[发明专利]一种基于多匝线圈的无线电能传输系统

说明书

本发明涉及一种基于多匝线圈的无线电能传输系统，其特征在于：包括电源、发射线圈、谐振电路和H桥变换器；三线圈结构无线电能传输系统，源线圈不占用发射线圈和接收线圈之间的空间，且源阻抗因源线圈的存在而变得更小，能够有效提高无线电能传输系统的效率；三线圈结构的无线电能传输系统具有能够提高系统最大效率点附近的负载变化强度的优点；绕制的复合型磁耦合谐振式无线电能传输线圈采用的是多层复合结构的传输线，从而将发射线圈与激励线圈或接收线圈与负载线圈复合为一体，能够最大程度上减少发射线圈与激励线圈或接收线圈与负载线圈之间的气隙，使它们相互之间的互感或者耦合系数可以实现最大化，将传输过程中的能量损失降至最低。

技术领域

本发明涉及无线电能传输技术领域，尤其涉及一种基于多匝线圈的无线电能传输系统。

背景技术

随着电动汽车和消费类电子产品的发展，如何对产品进行方便、快捷的充电越来越成为一个亟需解决的问题。传统的充电方式需要导线连接电源和用电器，具有易磨损、易产生电火花等缺点；无线电能传输（WPT）技术因其无需充电线、方便、便捷的优点而获得越来越多的关注。该技术在便携式电子设备、电动汽车、植入式医疗设备等多个领域均具有极大的应用前景。

目前，磁耦合共振式无线电能传输技术被认为是最有效和最具有发展潜力的WPT技术，该技术利用两个或多个具有相同谐振频率的电磁系统，通过工作于特定频率的LC谐振电路产生电磁谐振，高频电能以无线的方式从系统发射端传递到接收端，经接收端整流装置进行整流后提供给负载使用。

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。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于多匝线圈的无线电能传输系统，能够解决一般的无线电能传输系统的耦合线圈相对位置灵活性差、能量损失较大等问题，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，本发明的技术方案为：一种基于多匝线圈的无线电能传输系统，其创新点在于：包括电源、发射线圈、谐振电路和H桥变换器；

所述电源的输出端连接在H桥变换器的输入端，所述H桥变换器的输出端连接在谐振电路的输入端上；所述谐振电路的输出端连接在发射线圈上，所述发射线圈为三线圈结构；

所述发射线圈采用的传输线其横截面为层状结构：由内向外依次由实心铜质导体、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；所述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，所述铜质导电层与高电导率材料导电层共同构成所述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。

进一步的，所述谐振电路包括发射端LC谐振电路；所述发射端LC谐振电路包括源线圈以及第一电容，且源线圈与第一电容串联。

进一步的，所述实心铜质导体横截面为圆形或矩形。

进一步的，所述第一绝缘层和第二绝缘层均由聚酯亚胺制成。

本发明的优点在于：

1）本发明中三线圈结构无线电能传输系统，源线圈不占用发射线圈和接收线圈之间的空间，且源阻抗因源线圈的存在而变得更小，能够有效提高无线电能传输系统的效率。与传统的双线圈结构相比，三线圈结构的无线电能传输系统具有能够提高系统最大效率点附近的负载变化强度，有效防止因线圈未对准而引起的电流应力和电磁辐射，有效降低因负载电阻偏差而引起的能量损失的优点。