CN102510118B

CN102510118B - 无线充电系统

Info

Publication number: CN102510118B
Application number: CN2011103944410A
Authority: CN
Inventors: 金泽谦; 耿军平
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2011-12-02
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2031-12-02
Also published as: CN102510118A

Abstract

一种无线充电系统，包括发射机接发射端同轴电缆的内导体和外导体，发射端同轴电缆的另一端的内导体分别与发射线圈的一端、平板电容第一电极板相连，发射端同轴电缆的外导体和发射线圈的另一端相连并接地；储能模块接接收端同轴电缆的内导体和外导体，该接收端同轴电缆的另一端的内导体分别与所述的接收线圈的一端、平板电容第二电极板相连，接收端同轴电缆的外导体和接收线圈的另一端相连并接地。本发明的发射端和接收端之间通过线圈间的磁场耦合传输电磁能量，同时还通过电容之间的感应电场传输电磁能量，两种方式并行，提高无线能量传输效率，且结构简单，可实现小尺寸、高效率的无线能量传输及无线充电。

Description

无线充电系统

技术领域

本发明涉及无线能量传输技术领域，特别是涉及一种无线充电系统。

背景技术

现有技术中，无线充电在近场通过磁场耦合的方法，或者在远场通过收发天线间电磁波发射－传输－接收的方法。但近场磁场耦合的方法所用线圈尺寸大，传输效率低；远场电磁波传输的方法成本高，且受外界环境的影响大。

经对现有技术的文献检索发现，2007年6月份André Kurs等人在Science（微波与光技术快报）317卷发表了“Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances (通过强磁耦合的无线功率传输)”提出了可在10.56MHz实现超过2m距离以上的功率传输，传输效率40%，但收发两个线圈直径均达到60cm，效率低，作用距离短，很难在实际中用于小型无线终端的充电。

发明内容

本发明的目的在于上述克服现有技术中存在的不足和缺陷，提供一种能在低频时实现高传输效率的无线充电系统，该系统具有小型化，高传输效率的优点。

本发明的基本原理如下：

首先，在低频近场的传输环境，采用两个并联的无线传输通道，其中第一个传输通道采用磁场耦合的方式传输能量；第二个通道采用电场耦合的方式实现无线传输能量。这样，在不增加体积的情况下，使得整个传输通道的效率有很大提高。

第一个通道发射采用一个发射线圈，接收采用一个接收线圈,两个线圈之间通过磁场耦合形成一个很强的互感，从而传输电磁能量。

第二个通道采用平板电容来实现，发射端接平板电容的一极，接收端接平板电容的另一极，电容的两个极板间形成感应电场，从而传输电磁能量。

本发明是通过以下技术方案实现的：信号源（发射机）通过发射端同轴电缆链接到发射线圈两个接头，其中，发射线圈一个接头接发射端同轴电缆内导体，发射线圈另一个接头接发射端同轴电缆外导体，发射端同轴电缆外导体接地。

接收线圈的两个接头通过接收端同轴电缆分别和接收机（或者储能元件，或者耗能元件）的两端相连，其中，接收线圈一个接头接接收端同轴电缆内导体，接收线圈另一个接头接接收端同轴电缆外导体，接收端同轴电缆外导体接地。

所述的发射线圈是由导线绕制成的多匝圆环，圆环的间隔很小。所述的接收线圈是由导线绕制成的多匝圆环，圆环的间隔很小。发射线圈和接收线圈在空间上间隔一定的距离，相对的平行放置，使得发射线圈通电时所产生的磁力线尽可能多的通过接收线圈即可。

同时，从信号源（发射机）引出的发射端同轴电缆的内导体连接到平行板电容的第一个电极板上；从接收机（或者储能元件，或者耗能元件）引出的接收端同轴电缆的内导体连接到平行板电容的第二个电极板上。

平板电容的第一个电极板可以和发射线圈组合放置，平行板电容的第二个电极板可以和接收线圈组合放置，这样可以减少整体尺寸，具体的结构在下面的实施例中讨论。

在接收机（或者储能元件，或者耗能元件）端，采用整流电路，加到储能元件之前，形成直流电能。

本发明的技术效果如下：

和现有技术相比，本发明的有益效果是：由于同时采用了线圈间的互感耦合传输与平行板电容之间的电场耦合传输两种传输方式的并行，使得传输的效率得到很大提高，传输的功率容量也得到增加。

附图说明

图1是本发明无线充电系统的电路原理示意图。

图2是本发明实施例1的连接示意图。

图3是本发明实施例2的线圈与电容的组合方式示意图。

图4是本发明实施例3的线圈与电容的组合方式示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

如图1、图2所示，本实施例包括：发射信号源1，平板电容第一电极板2，平板电容第二电极板3，储能模块4，接收端同轴电缆5，接收线圈6，发射线圈7，发射端同轴电缆8。

