本發(fā)明涉及電磁場領域，具體涉及大面積磁場均衡陣列式線圈及調節(jié)步驟及其無線充電裝置。

背景技術：

非接觸電能傳輸技術由于從根本上杜絕了傳統(tǒng)接觸式供電模式帶來的器件磨損、接觸不良、接觸火花等問題，實現(xiàn)了電源和用電設備之間完全的電氣隔離，是一種潔凈、安全、靈活的新型供電模式，得到了社會的廣泛關注。隨著非接觸電能傳輸技術的快速發(fā)展和廣泛運用，基于非接觸電能傳輸技術的電動汽車、小家電等設備的無線充電方式將變得切實可行。其中磁能發(fā)射和接收結構是實現(xiàn)無線充電技術的核心環(huán)節(jié)。工作原理為：通過電磁感應耦合技術，安裝在各個用電設備內(nèi)部的拾取結構從磁能發(fā)射機構中獲取磁能，經(jīng)過能量變換裝置后為各個用電設備提供電能，從而完成用電設備的無線供電。

圖1所示的磁能發(fā)射線圈是目前無線充電裝置大都采用的結構，其存在的一個固有的缺陷是：磁能發(fā)射線圈產(chǎn)生的磁場不均衡，線圈中央位置磁場強度大，線圈周邊磁場強度小，這就造成當有多個充電設備同時工作時，處于螺線管線圈中心位置6的用電設備拾取電壓較高，拾取能量較大，而處于邊緣位置的用電設備拾取電壓較低，拾取能量較小，無法保證各個用電設備的同時正常高效電能拾??；而對于單設備充電系統(tǒng)來說，如果拾取機構沒有定位在磁能發(fā)射線圈的中央位置，將造成能量的大量流失，充電設備工作效率較低，不利于能量的拾取。

為了實現(xiàn)磁能發(fā)射機構磁場均衡，專利申請?zhí)枮閏n101785905b的發(fā)明專利設計了一種可實現(xiàn)均衡磁場空間的裝置，通過對磁極角度、位置和電流強度的協(xié)調控制來實現(xiàn)磁場空間范圍功率磁場的均衡性，從而為拾取負載提供可靠的能量，但該發(fā)明只實現(xiàn)了在一定中心位置范圍內(nèi)得到均衡磁場，不能在大面積范圍內(nèi)產(chǎn)生均衡磁場。發(fā)明專利為cn99234254的發(fā)明專利設計了一種高均勻度強磁場發(fā)生器，在一個矩形箱內(nèi)，同軸平行放置相互串聯(lián)的4組線圈，充分考慮相鄰線圈之間的間距及匝數(shù)的匹配，在線圈軸線上產(chǎn)生均勻穩(wěn)定的磁場，但該發(fā)明同樣只實現(xiàn)了在一定中心位置范圍內(nèi)得到均衡磁場，不能大面積內(nèi)產(chǎn)生均衡磁場。專利申請?zhí)枮閏n90109340的發(fā)明專利通過磁場分析發(fā)明了一種能產(chǎn)生均勻磁場的馬鞍形線圈，通過對線圈半徑、位置和角度等參數(shù)的精確計算，產(chǎn)生了高均勻度的磁場，但該種設備設計極其復雜，成本極高，適用于作為標準磁場計量。

技術實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術中存在的設計復雜、成本高、可移植性低的問題，本發(fā)明提供了大面積磁場均衡陣列式線圈及電動汽車無線充電裝置。

本發(fā)明提供了一種大面積磁場均衡陣列式線圈，其創(chuàng)新點在于：所述大面積磁場均衡陣列式線圈包括線圈基體，所述線圈基體上串聯(lián)若干個螺線管線圈；螺線管線圈按由外到內(nèi)按螺旋陣列式分布。

進一步的，所述螺線管線圈的螺旋方向均與線圈基體的螺旋方向相同。

進一步的，所述螺線管線圈的匝數(shù)和直徑可調。

進一步的，所述螺線管線圈分為外部螺線管線圈和內(nèi)部螺線管線圈，外部螺線管線圈環(huán)繞內(nèi)部螺線管線圈；所述外部螺線管線圈一端連接線圈基體電流入口，另一端連接內(nèi)部螺線管線圈；所述內(nèi)部螺線管線圈一端連接線圈基體電流出口，另一端與外部螺線管線圈連接；所述外部螺線管線圈匝數(shù)多于內(nèi)部螺線管線圈匝數(shù)。

