专利名称：一种无线能量传输装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能量传输装置，具体涉及一种无线能量传输装置。
背景技术：
目前，作为无线能量传输应用的最为广泛的技术是磁感应技术，也是目前国际无线充电联盟Qi技术标准所使用的技术，其工作原理是法拉第电磁感应定律，能量在两个线圈之间通过电磁感应进行传递。大致原理是当交变电流通过线圈之后，便会产生交变磁场；而产生的交变磁场又会形成交变电场，进而在线圈上形成电压；有了电压之后便会产生电流，可为待充电设备进行充电。这种磁感应技术的优点是发射线圈和接收线圈的体积都可以做得比较小，结构简单，方便嵌入小型电子设备中，因此目前的无线充电标准Qi采用此技术。但是磁感应技术由于采用的是普通的磁感应耦合，周围磁场的强度随距离增加急剧衰减，因此传输效率就会随着距离的增加而迅速下降。这导致有效传输距离只有几个毫米，因此要求带充电设备紧贴充电板，这样在很大程度上限制了无线能量传输的应用范围及应用场合。另外一种技术是微波传输技术，它采用一个发射天线和一个接收天线，电磁能量在两个天线之间通过微波进行传输，它的主要技术特征是两个天线之间的距离远大于一个电磁波的波长，因此相当于天线的远场传播。它需要保证传播路径上障碍物尽量少，否则会导致电磁波的反射，致使传输效率会极大地降低。同时，由于采用微波频段，这样高频率大功率的电磁波对人体有很大的辐射。最后一种技术是磁耦合谐振式无线能量传输技术，这种技术最早是由该技术思路最早由美国麻省理工学院(MIT)物理系助理教授Marin Sol jacic研究小组于2006年11 月在美国AIP工业物理论坛上提出，并于2007年6月进行了实验验证，相隔2. 16m隔空将一只60W灯泡点亮。这种技术区别于基于普通电磁感应的近场耦合，通过使接收线圈和发射线圈产生共振来实现能量的无线传输。本质上，这个过程与量子隧道效应相似，只是电磁波替代了量子力学中的波函数。该技术可在有障碍物的情况下传输，传输距离可达到米级范围。这种磁耦合谐振式无线能量传输技术由于发射线圈和接收线圈之间是共振耦合，因此可以在耦合系数很低的时候获得比传统磁感应技术高的多的传输效率，使得有效传输距离大大增加，周边的非谐振物体的存在也几乎不影响传输效率。同时接收线圈的摆放方位自由得多，并且同一个发射线圈可以为多个接收线圈进行能量传输，这突破了磁感应技术中一对一充电的局限。但是这种磁耦合谐振式无线能量传输技术结构采用了四个线圈，包括 Drive Loop, Transmitting Loop, Receiving Loop, Load loop。它严格要求 Drive Loop 禾口 Transmitting Loop之间有一定的足巨离。同理，Receiving Loop禾口 Load loop之间也要保持一定距离，距离的改变会在很大程度上影响传输效率。因此，这种技术在制造和使用上都有一定的难度及不便
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种不受传输距离及障碍物的限制、易于制造及使用且传输效率高的无线能量传输装置。为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现本发明包括功率源、发射装置和接收装置；发射装置包括发射线圈和用来将发射线圈两端的效率最佳等效发射阻抗调节到功率源最佳负载阻抗&的效率调节发射网络 (前者通过效率调节发射网络后等效阻抗等于后者)，效率调节发射网络一端连发射线圈， 其另一端连功率源；接收装置包括通过交变电磁场与发射线圈进行能量耦合的接收线圈和用来将接收负载阻抗4调节到接收线圈两端的效率最佳等效接收阻抗的效率调节接收网络(前者通过效率调节接收网络后等效阻抗等于后者)，效率调节接收网络一端连接收线圈，其另一端连接收负载；功率源最佳负载阻抗\ = Rs+j)(s，接收负载阻抗\ = RL+jXL ；接收线圈两端的效率最佳等效接收阻抗
权利要求
