CN109038857A - 一种基于实际应用工况的动态无线供电三维电磁耦合*** - Google Patents

一种基于实际应用工况的动态无线供电三维电磁耦合*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于实际应用工况的动态无线供电三维电磁耦合***，通过分析三维电磁耦合***在空间上磁场分布，设计出一种由6个平面矩型线圈单元组成，发射端为“8”字型，接收端为“K”字型的三维电磁耦合***，发射端与接收端各矩型线圈单元相互串联连接且每个线圈单元均为顺时针绕制，使得线圈电流形成的磁感线方向均一致。本发明使得三维耦合***发射端或接收端受到外界复杂环境影响发生振动时，最大限度减小由于振动引起的传输参数波动，从而使移动受电体能稳定、可靠和持续获取电能。实验表明，实际工况下的三维电磁耦合***传输功率较二维平面耦合***均得到了提高。

Description

一种基于实际应用工况的动态无线供电三维电磁耦合***
技术领域
本发明属于高铁列车、有轨电车和电动汽车等移动受电体动态无线持续、稳定、可靠供电技术领域领域，尤其是涉及一种基于实际应用工况的动态无线供电三维电磁耦合***。
背景技术
无线电能传输技术凭借其安全、便捷和可靠等优点在电子设备、交通、工业等领域获得广泛关注。目前，研究学者大多按照原理将无线电能传输技术分为电磁感应式无线电能传输方式、电磁耦合谐振式无线电能传输方式和微波辐射式无线电能传输方式等，每种方式在功率、效率、距离和偏移容忍度等传输参数上各有优缺点。也有学者按照无线电能传输***中电磁耦合***的发射端与接收端是否存在相对运动情形，把无线电能传输技术分为静态无线电能传输技术和动态无线电能传输技术。静态无线电能传输技术指电磁耦合机构的发射端与接收端相对静止，依靠发射端与接收端之间的磁场静态耦合，为受电体中的储能装置充电，受电体依靠储能装置中的能量实现自身正常工作。此种方式由于受储能的能量密度、充电时间以及受电体持续工作时间的影响，阻碍了该技术在应用中的广泛使用。为摆脱或者减小储能装置对应用场景的限制，科研工作者开始研究动态无线供电技术，它可以使受电体无需装载或者少量装载储能装置，使受电体持续稳定工作。此外，这种方式由于减少了储能装置在移动受电体的装载数量，极大地减轻了受电体重量。本发明是基于动态无线供电技术在实际应用中存在的耦合机构振动问题，提出的一种基于实际应用工况的动态无线供电三维电磁耦合***。可以最大限度减小由于复杂环境变化对***能效的影响，从而提高受电体受电质量。本申请是针对动态无线供电领域，电磁耦合机构存在的振动问题而提出的。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种基于实际应用工况的动态无线供电三维电磁耦合***，通过分析三维电磁耦合***在空间上磁场分布，设计出一种发射端为“8”字型，接收端为“K”字型的三维电磁耦合***，使得耦合***发射端或接收端发生振动时，传输功率和传输效率较二维平面耦合***均得到了提高。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于实际应用工况的动态无线供电三维电磁耦合***，包括三维电磁耦合***发射端和三维电磁耦合***接收端，其中，三维电磁耦合***发射端由2个平面矩型线圈单元排成“8”字型，三维电磁耦合***接收端由4个平面矩形线圈单元排成“K”字形，三维电磁耦合***发射端与三维电磁耦合***接收端各矩型线圈单元相互串联连接且每个线圈单元均为顺时针绕制，使得线圈电流形成的磁感线方向均一致。
进一步的，所述平面矩型线圈单元采用多股李兹线绕制，长50cm,宽40cm。
进一步的，所述平面矩型线圈单元由5-15匝线圈绕制而成，优选的，匝数为10匝。
进一步的，所述三维电磁耦合***发射端由2个平面矩型线圈组成“8”字型，其中2个平面矩型线圈的长边为相交边，紧挨排列。
进一步的，所述三维电磁耦合***接收端由4个平面矩型线圈组成“K”字型，其中4个平面矩型线圈的长边为相交边，紧挨排列。
进一步的，所述“K”字型三维电磁耦合***接收端两个倾斜放置的平面矩型线圈与两个水平放置的平面矩型线圈间的夹角范围为5度到15度；优选的，为10度。
相对于现有技术，本发明所述的一种基于实际应用工况的动态无线供电三维电磁耦合***具有以下优势：
本发明的三维电磁耦合***，通过“8”字型发射端和“K”字型接收端，使得在收发端产生发生振动情形下，空间磁场的耦合特性与***传输功率均获得提高；三维电磁耦合***在保持动态无线供电的各项优点的同时，进一步考虑了电磁耦合***受到外界复杂环境变化对收发线圈产生的振动影响，从而使本发明与其他耦合***结构相比，更能满足动态无线供电在实际工况下的应用需求。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的平面矩型线圈俯视图；
