一种具有侧移适应性和旋转适应性的无线电能传输装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线电能传输技术领域。
【背景技术】
[0002] 无线电能传输技术是通过非实体介质实现电能传输的一种新型电能技术，而磁親 合谐振式无线电能传输技术最早由MIT的科研小组提出并通过实验装置实现，同时成功点 亮两米处的60W的灯泡。这种技术受到越来越多的学者重视，为实现远程中小功率设备供 电成为了可能。
[0003] 无线电能传输方式一般分为三种：电磁波式无线电能传输、磁场感应式无线电能 传输和磁耦合共振式无线电能传输技术。对于第三种传输方式，现有的磁耦合谐振式无线 电能传输技术对传输系统的发射端和接收端之间大多以平面直绕式线圈为主，其对线圈之 间的相对位置要求比较苛刻，并且接收端自身的角度变化也会影响电能的传输效果，因此 成为了这一技术的进一步应用的障碍。
【发明内容】
[0004] 本发明目的是为了解决现有无线电能传输技术受到接收端位置角度等限制传输 性能较低的问题，提供了一种具有侧移适应性和旋转适应性的无线电能传输装置。
[0005] 本发明所述一种具有侧移适应性和旋转适应性的无线电能传输装置，它包括能量 发射装置和多个能量接收装置；能量发射装置将电能转换为高频的变化磁场，多个能量接 收装置将空间中接收到的磁场转换为电能然后为负载充电；接收端与发射端之间的相对位 置能够自由变化；
[0006] 所述能量发射装置包括直流电源、高频电源、能量激励线圈、能量发射线圈和发射 端谐振电容，直流电源将电流输出至高频电源，高频电源将直流电转换成高频形式的交变 电流，然后将高频形式的交变电流输出至能量激励线圈，能量激励线圈在空间中形成初级 磁场，并为能量发射线圈提供磁场形式的能量，能量发射线圈和发射端谐振电容构成发射 端谐振腔体，在初级磁场的激励下发生谐振，产生用于电能传输的磁场能量；
[0007] 所述能量发射线圈包括三个平面式线圈，三个平面式线圈的空间所在平面两两正 交；
[0008] 每个能量接收装置均包括能量接收线圈、接收端谐振电容、负载线圈和能量处理 电路，能量接收线圈和接收端谐振电容构成接收端谐振腔体，接收端谐振腔体在磁场能量 的作用下产生共振，在能量接收线圈中产生共振磁场，负载线圈在共振磁场内以感应电流 的形式接收磁场能量，负载线圈与能量处理电路相连接，能量处理电路根据负载将负载线 圈中的磁场能量进行转换，实现对负载充电；
[0009] 所述能量接收线圈包括三个平面式线圈，三个平面式线圈的空间所在平面两两正 交；
[0010] 所述高频电源产生的交变电流的工作频率、发射端谐振腔体的固有频率和接收端 谐振腔体的固有频率均相同。
[0011] 本发明的优点：本发明所述的一种具有侧移适应性和旋转适应性的无线电能传输 装置，解决了现有无线电能传输装置中当接收端空间的相对位置和自身角度发生变化时与 磁场能量发生装置之间的耦合系数变小造成接收能量降低的问题。本发明的发射线圈和接 收线圈为三个在空间上相互正交的线圈组合而成，具有三自由度的无指向性。发射线圈能 够在三个维度上产生磁场空间，保证接收端在各个位置都能接收到磁场能量；接收端能够 在任意角度中实现磁场的有效接收。利用这种结构的无线电能传输装置的接收端在较大的 空间位置、任意角度下都能实现电能的稳定传输，并实现对多个用电设备同时供电。进一步 完成对移动式和手持式用电设备的远程供电，方便用户使用。本发明适用于人体植入设备、 便携式移动设备以及无线传感器网络节点的能量供给。
【附图说明】
[0012] 图1是本发明所述一种具有侧移适应性和旋转适应性的无线电能传输装置的结 构示意图；
[0013] 图2是三个平面式线圈所在平面同时为圆形时能量发射线圈的结构示意图；
[0014] 图3是三个平面式线圈所在平面为两个圆形和一个方形时能量发射线圈的结构 示意图；
[0015] 图4是三个平面式线圈所在平面为两个方形和一个圆形时能量发射线圈的结构 示意图；
[0016] 图5是三个平面式线圈所在平面同时为方形时能量发射线圈的结构示意图；
