[发明专利]一种千瓦级无线电能传输方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线电能传输领域，是一种中等距离的大功率无线电能传输方法，具体涉及一种千瓦级共振式无线电能传输方法，其可应用于无线电车充电或者特殊需要无线电能的场合，可以实现中等距离范围内千瓦级功率电能的无线传输。

背景技术

当前几乎所有的千瓦级用电设备都在使用有形介质(如：金属导线、电线电缆)作为主要连接才能进行电力能量传输，即使是短距离电力传输(如：机器人、电动汽车)，也要经过电源线连接，使得需要以电力作为动力的电器设备，其使用受到各个充电站或有线电源的影响。如果使用无线电能传输技术及装置，实现不受外物或周围环境影响的有效电力传输，就可以通过无线的传输方式来达到电力的传输，那么在使用这些电器设备时，就更加方便。另外，在一些特殊的应用场所，如水下作业、医用植入设备、无线传感器网络等不方便或不能使用导线供电的场合都具有非常实际的应用价值。

目前无线电能传输主要有三种方式：电磁感应式，电磁共振式和电磁辐射式。电磁感应式，一般采用带磁芯的变压器初级端和带磁芯的变压器次级端，通过两个磁芯电磁场的紧耦合进行电能传递，传递的电能能量等级高，电能传输距离短，在几个厘米范围内；电磁共振式，通过采用初级线圈和次级线圈的磁场松耦合进行电能传递，传输距离一般在几个厘米至几十个厘米之间，属于中等距离的电能传输，电能传输的能量等级较高；电磁辐射式，采用的频率等级很高，通常为几十MHz，传输的距离远，能达到米级，通常能够传递几十至几百瓦的电能。

中国专利申请CN200610124129.9提供了一种感应耦合式无线电能传输装置，其包括能量发送器，无接触变压器和能量接收器，所述能量发送器包括整流滤波电路、高频逆变电路和用于产生合适频率和脉宽信号的控制电路，输入的工频市电首先经整流滤波电路产生高压直流供给高频逆变电路，高频逆变电路将电能转换成高频交流电输出到无接触变压器初级端；无接触变压器的初、次级磁芯为彼此分隔，线圈分别绕制在对应磁芯上；能量接收器包括补偿电路、整流滤波电路和用于控制电流或电压稳定输出的PWM控制电路，补偿电路接收到无接触变压器次级端感应耦合的能量后经过整流滤波电路和PWM控制电路形成稳定输出。但其传输效果不佳。该专利中由于变压器带有磁芯，因此电能传输距离短，只能在几厘米范围内传输电能，无法实现中等距离的电能传输。

中国专利申请CN200910166188.6提供了一种不需要直接电导接触就可传输电能的系统，所述系统包括初级单元、与所述初级单元分离的至少一个次级装置、以及电能传输面，所述电能传输面被形成和设置为使得当所述系统在使用中时，次级装置可以被放置到在所述面上或靠近所述面以接收电能，其中：所述初级单元具有场生成装置，布置在所述电能传输面处或平行于所述电能传输面，用于在所述面的电能传输区域之上生成电磁场；所述次级装置或每个所述次级装置包括至少一个电导体，当所述次级装置处于所述电能传输面上或靠近所述电能传输面时，所述场生成装置生成的所述电磁场与所述至少一个电导体耦合，并感应出电流，在所述导体中流动；所述电能传输区域大于由所述次级装置覆盖的所述面的区域，所述场分布在所述电能传输区域上，使得当将次级装置以关于垂直于所述面的轴的至少一个旋转方位放置在电能传输区域内的任一位置的面上或沿通过所述电能传输区域内的任何这样的位置的所述面的法线放置在所述面附近时，该次级装置能够接收来自所述初级单元的电能；以及所述场生成装置包括一个或多个传导件，用于产生磁通量，并且还包括设置在基本上全部的所述电能传输区域处或之下的磁性材料，所述磁性材料用于与由所述传导件产生的磁通量进行耦合并将所述磁通量分布为平行于所述电能传输面，使得在所述面处或在距离所述面给定距离处且在可应用于有关位置的预定工作方向上测量的所述电磁场的场强在所述电能传输区域内的基本上所有的所述位置上均具有基本均匀的大小。该专利结构较为复杂，传输区域内的电流小，传输的电能能量等级低，无法实现中等距离范围内大功率的电能传输。

此外，无线电能传输技术是一种非接触式电能传输技术。根据电能传输理论，随着科技进步及社会需求，无线电能传输技术得到极大发展，共振式无线电能传输技术近年来越来越成为人们关注的焦点，国内外众多学者都在研究这个课题。2006年美国麻省理工学院物理系助理教授Marin Soljacic的研究小组，将相隔2.16米的一只60W灯泡点亮。该方案传输的距离比较远，但是能量等级比较低。

为了更加便利于生产及现实生活的需要，亟需一种能够承载大功率电能传输的设备或方法。

发明内容