1. 一种无线能量传输装置，其特征在于，包括功率源、发射装置和接收装置； 所述发射装置包括发射线圈和用来将发射线圈两端的效率最佳等效发射阻抗Zrait调节到功率源最佳负载阻抗&的效率调节发射网络，所述效率调节发射网络一端连发射线圈， 其另一端连功率源；所述接收装置包括通过交变电磁场与发射线圈进行能量耦合的接收线圈和用来将接收负载阻抗4调节到接收线圈两端的效率最佳等效接收阻抗Iff的效率调节接收网络，所述效率调节接收网络一端连接收线圈，其另一端连接收负载； 所述功率源最佳负载阻抗\ = Rs+jXs ； 所述接收负载阻抗\ = RL+jXL ； 所述接收线圈两端的效率最佳等效接收阻抗所述效率最佳等效发射阻抗其中，Rs是功率源最佳负载电阻，Xs是功率源最佳负载电抗，Rl是接收负载电阻，Xl是接收负载电抗，k是发射线圈和接收线圈之间的耦合系数，ω是整个无线能量传输装置的工作角频率，Lt是发射线圈自感，Rpt是发射线圈损耗电阻，k是接收线圈自感，Rlff是接收线圈损耗电阻，Reqr是效率最佳等效接收电阻，Xeqr是效率最佳等效接收电抗，Reqt是效率最佳等效发射电阻，Xeqt是效率最佳等效发射电抗，j是虚数单位。
2.根据权利要求1所述的无线能量传输装置，其特征在于，当效率最佳等效接收电阻接收负载电阻&时，通过所述效率调节接收网络，使接收负载阻抗4等于效率最佳等效接收阻抗Iff ；当效率最佳等效发射电阻功率源最佳负载电阻Rs时，通过所述效率调节发射网络，使效率最佳等效发射阻抗Iqt等于功率源最佳负载阻抗\。
3.根据权利要求2所述的无线能量传输装置，其特征在于，所述效率调节接收网络和效率调节发射网络采用的均是A类工作模式效率调节网络。
4.根据权利要求3所述的无线能量传输装置，其特征在于，所述A类工作模式效率调节网络采用的是两元件的ALl型效率调节网络、AL2型效率调节网络、AL3型效率调节网络或AL4型效率调节网络中的一种、或三元件的APi 1型效率调节网络、APi 2型效率调节网络、 ΑΡ 3型效率调节网络或APi4型效率调节网络中的一种，或三元件的ATl型效率调节网络、 AT2型效率调节网络、AT3型效率调节网络、AT4型效率调节网络或AT5型效率调节网络中的一种。
5.根据权利要求1所述的无线能量传输装置，其特征在于，当效率最佳等效接收电阻接收负载电阻&时，通过所述效率调节接收网络，使接收负载阻抗4等于效率最佳等效接收阻抗Iff ；当效率最佳等效发射电阻Rrait >功率源最佳负载电阻Rs时，通过所述效率调节发射网络，使效率最佳等效发射阻抗Iqt等于功率源最佳负载阻抗\。
6.根据权利要求5所述的无线能量传输装置，其特征在于，所述效率调节接收网络和效率调节发射网络采用的均是C类工作模式效率调节网络。
7.根据权利要求6所述的无线能量传输装置，其特征在于，所述C类工作模式效率调节网络采用的是两元件的CLl型效率调节网络或CL2型效率调节网络中的一种、三元件的 CPil型效率调节网络或CPi2型效率调节网络中的一种，或三元件的CTl型效率调节网络、 CT2型效率调节网络、CT3型效率调节网络或CT4型效率调节网络中的一种。
8.根据权利要求1所述的无线能量传输装置，其特征在于，当效率最佳等效接收电阻接收负载电阻&时，通过所述效率调节接收网络，使接收负载阻抗4等于效率最佳等效接收阻抗Iff ；当效率最佳等效发射电阻Rrait =功率源最佳负载电阻Rs时，通过所述效率调节发射网络，使效率最佳等效发射阻抗Iqt等于功率源最佳负载阻抗\。
9.根据权利要求8所述的无线能量传输装置，其特征在于，所述效率调节接收网络和效率调节发射网络采用的均是B类工作模式效率调节网络。
10.根据权利要求9所述的无线能量传输装置，其特征在于，所述B类工作模式效率调节网络采用的是一元件的Bl型效率调节网络或B2型效率调节网络中的一种。
11.根据权利要求1至10任意一项所述的无线能量传输装置，其特征在于，所述接收负载可以为待供电设备和/或充电设备。
12.根据权利要求1至10任意一项所述的无线能量传输装置，其特征在于，所述功率源采用的是射频电源。
全文摘要
本发明公开了一种无线能量传输装置，包括功率源、发射装置和接收装置；发射装置包括发射线圈和用来将发射线圈两端的效率最佳等效发射阻抗Zeqt调节到功率源最佳负载阻抗Zs的效率调节发射网络，效率调节发射网络一端连发射线圈，其另一端连功率源；接收装置包括通过交变电磁场与发射线圈进行能量耦合的接收线圈和用来将接收负载阻抗ZL调节到接收线圈两端的效率最佳等效接收阻抗Zeqr的效率调节接收网络，效率调节接收网络一端连接收线圈，其另一端连接收负载。本发明的传输能量不会被周围的非谐振频率点上的物体所吸收，拥有良好的传输效率；本发明适用于任何大小的负载和输出负载的功率源，做到在任何距离下都保持最高佳输效率。
文档编号H02J17/00GK102347640SQ201110153970
公开日2012年2月8日 申请日期2011年6月9日 优先权日2011年6月9日
发明者刘硕, 周小阳, 周永春, 崔铁军, 杨艳, 陈林辉, 陈锦 申请人:东南大学