CN103545941A - 点对点协同工作无线充电耦合器 - Google Patents

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CN103545941A CN201310566178.8A CN201310566178A CN103545941A CN 103545941 A CN103545941 A CN 103545941A CN 201310566178 A CN201310566178 A CN 201310566178A CN 103545941 A CN103545941 A CN 103545941A
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induction coil
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CN201310566178.8A
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张献
杨庆新
章鹏程
何亚伟
刘维娜
倪卫涛
张广超
金亮
薛明
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Tianjin Polytechnic University
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Abstract

本发明是一种点对点协同工作无线充电耦合器，属于无线电能传输与转换范畴，可以结合近场谐振与感应耦合技术的各自有点，使***工作于协同工作状态，以实现高效稳定的无线充电，具有广阔的市场前景。该装置包括有无线充电电源(1)将高频电磁功率经由通断控制开关(2)及自动调谐电路(3)加载到发射端感应线圈(4)上，高频电磁功率一部分直接耦合至接收端感应线圈(7)；另一部分与发射端谐振线圈(5)产生耦合，发射端谐振线圈(5)在其周围激发同频率的无辐射近场，与接收端谐振线圈(6)产生共振并实现能量传输，再以感应耦合的方式传输到接收端感应线圈(7)，从而向负载(8)供电。