发射机1与发射端同轴电缆8连接，发射端同轴电缆8的另一端的内导体和发射线圈7的一个接头连接，发射端同轴电缆8的外导体和发射线圈7的另一个接头连接。

发射端同轴电缆8的内导体还和平板电容第一电极板2连接。

发射端同轴电缆8的外导体接地。

储能模块4与接收端同轴电缆5连接，接收端同轴电缆5的另一端的内导体和接收线圈6的一个接头连接，接收端同轴电缆5的外导体和接收线圈6的另一个接头连接。

接收端同轴电缆5的内导体还和平板电容第二电极板3连接。

接收端同轴电缆5的外导体接地。

如图2所示，所述的接收线圈6和发射线圈7在空间平行放置，间隔l（大约2m），平行板电容第一电极板2和第二电极板3在空间平行放置，间隔l（大约2m）。

当发射机1工作时，电磁能通过发射端同轴电缆8到达发射线圈7和平行板电容的第一电极板2，然后发射线圈7形成磁力线，该磁力线穿过接收线圈6，当发射机发射的电磁信号随时间变化时，就会在接收线圈6中产生感应电动势，并形成感应电流，并与所述的储能模块4形成电流回路，从而为储能模块4充电。另一方面，平行板电容第一电极板2和平板电容第二电极板3也会形成电场，当发射机发射的电磁信号随时间变化时，平行板电容第一电极板2和平板电容第二电极板3之间会产生位移电流，从而导致平板电容第二电极板3上的电荷总量随时间变化，从而产生电流，流向所述的储能模块4。而且，平行板电容第一电极板2、第二电极板3、储能模块4、发射端同轴电缆5、接收端同轴电缆8，以及地面形成电流回路，从而为储能模块4充电。

实施例2：

本实施例的原理和实施例1类似，如图3所示，主要改进是：把平行板电容第一电极板2和发射线圈7组合在一起，同时在平行板电容第一电极板2上开了螺旋状的缝隙。类似的，把平行板电容第二电极板3和接收线圈6组合在一起，同时在平行板电容第二电极板3上开了螺旋状的缝隙。这样保证了发射线圈7和接收线圈6之间的耦合磁力线能穿过缝隙，形成闭合磁力线，同时把平行板电容第一电极板2和平行板电容第二电极板3有足够的面积在它们之间形成感应电场。

仿真结果表明，这样的传输效率可达到60%。

实施例3：

本实施例的原理和实施例1类似，如图4所示，主要改进是：把平行板电容第一电极板2和发射线圈7组合在一起，同时在平行板电容第一电极板2上开了网状的圆形缝隙。类似的，把平行板电容第二电极板3和接收线圈6组合在一起，同时在平行板电容第二电极板3上开了网状的圆形缝隙。这样保证了发射线圈7和接收线圈6之间的耦合磁力线能穿过缝隙，形成闭合磁力线，同时把平行板电容第一电极板2和平行板电容第二电极板3有足够的面积在它们之间形成感应电场。

仿真结果表明，这样的传输效率可达到60%。

Claims

1.一种无线充电系统，其特征是，包括：发射机（1），平板电容第一电极板（2），平板电容第二电极板（3），储能模块（4），接收端同轴电缆（5），接收线圈（6），发射线圈（7），发射端同轴电缆（8），上述部件的连接关系如下：

所述的发射机（1）的两端分别接发射端同轴电缆(8)的内导体和外导体，该发射端同轴电缆(8)的另一端的内导体分别与所述的发射线圈（7）的一端、所述的第一电极板（2）相连，该发射端同轴电缆(8)的外导体和发射线圈（7）的另一端相连并接地；

所述的储能模块（4）的两端分别接接收端同轴电缆（5）的内导体和外导体，该接收端同轴电缆（5）的另一端的内导体分别与所述的接收线圈（6）的一端、所述的第二电极板（3）相连，该接收端同轴电缆（5）的外导体和接收线圈（6）的另一端相连并接地。

2.如权利要求1所述的无线充电系统，其特征是，所述的第一电极板（2）上开螺旋状缝隙或网状的圆形缝隙，将该第一电极板（2）和所述的发射线圈（7）组合在一起，所述的第二电极板（3）上开螺旋状缝隙或网状的圆形缝隙，将该第二电极板（3）和所述的接收线圈（6）组合在一起。

3.如权利要求1或2所述的无线充电系统，其特征是，所述的发射线圈和接收线圈分别是由导线绕制成的多匝圆环，圆环的间隔很小；所述的发射线圈和接收线圈相对的平行放置，且间隔一定的距离。