CN109450109A - 一种无线电能传输接收装置及无线供电*** - Google Patents

一种无线电能传输接收装置及无线供电*** Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种无线电能传输接收装置及无线供电***。该无线电能传输接收装置包括：接收磁芯和接收线圈；其中，所述接收磁芯包括至少四个在一平面内呈放射状分布的磁臂，用于固定所述接收线圈以约束产生的磁力线走向；所述接收线圈绕设在所述磁臂上，用于接收电能。本发明接收磁芯包括若干个呈放射状分布的磁臂，以使接收磁芯呈星型结构布置，使得接收线圈沿星型结构的接收磁芯绕设，进而使得接收磁芯整体偏移时，一部分磁臂上绕设的接收线圈的感应电势上升，另一部分磁臂上绕设的接收线圈的感应电势下降，即当电动汽车由于司机操作或路况发生偏转时，接收线圈的输出电压基本不变，输出功率输出恒定。

Description

一种无线电能传输接收装置及无线供电***
技术领域
本发明涉及无线电能传输技术领域，具体而言，涉及一种无线电能传输接收装置及无线供电***。
背景技术
随着环境污染与石油危机的爆发，电动汽车相比较于传统燃油汽车优势越来越突出。然而，传统采用有线供电的方式存在大量问题：（1）有线供电受到接口的限制，充电桩和电动汽车的充电接收头存在接触损耗，需要频繁维护；（2）充电时间长，携带电池则会受到电池体积、重量、成本的制约，影响移动设备的行驶里程；（3）同时需要地面上建设足够的基础充电设施。供电不便、续航能力差、维护成本及安全等问题制约了电动汽车的发展。而采用动态无线电能传输技术进行无线供电能很好地解决这些问题。
轨道式无线供电磁耦合机构凭借其良好的耦合性能及较高的传输功率，在电动汽车动态无线供电***中被广泛应用，已有许多结构不同磁耦合机构被国内外研究机构提出。文献《Novel Power Receiver for Dynamic Wireless Power Transfer System》中提出了一种组合线圈型接收端；文献《Evaluation of a Non-contact Power Supply Systemwith a Figure-of-Eight Coil for Railway Vehicles》中提出了一种8字形线圈的接收端；文献《5m-off-Long-Distance Inductive Power Transfer System Using OptimumShaped Dipole Coils》中提出了一种具有正交接收线圈的接收端。然而，上述接收端结构均未考虑电动汽车在行驶过程中会由于司机操作或路况出现偏转的情况，当接收端随电动汽车出现偏转后，无线供电***的输出功率会迅速下降。
发明内容
鉴于此，本发明提出了一种无线电能传输接收装置及无线供电***，旨在解决现有接收端结构出现偏转时无线供电***的输出功率下降的问题。
一方面，本发明提出了一种无线电能传输接收装置，该无线电能传输接收装置包括：接收磁芯和接收线圈；其中，所述接收磁芯包括至少四个在一平面内呈放射状分布的磁臂，用于固定所述接收线圈以约束产生的磁力线走向；所述接收线圈绕设在所述磁臂上，用于接收电能。
进一步地，上述无线电能传输接收装置，各所述磁臂的第一端为等腰三角形结构，以使各所述磁臂的第一端拼装为等边型结构。
进一步地，上述无线电能传输接收装置，各所述磁臂的等腰三角形结构的顶角角度α且均取α=360°/M；其中，M为所述磁臂的个数所述磁臂的个数，并且，M为大于或等于4的正整数。
进一步地，上述无线电能传输接收装置，各所述磁臂的第二端为矩型结构，用于绕设所述接收线圈。
进一步地，上述无线电能传输接收装置，所述接收线圈有各所述磁臂上绕设的线圈组串联而成。
