CN108808891A - 一种混合中继的无线能量传输装置 - Google Patents

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林先其
吴唅唅
李立江
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Chengdu Ruidexing Wireless Technology Co Ltd
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
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    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type

Abstract

本发明公开了一种混合中继的无线能量收发装置，包括发射板、接收板、以及n个谐振单元构成的中继谐振回路，发射板和第一谐振线圈紧邻或内外套筒式的放置；接收板与第n个谐振单元的第二中继线圈紧邻或内外套筒式的放置，发射板和接收板的端口加载有调节谐振频率的匹配谐振电容，每个谐振单元的两个线圈之间加载有调节谐振频率的匹配谐振电容，保证发射板、接收板以及中继谐振回路的振荡频率相同。本发明可用于取代内外套筒式的金属触点式的连接，其优点在于当套筒发生伸缩或者需要插拔时不会有安全隐患，且传输的效率较高，提高了用电设备的安全性，线圈和控制电路均采用平面印刷结构，有利于加工，容易集成，体积小，同时成本较低。

Description

一种混合中继的无线能量传输装置
技术领域
本发明属于无线能量传输技术领域，特别是涉及一种混合中继的无线能量传输装置。
背景技术
近些年来，无线能量传输技术已经成为国内外学术研究和工业应用的焦点，随着磁谐振无线充电技术的提出，让中短距离的无线能量传输成为了可能。而且有线连接的传统电能传输方式有明显的缺点，主要体现在有线布置繁杂连接不方便，同时影响美观，电缆线的老化容易发生安全隐患等。无线能量传输技术则可以解决这些问题，其安全性、方便性、美观性和舒适性受到很多消费者的青睐。目前无线电能传输的方式主要分为磁感应耦合、磁谐振耦合和微波输能三种，磁感应耦合无线充电是目前最成熟的技术，其具有较高的能量传输效率，但是充电距离太近；微波输能利用电磁波辐射传递能量，其传输距离可以达到数米到数十米，但是存在电磁辐射，并且效率很低；磁谐振耦合兼有以上两种技术的优点，可以实现中距离无线能量传输并且具有较高的效率，所以该技术是目前学术界和工业界研究的重点。
目前市场上无线电能传输主要研究应用领域包括中小功率的手机和平板电脑无线充电，例如三星手机磁感应无线充电和微鹅科技的磁共振无线充电；智能家居中台灯和风扇等设备无线供电，中大功率的电动汽车和移动机器人无线充电等。无线供电技术正在逐步改善我们的生活，其在市场上的拓展应用正在快速发展，并且具有光明的发展前景。
磁谐振耦合无线能量传输技术因其独特的优势成为目前研究应用的重点，在传统的应用中，通常是为了解决将有线的连接转化为无线连接的问题，当只需要解决将部分接头处的有线连接转化为无线连接且接头较多的问题时。显然传统的无线电能传输技术并不能很好的解决这个问题。特别是涉及到多节套筒式用金属片接触供电的时候。此时套筒的伸缩会带来金属的摩擦产生火花十分的不安全。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种混合中继的无线能量传输装置，为某些特定的接头处为有线接触方式供电的实现无线供电，并且通过此种方式进行的无线电能传输效率十分高。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种混合中继的无线能量传输装置，包括发射板、中继谐振回路、接收板，所述的发射板的线圈紧邻中继谐振回路一端的线圈或者内外套筒式的放置，中继谐振回路另一端的线圈紧邻接收板的线圈或内外套筒式的放置。通过两个接口处磁场的强耦合作用，实现了电能的无线传输。
本发明的优点和有益效果：
