一種用于無線供電機車的能量接收線圈的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于無線供電機車的能量接收線圈，主要包括諧振式耦合接收線圈(2)和感應耦合接收線圈(3)。本發(fā)明將諧振式無線傳能與感應式無線傳能相結合，優(yōu)化了現有單一的無線傳能線圈的結構，結合兩種傳能方式在各自傳能距離內的優(yōu)勢，提高了能量傳輸的效率與距離。該設計施工方便，僅需在現有無線供電的線圈結構上改造即可實現，結構穩(wěn)定可靠，安全性高，且市場前景廣闊。
【專利說明】一種用于無線供電機車的能量接收線圈
【技術領域】
[0001]無線電能傳輸技術是目前電氣工程領域最活躍的熱點研究方向之一，它集基礎研究與應用研究為一體，是當前國內外學術界和工業(yè)界探索的一個多學科、強交叉的新的研究領域和前沿課題，涵蓋電磁場、電力電子技術、電力系統(tǒng)、控制技術、物理學、材料學、信息技術等諸多【技術領域】。采用無線供電方式能夠有效克服電線連接方式存在的各類缺陷，實現電子電器的自由供電，具有重要的應用預期和廣闊的發(fā)展前景。
[0002]本發(fā)明一種用于無線供電機車的能量接收線圈涉及一種施工方便，系統(tǒng)便捷、運行穩(wěn)定、安全可靠的無線電能接收線圈，為無線供電線圈提供了技術模型。將諧振耦合式無線電能傳輸與傳統(tǒng)感應式無線電能傳輸相結合，提高了現有無線供電技術的接收效率，且市場前景廣闊。
【背景技術】
[0003]無線電能傳輸技術可分為三種:第一種為感應稱合式電能傳輸，它利用松稱合變壓器原理進行傳能，適合小功率，短距離的應用場合。第二種為電磁耦合諧振式電能傳輸，通過高品質因數的諧振器上電感與分布式電容發(fā)生諧振傳輸能量適合中等距離的能量傳輸。第三種為電磁福射式電能傳輸，在該技術中電能被轉換為微波形式，傳輸距離超過數千米，可實現電能的遠程傳送。其中電磁耦合諧振技術利用非輻射電磁場近場區(qū)域完成電能傳輸，一方面較之電磁感應式傳能，在傳輸距離上有了很大的擴展；另一方面相比電磁福射式傳能，近場區(qū)域能量具有非輻射的特點，該技術有較好的安全性，因此目前得到很大的關注和研究。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術問題是，提出了一種用于無線供電機車的能量接收線圈，擴展了無線電能傳輸的接收方式，將諧振耦合式無線電能傳輸與傳統(tǒng)感應式無線電能傳輸相結合，較之傳統(tǒng)單一模式下的無線電能傳輸效果更好，提出了具體實在的技術模型。
[0005]本發(fā)明所采用的技術方案是:一種用于無線供電機車的能量接收線圈，設置有電磁場發(fā)射線路(I)，用于發(fā)射前級電路輸入的交變電磁場；諧振式耦合接收線圈(2)，通過近場諧振原理接收電磁場發(fā)射線路(I)發(fā)射出的交變磁場；感應耦合接收線圈(3)，通過電磁感應方式接收電磁場發(fā)射線路(I)發(fā)射出的交變磁場。
[0006]所述的電磁場發(fā)射線路(I)由外加絕緣層的金屬導體組成，其諧振頻率與電源頻率保持一致，以保證較低的反射系數，用于發(fā)射斬波功率振蕩電路產生的交變電磁場。
[0007]所述的諧振式耦合接收線圈(2)由多匝金屬導體繞制成的線圈組成，接收線圈在制作時就考慮了電源的頻率，制作出的接收線圈與電源頻率保持一致，以保證接收線圈在運行中保持諧振狀態(tài)，以通過諧振耦合的方式實現能量的高效傳遞。
[0008]所述的感應耦合接收線圈(3)由多匝金屬導體繞制成的線圈組成，以感應耦合的方式接收空間中的交變電磁場，在諧振式耦合接收線圈(2)諧振耦合的基礎上，增加線圈系統(tǒng)接收到的效率，減少空間漏磁。
[0009]本發(fā)明一種用于無線供電機車的能量接收線圈，是采用諧振式耦合接收線圈(2)和感應耦合接收線圈(3)組成的接收系統(tǒng)，將諧振耦合式無線電能傳輸與傳統(tǒng)感應式無線電能傳輸相結合，較之傳統(tǒng)單一模式下的無線電能傳輸效果更好，提出了具體實在的技術模型。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是無線供電系統(tǒng)的整體功能框圖；
[0011]圖2是無線供電結構示意圖。
[0012]其中:
[0013]I:電磁場發(fā)射線路 2:諧振式耦合接收線圈
[0014]3:感應耦合接收線圈 4:并聯(lián)補償電容