本發(fā)明還提供了一種用于陣列式線圈的磁場強度均衡調節(jié)步驟，其創(chuàng)新點在于：所述磁場強度均衡調節(jié)步驟，具體步驟如下：步驟s1，采用磁場強度測量儀實時測量磁場強度；步驟s2，根據(jù)s1的磁場強度，選擇調節(jié)方法進行相應的內(nèi)部和外部螺線管線圈匝數(shù)或直徑調節(jié)；步驟s3，磁場強度測量儀測量磁場強度達到均衡，停止調節(jié)。

進一步的，所述步驟s2中的調節(jié)方法包括，

方法1，調節(jié)外部螺線管線圈；所述調節(jié)外部螺線管線圈分為兩種調節(jié)方法：一種調節(jié)方法，外部螺線管線圈直徑不變，減少匝數(shù)；另一種調節(jié)方法，外部螺線管匝數(shù)不變，增大直徑；其中內(nèi)部螺線管的匝數(shù)和直徑保持不變。

方法2，調節(jié)內(nèi)部螺線管線圈；所述調節(jié)內(nèi)部螺線管線圈同樣分為兩種調節(jié)方法：一種調節(jié)方法，內(nèi)部螺線管線圈直徑不變，較少匝數(shù)；另一種調節(jié)方法，內(nèi)部螺線管匝數(shù)不變，直徑增大；其中外部螺線管的匝數(shù)和直徑保持不變。

方法3，將方法1和方法2混合操作；方法1與方法2操作的順序和次數(shù)根據(jù)實際操作過程中，自行調整。

本發(fā)明還提供了一種采用陣列式線圈制作的電動汽車無線充電裝置，所述電動汽車無線充電裝置包括發(fā)射器、接收器、電源裝置和控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)用于控制發(fā)射器和電源裝置的工作狀態(tài)；電源裝置連接發(fā)射器，接收器設于電動汽車底部，其創(chuàng)新點在于：發(fā)射器包括上述采用的陣列式線圈和放置裝置，所述放置裝置為t字型，分為垂直柱和水平箱體，垂直柱用于固定整個發(fā)射器，水平箱體上用于放置陣列式線圈，所述放置裝置的水平箱體內(nèi)設有螺旋擋板，螺旋擋板將水平箱體內(nèi)部空間隔出螺旋通道，所述螺旋擋板的螺旋方向與陣列式線圈中線圈基體的螺旋方向一致。

進一步的，所述水平箱體中還設有升降機構，升降機構包括支撐板和升降裝置，支撐板上放置陣列式螺線管，升降裝置設于支撐板底部；所述支撐板平面上開有螺旋槽，螺旋槽的螺旋方向與螺旋擋板一致，且螺旋槽的寬度與螺旋擋板的厚度相同，螺旋擋板設于螺旋槽內(nèi)。

進一步的，所述升降裝置包括升降件和連接件，升降件包括托盤和氣缸，托盤設于氣缸頂部，托盤設于支撐板底部，升降件采用星型方式布置。

進一步的，控制系統(tǒng)包括位置定位裝置、控制器、無線裝置和電源檢測裝置；所述控制器檢測位置定位裝置、無線裝置和電源檢測裝置的工作狀態(tài)；位置定位裝置設于放射器上任意位置；無線裝置分為無線發(fā)生器和無線接收器，無線發(fā)生器設于發(fā)射器內(nèi)部，無線接收器設于電動汽車內(nèi)部，無線裝置將電動汽車和無線充電裝置兩者中的信息進行相互傳輸；電源檢測裝置設于電動汽車的電源部分，用于檢測電動汽車的電源電量情況。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明中通過調節(jié)陣列式線圈可以保證了處于線圈中心位置6上方的拾取線圈和處于線圈基體邊緣處上方的拾取線圈具有相同的能量拾取能力。

(2)本發(fā)明中對各個線圈的匝數(shù)和直徑調節(jié)可改變陣列式中各個線圈產(chǎn)生的磁場，通過磁場的干涉與疊加定理，調節(jié)各個線圈周邊和中央磁場，因此，能夠實現(xiàn)陣列式線圈中各個位置磁場的均勻分布，從而實現(xiàn)大面積范圍內(nèi)磁場的近似均衡。

(3)本發(fā)明中的無線充電裝置可以同時對多個電動汽車充電，保證各電動汽車拾取能量均勻，且電動汽車可在充電范圍內(nèi)任意停放即可充電，不需要設定特定充電點。