[0017]图6是采用线圈间分布式电容作为谐振电容时的发射端谐振电容和接收端谐振 电容的一种结构示意图；
[0018]图7是采用线圈间分布式电容作为谐振电容时的发射端谐振电容和接收端谐振 电容的另一种结构示意图；
[0019]图8是采用集中式电容器作为谐振电容时的发射端谐振电容和接收端谐振电容 的一种结构示意图；
[0020] 图9是采用集中式电容器作为谐振电容时的发射端谐振电容和接收端谐振电容 的另一种结构不意图；
[0021] 图10是采用集中式电容器作为谐振电容时的发射端谐振电容和接收端谐振电容 的另一种结构示意图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0022] 一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种具有侧移 适应性和旋转适应性的无线电能传输装置，它包括能量发射装置和多个能量接收装置；能 量发射装置将电能转换为高频的变化磁场，多个能量接收装置将空间中接收到的磁场转换 为电能然后为负载10充电；接收端与发射端之间的相对位置能够自由变化；
[0023] 所述能量发射装置包括直流电源1、高频电源2、能量激励线圈3、能量发射线圈4 和发射端谐振电容5,直流电源1将电流输出至高频电源2,高频电源2将直流电转换成高 频形式的交变电流，然后将高频形式的交变电流输出至能量激励线圈3,能量激励线圈3在 空间中形成初级磁场，并为能量发射线圈4提供磁场形式的能量，能量发射线圈4和发射端 谐振电容5构成发射端谐振腔体，在初级磁场的激励下发生谐振，产生用于电能传输的磁 场能量；
[0024] 所述能量发射线圈4包括三个平面式线圈，三个平面式线圈的空间所在平面两两 正交；
[0025] 每个能量接收装置均包括能量接收线圈6、接收端谐振电容7、负载线圈8和能量 处理电路9,能量接收线圈6和接收端谐振电容7构成接收端谐振腔体，接收端谐振腔体在 磁场能量的作用下产生共振，在能量接收线圈6中产生共振磁场，负载线圈8在共振磁场内 以感应电流的形式接收磁场能量，负载线圈8与能量处理电路9相连接，能量处理电路9根 据负载10将负载线圈8中的磁场能量进行转换，实现对负载10充电；
[0026] 所述能量接收线圈6包括三个平面式线圈，三个平面式线圈的空间所在平面两两 正交；
[0027] 所述高频电源2产生的交变电流的工作频率、发射端谐振腔体的固有频率和接收 端谐振腔体的固有频率均相同。
[0028] 本实施方式中，能量发射线圈4和发射端谐振电容5构成谐振腔体结构，由于其固 有频率与交变电流和初级磁场的一致，所以在初级磁场的激励下发生谐振，产生较大的电 流和电压，并产生了用于电能传输的传输磁场。
[0029] 本实施方式中，能量发射线圈4包括三个平面式线圈，三个平面式线圈的空间所 在平面两两相互正交，工作时在三个方向上形成空间磁场，对于在磁场有效范围内的接收 端都能接收到传输磁场。接收端与发射端之间的相对位置能够自由变化。
[0030] 本实施方式中，所述能量发射装置中的高频电源2可以与能量激励线圈3相连接， 也可以直接与发射端谐振腔体相连接。能量接收装置中的能量处理电路9可以与负载线圈 8相连接，也可以与接收端谐振腔体相连接。
【具体实施方式】 [0031] 二：本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述构成能量发射线 圈4或能量接收线圈6的三个平面式线圈，线圈之间均通过抽头采用串联、并联或混和联接 的方式连接。
【具体实施方式】 [0032] 三：本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述能量激励线圈3 在空间上位于能量发射线圈4的内部或外部，负载线圈8在空间上位于能量接收线圈6的 内部或外部。
【具体实施方式】 [0033] 四：下面结合图6-图10说明本实施方式，本实施方式对实施方式一 作进一步说明，发射端谐振电容5和接收端谐振电容7的结构相同，均采用集中式电容器或 线圈间的