一种改善无线充电传输距离和传输效率的方法和过程

本发明涉及无线能量传输技术领域，尤其涉及一种提高无线充电传输距离和传输效率的方法.

背景技术:

无线能量传输是通过无线进行的能量传输. 近年来，这项技术越来越受到人们的关注，也被媒体称为“将改变未来世界的八项革命性技术”. 它的诞生不仅给人们的生产和生活带来了迅速的变化，而且是人类科学技术进步的重要里程碑. 磁耦合共振技术具有无与伦比的优势，具有广阔的应用前景，具有很高的研究价值和应用价值.

早在1890年，著名的电气工程师尼古拉·特斯拉就提出了无线能量传输技术，因此被称为无线能量传输之父. 特斯拉（Tesla）设想的无线能量传输方法是，以地球为内导体，以地球电离层为绕地球表面的电磁波来传输能量. 最后，由于资金不足，特斯拉的愿景无法实现. 之后，Gubo，Schwagu等人从理论上计算出，只有空间束导波才能达到近100％的传输效率，并在透射束导波系统上进行了验证. 在1920年代中期，日本物理学家H. Yag i和S. U d发明了一种可用于无线能量传输的定向天线，也称为八木-宇田天线. 1960年代初，雷神公司的布朗通过大量的无线能量传输研究工作奠定了无线能量传输的实验基础，使这一概念成为现实. 2007年，美国马萨诸塞州物理学家马林·索尔贝西克（Marin Solbesick）等人通过他们的努力在无线能量传输方面取得了新的进展. 他们使用了两米外的电源，并使用了60瓦的灯泡. “间隙”亮起. 无线充电联盟成立于2008年12月17日. 2010年8月31日，无线充电联盟在首都北京正式将Qi无线充电技术引入中国. 近年来，几家公司生产了无线充电的手机，平板电脑，电动和电动汽车.

源技术（WPT-Wireless Power Technology）是近年来开发的一种电源技术. 它与传统的供电方法有很大的不同. 这种电源技术可以通过所有非金属材料传输功率. . 在无线能量传输模式下，一种新型的供电方式，磁耦合共振无线供电技术，不仅可以将无线供电的距离增加到电表的水平，解决了无线能量传输距离的问题，而且还可分离电气设备和供电设备之间的物理连接，因此在提高电气设备的美观性和实用性的同时，还可以提高电气设备的安全性. 标准化的无线充电器可以同时为各种电子产品（如手机，计算机，平板电脑等）充电，不仅节省资源，降低产品成本，而且有利于环境保护. 但是，传统的无线能量传输技术无法获得高精度的传输效率.

技术实现要素:

本发明要解决的技术问题是提供一种提高无线充电的传输距离和传输效率的方法，可以提高传输距离和传输效率.

本发明为解决其技术问题而采用的技术方案是提供一种提高无线充电的传输距离和传输效率的方法，包括以下步骤:

（1）利用电磁感应充电原理，获得了电磁耦合共振源的等效电路模型；

（2）根据获得的等效电路模型计算线圈的传输效率；

（3）耦合磁场的有限元分析，根据不同激励信号和线圈参数对单线圈发射磁场强度的影响，得到增强磁场强度的线圈参数；

（4）结合传输效率，选择可以增强磁场强度的线圈作为无线充电系统的发送线圈和接收线圈.

在步骤（2）中，根据基尔霍夫定律计算线圈的传输效率.

在步骤（3）中获得的用于增强磁场强度的线圈参数包括励磁电压幅度，线圈半径和匝数.

在步骤（4）中，选择圆柱形螺旋线圈作为无线充电系统的发送线圈和接收线圈.

圆柱形螺旋线圈使用PCB线圈.

