技術領域

本實用新型屬于無線電能傳輸領域，具體涉及一種復合型磁耦合諧振式無線電能傳輸線圈。

背景技術

隨著經濟社會的發(fā)展，電能在人們生活中扮演的角色越來越重要。傳統(tǒng)的電能傳輸往往借助于龐大的輸電網絡，由于輸電線路基本直接暴露在露天環(huán)境下，一方面帶來了事故頻發(fā)以及維護困難等一系列難題，同時也造成建設成本大、人力物力投入高等問題。隨著科技的進步，越來越多的用電裝置，比如植入式、水下裝置等等工作環(huán)境特殊的設備對于無線電能傳輸?shù)男枨笥悠惹校诰薮蟮纳逃们熬?，人們一直致力于無線電能傳輸?shù)难芯俊Ｄ壳?，使用最廣泛、最具有應用價值的中距離、大功率、高效率無線輸電技術是磁耦合諧振式無線電能傳輸（MCR-WPT）技術。

磁耦合諧振式無線電能傳輸（MCR-WPT）系統(tǒng)主要包括能量發(fā)送端和接收端兩大模塊，核心組成部分是發(fā)射線圈、接收線圈與諧振電容。為了實現(xiàn)高效率的能量無線傳輸，通常接收端與發(fā)射端參數(shù)相同。當系統(tǒng)進行電能傳送時，特定頻率的高頻交流電使發(fā)射線圈與諧振電容構成的LC回路諧振，在中等距離條件下會引起接收端LC回路的諧振，從而將電能源源不斷高效地傳送到接收端。由于諧振電容一般具有很高的品質因數(shù)，其高頻損耗可以忽略不計，因此在LC諧振回路中影響系統(tǒng)整體傳輸效率的主要因素是發(fā)射線圈和接收線圈的性能。

目前，普遍使用的磁耦合諧振式無線電能傳輸線圈基本由銅質漆包線繞成。系統(tǒng)工作時，發(fā)射線圈和接收線圈之間通過高頻交流電進行電磁耦合。由于銅導線在高頻條件下存在集膚效應，使線圈導體有效導電面積大大減小，且高頻電阻隨頻率增加而急劇上升。這不僅增大了線圈內阻，也降低了線圈品質因數(shù)，造成系統(tǒng)整體傳輸效率下降；同時線圈中銅質導體集膚深度以外的部分在高頻條件下電流密度極低，導電作用也微乎其微，在一定程度上造成了資源的浪費。

同時，磁耦合諧振式無線電能傳輸（MCR-WPT）系統(tǒng)一般均采用四線圈結構，即發(fā)送端的激勵線圈、發(fā)射線圈以及接收端的接收線圈、負載線圈。激勵線圈與高頻電源相連，發(fā)射線圈與諧振電容相連構成LC諧振回路；接收線圈與諧振電容相連構成LC諧振回路，負載線圈與整流電路、負載電路相連。激勵線圈與發(fā)射線圈之間構成松耦合變壓器，通過電磁感應原理進行能量傳遞；接收線圈與負載線圈之間也構成松耦合變壓器并通過電磁感應原理進行能量傳遞。發(fā)射線圈與接收線圈之間通過磁耦合諧振原理進行能量無線傳輸，這種方式下利用電磁隔離手段有效解決了高頻電源、整流電路以及負載電路寄生參數(shù)對發(fā)射端、接收端LC諧振電路調諧的影響。但是，基于移動終端、植入式設備等小型化器件的應用場景，四線圈結構相較于雙線圈結構的磁耦合感應式無線電能傳輸（MCI-WPT）系統(tǒng)由于額外增加了兩個線圈，從而對設備空間占用太大，嚴重限制了磁耦合諧振式無線電力傳輸技術的使用范圍。

實用新型內容

本實用新型提供一種復合型磁耦合諧振式無線電能傳輸線圈，能夠在無線電能傳輸系統(tǒng)中降低發(fā)射、接收線圈高頻條件下的由于集膚效應引起的內阻，提高線圈品質因數(shù)，實現(xiàn)電能高效率傳輸。

技術負責人： 程琳 ; 李平 信息科學與工程學院