进一步地，上述无线电能传输接收装置，各所述磁臂上绕设的线圈组的匝数相同。
进一步地，上述无线电能传输接收装置，各所述磁臂上绕设的线圈组绕线方向相同。
进一步地，上述无线电能传输接收装置，任意相邻两个所述磁臂之间的夹角相等，且均取β=360°/M；其中，M为所述磁臂的个数所述磁臂的个数，并且，M为大于或等于4的自然数。
进一步地，上述无线电能传输接收装置，所述磁臂的个数为偶数。
本发明提供的无线电能传输接收装置，接收磁芯包括若干个呈放射状分布的磁臂，以使接收磁芯呈星型结构布置，使得接收线圈沿星型结构的接收磁芯绕设，进而使得接收磁芯整体偏移时，一部分磁臂上绕设的接收线圈的感应电势上升，另一部分磁臂上绕设的接收线圈的感应电势下降，即当电动汽车由于司机操作或路况发生偏转时，接收线圈的输出电压基本不变，输出功率输出恒定，也就是说，该无线电能传输接收装置具有抗偏转特性，以避免输出功率随偏移下降的问题。同时，该无线电能传输接收装置具有耦合系数较高、动态充电过程中互感波动小、输出电压和输出功率恒定等优点。
另一方面，本发明还提出了一种无线供电***，该无线供电***上设置有上述无线电能传输接收装置。
由于无线电能传输接收装置具有上述效果，所以具有该无线电能传输接收装置的无线供电***也具有相应的技术效果。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例提供的无线电能传输接收装置的第一结构示意图；
图2为本发明实施例提供的无线电能传输接收装置的第一俯视图；
图3为本发明实施例提供的无线电能传输接收装置的第二结构示意图；
图4为本发明实施例提供的接收磁芯的第一结构示意图；
图5为本发明实施例提供的无线电能传输***的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。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。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
接收装置实施例：
参见图1至图3，其示出了本发明实施例提供的无线电能传输接收装置的优选结构。如图所示，该装置包括：接收磁芯1和接收线圈2；其中，
所述接收磁芯1呈星型结构布置，用于固定所述接收线圈2以约束产生的磁力线走向。具体地，接收磁芯1呈星型结构布置，以便使得接收线圈2沿接收磁芯1布置，进而使得该接收磁芯1整体偏移时，接收线圈2整体输出的总输出电压基本保持不变，从而提高***输出功率的稳定性，即使得该装置具有抗偏移性。
所述接收线圈2绕设在接收磁芯1上，用于接收电能。具体地，接收线圈2的一端与整流变换器的一端连接，将接收线圈2的另一端沿磁芯1依次绕设，绕设引出后，与整流变换器的另一端连接，至此完成接收线圈1的绕线。
参见图4，接收磁芯1包括至少四个在一平面内呈放射状分布的磁臂11。
具体地，接收磁芯1呈星型结构布置，以便使得接收线圈2沿接收磁芯1布置，进而使得该接收磁芯1整体偏移时，接收线圈2整体输出的总输出电压基本保持不变，从而提高***输出功率的稳定性。优选地，各磁臂11在同一平面内呈放射状分布，以便提高接收磁芯1的抗偏移特性，即接收磁芯1整体偏移时，一部分磁臂11上绕设的接收线圈2的感应电势上升，另一部分磁臂11上绕设的接收线圈2的感应电势下降，使得各磁臂11上绕设的接收线圈2输出的总输出电压基本保持不变，进而确保了该装置的输出功率的稳定性。其中，接收线圈2可由第一个磁臂11开始，顺时针或逆时针缠绕若干匝后，再沿与第一个磁臂11相邻的第二个磁臂11顺时针或逆时针缠绕若干匝，依次沿各个磁臂11均绕设后引出，与整流变换器的另一端连接，至此完成接收线圈1的绕线。