[0015]5:接收線圈磁芯
【具體實施方式】
[0016]下面結合實施例和附圖對本發(fā)明一種用于無線供電機車的能量接收線圈做出詳細地說明。
[0017]如圖1所示，電磁場發(fā)射線路(I)，連接前級功率驅動電路，用于發(fā)射斬波功率振蕩電路產生的交變電磁場，該線路在架設之后使用之前測定過固有諧振頻率，并通過并聯(lián)電容與輸入的功率的中心頻率進行匹配，匹配后的發(fā)射線路(I)諧振頻率與所加功率的中心頻率一致，以保證較低的反射系數，圖中箭頭所示方向為某一時刻電流在導體中的流向，這樣的連接方式會使相鄰兩導體間的磁場方向相同，磁場強度增強；諧振式耦合接收線圈
(2)，由外加絕緣層的金屬導體組成，接收電磁場發(fā)射線路(I)發(fā)射出的交變磁場，該線圈在使用前已經與電磁場發(fā)射線路(I)的自有諧振頻率進行了匹配，匹配方式為根據諧振式耦合接收線圈(2)的自有諧振頻率與發(fā)射線路(I)的頻率進行比較，通過并聯(lián)電容，使線圈的自有諧振頻率與所發(fā)射功率的中心頻率保持一致，以實現系統(tǒng)的諧振式供電；此外，諧振式耦合接收線圈(2)的內部還安裝有一個感應耦合接收線圈(3)，由外加絕緣層的金屬導體組成，用以接收空間中存在的漏磁，以提高線圈的接收功率，使輸出給負載的功率增大，以驅動大功率負載；諧振式耦合接收線圈(2)和感應耦合接收線圈(3)串聯(lián)連接，接入后級電路，為負載供電。
[0018]如圖2所示，所述的諧振式耦合接收線圈(2)和感應耦合接收線圈(3)位于電磁場發(fā)射線路(I)的正下方，諧振式耦合接收線圈(2)和感應耦合接收線圈(3)由外加絕緣層的金屬導體組成，并通過并聯(lián)補償電容(4)將諧振式耦合接收線圈(2)諧振頻率匹配至與電源相等，諧振式耦合接收線圈(2)將通過近場諧振耦合從電磁場發(fā)射線路(I)中獲取功率，同時感應耦合接收線圈(3)還通過電磁感應的方式從發(fā)射線路(I)中獲取功率，諧振式耦合接收線圈(2)與感應耦合接收線圈(3)串聯(lián)，兩個線圈協(xié)同工作，將兩種原理的無線供電方式相結合，滿足了近距離和中等距離下無線電能傳輸的效果，本例中諧振式耦合接收線圈(2)使用半徑2_的銅線繞制了 16匝的螺線管線圈，螺線管線圈的小半徑50_，軸向節(jié)距8mm，感應耦合接收線圈(3)使用半徑2mm的銅線繞制了 8匝，線間距8mm的方形漸開線圈，內半徑240mm，外半徑336mm，諧振式耦合接收線圈(2)和感應耦合接收線圈(3)的中心重合，諧振式耦合接收線圈(2)安裝在感應耦合接收線圈(3)的中心，兩線圈位于同一水平面上，兩線圈的下方裝有磁芯(5)，本例中選用牌號PC44的鐵氧體燒制而成，磁芯為正方形，邊長360mm,厚度5mm,磁芯中心與兩線圈中心重合,線圈選用材料、型號與阻數可根據要求調整。
【權利要求】
1.一種用于無線供電機車的能量接收線圈，其特征在于設置有諧振式耦合接收線圈(2)和感應耦合接收線圈(3)，結合諧振式無線傳能與感應式無線傳能在不同距離接收能量的效率，設計了一種諧振式無線傳能與感應式無線傳能協(xié)同工作的能量接收線圈。
2.根據權利要求1所述的一種用于無線供電機車的能量接收線圈，其特征還在于，所述的諧振式耦合接收線圈(2)和感應耦合接收線圈(3)由線徑相同帶絕緣的導體制成，且諧振式耦合接收線圈(2)內半徑大于感應耦合接收線圈(3)的外半徑。
3.根據權利要求1所述的一種用于無線供電機車的能量接收線圈，其特征還在于，所述的諧振式耦合接收線圈(2)和感應耦合接收線圈(3)中心重合，且兩線圈位于同一平面。
4.根據權利要求1所述的一種用于無線供電機車的能量接收線圈，其特征還在于，所述的諧振式耦合接收線圈(2)和感應耦合接收線圈(3)串聯(lián)連接，接入后級電路。
5.根據權利要求1所述的一種用于無線供電機車的能量接收線圈，其特征還在于，所述的諧振式耦合接收線圈(2)和感應耦合接收線圈(3)安裝在接收線圈磁芯(5)上，且磁芯的邊長大于諧振式耦合接收線圈(2)的外徑。
【文檔編號】H02J17/00GK103560600SQ201310589739
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月18日 優(yōu)先權日:2013年11月18日
【發(fā)明者】章鵬程, 張獻, 楊慶新, 金亮, 李陽, 趙倩宇 申請人:天津工業(yè)大學