調(diào)節(jié)發(fā)射網(wǎng)絡(luò)采用的均是A類工作模式效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)；所述A類工作模式效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)采用的是兩元件的ALl型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)、AL2型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)、AL3型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)或AL4 型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)中的一種、或三元件的APil型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)、APi2型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)、APi3 型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)或APi4型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)中的一種，或三元件的ATl型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)、AT2 型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)、AT3型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)、A1M型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)或AT5型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線能量傳輸裝置，其特征在于，所述效率調(diào)節(jié)接收網(wǎng)絡(luò)和效率調(diào)節(jié)發(fā)射網(wǎng)絡(luò)采用的均是C類工作模式效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)；所述C類工作模式效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)采用的是兩元件的CLl型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)或CL2型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)中的一種、三元件的CPil 型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)或CPi2型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)中的一種，或三元件的CTl型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)、CT2型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)、CT3型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)或CT4型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線能量傳輸裝置，其特征在于，所述效率調(diào)節(jié)接收網(wǎng)絡(luò)和效率調(diào)節(jié)發(fā)射網(wǎng)絡(luò)采用的均是B類工作模式效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)；所述B類工作模式效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)采用的是一元件的Bl型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)或B2型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述的無線能量傳輸裝置，其特征在于，所述接收負(fù)載可以為待供電設(shè)備和/或充電設(shè)備。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述的無線能量傳輸裝置，其特征在于，所述功率源采用的是射頻電源。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種無線能量傳輸裝置，包括功率源、發(fā)射裝置和接收裝置；發(fā)射裝置包括發(fā)射線圈和用來將發(fā)射線圈兩端的效率最佳等效發(fā)射阻抗Zeqt調(diào)節(jié)到功率源最佳負(fù)載阻抗Zs的效率調(diào)節(jié)發(fā)射網(wǎng)絡(luò)，效率調(diào)節(jié)發(fā)射網(wǎng)絡(luò)一端連發(fā)射線圈，其另一端連功率源；接收裝置包括通過交變電磁場(chǎng)與發(fā)射線圈進(jìn)行能量耦合的接收線圈和用來將接收負(fù)載阻抗ZL調(diào)節(jié)到接收線圈兩端的效率最佳等效接收阻抗Zeqr的效率調(diào)節(jié)接收網(wǎng)絡(luò)，效率調(diào)節(jié)接收網(wǎng)絡(luò)一端連接收線圈，其另一端連接收負(fù)載。本實(shí)用新型的傳輸能量不會(huì)被周圍的非諧振頻率點(diǎn)上的物體所吸收，擁有良好的傳輸效率；適用于任何大小的負(fù)載和輸出負(fù)載的功率源，做到在任何距離下都保持最高佳輸效率。
文檔編號(hào)H02J17/00GK202206194SQ201120192619
公開日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月9日
發(fā)明者劉碩, 周小陽(yáng), 周永春, 崔鐵軍, 楊艷, 陳林輝, 陳錦 申請(qǐng)人:東南大學(xué)