一種無線能量傳輸裝置製造方法

2023-05-27 20:14:36

一種無線能量傳輸裝置製造方法
【專利摘要】一種無線能量傳輸裝置，其能量發送裝置與能量接收裝置的線圈均包括單線圈和雙線圈兩種結構形式。單線圈結構的能量發送裝置包括第一發送線圈(11)和第一發送磁體(12)。能量發送裝置的第一發送磁體(12)、第二發送磁體(23)，以及能量接收裝置第一接收磁體(14)和第二接收磁體(26)均由8條相同的磁體構成，每條磁體均為十字形，8條磁體平放在同一平面上，圍繞第一發送線圈、第二發送線圈、第一接收線圈或第二接收線圈中心點呈扇形展開，相鄰每條磁體中心線之間的角度為45度，每條磁體十字型交點處與第一發送線圈、第二發送線圈、第一接收線圈或第二接收線圈最外圈中心位置重合。
【專利說明】一種無線能量傳輸裝置

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種用於無線能量傳輸裝置。

【背景技術】
[0002] 無線能量傳輸裝置應用前景廣泛，但現有無線能量傳輸裝置主要應用於電子設備 充電場合，功率小，傳輸距離很近。無線能量傳輸裝置應用於大功率場合（如電動汽車充 電）意義重大，也是近年來的研究熱點。但這種應用場合要求無線電力傳輸功率至少達到 數千瓦甚至數百千瓦，這個級別的功率傳輸必須要求有很高的輸電效率，否則不僅會產生 巨大的能量損失，裝置的散熱也是一個很難解決的問題。
[0003] 設計高效大功率無線能量傳輸裝置，核心在於線圈和磁體的設計。2006年11月美 國麻省理工學院（MIT)物理系助理教授MarinSoljacic研究小組提出了磁f禹合諧振技術， 採用四線圈無磁體結構。磁耦合諧振技術提出後，許多基於這種技術的無線電力傳輸方案 相繼被提出，它們的一個共同特點為：為了改善性能，將線圈工作在諧振點上。但當線圈並 聯諧振電容時，如果線圈和並聯電容工作在諧振點上，它所承受的電壓將非常高，這給設備 的絕緣能力提出了更高的要求。
[0004] 中國專利CN102227860A "非接觸電力傳輸裝置及其設計方法"採用麻省理工學院 (MIT)的設計結構，將第二線圈和第三線圈工作在諧振狀態，共振頻率為2?7MHz，將這種 結構用在大功率的場合將產生以下3個問題：1.如此高頻率的大功率開關電源設計困難； 2.第一線圈和第四線圈與其它線圈的互感會對諧振點造成幹擾；3.如果第二線圈和第三 線圈完全工作在諧振點上，這兩個線圈以及這兩個線圈並聯電容的電壓將會非常高。
[0005] 無線能量傳輸裝置線圈和磁體設計的主要目標是在保證能量發送裝置與能量接 收裝置之間足夠的空氣氣隙的基礎上儘量提高線圈互感耦合係數。目前無線能量傳輸裝置 的線圈結構多採用平面盤式並排密繞或螺旋式繞法的形式，這些結構形式不能保證能量發 送裝置與能量接收裝置之間的線圈互感耦合係數達到最優，無線能量傳輸系統的功率與效 率受到了限制。其次，目前無線能量傳輸裝置的線圈結構多缺少高導磁率特性的磁體對無 線能量傳輸裝置的磁路進行優化，能量發送裝置與能量接收裝置之間的線圈互感耦合係數 較低，無線能量傳輸系統的工作功率與效率不高。另外，磁體的布置方式會對線圈互感耦合 係數和線圈損耗有很大影響，採用適當的磁體結構可有效提高耦合係數並降低線圈損耗。
[0006] 中國專利CN102946156A "一種無線電力傳輸裝置"的線圈沒有使用高導磁率特性 的磁性材料對無線能量傳輸裝置的磁路進行優化，這樣的線圈結構使能量發送裝置與能量 接收裝置之間的線圈互感耦合係數較低，無線能量傳輸系統的工作功率與效率不高。
[0007] 中國專利CN102280945A "非接觸供電裝置"的線圈採用平面盤式並排密繞的線圈 結構。這種線圈結構正如上文描述的，不能保證能量發送裝置與能量接收裝置之間的線圈 互感耦合係數達到最優值，無線能量傳輸系統的功率與效率受到了限制。同時，隨著傳輸距 離增大或傳輸線圈間發生水平位置偏移，能量傳輸系統的功率與效率顯著下降。


【發明內容】