图2为本发明实施例所述的三维电磁耦合***的正视图；
图3为本发明实施例所述的三维电磁耦合***发射端俯视图；
图4为本发明实施例所述的三维电磁耦合***接收端俯视图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1和图2所示，本发明一种基于实际应用工况的动态无线供电三维电磁耦合***，包括6个图1所示的平面矩型线圈单元，其中三维电磁耦合发射端由2个图1中的平面矩型线圈单元排列成“8”字型结构，并且2个平面矩型线圈单元相互串联连接，每个线圈单元顺时针绕制，绕制后的线圈电流形成的磁感线方向一致；三维电磁耦合接收端由4个图1中的平面矩型线圈单元排列成“K”字型结构，并且4个平面矩型线圈单元相互串联连接，每个线圈单元顺时针绕制，绕制后的线圈电流形成的磁感线方向一致；
本实施例中平面矩型线圈单元长50cm，宽40cm，均采用直径为2mm的多股李兹线绕制而成，匝数可依据不同的电感值发生变化，范围在5匝到15匝，每匝线圈紧挨固定，可减小***的寄生参数。
本实施方式中，电磁耦合***接收端为“K”字型结构，其中两个倾斜的平面矩型线圈与两个水平平面矩型线圈之间的夹角θ，可根据动态无线供电技术的实际应用工况中的振动幅度进行调节，范围在5度到15度，在此范围内，收发的的磁场耦合特性更紧密。
如图3和图4所示，本发明一种基于实际应用工况的动态无线供电三维电磁耦合***，三维电磁耦合发射端2个平面矩型线圈单元的长边为相交边，并紧挨固定；三维电磁耦合接收端4个平面矩型线圈单元的长边为相交边，并紧挨固定；
本实施方式中，三维电磁耦合***发射端通过逆变电路供电，产生高频正弦波；发射端线圈与补偿电容发生串联谐振，三维电磁耦合***接收端通过动态磁场耦合获取电能，电能通过变换后供给移动受电体使用；由于收发端不可避免会受到外界复杂环境影响，产生振动，应用本实施方式中的三维电磁耦合***，通过改变电磁场的空间分布，使收发端紧密耦合，最大限度降低了外界环境导致的振动对***传输功率的影响。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于实际应用工况的动态无线供电三维电磁耦合***，其特征在于：包括三维电磁耦合***发射端和三维电磁耦合***接收端，其中，三维电磁耦合***发射端由2个平面矩型线圈单元排成“8”字型，三维电磁耦合***接收端由4个平面矩形线圈单元排成“K”字形，三维电磁耦合***发射端与三维电磁耦合***接收端各矩型线圈单元相互串联连接且每个线圈单元均为顺时针绕制，使得线圈电流形成的磁感线方向均一致。
2.根据权利要求1所述的一种基于实际应用工况的动态无线供电三维电磁耦合***，其特征在于：所述平面矩型线圈单元采用多股李兹线绕制，长50cm,宽40cm。
3.根据权利要求2所述的一种基于实际应用工况的动态无线供电三维电磁耦合***，其特征在于：所述平面矩型线圈单元由5-15匝线圈绕制而成，优选的，匝数为10匝。
4.根据权利要求1所述的一种基于实际应用工况的动态无线供电三维电磁耦合***，其特征在于：所述三维电磁耦合***发射端由2个平面矩型线圈组成“8”字型，其中2个平面矩型线圈的长边为相交边，紧挨排列。
5.根据权利要求1所述的一种基于实际应用工况的动态无线供电三维电磁耦合***，其特征在于：所述三维电磁耦合***接收端由4个平面矩型线圈组成“K”字型，其中4个平面矩型线圈的长边为相交边，紧挨排列。
6.根据权利要求1所述的一种基于实际应用工况的动态无线供电三维电磁耦合***，其特征在于：所述“K”字型三维电磁耦合***接收端两个倾斜放置的平面矩型线圈与两个水平放置的平面矩型线圈间的夹角范围为5度到15度；优选的，为10度。
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Application publication date: 20181218

Assignee: TIANJIN KEYVIA ELECTRIC Co.,Ltd.

Assignor: TIANJIN POLYTECHNIC University

Contract record no.: X2024980000814

Denomination of invention: A dynamic wireless power supply three-dimensional electromagnetic coupling system based on practical application conditions

Granted publication date: 20230822

License type: Common License

Record date: 20240116

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