非對(duì)稱在線式無(wú)線供電耦合器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種非對(duì)稱在線式無(wú)線供電耦合器，屬于無(wú)線電能傳輸與轉(zhuǎn)換范疇，可以實(shí)現(xiàn)在電動(dòng)汽車類負(fù)載移動(dòng)過(guò)程中實(shí)時(shí)的進(jìn)行無(wú)線供電，可提供在線式無(wú)線充電電源，以進(jìn)行高效穩(wěn)定的無(wú)線充電，具有廣闊的市場(chǎng)前景。該裝置包括有非對(duì)稱在線式無(wú)線供電耦合器，包括有無(wú)線充電電源(1)將高頻電磁功率經(jīng)由通斷控制開(kāi)關(guān)(2)及自動(dòng)調(diào)諧電路(3)加載到非對(duì)稱發(fā)射線圈(4)上，非對(duì)稱發(fā)射線圈(4)產(chǎn)生電路諧振后高頻電磁功率將分布于周圍空間，非對(duì)稱諧振線圈(5)諧振時(shí)加強(qiáng)無(wú)線電能傳輸效果，自動(dòng)調(diào)諧電路(3)檢測(cè)到接收端協(xié)同工作線圈(6)進(jìn)入指定區(qū)域后開(kāi)始提高輸出功率，并由接收端協(xié)同工作線圈(6)獲取電能并給負(fù)載(7)供電。
【專利說(shuō)明】 非對(duì)稱在線式無(wú)線供電耦合器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]無(wú)線電能傳輸技術(shù)是目前電氣工程領(lǐng)域最活躍的熱點(diǎn)研究方向之一，是集基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究為一體的前沿課題，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工業(yè)界探索的一個(gè)多學(xué)科強(qiáng)交叉的新的研究領(lǐng)域，涵蓋電磁場(chǎng)、電力電子技術(shù)、電力系統(tǒng)、控制技術(shù)、物理學(xué)、材料學(xué)、信息技術(shù)等諸多【技術(shù)領(lǐng)域】。該技術(shù)通過(guò)發(fā)射線圈與接收線圈之間的非輻射近場(chǎng)區(qū)域完成能量的傳輸與轉(zhuǎn)換，能夠有效克服電線連接方式存在的各類缺陷，實(shí)現(xiàn)電子電器的自由供電，具有重要的應(yīng)用預(yù)期和廣闊的發(fā)展前景。
[0002]本發(fā)明——非對(duì)稱在線式無(wú)線供電耦合器，基于無(wú)線電能傳輸技術(shù)原理，設(shè)計(jì)具有循環(huán)結(jié)構(gòu)的發(fā)射線圈，使高頻電磁能量分布于發(fā)射線圈周圍空間，同時(shí)利用近場(chǎng)諧振與感應(yīng)耦合兩種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)成平面結(jié)構(gòu)以方便集成于交通工具底盤上，從而充分發(fā)揮無(wú)線充電系統(tǒng)的電氣特性，能夠?qū)崿F(xiàn)在I米距離內(nèi)的高效率無(wú)線充電，可以廣泛應(yīng)用于公共用電場(chǎng)合或各種移動(dòng)類設(shè)備無(wú)線供電的環(huán)境。
【背景技術(shù)】
[0003]無(wú)線電能傳輸技術(shù)大致可分為三種:第一種為感應(yīng)稱合式電能傳輸，它利用松率禹合變壓器原理進(jìn)行傳能，發(fā)射端與接收端一般存在降低回路磁阻的鐵心裝置。第二種為電磁耦合諧振式電能傳輸，通過(guò)高品質(zhì)因數(shù)的諧振器上電感與分布式電容發(fā)生諧振傳輸能量。第三種為電磁輻射式電能傳輸，在該技術(shù)中電能被轉(zhuǎn)換為微波形式，傳輸距離超過(guò)數(shù)干米，可實(shí)現(xiàn)電能的遠(yuǎn)程傳送。