[0008] 本發明的目的是克服現有技術中能量發送裝置與能量接收裝置之間的線圈互感 耦合係數低、傳輸距離較近以及磁體數量多、損耗大的缺點，提出一種新的無線能量傳輸裝 置線圈和磁體結構。
[0009] 為解決上述技術問題，本發明無線能量傳輸裝置的線圈採取以下技術方案：
[0010] 本發明無線能量傳輸裝置包括能量發送裝置與能量接收裝置兩部分，能量發送裝 置將高頻交流電轉換為時變電磁場並通過空氣氣隙耦合到能量接收裝置，能量接收裝置將 耦合過來的時變電磁場轉換為高頻交流電。能量發送裝置由發送線圈和發送磁體組成，能 量接收裝置由接收線圈和接收磁體組成。無線能量傳輸裝置的能量發送裝置和能量接收裝 置均包括兩種結構形式：單線圈結構和雙線圈結構。單線圈結構的無線能量傳輸裝置中，能 量發送裝置由第一發送線圈和第一發送磁體構成，能量接收裝置由第一接收線圈和第一接 收磁體構成。雙線圈結構的無線能量傳輸裝置中，能量發送裝置由第二發送線圈、發送放大 線圈和第二發送磁體構成，第二發送線圈和發送放大線圈處於同一平面，構成發送線圈組； 能量接收裝置由第二接收線圈、接收放大線圈和第二接收磁體構成，第二接收線圈和接收 放大線圈處於同一平面，構成接收線圈組。
[0011] 單線圈結構的無線能量傳輸裝置中，第一發送線圈、第一發送磁體、第一接收線圈 和第一接收磁體彼此平行布置，且四者中心位於同一中心軸線上，布置順序從下到上依次 為第一發送磁體--第一發送線圈--第一接收線圈--第一接收磁體。第一發送磁體與 第一發送線圈之間的距離小於l〇mm，第一接收磁體與第一接收線圈之間距離小於10mm。第 一發送線圈與第一接收線圈之間的距離在100mm至400mm之間。
[0012] 雙線圈結構的無線能量傳輸裝置中，能量發送裝置的發送線圈組、第二發送磁體 和能量接收裝置的接收線圈組和第二接收磁體彼此平行布置，且四者中心位於同一中心軸 線上，布置順序從下到上依次為第二發送磁體一發送線圈組一接收線圈組一第二接 收磁體。第二發送磁體與發送線圈組之間的距離小於10_，第二接收磁體與接收線圈組之 間距離小於1〇_。發送線圈組與接收線圈組之間的距離在100mm至400_之間。
[0013] 單線圈結構和雙線圈結構的能量發送裝置和能量接收裝置具有不同的線圈繞制 方式：
[0014] 1)單線圈結構的能量發送裝置和能量接收裝置中
[0015] 所述第一發送線圈採用平面盤式螺旋稀鬆繞制的形式，形狀採用圓形或正多邊 形，線圈導線線材為單股銅線或多股利茲線，由外至內繞製成N1圈，N1 = 2?15,相鄰兩圈 導線中心距均為L1，線圈導線直徑為D1，最外圈導線中心位置與第一發送線圈中心點之間 的距離為R11，R11> = 300mm且Rll〈 = 2000mm，最內圈導線中心位置與第一發送線圈中心 點之間的距離為R12。Dl> = L1且Dl〈 = 3XL1。
[0016] 所述的第一發送磁體由8條相同的磁體構成，每條磁體均為十字形，十字形磁體 的長度指的是最長方向的尺寸，即"十"字的"堅"，第一發送磁體長度定義為LL1，LL1 = (R11-R12)+2XA0,其中A0> = 50mm且A0〈 = 150mm，十字形磁體的高度指的是與長度垂直 方向的尺寸，即"十"字的"橫"，第一發送磁體高度定義為LH1，磁體的寬度指的是每一面 的寬，即"堅"和"橫"本身的寬度，第一發送磁體寬度定義為LD1，LD1> = 30mm且LD1〈= 60mm，LHl〈 = 2X (Rll-0. 5XLD1) Xtan22. 5 且LH1> = LD1，磁體厚度均為 LM1，LM1> = 1mm 且LM1〈= 10mm，8條磁體平放在同一平面上，圍繞第一發送線圈中心點呈扇形展開，相鄰每 條磁體中心線之間的角度為45度，每條磁體十字型交點處與第一發送線圈最外圈中心位 置重合。