(1)本发明的桶形螺旋线圈由“利兹线”绕制而成，当两个“利兹线”线圈紧邻放置时，由于磁场的强耦合作用，接头处的无线电能传输效率十分高。线圈之间的能量传输效率明显优于印刷于电路板上面的铜制线圈，能量的损耗较小，由于“利兹线”的高耐压性，用“利兹线”作为发射、接收以及中继谐振回路的线圈时，还可以应用到大功率用电设备上
(2)本发明的无线能量传输装置采用低频磁共振技术，相比高频磁共振技术，其频率辐射较低，更加安全，且利兹线线圈之间具有较大的耦合系数，当接头处的两个线圈相距一段距离时效率不会显著下降。
(3)本发明的混合中继的无线能量传输装置可以实线当多个接头处需要实现无线电能传输且接头之间使用有线的情况，该方案比直接使用多中继线圈的方案效率更高且成本较低。
本发明的目的、特征及优点将结合实施例，参照附图作如下进一步的说明。
附图说明
图1是本发明的总体结构示意图。
图2是本发明的中继谐振回路模块。
图3是本发明的发射模块。
图4是本发明的接收模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明：如图1的总体结构展开示意图所示，一种混合中继的无线能量传输装置，包括发射模块、中继谐振回路、接收模块。中继谐振回路放置于发射模块和接收模块之间，中继谐振回路的第一谐振单元的第一谐振线圈和发射模块的第一桶形线圈紧邻或内外套筒式的放置，中继谐振回路的第n个谐振单元的第二中继谐振线圈和接收模块的第二桶形螺旋线圈紧邻或者内外套筒式的放置。
进一步的，如图2中继谐振回路的结构示意图所示，所述2由n个中继谐振单元构成，每个谐振单元由第一中继线圈、第二中继线圈、第一匹配电容构成；所述中继线圈的直径为5cm，线圈10匝，电感为6μH，由直径大小为2.2mm的丝包利兹线绕制而成，每根丝包利兹线里面包含250根直径为0.1mm的细小漆包线；第一谐振电容为130nF的薄膜电容，所述第一中继线圈和第二中继线圈之间加载第一匹配电容而构成闭合回路，并且谐振于频率点130KHz。
进一步的，如图3发射板的结构示意图所示，所述发射板由第一桶形螺旋线圈、第一谐振电容和发射电路板构成；所述第一桶形螺旋线圈大小尺寸为直径5cm，线圈20匝，电感为15uH，由直径大小为2.2mm的丝包利兹线绕制而成，每根丝包利兹线里面包含250根直径为0.1mm的细小漆包线；第一谐振电容为100nF的薄膜电容；所述第一桶形螺旋线圈放置于紧邻中继谐振回路第一个谐振单元的第一谐振线圈的位置，发射模块谐振于频率点130KHz。
进一步的，如图4接收板的结构示意图所示，所述接收板由第二桶形螺旋线圈、第二谐振电容和接收电路板构成；所述第二桶形螺旋线圈大小尺寸为直径5cm，线圈20匝，电感为15uH，由直径大小为2.2mm的丝包利兹线绕制而成，每根丝包利兹线里面包含250根直径为0.1mm的细小漆包线；第二谐振电容为100nF的薄膜电容，接收模块谐振于频率点130KHz。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种混合中继的无线能量传输装置，包括发射模块(1)、中继谐振回路(2)、接收模块(3)；其特征在于：所述的中继谐振回路(2)由n个谐振单元(21)构成，n为大于等于1的整数，放置在发射模块(1)和接收模块(3)之间；发射模块(1)由发射电路板(13)、第一桶形螺旋线圈(11)和第一谐振电容(12)构成；接收模块(3)由接收电路板(33)、第二桶形螺旋线圈(31)和第二谐振电容(32)构成；发射模块(1)的第一桶形螺旋线圈(11)和中继谐振回路(2)的第1个谐振单元的第一中继线圈(211)紧邻或内外套筒式的放置，中继谐振回路(2)的第n个谐振单元的第二中继线圈(212)和接收模块(3)的第二桶形螺旋线圈(31)紧邻放置或内外套筒式的放置。
2.根据权利要求1所述的一种混合中继的无线能量传输装置，其特征在于：所述中继谐振单元(21)由第一中继线圈(211)、第二中继线圈(212)、第一匹配电容(213)以及在0-300m长度可任意变化的中继直导线(217)构成；中继谐振单元的振荡频率由第一中继谐振线圈(211)第二中继谐振线圈(212)和第一匹配电容(213)决定，且任意中继谐振单元(21)的振荡频率应和发射模块(1)的振荡频率以及接收模块(3)的振荡频率保持一致。
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