其中電磁耦合諧振技術(shù)利用非輻射電磁場(chǎng)近場(chǎng)區(qū)域完成電能傳輸，一方面較之電磁感應(yīng)式傳能，在傳輸距離上有了很大的擴(kuò)展；另一方面相比電磁福射式傳能，近場(chǎng)區(qū)域能量具有非輻射的特點(diǎn)，該技術(shù)有較好的安全性，因此目前得到很大的關(guān)注和研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)移動(dòng)類交通工具行駛過(guò)程中，高效穩(wěn)定的獲得大容量電能的問(wèn)題，設(shè)計(jì)非對(duì)稱在線式無(wú)線供電耦合器，使高頻電磁能量分布于線圈附近區(qū)域，同時(shí)通過(guò)無(wú)源諧振線圈起到磁場(chǎng)增強(qiáng)的作用，然后設(shè)計(jì)平面結(jié)構(gòu)且工作于協(xié)同工作狀態(tài)的接收線圈，實(shí)現(xiàn)電能的高效可靠無(wú)線傳輸。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:非對(duì)稱在線式無(wú)線供電耦合器，包括有無(wú)線充電電源⑴將高頻電磁功率經(jīng)由通斷控制開(kāi)關(guān)⑵及自動(dòng)調(diào)諧電路⑶加載到非對(duì)稱發(fā)射線圈
(4)上，非對(duì)稱發(fā)射線圈(4)產(chǎn)生電路諧振后高頻電磁功率將分布于周圍空間，非對(duì)稱諧振線圈(5)固定于非對(duì)稱發(fā)射線圈(4)上方以加強(qiáng)該方向上的無(wú)線電能傳輸效果，自動(dòng)調(diào)諧電路(3)檢測(cè)到接收端協(xié)同工作線圈(6)進(jìn)入指定區(qū)域后開(kāi)始提高輸出功率，并由接收端協(xié)同工作線圈(6)獲取電能并給負(fù)載(7)供電。
[0006]所述的非對(duì)稱發(fā)射線圈(4)由兩組發(fā)射線圈交叉循環(huán)并沿直線鋪展而成，每組線圈有四個(gè)子繞組，由線徑為0.2mm2、匝數(shù)為1000匝且相互絕緣的銅質(zhì)漆包線繞制而成，線圈具有平面DNA螺旋交叉結(jié)構(gòu)，循環(huán)周期長(zhǎng)度為30cm，整體排布成直線結(jié)構(gòu)，線圈下方及側(cè)面鋪設(shè)有高導(dǎo)磁鐵氧體。
[0007]所述的非對(duì)稱諧振線圈(5)由采用線徑為0.1mm2、匝數(shù)為1000匝且相互絕緣的銅質(zhì)漆包線繞制而成，線圈具有平面矩形螺旋漸開(kāi)型結(jié)構(gòu)，最外層邊長(zhǎng)為30cm，線圈固定于非對(duì)稱發(fā)射線圈(4)平面上方15cm處，采用耐高壓金屬薄膜電容與線圈進(jìn)行并聯(lián)，從而使非對(duì)稱諧振線圈(5)的自然諧振頻率與無(wú)線充電電源(I)的工作頻率相一致。
[0008]所述的接收端協(xié)同工作線圈(6)由單匝無(wú)源諧振器與多匝感應(yīng)線圈共同組成，其中無(wú)源諧振器采用管直徑為8mm的無(wú)氧紫銅管制作成方形結(jié)構(gòu)，并聯(lián)有耐高壓金屬薄膜電容；多匝感應(yīng)線圈采用線徑為0.1mm2、匝數(shù)為1000匝且相互絕緣的銅質(zhì)漆包線繞制而成，線圈具有平面矩形螺旋漸開(kāi)型結(jié)構(gòu)，串聯(lián)有耐高壓金屬薄膜電容，最外層邊長(zhǎng)為30cm，線圈平鋪在牌號(hào)為PC95的高導(dǎo)磁鐵氧體平板之上。
[0009]本發(fā)明的非對(duì)稱在線式無(wú)線供電耦合器，采用非對(duì)稱在線式無(wú)線供電耦合器，使高頻電磁能量分布于線圈附近區(qū)域，同時(shí)通過(guò)無(wú)源諧振線圈起到磁場(chǎng)增強(qiáng)的作用，當(dāng)移動(dòng)類設(shè)備經(jīng)過(guò)其上方時(shí)，通過(guò)接收端協(xié)同工作線圈實(shí)時(shí)獲得電量，實(shí)現(xiàn)電能的高效可靠無(wú)線傳輸。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)圖；
[0011]圖2是非對(duì)稱發(fā)射線圈(4)的結(jié)構(gòu)圖；
[0012]圖3是非對(duì)稱諧振線圈(5)的結(jié)構(gòu)圖；
[0013]圖4是接收端協(xié)同工作線圈(6)的結(jié)構(gòu)圖。
[0014]其中:
[0015](I):無(wú)線充電電源；(2):通斷控制開(kāi)關(guān)；(3):自動(dòng)調(diào)諧電路；(4):非對(duì)稱發(fā)射線圈；(5):非對(duì)稱諧振線圈；(6):接收端協(xié)同工作線圈；(7):負(fù)載；⑶:高導(dǎo)磁鐵氧體；(9):單匝無(wú)源諧振器；(10):多匝感應(yīng)線圈。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合實(shí)例和附圖對(duì)本發(fā)明的非對(duì)稱在線式無(wú)線供電耦合器做出詳細(xì)說(shuō)明。
[0017]如圖1所示，本發(fā)明的位置自適應(yīng)無(wú)線充電耦合器，包括有:無(wú)線充電電源(1)，通斷控制開(kāi)關(guān)(2)，自動(dòng)調(diào)諧電路(3)，非對(duì)稱發(fā)射線圈(4)，非對(duì)稱諧振線圈(5)，接收端協(xié)同工作線圈(6);負(fù)載(7)。
[0018]如圖2所示，所述的非對(duì)稱發(fā)射線圈(4)由兩組發(fā)射線圈交叉循環(huán)并沿直線鋪展而成，每組線圈有四個(gè)子繞組，線圈具有平面DNA螺旋交叉結(jié)構(gòu)，循環(huán)周期長(zhǎng)度為30cm，整體排布成直線結(jié)構(gòu)，線圈下方及側(cè)面鋪設(shè)有高導(dǎo)磁鐵氧體。當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)始工作時(shí)，非對(duì)稱發(fā)射線圈(4)上將加載有高頻電磁功率，并在線圈周圍形成高頻電磁場(chǎng)。下方及側(cè)面鋪設(shè)有高導(dǎo)磁鐵氧體(8)具有磁屏蔽作用，從而將電磁場(chǎng)集中于線圈上方。
[0019]如圖3所示，所述的非對(duì)稱諧振線圈(5)具有平面矩形螺旋漸開(kāi)型結(jié)構(gòu)，最外層邊長(zhǎng)為30cm，線圈固定于非對(duì)稱發(fā)射線圈(4)平面上方15cm處，采用耐高壓金屬薄膜電容與線圈進(jìn)行并聯(lián)，從而使非對(duì)稱諧振線圈(5)的自然諧振頻率與無(wú)線充電電源(I)的工作頻率相一致。當(dāng)非對(duì)稱發(fā)射線圈(4)加載有高頻電磁功率時(shí)，非對(duì)稱諧振線圈(5)同時(shí)發(fā)生電磁諧振，電磁能量在非對(duì)稱發(fā)射線圈(4)與非對(duì)稱諧振線圈(5)之間發(fā)生交換，同時(shí)高頻電磁場(chǎng)在空間存在的范圍得以擴(kuò)展。
[0020]如圖4所示，所述的接收端協(xié)同工作線圈(6)由單匝無(wú)源諧振器(9)與多匝感應(yīng)線圈(10)共同組成，其中單匝無(wú)源諧振器(9)并聯(lián)有耐高壓金屬薄膜電容；多匝感應(yīng)線圈
(10)串聯(lián)有耐高壓金屬薄膜電容，線圈平鋪在高導(dǎo)磁鐵氧體平板之上。當(dāng)電磁能量在非對(duì)稱發(fā)射線圈(4)與非對(duì)稱諧振線圈(5)之間發(fā)生交換時(shí)，單匝無(wú)源諧振器(9)與非對(duì)稱諧振線圈(5)發(fā)生諧振，將，電磁能量的一部分通過(guò)近場(chǎng)諧振的方式傳輸?shù)絾卧褵o(wú)源諧振器
(9)上，并感應(yīng)耦合到多匝感應(yīng)線圈(10)上。同時(shí)多匝感應(yīng)線圈(10)也通過(guò)感應(yīng)耦合的方式直接從非對(duì)稱發(fā)射線圈(4)周圍的電磁場(chǎng)中獲得電能。最終，兩部分電能同時(shí)給負(fù)載
(7)供電。當(dāng)負(fù)載(7)沿著鋪設(shè)有非對(duì)稱發(fā)射線圈(4)的區(qū)域行進(jìn)時(shí)，以上過(guò)程實(shí)時(shí)發(fā)生，從而驅(qū)動(dòng)負(fù)載(7)向前移動(dòng)。