[0017] 所述第一接收線圈採用平面盤式螺旋稀鬆繞制的形式，形狀採用圓形或正多邊 形，線圈導線線材為單股銅線或多股利茲線，由外至內繞製成Μ圈，Μ = 2?15,相鄰兩圈 導線中心距均為L4,線圈導線直徑為D4,最外圈導線中心位置與第一接收線圈中心點之間 的距離為R41，R41> = 300mm且R41〈 = 2000mm，最內圈導線中心位置與第一接收線圈中心 點之間的距離為R42。L4> = D4且L4〈 = 3XD4。
[0018] 所述的第一接收磁體由8條相同的磁體構成，每條磁體均為十字形，十字形 磁體的長度為 LL4, LL4 = (R41-R42)+2XA0,其中 A0> = 50mm 且 A0〈 = 150mm，十 字形磁體的高度為LH4,磁體的寬度為LD4, LD4> = 30mm且LD4〈 = 60mm，LH4〈= 2X (R41-0. 5XLD4) Xtan22. 5 且 LH4> = LD4,磁體厚度均為 LM4, LM4> = 1mm 且 LM4〈= l〇mm，8條磁體平放在同一平面上，圍繞第一接收線圈中心點呈扇形展開，相鄰每條磁體中 心線之間的角度為45度，每條磁體十字型交點處與第一接收線圈最外圈中心位置重合。
[0019] 2)雙線圈結構的能量發送裝置和能量接收裝置中
[0020] 所述第二發送線圈採用平面盤式螺旋稀鬆繞制的形式，形狀採用圓形或正多邊 形，線圈導線線材為單股銅線或多股利茲線，由外至內繞製成N1圈，N1 = 2?15,相鄰兩圈 導線中心距均為L1，線圈導線直徑為D1，最外圈導線中心位置與第二發送線圈中心點之間 的距離為R11，R11> = 300mm且Rll〈 = 2000mm，最內圈導線中心位置與第二發送線圈中心 點之間的距離為R12。Ll> = 2XD1且Ll〈 = 3XD1。
[0021] 所述發送放大線圈採用平面盤式螺旋稀鬆繞制的形式，形狀採用圓形或正多邊 形，線圈導線線材為單股銅線或多股利茲線，由外至內繞製成N2圈，N2 = 2?15,相鄰兩圈 導線中心距均為L2,線圈導線直徑為D2,最外圈導線中心位置與發送放大線圈中心點之間 的距離為R21，R21> = 300mm且R21〈 = 2000mm，最內圈導線中心位置與發送放大線圈中心 點之間距離為R22。L2> = 2XD2且L2〈 = 3XD2。
[0022] 所述第二發送線圈與發送放大線圈兩者同心布置於同一平面內，且發送放大線圈 的最外圈第N2圈放置於第二發送線圈最外圈第N1圈與次外圈第N1-1之間的空隙處，並以 此類推，第二發送線圈與發送放大線圈絞接於彼此的空隙處，從而同心布置於同一平面內。
[0023] 所述的第二發送磁體由8條相同的磁體構成，每條磁體均為十字形，十字形 磁體的長度為 LL1，LL1 = (R11-R12)+2XA0,其中 A0> = 50mm 且 A0〈 = 150mm，十 子形磁體的聞度為LH1，磁體的覽度為LD1，LD1〉= 30μπ且LD1〈 = 60μπ，LH1〈= 2X (Rll-0. 5XLD1) Xtan22. 5 且 LH1> = LD1，磁體厚度均為 LM1，LM1> = 1mm 且 LM1〈= l〇mm，8條磁體平放在同一平面上，圍繞第二發送線圈中心點呈扇形展開，相鄰每條磁體中 心線之間的角度為45度，每條磁體十字型交點處與第二發送線圈最外圈中心位置重合。 [0024] 所述第二接收線圈採用平面盤式螺旋稀鬆繞制的形式，形狀採用圓形或正多邊 形，線圈導線線材為單股銅線或多股利茲線，由外至內繞製成Μ圈，Μ = 2?15,相鄰兩圈 導線中心距均為L4,線圈導線直徑為D4,最外圈導線中心位置與第二接收線圈中心點之間 的距離為R41，R41> = 300mm且R41〈 = 2000mm，最內圈導線中心位置與第二接收線圈中心 點之間的距離為R42。L4> = 2XD4且L4〈 = 3XD4。
[0025] 所述接收放大線圈採用平面盤式螺旋稀鬆繞制的形式，形狀採用圓形或正多邊 形，線圈導線線材為單股銅線或多股利茲線，由外至內繞製成N3圈，N3 = 2?15,相鄰兩圈 導線中心距均為L3,線圈導線直徑為D3,最外圈導線中心位置與接收放大線圈中心點之間 的距離為R31，最內圈導線中心位置與接收放大線圈中心點之間的距離為R320L3〉= 2XD3 且 L3〈 = 3XD3。
