一種帶中繼的無(wú)線電能傳輸裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于電磁場(chǎng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及無(wú)線電能傳輸裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]“無(wú)線電能傳輸”是利用一種特殊設(shè)備將電源的電能轉(zhuǎn)變?yōu)榭蔁o(wú)線傳播的能量，在接收端又將此能量轉(zhuǎn)變回電能，從而對(duì)用電器無(wú)線供電。傳統(tǒng)的無(wú)線電能傳輸通常采用如下兩項(xiàng)技術(shù)。(I)電磁感應(yīng)原理。將兩個(gè)線圈放置于鄰近位置上，當(dāng)電流在一個(gè)線圈中流動(dòng)時(shí)，所產(chǎn)生的磁通量成為媒介，導(dǎo)致另一個(gè)線圈中也產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。(2)電磁波能量可以通過(guò)天線發(fā)送和接收的原理，和收音機(jī)原理基本相同。這兩項(xiàng)技術(shù)的局限性在于:無(wú)法在較遠(yuǎn)的距離內(nèi)獲得較高的能量傳輸效率。近年來(lái)，由麻省理工學(xué)院提出的強(qiáng)耦合磁諧振(StronglyCoupled Magnetic Resonances)理論,初步解決了“無(wú)線電能傳輸”無(wú)法兼顧遠(yuǎn)距離和高效率的問(wèn)題，但基于此理論的無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)，通常采用幾何尺寸較大且相同的發(fā)射和接收線圈，而采用小尺寸接收線圈的則難以保持中距離傳輸特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)上述存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種帶中繼的無(wú)線電能傳輸裝置，它采用磁諧振原理，用中繼線圈來(lái)增加能量傳輸?shù)木嚯x。
[0004]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是:一種帶中繼的無(wú)線電能傳輸裝置，包括發(fā)射裝置、接收裝置和中繼裝置；
[0005]所述發(fā)射裝置包括能量產(chǎn)生電路、兩組或兩組以上能量激勵(lì)線圈和能量發(fā)射線圈；
[0006]所述能量發(fā)射線圈數(shù)量和能量激勵(lì)線圈的數(shù)量相同；
[0007]所述能量發(fā)射線圈置于能量激勵(lì)線圈之間，并與能量激勵(lì)線圈平行并列放置；
[0008]所述多個(gè)能量激勵(lì)線圈作為整體與能量產(chǎn)生電路串聯(lián)/并聯(lián)連接；
[0009]所述接收裝置包括能量接收線圈、能量恢復(fù)線圈和能量恢復(fù)電路；
[0010]所述能量恢復(fù)線圈與能量恢復(fù)電路連接；
[0011]所述能量接收線圈與能量恢復(fù)線圈平行并列設(shè)置；
[0012]所述中繼裝置為中繼諧振線圈，數(shù)量與能量發(fā)射線圈的數(shù)量相同，放置于所述能量發(fā)射線圈與能量接收線圈之間，并與能量發(fā)射線圈平行并列放置。
[0013]所述能量發(fā)射線圈為三組或更多時(shí)，分置于接收裝置周?chē)?，且與所述接收裝置的能量接收線圈平行并列設(shè)置。
[0014]所述能量接收線圈并聯(lián)有電容。
[0015]所述能量發(fā)射線圈并聯(lián)有電容。
[0016]所述中繼諧振線圈并聯(lián)有電容。
[0017]所述能量激勵(lì)線圈是兩個(gè)或兩個(gè)以上并聯(lián)的、尺寸相同或不同的金屬線圈。
[0018]所述中繼諧振線圈由兩個(gè)或兩個(gè)以上并列放置的、尺寸相同或不同的金屬線圈組成。
[0019]所述能量產(chǎn)生電路產(chǎn)生與能量發(fā)射線圈的電學(xué)諧振頻率、中繼諧振線圈的電學(xué)諧振頻率、能量接收線圈的電學(xué)諧振頻率相同的頻率。
[0020]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
[0021]1.本發(fā)明的能量激勵(lì)線圈采用同一個(gè)能量產(chǎn)生電路，避免了不同能量產(chǎn)生電路需要同步的問(wèn)題。
