專利名稱：一種無線能量傳輸裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明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：
目前，作為無線能量傳輸應用的最為廣泛的技術是磁感應技術，也是目前國際無線充電聯(lián)盟Qi技術標準所使用的技術，其工作原理是法拉第電磁感應定律，能量在兩個線圈之間通過電磁感應進行傳遞。大致原理是當交變電流通過線圈之后，便會產(chǎn)生交變磁場；而產(chǎn)生的交變磁場又會形成交變電場，進而在線圈上形成電壓；有了電壓之后便會產(chǎn)生電流，可為待充電設備進行充電。這種磁感應技術的優(yōu)點是發(fā)射線圈和接收線圈的體積都可以做得比較小，結構簡單，方便嵌入小型電子設備中，因此目前的無線充電標準Qi采用此技術。但是磁感應技術由于采用的是普通的磁感應耦合，周圍磁場的強度隨距離增加急劇衰減，因此傳輸效率就會隨著距離的增加而迅速下降。這導致有效傳輸距離只有幾個毫米，因此要求帶充電設備緊貼充電板，這樣在很大程度上限制了無線能量傳輸?shù)膽梅秶皯脠龊稀Ａ硗庖环N技術是微波傳輸技術，它采用一個發(fā)射天線和一個接收天線，電磁能量在兩個天線之間通過微波進行傳輸，它的主要技術特征是兩個天線之間的距離遠大于一個電磁波的波長，因此相當于天線的遠場傳播。它需要保證傳播路徑上障礙物盡量少，否則會導致電磁波的反射，致使傳輸效率會極大地降低。同時，由于采用微波頻段，這樣高頻率大功率的電磁波對人體有很大的輻射。最后一種技術是磁耦合諧振式無線能量傳輸技術，這種技術最早是由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 Sol jacic研究小組于2006年11 月在美國AIP工業(yè)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。這種技術區(qū)別于基于普通電磁感應的近場耦合，通過使接收線圈和發(fā)射線圈產(chǎn)生共振來實現(xiàn)能量的無線傳輸。本質(zhì)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(shù)。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。這種磁耦合諧振式無線能量傳輸技術由于發(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)很低的時候獲得比傳統(tǒng)磁感應技術高的多的傳輸效率，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。同時接收線圈的擺放方位自由得多，并且同一個發(fā)射線圈可以為多個接收線圈進行能量傳輸，這突破了磁感應技術中一對一充電的局限。但是這種磁耦合諧振式無線能量傳輸技術結構采用了四個線圈，包括 Drive Loop, Transmitting Loop, Receiving Loop, Load loop。它嚴格要求 Drive Loop 禾口 Transmitting Loop之間有一定的足巨離。同理，Receiving Loop禾口 Load loop之間也要保持一定距離，距離的改變會在很大程度上影響傳輸效率。因此，這種技術在制造和使用上都有一定的難度及不便
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術存在的不足，本發(fā)明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。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下的技術方案來實現(xiàn)本發(fā)明包括功率源、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)到功率源最佳負載阻抗&的效率調(diào)節(jié)發(fā)射網(wǎng)絡 (前者通過效率調(diào)節(jié)發(fā)射網(wǎng)絡后等效阻抗等于后者)，效率調(diào)節(jié)發(fā)射網(wǎng)絡一端連發(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與發(fā)射線圈進行能量耦合的接收線圈和用來將接收負載阻抗4調(diào)節(jié)到接收線圈兩端的效率最佳等效接收阻抗的效率調(diào)節(jié)接收網(wǎng)絡(前者通過效率調(diào)節(jié)接收網(wǎng)絡后等效阻抗等于后者)，效率調(diào)節(jié)接收網(wǎng)絡一端連接收線圈，其另一端連接收負載；功率源最佳負載阻抗\ = Rs+j)(s，接收負載阻抗\ = RL+jXL ；接收線圈兩端的效率最佳等效接收阻抗
權利要求
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)到功率源最佳負載阻抗&的效率調(diào)節(jié)發(fā)射網(wǎng)絡，所述效率調(diào)節(jié)發(fā)射網(wǎng)絡一端連發(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與發(fā)射線圈進行能量耦合的接收線圈和用來將接收負載阻抗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，所述效率調(diào)節(jié)接收網(wǎng)絡一端連接收線圈，其另一端連接收負載； 所述功率源最佳負載阻抗\ = Rs+jXs ； 所述接收負載阻抗\ = 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是功率源最佳負載電阻，Xs是功率源最佳負載電抗，Rl是接收負載電阻，Xl是接收負載電抗，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)權利要求1所述的無線能量傳輸裝置，其特征在于，當效率最佳等效接收電阻接收負載電阻&時，通過所述效率調(diào)節(jié)接收網(wǎng)絡，使接收負載阻抗4等于效率最佳等效接收阻抗Iff ；當效率最佳等效發(fā)射電阻功率源最佳負載電阻Rs時，通過所述效率調(diào)節(jié)發(fā)射網(wǎng)絡，使效率最佳等效發(fā)射阻抗Iqt等于功率源最佳負載阻抗\。
3.根據(jù)權利要求2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)絡和效率調(diào)節(jié)發(fā)射網(wǎng)絡采用的均是A類工作模式效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡。