[0026] 所述第二接收線圈與接收放大線圈兩者同心布置於同一平面內，且接收放大線圈 的最外圈第N3圈放置於第二接收線圈最外圈第Μ圈與次外圈第N4-1之間的空隙處，並以 此類推，第二接收線圈與接收放大線圈絞接於彼此的空隙處，從而同心布置於同一平面內。
[0027] 所述的第二接收磁體由8條相同的磁體構成，每條磁體均為十字形，十字形 磁體的長度為 LL4, LL4 = (R41-R42)+2XA0,其中 A0> = 50mm 且 A0〈 = 150mm，十 字形磁體的高度為LH4,磁體的寬度為LD4, LD4> = 30mm且LD4〈 = 60mm，LH4〈= 2X (R41-0. 5XLD4) Xtan22. 5,且 LH4> = LD4,磁體厚度均為 LM4, LM4> = 1mm 且 LM4〈= l〇mm，8條磁體平放在同一平面上，圍繞第二接收線圈中心點呈扇形展開，相鄰每條磁體中 心線之間的角度為45度，每條磁體十字型交點處與第二接收線圈最外圈中心位置重合。
[0028] 所述的發送放大線圈和接收放大線圈的形狀、尺寸、圈數可以相同也可以不同。第 二發送線圈和第二接收線圈的形狀、尺寸、圈數可以相同也可以不同。第二發送磁體和第二 接收磁體的結構、尺寸可以相同也可以不同。四個線圈可採用單股漆包線、多股漆包線繞 制，漆包線材質可為銅、銀、鍍銀銅線等。第二發送磁體和第二接收磁體分別採用具有高導 磁率特性的磁性材料，例如金屬磁粉、軟磁鐵氧體等。
[0029] 本發明的有益效果：
[0030] 與現有的無線能量傳輸技術相比，本發明具有如下優點。
[0031] 1.能量發送裝置與能量接收裝置之間的線圈互感耦合係數高。本發明的單線圈結 構和雙線圈結構均可通過調整線圈的各圈導線之間的間距來提高能量發送裝置與能量接 收裝置的線圈之間的互感耦合係數。
[0032] 2、本發明採用的磁體結構可對無線能量傳輸裝置的磁路進行優化，使互感耦合系 數進一步提高，而且呈45度扇形散開的十字形磁體可保持較高耦合係數的同時顯著降低 磁體重量、成本，減少磁體損耗，提高系統效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033] 圖1是單線圈結構無線能量傳輸裝置實施例布置示意圖。
[0034] 圖2a與圖2b是單線圈結構無線能量傳輸裝置實施例的結構示意圖，圖2a為俯視 圖，圖2b為剖視圖。
[0035] 圖3a與圖3b是本發明的雙線圈結構無線能量傳輸裝置實施例示意圖，圖3a為 俯視圖，圖3b為剖視圖。
[0036] 圖4是本發明實施例的磁體結構示意圖。

【具體實施方式】
[0037] 下面結合附圖和【具體實施方式】進一步說明本發明。
[0038] 本發明實施例採用圓形線圈結構，除圓形線圈外，還可以採用正多邊形等形式的 線圈。
[0039] 本發明所述的無線能量傳輸裝置包括能量發送裝置與能量接收裝置兩部分，能量 發送裝置將高頻交流電轉換為時變電磁場並通過空氣氣隙耦合到能量接收裝置，能量接收 裝置將耦合過來的時變電磁場轉換為高頻交流電。能量發送裝置由發送線圈和發送磁體組 成，能量接收裝置由接收線圈和接收磁體組成。無線能量傳輸裝置的能量發送裝置和能量 接收裝置均包括兩種結構：單線圈結構和雙線圈結構。
[0040] 單線圈結構的無線能量傳輸裝置中，能量發送裝置由第一發送線圈和第一發送磁 體構成，能量接收裝置由第一接收線圈和第一接收磁體構成。
[0041] 雙線圈結構的無線能量傳輸裝置中，能量發送裝置由第二發送線圈、發送放大線 圈和第二發送磁體構成，第二發送線圈和發送放大線圈處於同一平面，構成發送線圈組；能 量接收裝置由第二接收線圈、接收放大線圈和第二接收磁體構成，第二接收線圈和接收放 大線圈處於同一平面，構成接收線圈組。