[0022]2.本發(fā)明的一個(gè)能量激勵(lì)線圈、一個(gè)能量發(fā)射線圈和一個(gè)中繼諧振線圈為一組，采用兩組或兩組以上并聯(lián)，在兩組或兩組以上能量發(fā)射線圈之間能夠產(chǎn)生較強(qiáng)且較均勻的磁場(chǎng)，有效增大了能量傳輸?shù)木嚯x，同時(shí)可以調(diào)節(jié)中繼諧振線圈位置來(lái)改變最佳能量傳輸距離。與無(wú)中繼的能量激勵(lì)線圈和能量發(fā)射線圈相比，在較遠(yuǎn)距離時(shí)，在相同距離的前提下，該結(jié)構(gòu)的線圈可以增大能量傳輸?shù)男?；在保持能量傳輸效率不變的前提下，該結(jié)構(gòu)的線圈可以有效增大能量傳輸?shù)木嚯x。如果能量發(fā)射線圈、中繼諧振線圈和能量接收線圈的電學(xué)諧振頻率相同，則不需要在能量發(fā)射線圈、中繼諧振線圈和能量接收線圈上并聯(lián)電容，否則，需要在能量發(fā)射線圈、中繼諧振線圈和能量接收線圈上分別并聯(lián)有電容，使兩者的電學(xué)諧振頻率相同。
[0023]3.本發(fā)明的能量接收線圈和能量恢復(fù)線圈尺寸小于能量激勵(lì)線圈和能量發(fā)射線圈，適用于膠囊內(nèi)窺鏡、植入式電刺激器等醫(yī)療電子器械的無(wú)線電能傳輸裝置。
[0024]4.本發(fā)明在能量發(fā)射線圈間產(chǎn)生較強(qiáng)的磁場(chǎng)，在中繼諧振線圈周?chē)軠p少磁場(chǎng)的衰減，有效增大能量傳輸?shù)姆秶Ｔ谙嗤嚯x時(shí)，增大能量傳輸?shù)男?；在能量傳輸效率不變時(shí)，增大能量傳輸?shù)木嚯x。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；
[0026]圖2為本發(fā)明能量激勵(lì)線圈并聯(lián)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3為本發(fā)明能量激勵(lì)線圈串聯(lián)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖中:1.能量激勵(lì)線圈，2.能量發(fā)射線圈，3.中繼諧振線圈，4.能量接收線圈，5.能量恢復(fù)線圈。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0030]實(shí)施例1:如圖1所示，本發(fā)明包括發(fā)射裝置、中繼裝置和接收裝置，如圖1、圖2所示，所述發(fā)射裝置包括能量產(chǎn)生電路、兩組或兩組以上能量激勵(lì)線圈I和能量發(fā)射線圈2，所述能量發(fā)射線圈2數(shù)量和能量激勵(lì)線圈I的數(shù)量相同，所述能量發(fā)射線圈2分別和能量激勵(lì)線圈I平行并列放置，并位于能量激勵(lì)線圈I之間，所述能量激勵(lì)線圈I和能量產(chǎn)生電路串聯(lián)連接，所述能量發(fā)射線圈2為兩組時(shí)，分別置于接收裝置兩側(cè)，所述能量發(fā)射線圈2為三組或更多時(shí)，分置于接收裝置周?chē)?，本例選用兩組能量激勵(lì)線圈I和能量發(fā)射線圈2 ；且能量發(fā)射線圈2與中繼裝置的中繼諧振線圈3和接收裝置的能量接收線圈4平行并列設(shè)置。
[0031]本例所述中繼裝置包括中繼諧振線圈3，所述中繼諧振線圈3和能量發(fā)射線圈2平行并列設(shè)置。
[0032]本例所述接收裝置包括能量接收線圈4、能量恢復(fù)線圈5和能量恢復(fù)電路，所述能量恢復(fù)線圈5和能量恢復(fù)電路連接，能量接收線圈4和能量恢復(fù)線圈5平行并列設(shè)置，所述能量恢復(fù)電路采用現(xiàn)有的常規(guī)整流穩(wěn)壓電路。
[0033]本例為使能量發(fā)射線圈2、中繼諧振線圈3和能量接收線圈4的電學(xué)諧振頻率相同，或者利用能量發(fā)射線圈2、中繼諧振線圈3和能量接收線圈4本身的寄生電容，或者在所述的能量發(fā)射線圈2、中繼諧振線圈3和能量接收線圈4分別并聯(lián)電容。
[0034]本例所述的能量產(chǎn)生電路可以是各種振蕩器和功率放大器連接構(gòu)成，其所產(chǎn)生的能量信號(hào)的頻率、能量發(fā)射線圈2的電學(xué)諧振頻率、中繼諧振線圈3的電學(xué)諧振頻率、能量接收線圈4的電學(xué)諧振頻率相同。所述能量激勵(lì)線圈I由兩個(gè)或兩個(gè)以上并聯(lián)的、尺寸相同或不同的金屬線圈組成，且多個(gè)線圈作為整體和能量產(chǎn)生電路并聯(lián)在同一回路中。所述中繼諧振線圈3可由一個(gè)或多個(gè)并列放置的、尺寸相同或不同的金屬線圈組成。
[0035]能量產(chǎn)生電路產(chǎn)生固定頻率的能量信號(hào)，如正弦波信號(hào)。其信號(hào)的頻率等于能量發(fā)射線圈2的電學(xué)諧振頻率。此頻率也是中繼諧振線圈3和能量接收線圈4的電學(xué)諧振頻率。整個(gè)系統(tǒng)工作時(shí)，能量發(fā)射線圈2、中繼諧振線圈3和能量接收線圈4發(fā)生磁諧振，以較高的效率傳遞能量。