(4)本發(fā)明中通過升降裝置將線圈脫離放置裝置可以使得維修人員在維修過程中方便對線圈進行更換。

(5)本發(fā)明中控制系統(tǒng)可以對陣列式線圈進行實時監(jiān)控，保證充電安全，提高電動汽車無線充電裝置的自動化程度，并且由于現(xiàn)設模塊和電壓自檢裝置的存在，大大減少了維修人員的維修工作量。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術感應充電系統(tǒng)線圈結構示意圖；

圖2是本發(fā)明結構示意圖；

圖3是放置裝置俯視圖；

圖4是螺旋擋板示意圖；

圖5是支撐板示意圖；

圖6是升降裝置示意圖；

圖7是控制系統(tǒng)示意圖。

結合附圖在其上標記：

1-線圈基體電流入口，2-線圈基體電流出口，3-外部螺線管線圈，4-內(nèi)部螺線管線圈，5-線圈基體，6-線圈中心位置，7-拾取線圈a，8-拾取線圈b，9-水平箱體，10-螺旋擋板，11-電壓自檢裝置，12-螺旋槽，13-升降裝置，14-升降件，15-連接件，161-無線發(fā)生器，162-無線接收器，163-位置定位裝置，164-電源檢測裝置，165-發(fā)射器，166-接收器，167-控制器，168-人工設置模塊，169-顯示模塊，170-報警器，171-檢測模塊，172-位置傳感器a，173-位置傳感器b。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本實施例方式中披露了一種大面積磁場均衡陣列式線圈，如圖2所示，所述大面積磁場均衡陣列式線圈包括線圈基體5，所述線圈基體5上串聯(lián)若干個螺線管線圈，所述螺線管線圈按由外到內(nèi)按螺旋陣列式分布，其中，在螺旋陣列方向上的各個螺線管線圈的螺旋方向均與線圈基體5的螺旋方向相同；所述螺線管線圈的匝數(shù)和直徑可調，可根據(jù)實際使用中進行相應調整。所述螺線管線圈分為外部螺線管線圈3和內(nèi)部螺線管線圈4，外部螺線管線圈3環(huán)繞內(nèi)部螺線管線圈4；所述外部螺線管線圈3一端連接線圈基體5電流入口1，另一端連接內(nèi)部螺線管線圈4；所述內(nèi)部螺線管線圈4一端連接線圈基體5電流出口2，另一端與外部螺線管線圈3連接；所述外部螺線管線圈3匝數(shù)多于內(nèi)部螺線管線圈4匝數(shù)。當高頻電流從線圈基體5電流入口1進入陣列式線圈，且沿著陣列式線圈流通，此時，外部螺線管線圈3中心自身產(chǎn)生磁場強度較強，而內(nèi)部螺線管線圈4中心自身產(chǎn)生磁場強度較弱，由于磁場內(nèi)外磁場干涉，依靠外部磁場的擴散來彌補內(nèi)部較低的磁場強度，在線圈中心位置6上方的拾取圈a和線圈集體邊緣處上方的拾取圈b中采用磁場強度測量儀測量磁場強度，通過實時調節(jié)內(nèi)部和外部螺線管線圈3匝數(shù)和直徑，從而實現(xiàn)大面積內(nèi)磁場強度的近似均衡，保證了處于線圈中心位置6上方的拾取線圈a7和處于線圈基體5邊緣處上方的拾取線圈b8具有相同的能量拾取能力；因此得到磁場強度均衡調節(jié)步驟；

所述磁場強度均衡調節(jié)包括以下步驟：步驟s1，采用磁場強度測量儀實時測量磁場強度；步驟s2，根據(jù)s1的磁場強度，選擇調節(jié)方法進行相應的內(nèi)部和外部螺線管線圈3匝數(shù)或直徑調節(jié)；步驟s3，磁場強度測量儀測量磁場強度達到均衡，停止調節(jié)。在步驟s1測量后會得到磁場強度結果是磁場強度測量儀測得線圈中心拾取圈a的磁場強度高于線圈基體5邊緣處的拾取圈b的磁場強度。

其中，所述步驟s2中調節(jié)相應的內(nèi)部和外部螺線管線圈3匝數(shù)或直徑設有三種調節(jié)方法，在本實施例中拓展說明；所述三種調節(jié)方法包括：