[0042] 圖1所示為一種單線圈結構的無線能量傳輸裝置的布置示意圖。如圖1所示，所 述單線圈結構的無線能量傳輸裝置包括第一發送線圈11、第一發送磁體12、第一接收線圈 13和第一接收磁體14。第一發送線圈、第一接收線圈、第一發送磁體、第一接收磁體彼此 平行同心布置，布置順序由下到上依次為第一發送磁體--第一發送線圈--第一接收線 圈--第一接收磁體。且第一發送線圈和第一發送磁體之間的距離為M11，第一接收線圈和 第一發送線圈之間的距離為P11，第一接收線圈和接收磁體之間的距離為M12。
[0043] 作為一種實施例，第一發送線圈與第一接收線圈的結構，外輪廓形狀，線圈圈數相 同，各圈導數的中心線之間的間距均相同，線圈均採用線徑為4. 8_的多股漆包線繞制而 成。第一發送磁體和第一接收磁體的結構，形狀及尺寸均相同。
[0044] 圖2a與圖2b所示為單線圈結構無線能量傳輸裝置一種實施例的結構示意圖，圖 2a為俯視圖，圖2b為剖視圖。圖中：11第一發送線圈，12第一發送磁體；第一發送磁體由 8條磁體平放在同一平面上，圍繞第一接收線圈中心點呈扇形展開，相鄰每條磁體中心線之 間的角度為45度，每條磁體十字型交點處與第一接收線圈最外圈中心位置重合。LM1為第 一發送磁體厚度。L1為第一發送線圈相鄰兩圈之間的距離。R12為第一發送線圈內徑，R11 為第一發送線圈外徑，R42為第一接收線圈的內徑，R41為第一接收線圈的外徑，LM4第一接 收磁體的厚度。
[0045] 如圖2a與圖2b所示，第一發送線圈與第一接收線圈採用平面盤式螺旋稀鬆繞制 的形式，形狀採用圓形，由外至內繞製成4圈。發送端最內圈半徑為R12,接收端最內圈半 徑為R42,且R12 = R42 = 160mm;發送端最外圈半徑為R11，接收端最外圈半徑為R41，且 Rll = R41 = 190mm。發送端導線之間的間距為LI = 10mm，接收端導線之間的間距為L4 = 10mm。第一發送磁體厚度為LM1 = 4_，第一接收磁體厚度為LM4 = 4_。
[0046] 圖3a與圖3b所示為一種雙線圈結構的無線能量傳輸裝置一種實施例的結構示意 圖，包括第二發送線圈21、發送放大線圈22、第二發送磁體23、第二接收線圈24、接收放大 線圈25和第二接收磁體26。第二發送線圈和發送放大線圈處於同一平面，構成能量發送線 圈組。第二接收線圈和接收放大線圈處於同一平面，構成能量接收線圈組。發送線圈組、接 收線圈組、第二發送磁體和第二接收磁體彼此平行同心布置，布置順序從下到上依次為第 二發送磁體--發送線圈組--接收線圈組--第二接收磁體。
[0047] 作為一種實施例，第二發送線圈與第二接收線圈的結構、外輪廓形狀、線圈圈數相 同，各圈導數的中心線之間的間距均相同。發送放大線圈與接收放大線圈的結構、外輪廓形 狀、線圈圈數相同，各圈導數的中心線之間的間距均相同。第二發送磁體和第二接收磁體的 結構、形狀及尺寸均相同。
[0048] 第二發送線圈與第二接收線圈採用平面盤式螺旋稀鬆繞制的形式，形狀採用圓 形，由外至內繞製成2圈。發送端最內圈半徑為R12,接收端最內圈半徑為R42,且R12 = R42 = 175mm ;發送端最外圈半徑為R11，接收端最外圈半徑為R41，且Rll = R41 = 195mm。 發送端導線之間的間距為LI = 10mm，接收端導線之間的間距為L4 = 10mm。
[0049] 發送放大線圈與接收放大線圈採用平面盤式螺旋稀鬆繞制的形式，形狀採用圓 形，由外至內繞製成4圈。發送放大線圈最內圈半徑為R22,接收放大線圈最內圈半徑為 R32,且R22 = R32 = 160mm;發送放大線圈最外圈半徑為R21，接收放大線圈最外圈半徑為 R31，且R21 = R31 = 190mm。發送放大線圈導線之間的間距為L2 = 10mm，接收放大線圈導 線之間的間距為L3 = 10mm。第二發送磁體厚度為LM1 = 4_，第二接收磁體厚度為LM4 = 4mm 〇
