一種復合型磁耦合諧振式無(wú)線(xiàn)電能傳輸線(xiàn)圈

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于無(wú)線(xiàn)電能傳輸領(lǐng)域，具體涉及一種復合型磁耦合諧振式無(wú)線(xiàn)電能傳輸線(xiàn)圈。

背景技術(shù)

隨著(zhù)經(jīng)濟社會(huì )的發(fā)展，電能在人們生活中扮演的角色越來(lái)越重要。傳統的電能傳輸往往借助于龐大的輸電網(wǎng)絡(luò )，由于輸電線(xiàn)路基本直接暴露在露天環(huán)境下，一方面帶來(lái)了事故頻發(fā)以及維護困難等一系列難題，同時(shí)也造成建設成本大、人力物力投入高等問(wèn)題。隨著(zhù)科技的進(jìn)步，越來(lái)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(wú)線(xiàn)電能傳輸的需求愈加迫切，基于巨大的商用前景，人們一直致力于無(wú)線(xiàn)電能傳輸的研究。目前，使用最廣泛、最具有應用價(jià)值的中距離、大功率、高效率無(wú)線(xiàn)輸電技術(shù)是磁耦合諧振式無(wú)線(xiàn)電能傳輸（MCR-WPT）技術(shù)。

磁耦合諧振式無(wú)線(xiàn)電能傳輸（MCR-WPT）系統主要包括能量發(fā)送端和接收端兩大模塊，核心組成部分是發(fā)射線(xiàn)圈、接收線(xiàn)圈與諧振電容。為了實(shí)現高效率的能量無(wú)線(xiàn)傳輸，通常接收端與發(fā)射端參數相同。當系統進(jìn)行電能傳送時(shí)，特定頻率的高頻交流電使發(fā)射線(xiàn)圈與諧振電容構成的LC回路諧振，在中等距離條件下會(huì )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(zhì)因數，其高頻損耗可以忽略不計，因此在LC諧振回路中影響系統整體傳輸效率的主要因素是發(fā)射線(xiàn)圈和接收線(xiàn)圈的性能。

目前，普遍使用的磁耦合諧振式無(wú)線(xiàn)電能傳輸線(xiàn)圈基本由銅質(zhì)漆包線(xiàn)繞成。系統工作時(shí)，發(fā)射線(xiàn)圈和接收線(xiàn)圈之間通過(guò)高頻交流電進(jìn)行電磁耦合。由于銅導線(xiàn)在高頻條件下存在集膚效應，使線(xiàn)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(xiàn)圈內阻，也降低了線(xiàn)圈品質(zhì)因數，造成系統整體傳輸效率下降；同時(shí)線(xiàn)圈中銅質(zhì)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(shí)，磁耦合諧振式無(wú)線(xiàn)電能傳輸（MCR-WPT）系統一般均采用四線(xiàn)圈結構，即發(fā)送端的激勵線(xiàn)圈、發(fā)射線(xiàn)圈以及接收端的接收線(xiàn)圈、負載線(xiàn)圈。激勵線(xiàn)圈與高頻電源相連，發(fā)射線(xiàn)圈與諧振電容相連構成LC諧振回路；接收線(xiàn)圈與諧振電容相連構成LC諧振回路，負載線(xiàn)圈與整流電路、負載電路相連。激勵線(xiàn)圈與發(fā)射線(xiàn)圈之間構成松耦合變壓器，通過(guò)電磁感應原理進(jìn)行能量傳遞；接收線(xiàn)圈與負載線(xiàn)圈之間也構成松耦合變壓器并通過(guò)電磁感應原理進(jìn)行能量傳遞。發(fā)射線(xiàn)圈與接收線(xiàn)圈之間通過(guò)磁耦合諧振原理進(jìn)行能量無(wú)線(xiàn)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對發(fā)射端、接收端LC諧振電路調諧的影響。但是，基于移動(dòng)終端、植入式設備等小型化器件的應用場(chǎng)景，四線(xiàn)圈結構相較于雙線(xiàn)圈結構的磁耦合感應式無(wú)線(xiàn)電能傳輸（MCI-WPT）系統由于額外增加了兩個(gè)線(xiàn)圈，從而對設備空間占用太大，嚴重限制了磁耦合諧振式無(wú)線(xiàn)電力傳輸技術(shù)的使用范圍。

實(shí)用新型內容

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

技術(shù)負責人： 程琳 ; 李平 信息科學(xué)與工程學(xué)院