方法1，調節(jié)外部螺線管線圈3。所述調節(jié)外部螺線管線圈3分為兩種調節(jié)方法：一種調節(jié)方法，外部螺線管線圈3直徑不變，減少匝數(shù)；另一種調節(jié)方法，外部螺線管匝數(shù)不變，增大直徑；其中內(nèi)部螺線管的匝數(shù)和直徑保持不變。

方法2，調節(jié)內(nèi)部螺線管線圈4，所述調節(jié)內(nèi)部螺線管線圈4同樣分為兩種調節(jié)方法：一種調節(jié)方法，內(nèi)部螺線管線圈4直徑不變，較少匝數(shù)；另一種調節(jié)方法，內(nèi)部螺線管匝數(shù)不變，直徑增大；其中外部螺線管的匝數(shù)和直徑保持不變。

方法3，將方法1和方法2混合操作，方法1與方法2操作的順序和次數(shù)根據(jù)實際操作過程中，自行調整。

通過三種調節(jié)方法可以確保線圈中心位置6上方的拾取線圈a7和處于線圈基體5邊緣處上方的拾取線圈b8具有相同的能量拾取能力；采用陣列式線圈進行無線充電，由于各處的磁場強度均勻，因此對充電設備不需要設定特定充電點，只需放置在充電范圍內(nèi)即可進行充電，同時，可以保證多個充電設備同時進行充電，不會造成能源浪費。

本實施例還提供一種采用大面積磁場均衡陣列式線圈制作的電動汽車無線充電裝置，所述電動汽車無線充電裝置包括發(fā)射器165、接收器166、電源裝置和控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)用于控制發(fā)射器165和電源裝置的工作狀態(tài)；電源裝置連接發(fā)射器165，接收器166設于電動汽車底部，通過發(fā)射器165將能量傳射給接收器166，用于電動汽車充電。其中，發(fā)射器165包括上述采用的陣列式線圈和放置裝置，所述放置裝置為t字型，分為垂直柱和水平箱體9，垂直柱用于固定整個發(fā)射器165，水平箱體9上用于放置陣列式線圈，在使用過程中垂直柱和水平箱體9均設于地上。如圖3-5所示，所述放置裝置的水平箱體9內(nèi)設有螺旋擋板10，螺旋擋板10將水平箱體9內(nèi)部空間隔出螺旋通道，所述螺旋擋板10的螺旋方向與陣列式線圈中線圈基體5的螺旋方向一致，所述螺旋擋板10和水平箱體9均采用防靜電材料制成，例如采用聚全氟乙丙烯或防靜電聚氯乙烯板。所述水平箱體9中還設有電壓自檢裝置11，電壓自檢裝置11設于陣列式線圈在水平箱體9中螺旋排列時，每個拐角處設有一個分線路，電壓自檢裝置11設于分線路上，用于檢測該段陣列式線圈工作狀態(tài)是否正常。當充電裝置中陣列式線圈出現(xiàn)故障，通過電壓自檢可以分段檢測陣列線圈中螺線管，減小檢測工作量，所述電壓自檢裝置11將信號傳輸給控制系統(tǒng)，通過控制系統(tǒng)可實時檢測發(fā)射器165工作是否正常。

當通過電壓自檢裝置11傳輸?shù)男盘柊l(fā)生變動，表明其陣列線圈中的螺線管出現(xiàn)故障，此時，派出維修人員進行檢修，為方便維修人員的操作，在所述放置裝置的水平箱體9中還設有升降機構，升降機構將陣列式線圈與水平箱體9進行分離，方便維修人員對其進行更換。所述升降機構包括支撐板和升降裝置13，支撐板上放置陣列式螺線管，升降裝置13設于支撐板底部，通過升降裝置13動作帶動陣列式線圈的升降。所述支撐板平面上開有螺旋槽12，螺旋槽12的螺旋方向與螺旋擋板10一致，且螺旋槽12的寬度與螺旋擋板10的厚度相同，螺旋擋板10設于螺旋槽12內(nèi)。所述螺旋槽12的槽壁上設有毛氈或橡膠，避免螺旋槽12的槽壁和螺旋擋板10之間在升降過程中產(chǎn)生磨損。在升降過程中支撐結構的不同會使得升降的平穩(wěn)度發(fā)生變化，而在本實施方式中為了能夠使得支撐板在升降過程中的平穩(wěn)度得到保證，設有升降裝置13，升降裝置13包括升降件14和連接件15，升降件14包括托盤和氣缸，托盤設于氣缸頂部，托盤設于支撐板底部，升降件14采用星型方式布置，如圖6所示，通過氣缸運動帶動支撐板上下運動；由于升降件14采用星型布置，因此連接件15呈星型狀，在連接件15的每個星型端部和連接件15的中心位置處均設有升降件14，在實施方式中升降件14的總數(shù)為5個，可以保證在升降過程中支撐板受到均勻力。通過這樣設計通過升降裝置13將線圈脫離放置裝置可以使得維修人員在維修過程中方便對線圈進行更換。