[0050] 圖4所示為本發明實施例的磁體結構示意圖。如圖4所示，R12為第一發送線圈 和第二發送線圈的內徑，R11為第一發送線圈和第二發送的外徑，LD1為第一發送磁體和第 二發送磁體的寬度，LH1為第一發送磁體和第二發送磁體的高，LL1為第一接收磁體和第二 接收磁體的長度，磁體的長度指的是十字形磁體最長方向的尺寸，即"十"字的"堅"。R42為 第一接收線圈和第二接收線圈的內徑，R41為第一接收線圈和第二接收線圈的外徑，LD4為 第一接收磁體和第二接收磁體的寬度，LH4為第一接收磁體和第二接收磁體的高，LL4為第 一發送磁體和第二發送磁體的長度。第一發送磁體和第二發送磁體均由8條相同的磁體構 成，每條磁體均為十字形，十字形磁體的長度為LL1，LL1 = (R11-R12) +2 X AO = 230mm，其中 A0 = 100mm，十字形磁體的高度為LH1 = 120mm，高度指的是與長度垂直方向的尺寸，S卩"十" 字的"橫"，磁體的寬度為LD1 = 40_，寬度指的是每一面的寬，S卩"堅"和"橫"本身的寬度， 8條磁體平放在同一平面上，圍繞第一發送線圈或第二發送線圈的中心點呈扇形展開，相鄰 每條磁體中心線之間的角度為45度，每條磁體十字型交點處與第一發送線圈或第二發送 線圈的最外圈中心位置重合，磁體厚度LM1 = 3mm，磁體緊貼著線圈。第一接收磁體和第二 接收磁體均由8條相同的磁體構成，每條磁體均為十字形，十字形磁體的長度為LL4, LL4 = (R41-R42)+2XA0 = 230_，其中AO = 100_，十字形磁體的高度為LH4 = 120_，磁體的寬 度為LD4 = 40mm，8條磁體平放在同一平面上，圍繞第一接收線圈和第二接收線圈的中心點 呈扇形展開，相鄰每條磁體中心線之間的角度為45度，每條磁體十字型交點處與第一接收 線圈或第二接收線圈的最外圈中心位置重合，磁體厚度LM4 = 3_，磁體緊貼著線圈。
【權利要求】
1. 一種無線能量傳輸裝置，包括能量發送裝置與能量接收裝置兩部分，能量發送裝置 和能量接收裝置均由線圈和磁體組成，其特徵在於，所述的能量發送裝置和能量接收裝置 均有兩種結構：單線圈結構和雙線圈結構；單線圈結構的無線能量傳輸裝置中，能量發送 裝置由第一發送線圈（11)和第一發送磁體（12)構成，能量接收裝置由第一接收線圈（13) 和第一接收磁體（14)構成；第一發送線圈（11)、第一發送磁體（12)、第一接收線圈（13) 和第一接收磁體（14)彼此平行布置，且四者中心位於同一中心軸線上；雙線圈結構的無線 能量傳輸裝置中，能量發送裝置由第二發送線圈（21)、發送放大線圈（22)和第二發送磁體 (23)構成，第二發送線圈（21)和發送放大線圈（22)處於同一平面，構成發送線圈組；能量 接收裝置由第二接收線圈（24)、接收放大線圈（25)和第二接收磁體（26)構成，第二接收線 圈（24)和接收放大線圈（25)處於同一平面，構成接收線圈組；第一發送磁體（12)、第二發 送磁體（23)、第一接收磁體（14)和第二接收磁體（26)均由8條相同的磁體構成，每條磁體 均為十字形，8條磁體平放在同一平面上，圍繞第一發送線圈（11)、第二發送線圈（21)、第 一接收線圈（13)或第二接收線圈（24)的中心點呈扇形展開，相鄰每條磁體中心線之間的 角度為45度，每條磁體十字型交點處與第一發送線圈（11)、第二發送線圈（21)、第一接收 線圈（13)或第二接收線圈（24)最外圈中心位置重合。
2. 根據權利要求1所述的無線能量傳輸裝置，其特徵在於所述的單線圈結構的無線能 量傳輸裝置中，第一發送線圈（11)、第一發送磁體（12)、第一接收線圈（24)和第一接收磁 體（26)的布置順序從下到上依次為第一發送磁體（12)--第一發送線圈（11)--第一接 收線圈（13)--第一接收磁體（14);第一發送磁體（12)與第一發送線圈（11)之間的距離 為M11，M11小於10mm，第一接收磁體（14)與第一接收線圈（13)之間的距離為M12，M12小 於10mm ;第一發送線圈（11)與第一接收線圈（13)之間的距離為ΡΙΙ,ΡΙΙ在100mm至400mm 之間。