Description

点对点协同工作无线充电耦合器
技术领域
无线电能传输技术是目前电气工程领域最活跃的热点研究方向之一，是集基础研究与应用研究为一体的前沿课题，是当前国内外学术界和工业界探索的一个多学科强交叉的新的研究领域，涵盖电磁场、电力电子技术、电力***、控制技术、物理学、材料学、信息技术等诸多技术领域。该技术通过发射线圈与接收线圈之间的非辐射近场区域完成能量的传输与转换，能够有效克服电线连接方式存在的各类缺陷，实现电子电器的自由供电，具有重要的应用预期和广阔的发展前景。
本发明——点对点协同工作无线充电耦合器，基于无线电能传输技术原理，设计点对点耦合结构，同时利用近场谐振与感应耦合两种技术的优势，实现在1米距离内的高效率无线充电，能够充分发挥无线充电***的电气特性，可以广泛应用于公共用电场合或各种移动类设备无线供电的环境。
背景技术
无线电能传输技术大致可分为三种：第一种为感应耦合式电能传输，它利用松耦合变压器原理进行传能，发射端与接收端一般存在降低回路磁阻的铁心装置。第二种为近场谐振式电能传输，通过高品质因数的谐振器上电感与分布式电容发生谐振传输能量。第三种为电磁辐射式电能传输，在该技术中电能被转换为微波形式，传输距离超过数千米，可实现电能的远程传送。其中近场谐振技术利用非辐射电磁场近场区域完成电能传输，在传输距离上有了很大的扩展，但是传输功率较小；感应耦合技术采用电磁感应的方式，能够在有限距离内完成大功率传输，因此结合两者技术使***工作于协同状态，能够使无线电能传输***的传输功率和传输距离有效的提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对近场谐振技术传输功率容量有限以及感应耦合技术传输距离有限的问题，提出点对点协同工作无线充电耦合器，同时利用两种技术的各自优势，使***工作于协同工作状态，共同提高传输功率和传输距离，实现电能的高效可靠无线传输。
本发明所采用的技术方案是：点对点协同工作无线充电耦合器，包括有无线充电电源(1)将高频电磁功率经由通断控制开关(2)及自动调谐电路(3)加载到发射端感应线圈(4)上，高频电磁功率一部分直接耦合至接收端感应线圈(7)；另一部分与发射端谐振线圈(5)产生耦合，发射端谐振线圈(5)在其周围激发同频率的无辐射近场，与接收端谐振线圈(6)产生共振并实现能量传输，再以感应耦合的方式传输到接收端感应线圈(7)，从而向负载(8)供电。
所述的发射端感应线圈(4)由线径为0.15mm2、匝数为1000匝且相互绝缘的铜质漆包线绕制而成，线圈具有平面矩形螺旋渐开型结构，最外层边长为35cm，最内层边长为30cm，线圈平铺在规格为PC95的高导磁铁氧体平板之上，导线之间及导线与铁氧体之间采用环氧树脂绝缘胶固定。
所述的发射端谐振线圈(5)由管直径为8mm的紫铜管制成，紫铜管外部套有绝缘层以保证每匝之间无电气接触，紫铜管通过环氧树脂胶固定在PVC材质的线圈骨架上以保证线圈间距恒定，紫铜管的两端并联有耐高压金属薄膜谐振电容，选取合适的电容值保证发射端谐振线圈(5)的谐振频率与发射端感应线圈(4)的工作频率相一致。
所述的接收端谐振线圈(6)由管直径为8mm的紫铜管制成，紫铜管外部套有绝缘层以保证每匝之间无电气接触，紫铜管通过环氧树脂胶固定在PVC材质的线圈骨架上以保证线圈间距恒定，紫铜管的两端并联有耐高压金属薄膜谐振电容，选取合适的电容值保证发射端谐振线圈(5)的谐振频率与发射端感应线圈(4)的工作频率相一致；位置处于发射端谐振线圈(5)与接收端感应线圈(7)之间并与接收端感应线圈(7)同轴固定。
所述的接收端感应线圈(7)由线径为0.15mm2、匝数为1000匝且相互绝缘的铜质漆包线绕制而成，线圈具有平面矩形螺旋渐开型结构，最外层边长为35cm，最内层边长为30cm，线圈平铺在规格为PC95的高导磁铁氧体平板之上，导线之间及导线与铁氧体之间采用环氧树脂绝缘胶固定；位置上与发射端谐振线圈(5)同轴固定。
本发明的点对点协同工作无线充电耦合器，将无线充电电源(1)产生的高频电磁功率，一部分以感应耦合的形式直接传输至接收端感应线圈(7)上，另一部分以近场谐振的形式传输至接收端感应线圈(7)上，最终向负载(8)共同供电。本装置同时利用两种技术的各自优势，使***工作于协同工作状态，可以获得高效可靠的无线电能传输效果。
附图说明
图1是本发明的整体结构图；
图2是发射端感应线圈(4)的结构图；
图3是发射端谐振线圈(5)的结构图；
图4是接收端谐振线圈(6)工作时的位置图。
其中：
(1)：无线充电电源；(2)：通断控制开关；(3)：自动调谐跟踪电路；(4)：发射端感应线圈：(5)：发射端谐振线圈；(6)：接收端谐振线圈；(7)：接收端感应线圈；(8)：负载；(9)：高频铁氧体；(10)：PVC线圈骨架；(11)：耐高压金属薄膜电容。
具体实施方式
下面结合实例和附图对本发明的点对点协同工作无线充电耦合器做出详细说明。
如图1所示，本发明的位置自适应无线充电耦合器，包括有：无线充电电源(1)，通断控制开关(2)，自动调谐电路(3)，发射端感应线圈(4)，发射端谐振线圈(5)，接收端谐振线圈(6)，接收端感应线圈(7)，负载(8)。
如图2所示，所述的发射端感应线圈(4)具有平面矩形螺旋渐开型结构，线圈平铺在规格为PC95的高导磁铁氧体平板之上，导线之间及导线与高频铁氧体(9)之间采用环氧树脂绝缘胶同定。当***工作时，发射端感应线圈(4)上加载有高频电磁功率，该功率一部分直接以感应耦合的方式传输给接收端感应线圈(7)，另一部分以同样方式传输给发射端谐振线圈(5)。
如图3所示，所述的发射端谐振线圈(5)采用紫铜管通过环氧树脂胶固定在PVC线圈骨架(10)上，紫铜管的两端并联有耐高压金属薄膜谐振电容(11)，选取合适的电容值保证发射端谐振线圈(5)的谐振频率与发射端感应线圈(4)的工作频率相一致。当***工作时，加载有高频电磁功率的发射端谐振线圈(5)发生强烈振荡，并在周围空间中建立非辐射电磁近场。
如图4所示，所述的接收端谐振线圈(6)采用紫铜管通过环氧树脂胶固定在PVC线圈骨架(10)上，紫铜管的两端并联有耐高压金属薄膜谐振电容(11)，选取合适的电容值保证发射端谐振线圈(5)的谐振频率与发射端感应线圈(4)的工作频率相一致。当***工作时，发射端谐振线圈(5)与接收端谐振线圈(6)的谐振频率一致，从而使发射端谐振线圈(5)通过近场谐振的方式从发射端谐振线圈(5)周围空间中的非辐射电磁近场吸收能量，最终以感应耦合的方式传输给接收端感应线圈(7)。

