[发明专利]一种基于磁谐振耦合无线电能传输系统的收发线圈结构

说明书

本发明公开了一种基于磁谐振耦合无线电能传输系统的收发线圈结构，包括用于无线电能发射的发射模块和用于无线电能接收的接收模块；发射模块为平板型结构，其正面设置有处于同一平面的第一发射谐振线圈和激励线圈，其背面设置有第二发射谐振线圈和用于连接激励线圈的微带线；接收模块为平板型结构，其正面为接收谐振线圈，背面为寄生谐振线圈。本发明采用平面化结构，通过印刷电路板的制板方式来进行加工，同时采用线圈共面设计，激励线圈采用多匝线圈设计，增加了磁耦合谐振线圈之间的耦合系数，增强了系统的传输效率，可以实现多个电子设备的无线充电和供电要求。

技术领域

本发明属于无线电能传输技术领域，具体涉及一种基于磁谐振耦合无线电能传输系统的收发线圈结构的设计。

背景技术

随着电子信息技术和自动化控制技术的不断发展，各式各样的家电设备和消费电子产品、移动通信设备等已得到了广泛普及，然而传统的家用电器依赖电源线和电源插座之间的有线连接来实现供电，采用内置电池的电子设备也需要充电线与电源插座之间的有线连接来进行充电，因此我们随处能看到为这些电子设备提供电能供给的电线。这些电线不仅占据了我们的活动空间，限制了设备使用的方便性，而且产生了安全用电的隐患。所以，随着人们对可以完全无线使用的便携式设备和绿色能源系统的需求的不断增长，对于无线能量传输技术的研究和应用迅速成为国内外学术界和工业界的焦点。

目前，该技术已逐渐被应用于人们日常生活中的低功耗电子产品中，替代原有的电源线来实现对设备的无线充电，给人们的生活带来额外的便利，例如基于磁感应耦合技术的无线充电牙刷和无线充电毯。然而无线能量传输技术的应用价值和市场潜力远远不止于此，例如无线能量传输技术在智能家居领域的应用将颠覆传统家电及移动通信设备、电子消费产品的使用模式，以住宅为平台，利用中距离无线能量传输技术、隐藏布线技术以及自动控制技术彻底移除家居生活区域内所有电源线，对设备进行无线充电或者持续电能供给，提升家居安全性、便利性、舒适性和艺术性，构建高效、环保、节能的居住环境。另外，对于生物医学领域中的可用于诊疗的可植入医疗设备来说，考虑到对其进行有线持续供电或充电的不方便性、不可行性甚至高危险性，无线能量传输技术的应用也显得极为重要和关键。

发明内容

本发明的目的是为了给便携式计算机、通讯产品、消费电子产品和LED照明设备提供一个稳定、高效的无线充电或无线电能供给方案，提出了一种基于磁谐振耦合无线电能传输系统的收发线圈结构。

本发明的技术方案为：一种基于磁谐振耦合无线电能传输系统的收发线圈结构，包括用于无线电能发射的发射模块和用于无线电能接收的接收模块；发射模块为平板型结构，其正面设置有处于同一平面的第一发射谐振线圈和激励线圈，其背面设置有第二发射谐振线圈和用于连接激励线圈的微带线；第一发射谐振线圈和第二发射谐振线圈相连构成发射谐振线圈；接收模块为平板型结构，其正面为接收谐振线圈，背面为寄生谐振线圈。

本发明的有益效果是：本发明基于磁谐振耦合无线能量传输方案，采用了平面印刷电路板来加工收发模块的线圈结构，实现了系统的小型化和集成化，极大的降低了系统的生产、安装和维护的成本。由本发明提供的发射模块和接收模块组成的无线能量传输系统可以实现传输距离为20mm-60mm、传输效率大于50％的无线电能传输。

优选地，第一发射谐振线圈和激励线圈均为带缺口的矩形螺旋环形线圈；第一发射谐振线圈位于所在平面的外圈，激励线圈位于所在平面的内圈；激励线圈为多匝线圈；第一发射谐振线圈包括从外到内设置的第一匝线圈、第二匝线圈和第三匝线圈；第一匝线圈上分别设置有第一连接点和谐振电容连接端口，第三匝线圈上设置有第二连接点，激励线圈上设置有电磁能量输入端口和第三连接点；第二发射谐振线圈上设置有第四连接点和第五连接点，微带线上设置有第六连接点；第一连接点和第四连接点之间设置有通孔，第二连接点和第五连接点之间设置有通孔，第三连接点和第六连接点之间设置有通孔。