CN109245332A - 基于非正定磁介质的无线电能传输装置 - Google Patents

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CN109245332A CN201811271077.7A CN201811271077A CN109245332A CN 109245332 A CN109245332 A CN 109245332A CN 201811271077 A CN201811271077 A CN 201811271077A CN 109245332 A CN109245332 A CN 109245332A
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陈旭玲
裴存会
张伟鹏
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Abstract

本发明公开了一种基于非正定磁介质的无线电能传输装置，包括：信号发生器：用于产生正弦信号并将正弦信号发送给E类功率放大器；E类功率放大器：用于将正弦信号进行功率放大，并用放大后的正弦信号驱动发射线圈；发射线圈：用于产生第一交变磁场；非正定磁介质板：设于发射线圈与接收线圈之间，用于对第一交变磁场进行聚焦，形成第二交变磁场；接收线圈：用于接收第二交变磁场，产生交变电流。本发明能够减少传输效率随着传输距离增大而减小的程度。

Description

基于非正定磁介质的无线电能传输装置
技术领域
本发明涉及无线电能传输技术，特别是涉及基于非正定磁介质的无线电能传输装置。
背景技术
无线电能传输技术是一种通过电磁效应或者能量交换作用实现从电源到负载间无电气接触地进行电能传输的新型输电方式，相比传统导线输电方式，其特点是没有电线的束缚、安全可靠、物理磨损小等，尤其适用于一些特殊的应用场合。
磁耦合谐振式无线电能传输技术是通过发射接收线圈的磁耦合谐振实现高效非辐射能量传输，其主要结构包括两个具有相同谐振频率的线圈，利用谐振原理使得电能传输不受空间非磁性障碍物的影响，属于中/近距离无线电能传输技术范畴。
然而，现有技术中无线电能传输装置的传输效率随着传输距离增大会大大减小。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种基于非正定磁介质的无线电能传输装置，能够减少传输效率随着传输距离增大而减小的程度。
技术方案：本发明所述的基于非正定磁介质的无线电能传输装置，包括：
信号发生器：用于产生正弦信号并将正弦信号发送给E类功率放大器；
E类功率放大器：用于将正弦信号进行功率放大，并用放大后的正弦信号驱动发射线圈；
发射线圈：用于产生第一交变磁场；
非正定磁介质板：设于发射线圈与接收线圈之间，用于对第一交变磁场进行聚焦，形成第二交变磁场；
接收线圈：用于接收第二交变磁场，产生交变电流。
进一步，所述发射线圈与接收线圈同轴设置，且发射线圈与非正定磁介质板及接收线圈均平行。
进一步，所述非正定磁介质板包括介质板和设于介质板上的谐振胞元。
进一步，所述谐振胞元为平面圆形螺旋状的金属线。
进一步，所述金属线为漆包铜线。
进一步，所述介质板的材料为FR4，谐振胞元的材料为覆铜。
有益效果：本发明公开了一种基于非正定磁介质的无线电能传输装置，与现有技术相比，具有如下的有益效果：
1)在相同传输距离的情况下，可以明显的提高传输效率；
2)在相同传输效率的情况下，可以显著的增加传输距离。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中无线电能传输装置的结构示意图；
图2为本发明具体实施方式中E类功率放大器的电路图；
图3为本发明具体实施方式中非正定磁介质板的结构示意图；
图3(a)为正视图；
图3(b)为侧视图；
图4为本发明具体实施方式中谐振胞元的结构示意图；
图4(a)为正视图；
图4(b)为侧视图；
图5为本发明具体实施方式中带发射线圈和接收线圈的结构示意图；
图6为本发明具体实施方式中无线电能传输装置的磁场强度仿真图；
图6(a)为加入非正定磁介质板之前的磁场强度仿真图；
图6(b)为加入非正定磁介质板之后的磁场强度仿真图。
具体实施方式
本具体实施方式公开了一种基于非正定磁介质的无线电能传输装置，如图1所示，包括：
信号发生器1：用于产生正弦信号并将正弦信号发送给E类功率放大器2；
E类功率放大器2：用于将正弦信号进行功率放大，并用放大后的正弦信号驱动发射线圈3；E类功率放大器2的电路如图2所示；
发射线圈3：发射线圈3连接频率为9MHz的射频电源，用于产生频率为9MHz的第一交变磁场；
非正定磁介质板4：设于发射线圈3与接收线圈5之间，用于对第一交变磁场进行聚焦，形成第二交变磁场；
接收线圈5：用于接收第二交变磁场，产生交变电流。
发射线圈3与接收线圈5同轴设置，且发射线圈3与非正定磁介质板4及接收线圈5均平行。
如图3(a)和图3(b)所示，非正定磁介质板4包括介质板42和设于介质板42上的谐振胞元41。介质板42的材料为介电常数4.4、损耗角正切0.02的FR4，谐振胞元41的材料为覆铜。如图4(a)和图4(b)所示，谐振胞元41为平面圆形螺旋状的金属线。金属线为漆包铜线。图3和图4中各个参数为：L＝360mm、g＝9mm、w＝3mm、r1＝173mm、r2＝65mm，该金属平面圆螺旋结构的圈数为12，FR_4基板的厚度d＝2mm，磁谐振环为厚度t＝0.2mm的敷铜膜。铜膜的导电率σm＝5.88×107S/m，材料的总厚度d0＝2mm。
如图5所示，发射线圈3和接收线圈5由直径为d＝1mm的铜线绕制在半径R＝110mm的圆形支撑塑料环上，共10圈。
如图6(a)和图6(b)可知，加入了非正定磁介质板4之后无线电能传输装置呈现出丰富的磁场增强空间分布状态。

Claims (6)

1.基于非正定磁介质的无线电能传输装置，其特征在于：包括：
信号发生器(1)：用于产生正弦信号并将正弦信号发送给E类功率放大器(2)；
E类功率放大器(2)：用于将正弦信号进行功率放大，并用放大后的正弦信号驱动发射线圈(3)；
发射线圈(3)：用于产生第一交变磁场；
非正定磁介质板(4)：设于发射线圈(3)与接收线圈(5)之间，用于对第一交变磁场进行聚焦，形成第二交变磁场；
接收线圈(5)：用于接收第二交变磁场，产生交变电流。
2.根据权利要求1所述的基于非正定磁介质的无线电能传输装置，其特征在于：所述发射线圈(3)与接收线圈(5)同轴设置，且发射线圈(3)与非正定磁介质板(4)及接收线圈(5)均平行。
3.根据权利要求1所述的基于非正定磁介质的无线电能传输装置，其特征在于：所述非正定磁介质板(4)包括介质板(42)和设于介质板(42)上的谐振胞元(41)。
4.根据权利要求3所述的基于非正定磁介质的无线电能传输装置，其特征在于：所述谐振胞元(41)为平面圆形螺旋状的金属线。
5.根据权利要求4所述的基于非正定磁介质的无线电能传输装置，其特征在于：所述金属线为漆包铜线。
6.根据权利要求3所述的基于非正定磁介质的无线电能传输装置，其特征在于：所述介质板(42)的材料为FR4，谐振胞元(41)的材料为覆铜。
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刘凌云等: "非正定磁介质增强无线功率传输效率研究", 《微波学报》 *

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