3. 根據權利要求1或2所述的無線能量傳輸裝置，其特徵在於所述的第一發送線圈 (11)採用平面盤式螺旋稀鬆繞制的形式，形狀為圓形或正多邊形，線圈導線線材為單股銅 線或多股利茲線；第一發送線圈（11)由外至內繞製成N1圈，N1 = 2?15,相鄰兩圈導線中 心距均為L1，線圈導線直徑為D1，最外圈導線中心位置與第一發送線圈中心點之間的距離 為R11，R11> = 300mm且Rll〈 = 2000mm，最內圈導線中心位置與第一發送線圈中心點之間 的距離為 R12 ;L1> = D1 且 Ll〈 = 3XD1 ; 所述的第一發送磁體（12)由8條相同的磁體構成，每條磁體均為十字形，十字 形磁體的長度為 LL1，LL1 = (R11-R12)+2XA0,其中 A0> = 50mm 且 A0〈 = 150mm， 十子形磁體的聞度為LH1，磁體的覽度為LD1，LD1〉= 30μπ且LD1〈 = 60μπ，LH1〈= 2X (Rll-0. 5XLD1) Xtan22. 5 且 LH1> = LD1，磁體厚度均為 LM1，LM1> = 1mm 且 LM1〈= l〇mm ;8條磁體平放在同一平面上，圍繞第一發送線圈的中心點呈扇形展開，相鄰每條磁體 中心線之間的角度為45度，每條磁體十字型交點處與第一發送線圈最外圈中心位置重合。
4. 根據權利要求1或2所述的單線圈結構的無線能量傳輸裝置，其特徵在於所述的第 一接收線圈（13)採用平面盤式螺旋稀鬆繞制的形式，形狀為圓形或正多邊形，線圈導線線 材為單股銅線或多股利茲線；第一接收線圈（13)由外至內繞製成Μ圈，Μ = 2?15,相鄰 兩圈導線中心距均為L4,線圈導線直徑為D4,最外圈導線中心位置與第一接收線圈中心點 之間的距離為R41，R41> = 300mm且R41〈 = 2000mm，最內圈導線中心位置與第一接收線圈 中心點之間的距離為R42 ;L4> = D4且L4〈 = 3XD4 ; 所述的第一接收磁體（14)由8條相同的磁體構成，每條磁體均為十字形；十字 形磁體的長度為 LL4, LL4 = (R41-R42)+2XA0,其中 A0> = 50mm 且 A0〈 = 150mm， 十字形磁體的高度為LH4,磁體的寬度為LD4, LD4> = 30mm且LD4〈 = 60mm，LH4〈= 2X (R41-0. 5XLD4) Xtan22. 5 且 LH4> = LD4 ;磁體厚度均為 LM4, LM4> = 1mm 且 LM4〈= l〇mm ;8條磁體平放在同一平面上，圍繞第一接收線圈的中心點呈扇形展開，相鄰每條磁體 中心線之間的角度為45度，每條磁體十字型交點處與第一接收線圈最外圈中心位置重合。
5. 根據權利要求1所述的無線能量傳輸裝置，其特徵在於所述的雙線圈結構的無線能 量傳輸裝置中，所述的發送線圈組、第二發送磁體（23)、接收線圈組和第二接收磁體（26) 彼此平行布置，且四者中心位於同一中心軸線上，布置順序從下到上依次為第二發送磁體 (23) --發送線圈組--接收線圈組--第二接收磁體（26);第二發送磁體（23)與發送 線圈組之間的距離為M21，且M21小於10mm，第二接收磁體（26)與接收線圈組之間距離 為M22,且M22小於10mm;發送線圈組與接收線圈組之間的距離為P22,且P22在100mm至 400mm之間。
6. 根據權利要求1或5所述的無線能量傳輸裝置，其特徵在於所述的第二發送線圈 (21)採用平面盤式螺旋稀鬆繞制的形式，形狀為圓形或正多邊形；線圈導線線材為單股銅 線或多股利茲線；第二發送線圈（21)由外至內繞製成N1圈，N1 = 2?15,相鄰兩圈導線中 心距均為L1，線圈導線直徑為D1，最外圈導線中心位置與第二發送線圈中心點之間的距離 為R11，R11> = 300mm且Rll〈 = 2000mm，最內圈導線中心位置與第二發送線圈中心點之間 的距離為 R12 ;L1> = 2XD1 且 Ll〈 = 3XD1 ; 所述的發送放大線圈（22)採用平面盤式螺旋稀鬆繞制的形式，形狀為圓形或正多邊 