一種無線電力傳輸裝置制造方法及圖紙

一種無線電力傳輸裝置，由平行放置的發射線圈（10）、發射端放大線圈（20）、接收端放大線圈（30）、接收線圈（40）四個線圈構成，四個線圈都并聯可變的諧振補償電容（C1、C2、C3、C4）。所述的發射線圈（10）與發射端放大線圈（20）構成發射裝置，接收端放大線圈（30）與接收線圈（40）構成接收裝置。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種大功率高效率的無線電力傳輸設備。
技術介紹
無線電力傳輸應用前景廣泛，但現有的無線電力傳輸裝置功率小，效率低，傳輸距離很近，主要應用于電子設備充電場合，這種技術很難在大功率場合使用。無線電力傳輸應用于如大功率場合(如電動汽車充電)意義重大,也是近年來的研究熱點。但這種應用場合要求無線電力傳輸功率至少達到KW級，這個級別的功率傳輸必須要求有很高的輸電效率，否則不僅會產生巨大的能量損失，裝置的散熱也是一個很難解決的問題。現有的無線電力傳輸方案無法滿足這種大功率場合。 2006年11月美國麻省理工學院(MIT)物理系助理教授MarinSoljacic研究小組提出了磁耦合諧振技術，并于2007年6月進行了實驗驗證，相隔2. 16m隔空將一只60W燈泡點亮，效率為40%。但60W的功率傳輸仍然遠遠不能滿足大功率場合KW級的功率需求，而且文章中所提到的IOMHz左右的工作頻率也也給無線電力傳輸裝置中的大功率開關電源功率的設計帶來了困難。磁I禹合諧振技術提出后，許多基于這種技術的無線電力傳輸方案相繼被提出，它們的一個共同特點為為了改善性能，將線圈工作在諧振點上。但當線圈并聯諧振補償電容時，如果線圈和并聯電容工作在諧振點上，它所承受的電壓將非常高，這給設備的絕緣能力提出了更高的要求。中國專利申請CN 102227860A “非接觸電力傳輸裝置及其設計方法”采用麻省理工學院(MIT)的設計結構，將第二線圈和第三線圈工作在諧振狀態，諧振頻率為2 7MHz，將這種結構用在大功率的場合將產生以下3個問題1.如此高頻率的大功率開關電源設計困難；2.第一線圈和第四線圈與其它線圈的互感會對諧振點造成干擾；3.如果第二線圈和第三線圈完全工作在諧振點上，這兩個線圈以及這兩個線圈并聯電容的電壓將會非常高。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是提供一種大功率的無線電力傳輸裝置，以解決當前無線電力傳輸技術很難應用于大功率場合(如電動汽車充電)的問題。為解決上述技術問題，本專利技術提供了一種大功率的無線電力傳輸裝置，包括高頻電源、負載、發射線圈、發射端放大線圈、接收端放大線圈、接收線圈以及這四個線圈上并聯的諧振補償電容。發射線圈與發射端放大線圈構成發射裝置，接收端放大線圈與接收線圈構成接收>J-U ρ α裝直。所述的發射線圈、發射端放大線圈、接收端放大線圈和接收線圈大小相同，平行放置。四個線圈的中心位于同一中心軸線上，依次擺放順序為發射線圈一發射端放大線圈一接收端放大線圈一接收線圈，或接收線圈一接收端放大線圈一發射端放大線圈一發射線圈。發射線圈與發射端放大線圈之間的距離，以及接收線圈和接收端放大線圈之間的距離較近，小于10mm。發射端放大線圈和接收端放大線圈之間的距離較大,在IOOmm至500mm之間。所述的發射線圈、發射端放大線圈、接收端放大線圈和接收線圈這四個線圈均為空心線圈，可采用圓形或正方形、六邊形、八邊形等正多邊形形狀。線圈繞制成多匝，可繞成螺旋狀也可以繞成盤狀。線圈可采用單股漆包線、多股漆包線繞制，漆包線材質可為銅、銀、鍍銀銅線等。四個線圈均并聯諧振補償電容，以放大磁場，提高線圈之間的磁場耦合程度。各個線圈與各自并聯的諧振補償電容構成的LC電路。所述的LC電路不一定工作于固有諧振點，根據發射功率和距離，可以在諧振點附近進行調節。發射線圈與其諧振補償電容的固有諧振頻率，以及接收線圈與其諧振補償電容的固有諧振頻率離諧振點較遠；發射端放大線圈與其諧振補償電容的固有諧振頻率，以及接收端放大線圈與其諧振補償電容的固有諧振頻率較為靠近諧振點。 本專利技術無線電力傳輸裝置可工作在20KHz至500KHZ頻率之間。可以根據無線電力傳輸的功率和傳輸距離、本裝置前端串聯高頻交流電源的輸出阻抗、本裝置后端串聯負載的阻抗、各線圈允許的最大電壓值等因素來調節無線電力傳輸裝置中各線圈的并聯補償電容值、線圈匝數、線圈尺寸，使無線電力傳輸裝置達到最佳工作點。