[发明专利]一种复合型磁耦合谐振式无线电能传输线圈

说明书

一种复合型磁耦合谐振式无线电能传输线圈，绕制传输线圈采用的传输线其横截面为层状结构：由实心铜质导体、第一绝缘层、铜质导电层、高电导率材料导电层、第二绝缘层复合而成；实心铜质导体构成复合型磁耦合谐振式无线电能传输线圈的激励线圈或负载线圈，铜质导电层与高电导率材料导电层共同构成复合型磁耦合谐振式无线电能传输线圈的发射线圈或接收线圈，由此，使得激励线圈与发射线圈或负载线圈与接收线圈复合为一体。本发明能够在四线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统中降低发射线圈、接收线圈在高频条件下由于集肤效应引起的内阻，提高线圈品质因数，实现电能高效率传输，为微型及小型化器件使用四线圈磁耦合谐振式无线电能传输技术提供便捷。

技术领域

本发明属于无线电能传输领域，具体涉及一种复合型磁耦合谐振式无线电能传输线圈。

背景技术

随着经济社会的发展，电能在人们生活中扮演的角色越来越重要。传统的电能传输往往借助于庞大的输电网络，由于输电线路基本直接暴露在露天环境下，一方面带来了事故频发以及维护困难等一系列难题，同时也造成建设成本大、人力物力投入高等问题。随着科技的进步，越来越多的用电装置，比如植入式、水下装置等等工作环境特殊的设备对于无线电能传输的需求愈加迫切，基于巨大的商用前景，人们一直致力于无线电能传输的研究。目前，使用最广泛、最具有应用价值的中距离、大功率、高效率无线输电技术是磁耦合谐振式无线电能传输（MCR-WPT）技术。

磁耦合谐振式无线电能传输（MCR-WPT）系统主要包括能量发送端和接收端两大模块，核心组成部分是发射线圈、接收线圈与谐振电容。为了实现高效率的能量无线传输，通常接收端与发射端参数相同。当系统进行电能传送时，特定频率的高频交流电使发射线圈与谐振电容构成的LC回路谐振，在中等距离条件下会引起接收端LC回路的谐振，从而将电能源源不断高效地传送到接收端。由于谐振电容一般具有很高的品质因数，其高频损耗可以忽略不计，因此在LC谐振回路中影响系统整体传输效率的主要因素是发射线圈和接收线圈的性能。

目前，普遍使用的磁耦合谐振式无线电能传输线圈基本由铜质漆包线绕成。系统工作时，发射线圈和接收线圈之间通过高频交流电进行电磁耦合。由于铜导线在高频条件下存在集肤效应，使线圈导体有效导电面积大大减小，且高频电阻随频率增加而急剧上升。这不仅增大了线圈内阻，也降低了线圈品质因数，造成系统整体传输效率下降；同时线圈中铜质导体集肤深度以外的部分在高频条件下电流密度极低，导电作用也微乎其微，在一定程度上造成了资源的浪费。

同时，磁耦合谐振式无线电能传输（MCR-WPT）系统一般均采用四线圈结构，即发送端的激励线圈、发射线圈以及接收端的接收线圈、负载线圈。激励线圈与高频电源相连，发射线圈与谐振电容相连构成LC谐振回路；接收线圈与谐振电容相连构成LC谐振回路，负载线圈与整流电路、负载电路相连。激励线圈与发射线圈之间构成松耦合变压器，通过电磁感应原理进行能量传递；接收线圈与负载线圈之间也构成松耦合变压器并通过电磁感应原理进行能量传递。发射线圈与接收线圈之间通过磁耦合谐振原理进行能量无线传输，这种方式下利用电磁隔离手段有效解决了高频电源、整流电路以及负载电路寄生参数对发射端、接收端LC谐振电路调谐的影响。但是，基于移动终端、植入式设备等小型化器件的应用场景，四线圈结构相较于双线圈结构的磁耦合感应式无线电能传输（MCI-WPT）系统由于额外增加了两个线圈，从而对设备空间占用太大，严重限制了磁耦合谐振式无线电力传输技术的使用范围。

发明内容

本发明提供一种复合型磁耦合谐振式无线电能传输线圈，能够在无线电能传输系统中降低发射、接收线圈高频条件下的由于集肤效应引起的内阻，提高线圈品质因数，实现电能高效率传输。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：