为确保接收磁芯1的稳定性，优选地，各所述磁臂11的第一端（如图4所示远离中心的端部）为等腰三角形结构111，以使各所述磁臂11的第一端拼装为正多边形结构，以确保各所述磁臂11在中心点处组装在一起，并且中间没有气隙存在。为确保接收线圈2绕设的稳定性，优选地，各所述磁臂11的第二端（如图4所示靠近中心的端部）为矩型结构，用于绕设所述接收线圈2，以避免接收线圈2沿磁臂11的滑动。其中，各所述磁臂11尺寸结构完全相同，且其等腰三角形结构的顶角角度α可通过α=360°/M计算；其中，M为所述磁臂11的个数，并且，M为大于或等于4的正整数，以使各所述磁臂11在同一平面内拼装为完整的正多边形。任意相邻两个所述磁臂11之间的夹角β相等，且可通过β=360°/M计算；其中，M为所述磁臂的个数所述磁臂的个数，并且，M为大于或等于4的自然数。其中，图1至图3以六个磁臂11为例进行说明，图4中以八个磁臂11进行说明。为提高该接装置的整体对称线，优选地，磁臂11的个数为偶数，即M为偶数，以便可使得接收线圈2的感应电势沿行车方向设置。
显然可以理解的是，本实施例中提供的无线电能传输接收装置，接收磁芯1包括若干个呈放射状分布的磁臂，以使接收磁芯1呈星型结构布置，使得接收线圈2沿星型结构的接收磁芯1绕设，进而使得接收磁芯1整体偏移时，一部分磁臂11上绕设的接收线圈2的感应电势上升，另一部分磁臂11上绕设的接收线圈2的感应电势下降，即当电动汽车由于司机操作或路况发生偏转时，接收线圈1的输出电压基本不变，输出功率输出恒定，也就是说，该无线电能传输接收装置具有抗偏转特性，以避免输出功率随偏移下降的问题。同时，该无线电能传输接收装置具有耦合系数较高、动态充电过程中互感波动小、输出电压和输出功率恒定等优点。
继续参见图1至图3，接收线圈2有各所述磁臂11上绕设的线圈组21串联而成，即接收线圈2由M个线圈组21串联而成，每个磁臂11上均缠绕一个线圈组21，优选地，各磁臂11上线圈组21缠绕的位置均相同。为提高该接收装置的抗偏转特性，优选地，各所述磁臂11上绕设的线圈组21绕线方向相同即均为顺时针或逆时针，以便使得各线圈组21感应出的电势方向相同。其中，各所述磁臂11上绕设的线圈组21的匝数相同，以便使得各线圈组21偏移至同一位置时感应出的电势大小相等，以便该接受装置整体偏移时确保接收线圈1的输出电压基本不变。其中，图2中箭头的方向为电流方向，行车方向为自左至右。其中，线圈组12的匝数由输出功率、输出电流大小及导线的线径综合决定，本实施例中对其不做任何限定。
参见图1至图3，现以六个磁臂11为例对本实施例中提供的无线电能传输接收装置进行详细的说明：
无线电能传输接收装置包括接收磁芯1和接收线圈2。接收磁芯1为星型结构，共有6根磁臂11在中心点处组装组成，其中所有磁臂11的尺寸结构完全相同，且任意两根磁臂11间的夹角为60°。所述磁臂11的一端为矩形，另一端为等边三角形，其中等边三角形的一端用于在中心点处进行组装；且相邻的两个磁臂11可以在中心点处能够完整组装在一起，中间没有气隙存在；接收磁芯1均为铁氧体磁芯；接收磁芯1为发生偏转时，接收磁芯1中有2根磁臂11与行车方向平行，此时另外4根磁臂11与行车方向呈60°或120°的夹角；所述接收磁芯1的长度与发射端磁极间距及磁极长度匹配，每个磁臂11的长度为发射端磁极长度的1/2；组装完成后的接收磁芯1的总长度与发射端磁极的长度相等；
所述接收线圈2共由6个线圈组12串联而成，每根磁臂11上均缠绕一个线圈组12；且每个磁臂11上线圈组12缠绕的位置均相同；所述线圈组12的匝数为n匝，其中n为正整数，线圈组12的匝数由输出功率、输出电流大小及导线的线径综合决定；每个磁臂11上线圈组121的缠绕方式如下：