[0036]實(shí)施例2:本例與實(shí)施例1整體結(jié)構(gòu)相同，不同的是:如圖3所示，本例中所述發(fā)射裝置的能量激勵(lì)線圈I是兩個(gè)或兩個(gè)以上串聯(lián)的、尺寸相同或不同的金屬線圈。所述能量發(fā)射線圈2為兩組或兩組以上，當(dāng)為兩組時(shí)，分別置于能量接收線圈4的兩側(cè)，所述能量發(fā)射線圈2為三組或更多時(shí)，分置于能量接收線圈4周?chē)?。所述中繼諧振線圈3為一個(gè)或多個(gè)并列放置的、尺寸相同或不同的金屬線圈。本例選用兩組能量激勵(lì)線圈1、能量發(fā)射線圈2和中繼諧振線圈3。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種帶中繼的無(wú)線電能傳輸裝置，其特征在于，包括發(fā)射裝置、接收裝置和中繼裝置； 所述發(fā)射裝置包括能量產(chǎn)生電路、兩組或兩組以上能量激勵(lì)線圈和能量發(fā)射線圈； 所述能量發(fā)射線圈數(shù)量和能量激勵(lì)線圈的數(shù)量相同； 所述能量發(fā)射線圈置于能量激勵(lì)線圈之間，并與能量激勵(lì)線圈平行并列放置； 所述多個(gè)能量激勵(lì)線圈作為整體與能量產(chǎn)生電路串聯(lián)/并聯(lián)連接； 所述接收裝置包括能量接收線圈、能量恢復(fù)線圈和能量恢復(fù)電路； 所述能量恢復(fù)線圈與能量恢復(fù)電路連接； 所述能量接收線圈與能量恢復(fù)線圈平行并列設(shè)置； 所述中繼裝置為中繼諧振線圈，數(shù)量與能量發(fā)射線圈的數(shù)量相同，放置于所述能量發(fā)射線圈與能量接收線圈之間，并與能量發(fā)射線圈平行并列放置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶中繼的無(wú)線電能傳輸裝置，其特征在于，所述能量發(fā)射線圈為三組或更多時(shí)，分置于接收裝置周?chē)?，且與所述接收裝置的能量接收線圈平行并列設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶中繼的無(wú)線電能傳輸裝置，其特征在于，所述能量接收線圈并聯(lián)有電容。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶中繼的無(wú)線電能傳輸裝置，其特征在于，所述能量發(fā)射線圈并聯(lián)有電容。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶中繼的無(wú)線電能傳輸裝置，其特征在于，所述中繼諧振線圈并聯(lián)有電容。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶中繼的無(wú)線電能傳輸裝置，其特征在于，所述能量激勵(lì)線圈是兩個(gè)或兩個(gè)以上并聯(lián)的、尺寸相同或不同的金屬線圈。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶中繼的無(wú)線電能傳輸裝置，其特征在于，所述中繼諧振線圈由兩個(gè)或兩個(gè)以上并列放置的、尺寸相同或不同的金屬線圈組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶中繼的無(wú)線電能傳輸裝置，其特征在于，所述能量產(chǎn)生電路產(chǎn)生與能量發(fā)射線圈的電學(xué)諧振頻率、中繼諧振線圈的電學(xué)諧振頻率、能量接收線圈的電學(xué)諧振頻率相同的頻率。
【專利摘要】一種無(wú)線電能傳輸裝置，屬于電磁場(chǎng)技術(shù)領(lǐng)域。包括發(fā)射裝置、中繼裝置和接收裝置，發(fā)射裝置包括能量產(chǎn)生電路、兩組或兩組以上能量激勵(lì)線圈和能量發(fā)射線圈；能量發(fā)射線圈數(shù)量和能量激勵(lì)線圈的數(shù)量相同；能量發(fā)射線圈置于能量激勵(lì)線圈之間，并與能量激勵(lì)線圈平行并列放置；多個(gè)能量激勵(lì)線圈作為整體與能量產(chǎn)生電路串聯(lián)/并聯(lián)連接；接收裝置包括能量接收線圈、能量恢復(fù)線圈和能量恢復(fù)電路；能量恢復(fù)線圈與能量恢復(fù)電路連接；能量接收線圈與能量恢復(fù)線圈平行并列設(shè)置；中繼裝置為中繼諧振線圈，數(shù)量與能量發(fā)射線圈的數(shù)量相同，放置于所述能量發(fā)射線圈與能量接收線圈之間，并與能量發(fā)射線圈平行并列放置。本發(fā)明在能量發(fā)射線圈間產(chǎn)生較強(qiáng)的磁場(chǎng)，在中繼諧振線圈周?chē)軠p少磁場(chǎng)的衰減，有效增大能量傳輸?shù)姆秶?br>【IPC分類】H02J17-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104753181
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310733792
【發(fā)明人】李貴陽(yáng), 方學(xué)林, 邵琪, 閆杰, 劉浩, 李洪誼
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所
【公開(kāi)日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2013年12月25日