為提高電動汽車無線充電裝置的自動化程度，通過控制系統(tǒng)控制電動汽車整個充電過程以及方便對陣列式線圈的維修。本實施例中，如圖7所示，控制系統(tǒng)包括位置定位裝置163、控制器167、無線裝置和電源檢測裝置164；所述控制器167檢測位置定位裝置163、無線裝置和電源檢測裝置164的工作狀態(tài)，通過控制器167進行實時監(jiān)測，位置定位裝置163設于放射器上任意位置，用于檢測電動汽車在停車時離發(fā)射器165之間的距離，當電動汽車離發(fā)射器165的距離超出可充電范圍，則將信號傳輸給控制器167，由控制器167將信號通過無線裝置傳輸給駕駛員，駕駛員將電動汽車停放在充電范圍內(nèi)。其中，無線裝置分為無線發(fā)生器161和無線接收器162，無線發(fā)生器161設于發(fā)射器165內(nèi)部，無線接收器162設于電動汽車內(nèi)部，無線裝置將電動汽車和無線充電裝置兩者中的信息進行相互傳輸，確保電動汽車完成充電過程?？刂葡到y(tǒng)中的電源檢測裝置164設于電動汽車的電源部分，用于檢測電動汽車的電源電量情況，電源檢測裝置164中設定電動汽車中的電量低于30％，自動充電；當電動汽車中電量低于30％，電源檢測裝置164將信號傳射給控制器167，控制器167啟動發(fā)射器165和接收器166，將無線充電裝置中的能量傳輸給電動汽車，當電動汽車電量達到100％，電源檢測裝置164將信號傳輸給控制器167，控制器167關閉電動汽車接收器166，此時斷開能量傳輸過程，避免對電動汽車的電源過充，起到過充保護?？刂破?67還接收電壓自檢裝置11信號，控制系統(tǒng)還包括監(jiān)測模塊，用于檢測螺旋通道中陣列式線圈工作狀態(tài)，所述監(jiān)測模塊包括人工設置模塊168、顯示模塊169、報警器170和檢測模塊171，人工設置模塊168用于人工設置每段螺旋通道中陣列式線圈的電壓工作范圍，顯示模塊169用于顯示電壓自檢裝置11中檢測到的電壓值，檢測模塊171用于對比電壓自檢裝置11中電壓值是否處于人工設置模塊168設定的電壓工作范圍；報警器170用于通知維修人員；當超過電壓工作范圍，檢測模塊171將信號傳輸給控制器167，則控制器167啟動報警器170，由報警器170通知維修人員。這樣可以對陣列式線圈進行實時監(jiān)控，保證充電安全，同時節(jié)省了通知維修的時間，并且由于現(xiàn)設模塊和電壓自檢裝置11的存在，大大減少了維修人員的維修工作量。

為了方便對陣列式線圈維修，控制系統(tǒng)中還包括位置傳感器a172和位置傳感器b173，所述位置傳感器a172設于水平箱體9側壁頂部，位置傳感器b173設于水平箱體9內(nèi)部側壁底部，在陣列式線圈工作時，支撐板高度與位置傳感器b173高度一致。當需要對陣列式線圈進行維修時，通過控制器167控制升降件14動作，將支撐板升起，當支撐板高度超過位置傳感器a172所在高度，則升降件14停止動作；當更換或維修陣列式線圈后控制器167控制升降件14做下降運動，支撐板到達位置傳感器b173高度，升降件14停止動作。

通過采用陣列式線圈制作無線充電設備，使得在充電范圍內(nèi)多個電動汽車同時進行充電，由于陣列式線圈的磁場強度均勻，因此各電動汽車拾取能量均勻，且電動汽車可在充電范圍內(nèi)任意停放即可充電，不需要設定特定充電點。

上述說明示出并描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，如前所述，應當理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述發(fā)明構想范圍內(nèi)，通過上述教導或相關領域的技術或知識進行改動。而本領域人員所進行的改動和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應在本發(fā)明所附權利要求的保護范圍內(nèi)。