[实用新型]一种新型无线电能传输全向三维发射线圈装置

说明书

技术领域

本实用新型属于无线电能传输领域，特别是涉及到一种新型无线电能传输全向三维发射线圈装置。

背景技术

自从1840年发现利用电磁感应现象及导线可以传输电能至今，电能的传输主要是由导线直接接触进行传输的。电工设备的充电一般是通过插头和插座来进行，但是在进行大功率充电时，这种充电方式存在高压触电的危险。且由于存在摩擦和磨损，系统的安全性、可靠性及使用寿命较低，特别是在化工、采矿等一些易燃、易爆领域，极易引发大的事故。新型无接触电能传输系统采用电磁感应原理、电力电子技术以及控制理论相结合，实现了电能的无线传输，完全克服了以上限制。根据电能传输原理，无线电能传输大致上可以分为三类：第一类是变压器原理的直接耦合式，这种方式功率虽然较大，但是仅适于近距离；第二类电波无线能量传输技术，直接利用电磁波能量可以通过天线发射和接收的原理，这种方式虽然实现了长距离和大功率能量的传输，但是能量传输受方向限制，也不能绕过障碍物，并且损耗较大，对人体和其它生物都有严重伤害；第三类是非辐射耦合谐振方式，该技术可以在有障碍物的情况下传输，传输距离也比较远，传输功率也较大，而且对人体没有伤害。

2007年，MIT的研究人员采用高频电磁谐振耦合方式实现了电能的中程无线传输，在间隔2m距离给60W灯泡供电时效率约为40％。这一重大进展又激起了国内外研究人员对磁耦合谐振式无线电能传输技术的兴趣，众多学者在提高传输功率和效率，以及传输距离等方面进行了深入的研究。然而无线电能传输技术在应用过程中其电能传输效率与稳定性受到两方面的制约:一是发射线圈与接收线圈空间位置变化带来的传输稳定性问题；二是在保证传输稳定的前提下希望无线电能传输系统的体积尽可能的小。在传统无线电能传输系统中，接收线圈与发射线圈对方向较为敏感，在单个方向上可以获得足够的传输功率，但方向改变时传输功率急剧下降，故其多为平行放置。然而在实际应用中，对于单源多负载系统及任意空间位置的接收机构，接收线圈和磁场的相对空间关系会发生变化，接收线圈的平面法向就会出现和磁场方向不平行甚至垂直的情况，那么接收线圈中的传输特性会随两线圈平面法向夹角的变化而变化，降低了系统的传输稳定性。如若要在任意空间位置条件下稳定的传输能量，又势必要增加发射线圈与接收线圈的体积。

目前对改善任意空间传输稳定性的研究多限制在二维平面内，对于三维空间灵活稳定传输的研究成果也存在很多弊端，如非同轴的多米诺骨牌谐振线圈阵列及自旋转式发射线圈装置，虽实现了多方向的稳定电能传输，但多数量的中继线圈及复杂的结构限制了灵活性与可控性，且没有从根本上改善任意方向传输稳定性。

如何在满足稳定传输能量的条件下减小系统体积并实现全向电能传输成为提高无线电能传输系统性能的关键。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提出一种新型无线电能传输全向三维发射线圈装置，此类型的发射装置能提升无线电能传输系统的自由度与灵活性，提高传输系统磁场的空间均匀性，减少接收系统对发射系统的依赖性，实现单源多负载系统及任意空间位置的接收装置的稳定电能传输。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：一种新型无线电能传输全向三维发射线圈装置，以三维立体结构作为发射线圈的承载机构；所述三维立体结构为多面体，所述多面体的每个面都放置平面螺旋线圈；所述平面螺旋线圈包括共同构成电磁发射部分的单匝激励线圈和多匝发射线圈；所述单匝激励线圈并连或串联接于高频电源。

进一步的，所述平面螺旋线圈中，单匝激励线圈位于平面中心，多匝发射线圈位于单匝激励线圈的外围，每匝线圈的几何中心均位于同一点。

进一步的，所述平面螺旋线圈中，多匝发射线圈位于平面中心，单匝激励线圈位于多匝发射线圈的外围，每匝线圈的几何中心均位于同一点。

更进一步的，所述平面螺旋线圈中，每匝线圈都为多边形或圆形。

再进一步，所述平面螺旋线圈中，每匝线圈都为与所在面对应的多边形。

进一步的，所述三维立体结构为正多面体。

进一步的，所述三维立体结构为由多边形组成的三维球体。

进一步的，所述三维立体结构为空心结构，便于电磁发射部分与导线之间的连接。

进一步的，所述高频电源设置在底座上。