形；線圈導線線材為單股銅線或多股利茲線；發送放大線圈（22)由外至內繞製成N2圈，N2 =2?15,相鄰兩圈導線中心距均為L2,線圈導線直徑為D2,最外圈導線中心位置與發送放 大線圈中心點之間的距離為R21，R21> = 300mm且R21〈 = 2000mm，最內圈導線中心位置與 發送放大線圈中心點之間的距離為R22 ;L2> = 2XD2且L2〈 = 3XD2 ; 所述的第二發送線圈（21)與發送放大線圈（22)兩者同心布置於同一平面內，且發送 放大線圈（22)的最外圈第N2圈放置於第二發送線圈（21)最外圈第N1圈與次外圈第N1-1 之間的空隙處，並以此類推，第二發送線圈（21)與發送放大線圈（22)絞接於彼此的空隙 處，從而同心布置於同一平面內； 所述的第二發送磁體（21)由8條相同的磁體構成，每條磁體均為十字形，十字 形磁體的長度為 LL1，LL1 = (R11-R12)+2XA0,其中 A0> = 50mm 且 A0〈 = 150mm， 十子形磁體的聞度為LH1，磁體的覽度為LD1，LD1〉= 30μπ且LD1〈 = 60μπ，LH1〈= 2X (Rll-0. 5XLD1) Xtan22. 5 且 LH1> = LD1，磁體厚度均為 LM1，LM1> = 1mm 且 LM1〈= l〇mm，8條磁體平放在同一平面上，圍繞第二發送線圈中心點呈扇形展開，相鄰每條磁體中 心線之間的角度為45度，每條磁體十字型交點處與第二發送線圈最外圈中心位置重合。
7. 根據權利要求1或5所述的無線能量傳輸裝置，其特徵在於所述的第二接收線圈 (24) 採用平面盤式螺旋稀鬆繞制的形式，形狀為圓形或正多邊形；線圈導線線材為單股銅 線或多股利茲線；第二接收線圈（24)由外至內繞製成Μ圈，Μ = 2?15,相鄰兩圈導線中 心距均為L4,線圈導線直徑為D4,最外圈導線中心位置與第二接收線圈中心點之間的距離 為R41，R41> = 300mm且Rll〈 = 2000mm，最內圈導線中心位置與第二接收線圈中心點之間 的距離為 R42 ;L4> = 2XD4 且 L4〈 = 3XL4 ; 所述的接收放大線圈（25)採用平面盤式螺旋稀鬆繞制的形式，形狀為圓形或正多邊 形；線圈導線線材為單股銅線或多股利茲線；接收放大線圈（25)由外至內繞製成N3圈，N3 =2?15 ;相鄰兩圈導線中心距均為L3,線圈導線直徑為D3,最外圈導線中心位置與接收 放大線圈中心點之間的距離為R31，最內圈導線中心位置與接收放大線圈中心點之間的距 離為 R32 ;L3> = 2XD3 且 L3〈 = 3XD3 ; 所述的第二接收線圈（24)與接收放大線圈（25)兩者同心布置於同一平面內，且接收 放大線圈（25)的最外圈第N3圈放置於第二接收線圈（24)最外圈第N4圈與次外圈第N4-1 之間的空隙處，並以此類推，第二接收線圈（24)與接收放大線圈（25)絞接於彼此的空隙 處，從而同心布置於同一平面內； 所述的第二接收磁體（16)由8條相同的磁體構成，每條磁體均為十字形；十字 形磁體的長度為 LL4, LL4 = (R41-R42)+2XA0,其中 A0> = 50mm 且 A0〈 = 150mm， 十字形磁體的高度為LH4,磁體的寬度為LD4, LD4> = 30mm且LD4〈 = 60mm，LH4〈= 2X (R41-0. 5XLD4) Xtan22. 5 且 LH4> = LD4,磁體厚度均為 LM4, LM4> = 1mm 且 LM4〈= l〇mm，8條磁體平放在同一平面上，圍繞第二接收線圈中心點呈扇形展開，相鄰每條磁體中 心線之間的角度為45度，每條磁體十字型交點處與第二接收線圈最外圈中心位置重合。
【文檔編號】H02J17/00GK104065177SQ201410265924
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月14日 優先權日:2014年6月14日
【發明者】廖承林, 陳德清, 王麗芳, 朱慶偉 申請人:中國科學院電工研究所