Claims (5)

1.点对点协同工作无线充电耦合器，其特征在于包括有无线充电电源(1)将高频电磁功率经由通断控制开关(2)及自动调谐电路(3)加载到发射端感应线圈(4)上，高频电磁功率一部分直接耦合至接收端感应线圈(7)；另一部分与发射端谐振线圈(5)产生耦合，发射端谐振线圈(5)在其周围激发同频率的无辐射近场，与接收端谐振线圈(6)产生共振并实现能量传输，再以感应耦合的方式传输到接收端感应线圈(7)，从而向负载(8)供电。
2.根据权利要求1所述的点对点协同工作无线充电耦合器，其特征还在于，所述的发射端感应线圈(4)由线径为0.15mm2、匝数为1000匝且相互绝缘的铜质漆包线绕制而成，线圈具有平面矩形螺旋渐开型结构，最外层边长为35cm，最内层边长为30cm，线圈平铺在规格为PC95的高导磁铁氧体平板之上，导线之间及导线与铁氧体之间采用环氧树脂绝缘胶固定。
3.根据权利要求1所述的点对点协同工作无线充电耦合器，其特征还在于，所述的发射端谐振线圈(5)由管直径为8mm的紫铜管制成，紫铜管外部套有绝缘层以保证每匝之间无电气接触，紫铜管通过环氧树脂胶固定在PVC材质的线圈骨架上以保证线圈间距恒定，紫铜管的两端并联有耐高压金属薄膜谐振电容，选取合适的电容值保证发射端谐振线圈(5)的谐振频率与发射端感应线圈(4)的工作频率相一致。
4.根据权利要求1所述的点对点协同工作无线充电耦合器，其特征还在于，所述的接收端谐振线圈(6)由管直径为8mm的紫铜管制成，紫铜管外部套有绝缘层以保证每匝之间无电气接触，紫铜管通过环氧树脂胶固定在PVC材质的线圈骨架上以保证线圈间距恒定，紫铜管的两端并联有耐高压金属薄膜谐振电容，选取合适的电容值保证发射端谐振线圈(5)的谐振频率与发射端感应线圈(4)的工作频率相一致；位置处于发射端谐振线圈(5)与接收端感应线圈(7)之间并与接收端感应线圈(7)同轴固定。
5.根据权利要求1所述的点对点协同工作无线充电耦合器，其特征还在于，所述的接收端感应线圈(7)由线径为0.15mm2、匝数为1000匝且相互绝缘的铜质漆包线绕制而成，线圈具有平面矩形螺旋渐开型结构，最外层边长为35cm，最内层边长为30cm，线圈平铺在规格为PC95的高导磁铁氧体平板之上，导线之间及导线与铁氧体之间采用环氧树脂绝缘胶固定；位置上与发射端谐振线圈(5)同轴固定。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104362771A (zh) * 2014-11-10 2015-02-18 刘跃进 一种支持电动汽车无线移动充电的动态磁耦合谐振阵列技术
TWI604975B (zh) * 2015-07-17 2017-11-11 松下知識產權經營股份有限公司 電力線引入裝置及具有此電力線引入裝置的絕緣滑接輪
CN109038857A (zh) * 2018-08-17 2018-12-18 天津工业大学 一种基于实际应用工况的动态无线供电三维电磁耦合***
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