[0021]本發(fā)明的非對(duì)稱在線式無(wú)線供電耦合器，采用非對(duì)稱在線式無(wú)線供電耦合器，使高頻電磁能量分布于線圈附近區(qū)域，同時(shí)通過(guò)無(wú)源諧振線圈起到磁場(chǎng)增強(qiáng)的作用，當(dāng)移動(dòng)類設(shè)備經(jīng)過(guò)其上方時(shí)，電磁能量的一部分通過(guò)近場(chǎng)諧振的方式傳輸?shù)絾卧褵o(wú)源諧振器(9)上，并感應(yīng)耦合到多匝感應(yīng)線圈(10)上；另一部分通過(guò)多匝感應(yīng)線圈(10)也通過(guò)感應(yīng)耦合的方式直接從非對(duì)稱發(fā)射線圈(4)周圍的電磁場(chǎng)中獲得。當(dāng)負(fù)載(7)沿著鋪設(shè)有非對(duì)稱發(fā)射線圈(4)的區(qū)域行進(jìn)時(shí)，可以實(shí)時(shí)的接收到電能。通過(guò)本發(fā)明的非對(duì)稱在線式無(wú)線供電耦合器，可以使電動(dòng)汽車類負(fù)載在行駛過(guò)程中實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)無(wú)線供電，從而解決充電不便的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)電能的高效可靠無(wú)線傳輸。
【權(quán)利要求】
1.非對(duì)稱在線式無(wú)線供電耦合器，其特征在于所述的無(wú)線充電電源(I)將高頻電磁功率經(jīng)由通斷控制開(kāi)關(guān)(2)及自動(dòng)調(diào)諧電路(3)加載到非對(duì)稱發(fā)射線圈(4)上，非對(duì)稱發(fā)射線圈(4)產(chǎn)生電路諧振后高頻電磁功率將分布于周圍空間，非對(duì)稱諧振線圈(5)固定于非對(duì)稱發(fā)射線圈(4)上方以加強(qiáng)該方向上的無(wú)線電能傳輸效果，自動(dòng)調(diào)諧電路(3)檢測(cè)到接收端協(xié)同工作線圈(6)進(jìn)入指定區(qū)域后開(kāi)始提高輸出功率，并由接收端協(xié)同工作線圈(6)獲取電能并給負(fù)載(7)供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非對(duì)稱在線式無(wú)線供電耦合器，其特征還在于，所述的非對(duì)稱發(fā)射線圈(4)由兩組發(fā)射線圈交叉循環(huán)并沿直線鋪展而成，每組線圈有四個(gè)子繞組，由線徑為0.2mm2、匝數(shù)為1000且相互絕緣的銅質(zhì)漆包線繞制而成，線圈具有平面DNA螺旋交叉結(jié)構(gòu)，循環(huán)周期長(zhǎng)度為30cm，整體排布成直線結(jié)構(gòu)，線圈下方及側(cè)面鋪設(shè)有高導(dǎo)磁鐵氧體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非對(duì)稱在線式無(wú)線供電耦合器，其特征還在于，所述的非對(duì)稱諧振線圈(5)由采用線徑為0.1mm2、匝數(shù)為1000匝且相互絕緣的銅質(zhì)漆包線繞制而成，線圈具有平面矩形螺旋漸開(kāi)型結(jié)構(gòu)，最外層邊長(zhǎng)為30cm，線圈固定于非對(duì)稱發(fā)射線圈(4)平面上方15cm處，采用耐高壓金屬薄膜電容與線圈進(jìn)行并聯(lián)，從而使非對(duì)稱諧振線圈(5)的自然諧振頻率與無(wú)線充電電源(I)的工作頻率相一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非對(duì)稱在線式無(wú)線供電耦合器，其特征還在于，所述的接收端協(xié)同工作線圈(6)由單匝無(wú)源諧振器與多匝感應(yīng)線圈共同組成，其中無(wú)源諧振器采用管直徑為8mm的無(wú)氧紫銅管制作成方形結(jié)構(gòu)，并聯(lián)有耐高壓金屬薄膜電容；多匝感應(yīng)線圈采用線徑為0.1mm2、匝數(shù)為1000匝且相互絕緣的銅質(zhì)漆包線繞制而成，線圈具有平面矩形螺旋漸開(kāi)型結(jié)構(gòu)，串聯(lián)有耐高壓金屬薄膜電容，最外層邊長(zhǎng)為30cm，線圈平鋪在牌號(hào)為PC95的高導(dǎo)磁鐵氧體平板之上。
【文檔編號(hào)】H02J17/00GK103545940SQ201310566177
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月11日
【發(fā)明者】張獻(xiàn), 楊慶新, 章鵬程, 何亞偉, 劉維娜, 倪衛(wèi)濤, 張廣超, 金亮, 薛明 申請(qǐng)人:天津工業(yè)大學(xué)