本無線電力傳輸裝置工作時，發射線圈將本裝置前端串聯的高頻電源輸出的電能轉化為磁場能量，并通過磁場耦合原理將能量傳遞至發射端放大線圈，發射端放大線圈利用其低阻抗的特性，將磁場放大并傳遞至接收端放大線圈，接收端放大線圈利用其低阻抗的特性，將接收到的磁場進一步放大，并通過磁場耦合傳遞給接收線圈，接收線圈將磁場能量轉化為電能輸出至負載。發射線圈和發射端放大線圈利用各自的諧振補償電容，有效提高相互間的耦合程度，并將電能轉化為磁場能發射出去。接收端放大線圈和接收線圈利用各自的諧振補償電容，有效接收到的磁場能并轉化為電能。發射線圈、發射端放大線圈、接收端放大線圈、接收線圈均起到了磁場放大作用，各自的放大倍數可以通過各個并聯諧振補償電容進行調整，并聯諧振補償電容與線圈電感的固有諧振頻率與電源頻率越接近，線圈對磁場的放大倍數越高。線圈放大倍數提高將增加線圈的電流和并聯電容的電壓，給本無線電力傳輸裝置工作的安全穩定帶來威脅，為此提出了在滿足功率傳輸要求的前提下，通過降低各線圈的放大倍數，降低各線圈的電流和電壓。有益效果與現有的無線電力傳輸技術相比，本專利技術具有如下優點I.工作頻率低。同類技術工作頻率大多在數MHZ甚至數十MHZ，如此高頻率的大功率開關電源設計困難，而本專利技術的最高設計頻率為500KHZ，這種頻率的開關電源設計簡單，輸出功率大，效率高。2.對各部件的耐壓能力和設備的絕緣要求降低。本專利技術從無線電力傳輸裝置的安全和穩定角度出發設計，大大降低了無線電力傳輸裝置各部分的電壓值，降低了絕緣成本。3.傳輸距離遠。傳輸距離為IOOmm至500mm之間。4.傳輸功率大，效率高。能傳輸數KW的電能，效率達到85%以上。附圖說明圖I是本裝置的結構圖，圖中10發射線圈，Cl第一并聯諧振補償電容器，11高頻交流電源，20發射端放大線圈，C2第二并聯諧振補償電容器，30接收端放大線圈，C3第三并聯諧振補償電容器，40接收線圈，C4第四并聯諧振補償電容器，41負載。圖2為本裝置的電路原理圖。具體實施例方式如圖I所示，本專利技術裝置由4個帶諧振補償電容的線圈構成，線圈之間以氣隙耦合，發射線圈前端有高頻交流電源11，接收線圈后端接負載41。 發射線圈10與發射端放大線圈20構成發射裝置，接收端放大線圈30與接收線圈40構成接收裝置。作為一種實施例，將發射線圈10、發射端放大線圈20、接收端放大線圈30、接收線圈40等4個線圈都繞成直徑為500mm的螺旋狀線圈。線圈由多股漆包線繞成，發射線圈10和接收線圈40繞制匝數為2匝，發射端放大線圈20與接收端放大線圈30繞制匝數為5匝。發射線圈10與發射端放大線圈20之間的距離小于5mm，同樣，接收線圈40與接收端放大線圈30之間的距離小于5mm。發射端放大線圈20與接收端放大線圈30之間的距離為250mm。4個所述的線圈平行放置，4個所述的線圈的中心位于同一軸線上。當然，這種結構僅僅是一種范例，線圈的大小，形狀、匝數、距離、材料可以根據實際情況不同而調整。如圖2所示，將市電經過變頻后得到的高頻交流電壓輸入發射線圈10，接收線圈40的后端接負載41。通過調節發射線圈10上的第一并聯諧振補償電容Cl、發射端放大線圈20上的第二并聯諧振補償電容C2、接收端放大線圈30上的第三并聯諧振補償電容C本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種無線電力傳輸裝置，其特征在于所述的無線電力傳輸裝置包括并聯有第一并聯諧振補償電容器（C1）的發射線圈（10），并聯有第二并聯諧振補償電容器（C2）的發射端放大線圈（20），并聯有第三并聯諧振補償電容器（C3）的接收端放大線圈（30），以及并聯有第四并聯諧振補償電容器（C4）的接收線圈（40）；電能由串聯在所述裝置前端的高頻電源（11）流向發射線圈（10），發射端放大線圈（20），接收端放大線圈（30）和接收線圈（40），供串聯在所述裝置后端的負載（41）使用；所述的發射線圈（10）與發射端放大線圈（20）構成發射裝置，接收端放大線圈（30）與接收線圈（40）構成接收裝置。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：廖承林，王麗芳，李均鋒，鄧凱，
申請(專利權)人：中國科學院電工研究所，
類型：發明
國別省市：