4.根據(jù)權利要求3所述的無線能量傳輸裝置，其特征在于，所述A類工作模式效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡采用的是兩元件的ALl型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡、AL2型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡、AL3型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡或AL4型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡中的一種、或三元件的APi 1型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡、APi 2型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡、 ΑΡ 3型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡或APi4型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡中的一種，或三元件的ATl型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡、 AT2型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡、AT3型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡、AT4型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡或AT5型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡中的一種。
5.根據(jù)權利要求1所述的無線能量傳輸裝置，其特征在于，當效率最佳等效接收電阻接收負載電阻&時，通過所述效率調(diào)節(jié)接收網(wǎng)絡，使接收負載阻抗4等于效率最佳等效接收阻抗Iff ；當效率最佳等效發(fā)射電阻Rrait >功率源最佳負載電阻Rs時，通過所述效率調(diào)節(jié)發(fā)射網(wǎng)絡，使效率最佳等效發(fā)射阻抗Iqt等于功率源最佳負載阻抗\。
6.根據(jù)權利要求5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)絡和效率調(diào)節(jié)發(fā)射網(wǎng)絡采用的均是C類工作模式效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡。
7.根據(jù)權利要求6所述的無線能量傳輸裝置，其特征在于，所述C類工作模式效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡采用的是兩元件的CLl型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡或CL2型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡中的一種、三元件的 CPil型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡或CPi2型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡中的一種，或三元件的CTl型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡、 CT2型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡、CT3型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡或CT4型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡中的一種。
8.根據(jù)權利要求1所述的無線能量傳輸裝置，其特征在于，當效率最佳等效接收電阻接收負載電阻&時，通過所述效率調(diào)節(jié)接收網(wǎng)絡，使接收負載阻抗4等于效率最佳等效接收阻抗Iff ；當效率最佳等效發(fā)射電阻Rrait =功率源最佳負載電阻Rs時，通過所述效率調(diào)節(jié)發(fā)射網(wǎng)絡，使效率最佳等效發(fā)射阻抗Iqt等于功率源最佳負載阻抗\。
9.根據(jù)權利要求8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)絡和效率調(diào)節(jié)發(fā)射網(wǎng)絡采用的均是B類工作模式效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡。
10.根據(jù)權利要求9所述的無線能量傳輸裝置，其特征在于，所述B類工作模式效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡采用的是一元件的Bl型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡或B2型效率調(diào)節(jié)網(wǎng)絡中的一種。
11.根據(jù)權利要求1至10任意一項所述的無線能量傳輸裝置，其特征在于，所述接收負載可以為待供電設備和/或充電設備。
12.根據(jù)權利要求1至10任意一項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。
全文摘要
本發(fā)明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)到功率源最佳負載阻抗Zs的效率調(diào)節(jié)發(fā)射網(wǎng)絡，效率調(diào)節(jié)發(fā)射網(wǎng)絡一端連發(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與發(fā)射線圈進行能量耦合的接收線圈和用來將接收負載阻抗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，效率調(diào)節(jié)接收網(wǎng)絡一端連接收線圈，其另一端連接收負載。本發(fā)明的傳輸能量不會被周圍的非諧振頻率點上的物體所吸收，擁有良好的傳輸效率；本發(fā)明適用于任何大小的負載和輸出負載的功率源，做到在任何距離下都保持最高佳輸效率。
文檔編號H02J17/00GK102347640SQ201110153970
公開日2012年2月8日 申請日期2011年6月9日 優(yōu)先權日2011年6月9日
發(fā)明者劉碩, 周小陽, 周永春, 崔鐵軍, 楊艷, 陳林輝, 陳錦 申請人:東南大學