[发明专利]磁感应无线电能传输线圈及磁感应式无线电能传输系统

说明书

本发明提出了磁感应无线电能传输线圈及磁感应式无线电能传输系统，该系统中的发射线圈和接收线圈采用了新型的线圈形式，该线圈由两个独立的互不连接的平面螺旋结构构成。两个平面螺旋结构所在平面相互平行，绕线方向相反。两个平面螺旋结构分别接至高频交流电源或负载的两极。相比于传统磁感应无线能量传输线圈结构，本结构无需外接补偿电路，在能量发射端，可直接接在交流供电电源上，在能量接收端，可直接接在交流负载或者整流电路上。采用本线圈结构组成的磁感应无线电能传输系统由于没有补偿电路，其结构更加简单紧凑、可靠性更高，在无线实时供能以及无线充电领域具有很大的工程应用前景。

技术领域

本发明涉及无线电能传输领域，尤其涉及磁感应无线电能传输线圈及磁感应式无线电能传输系统。

背景技术

磁感应无线电能传输是一种采用交变磁场进行无线电能传输的方法。由于磁场不与电介质发生作用，因此在潮湿环境中、周围有人类活动的使用环境中以及人体内部采用磁感应原理的无线电能传输是高度安全可靠的。因此，它非常适合许多应用，例如：非接触式电动汽车充电、可植入医疗设备供电以及水下或危险环境中的各种应用。

传统磁感应无线电能传输系统的结构包括交流电源，负载，功率传输线圈及其补偿电路。交流电源驱动发射线圈，在其周围产生交变磁场。根据电磁感应原理，接收线圈在磁场中感应出交变电动势，进而将交流电能传输给负载。由于线圈的阻抗呈感性，因此会在传输系统中形成大量的无功功率，为了获得较高的功率传输效率，需要在交流电源和发射线圈之间以及接收线圈和负载之间加入补偿电路，以消除无功功率。但是，补偿电路会增加电路复杂度并降低系统可靠性。另外，不可避免地，补偿电路本身具有一定的损耗，从而降低了整个功率传输系统的效率。因此，迫切需要一种无需补偿电路即可工作的磁感应式无线电能传输结构。

发明内容

本发明的目的在于提供磁感应无线电能传输线圈及磁感应式无线电能传输系统，其在工作频率的阻抗特性呈现出电抗为0的特性，即该线圈的阻抗特性与连接了补偿电路的传统线圈一致。因此，该线圈可以直接连接在交流电源或者负载上，无需额外加入补偿电路。所提出的线圈是由两个反对称的平面螺旋线构成的，它们布置在两个平行的层中，并且彼此之间没有电气连接。两个反对称的平面螺旋线构成该线圈的电感，而由于两者之间电气隔离，因此会在形成等效寄生电容。本发明提出的新型线圈结构的工作频率即为上述电感与电容的谐振频率。增加线圈的圈数将增大线圈的自感，因此线圈的工作频率会降低；减小两个反对称平面螺旋线之间的距离将增大线圈的等效寄生电容，因此线圈的工作频率会降低。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：磁感应无线电能传输线圈，其包括两个反对称的螺旋线圈及其引线；

两个反对称的螺旋线圈之间相互电气隔离且处于不同的平面内；

两个反对称的螺旋线圈均设置有两个端点，其中外侧或者内侧端点连接引线、另一端点留空。

本发明提供的磁感应无线电能传输线圈中，作为一种选择，构成线圈的平面螺旋线为阿基米德螺旋线；作为另一种选择，构成线圈的平面螺旋线为对数旋螺旋线。

本发明提供的磁感应无线电能传输线圈中，作为一种选择，构成线圈的平面螺旋线使用印刷电路板工艺制作；作为另一种选择，构成线圈的平面螺旋线使用柔性电路板工艺制作。作为一种选择，构成线圈的平面螺旋线使用单股实心金属线绕制而成；作为另一种选择，构成线圈的平面螺旋线使用单股空心金属线绕制而成；作为另一种选择，构成线圈的平面螺旋线使用多股金属线绕制而成。作为一种选择，构成线圈的平面螺旋线使用多股(包含2股至2000股)金属线绕制而成；作为另一种选择在于，构成线圈的平面螺旋线使用漆包金属线绕制而成；再一种选择在于，构成线圈的平面螺旋线使用丝包金属线绕制而成。

本发明提供的磁感应无线电能传输线圈中，两个反对称的螺旋线圈由金属导体制成。

本发明提供的磁感应无线电能传输线圈中，两个反对称的螺旋线圈的绕线方向相反。