有益效果

＆lt; p＆gt;由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明具有以下优点和积极效果: 本发明可以使功率损耗最小化，无线充电系统受内部功率损耗的影响. 在系统中，功率的损失会导致能量的损失，并产生热量有限的转换传输效率，因此，尽可能减少功率损耗可以提高能量传输效率. 与其他结构的线圈相比，本发明中使用的圆柱形螺旋线圈可以获得更大的互感. 互感越强，耦合系数越大，并且源系统的传输越有利. 在Qi标准中，本发明通过串联谐振电容器补偿谐振漏感，可以有效地解决低耦合的问题.

图纸说明

图1是本发明中的等效电路模型图；

图2是本发明中使用的线圈的;

图3是线圈边缘损耗图；

图4是线圈抬头损耗图；

图. 图5是线圈损耗的平面图.

具体实现

以下将结合具体实施例进一步描述本发明. 应当理解无线充电 距离，这些实施例仅用于举例说明本发明，并不用于限制本发明的范围. 另内. 本申请.

本发明的实施例涉及一种用于改善无线充电传输距离和传输效率的方法. 该方法基于电磁耦合谐振源系统. 该系统分为发送方和接收方，为微型无线充电设备充电. （）输入直流电，并通过有源晶体振荡器将其转换为高频交流电，以将其提供给发送线圈. 发射线圈周围产生的高频磁场由嵌入在微型无线充电设备中的接收线圈（接收侧）感应. 不断变化的磁场将产生感应电动势，并通过整流和滤波将其转换为直流电. ，将其提供给微型无线充电设备的电池，充电将完成. 为了解决传统无线充电的传输距离短，传输效率低的问题，本发明包括以下步骤:

（1）利用电磁感应充电原理，获得了电磁耦合共振源的等效电路模型. 获得的等效电路模型如图1所示.

（2）根据获得的等效电路模型，使用基尔霍夫定律计算线圈的传输效率.

具体来说，使用基尔霍夫定律可以编写循环方程:

其中，Ip是发送侧的电流，Rp是发送侧的电阻，Lp是发送侧的电感，Cp是发送侧的电容，M是线圈的互感无线充电 距离，Up是发射侧的电压，Rs是接收侧的电阻，Is是接收侧的电流，RL是负载电阻，Ls是接收侧的电感，Cs是接收侧的电容一侧.

Youde Is，IP:

将在发送侧反射的接收侧环路的等效电阻定义为公式（3）和（4），得到:

线圈的传输效率是在接收侧的负载上获得的功率与发送侧的输入功率之比，即

计算得出:

可以得出传输效率与M，ω，Rs，Rp，RL有关，其中互感M与线圈的轴向距离L，线圈的径向错位S，接收线圈的直径Dr，发射线圈的直径Dτ，线圈的匝数N密切相关.

（3）耦合磁场的有限元分析，根据不同激励信号和线圈参数对单线圈发射磁场强度的影响，得出结论，增加激励电压幅值，线圈半径，匝数可以增强磁场强度.

（4）结合传输效率，选择可以增强磁场强度的线圈作为无线充电系统的发送线圈和接收线圈. 从步骤（1）到步骤（3）可以知道，线圈是无线供电系统中电磁场发射的重要组成部分，其参数对电能的无线传输性能有重要影响. 通过实验分析，本发明选择圆筒形螺旋线圈作为发射线圈和/或接收线圈，圆筒形螺旋线圈的结构如图1所示. 2.因为系统耦合系数K与品质因数Q的乘积决定了功率损耗因数（FOM）. 系统的耦合系数和品质因数限制了系统的等效性，较低的品质因数通过较大的耦合实现线性补偿. 较小的耦合度通过较大的品质因数实现线性补偿. 品质因数Q仅与线圈的形状和尺寸以及所使用的材料有关. 本发明使用PCB线圈来提供特定的品质因数，从而确保小的耦合度. 值得一提的是，通过串联谐振电容来补偿谐振漏感，也可以有效地解决低耦合的问题.

为了验证本发明，可以使用麦克斯韦（Maxwell）软件来模拟无线充电电路，对无线充电电路进行建模并计算集肤效应深度和欧姆损耗. 图3至5分别显示了线圈边缘损耗，平头损耗和俯视图损耗.

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