将接收线圈2的一端与整流变换器的一端连接，将接收线圈2的另一端由第一个磁臂11开始，顺时针缠绕n匝后，再在与该磁臂11相邻60°的第2个磁臂11的同一位置顺时针缠绕n匝，之后在顺时针绕绕与该磁臂11相邻60°的第3个磁臂11…最后在第6个磁臂11上顺时针缠绕n匝后引出，与整流变换器的另一端连接，至此完成接收线圈2的绕线。
现以六个磁臂11为例对本实施例中提供的无线电能传输接收装置的工作过程进行详细说明：
当发射端供电线缆中通高频交流电，供电线缆通过交替的8 字形绕线方式，在发射端磁芯约束下，产生沿行进方向的交变磁场，位于发射导轨正上方的无线电能传输接收装置与之相耦合，接收磁芯1与发射端磁极形成闭合回路，主磁通由发射端的一个磁极经接收磁芯1后回到发射端的另一个磁芯，接收线圈2紧密缠绕在接收磁芯1上，由电磁感应原理可知，每个磁臂11上的线圈组21中均感应出电势，6个线圈组21串联后连接整流电路，向负载供电，从而实现电能的无线传输；
当无线电能传输接收装置发生偏转时，之前与行车方向平行的2个磁臂11上缠绕的线圈组21中感应电势降低，另外2个之前与行车方向呈夹角的磁臂11上线圈组21中的感应电势上升，由于各个磁臂11上的线圈组21串联在一起向负载供电，因此，当电动汽车发生偏转时，接收线圈2的总输出电压基本保持不变，***输出功率稳定。
综上，本实施例中提供的无线电能传输接收装置，接收磁芯1包括若干个呈放射状分布的磁臂，以使接收磁芯1呈星型结构布置，使得接收线圈2沿星型结构的接收磁芯1绕设，进而使得接收磁芯1整体偏移时，一部分磁臂11上绕设的接收线圈2的感应电势上升，另一部分磁臂11上绕设的接收线圈2的感应电势下降，即当电动汽车由于司机操作或路况发生偏转时，接收线圈1的输出电压基本不变，输出功率输出恒定，也就是说，该无线电能传输接收装置具有抗偏转特性，以避免输出功率随偏移下降的问题。同时，该无线电能传输接收装置具有耦合系数较高、动态充电过程中互感波动小、输出电压和输出功率恒定等优点。
供电***实施例：
本实施例还提出了一种无线供电***，该无线供电***上设置有上述无线电能传输接收装置。其中，无线电能传输接收装置的具体实施过程参见上述说明即可，本实施例在此不再赘述。
参见图5，该无线供电***包括上述无线电能传输接收装置和发射端3，通过发射端3提供主磁通，以便无线电能传输接收装置连接整流电路，向负载供电。图5中虚线箭头方向为形成方向。
由于无线电能传输接收装置具有上述效果，所以具有该无线电能传输接收装置的无线供电***也具有相应的技术效果。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种无线电能传输接收装置，其特征在于，包括：接收磁芯和接收线圈；其中，
所述接收磁芯包括至少四个在一平面内呈放射状分布的磁臂，用于固定所述接收线圈以约束产生的磁力线走向；
所述接收线圈绕设在所述磁臂上，用于接收电能。
2.根据权利要求1所述的无线电能传输接收装置，其特征在于，
各所述磁臂的第一端为等腰三角形结构，以使各所述磁臂的第一端拼装为等边型结构。
3.根据权利要求2所述的无线电能传输接收装置，其特征在于，
各所述磁臂的等腰三角形结构的顶角角度α且取α=360°/M；
其中，M为所述磁臂的个数所述磁臂的个数，并且，M为大于或等于4的正整数。
4.根据权利要求2所述的无线电能传输接收装置，其特征在于，
各所述磁臂的第二端为矩型结构，用于绕设所述接收线圈。
5.根据权利要求1至4任一项所述的无线电能传输接收装置，其特征在于，所述接收线圈有各所述磁臂上绕设的线圈组串联而成。
6.根据权利要求6所述的无线电能传输接收装置，其特征在于，各所述磁臂上绕设的线圈组的匝数相同。
7.根据权利要求6所述的无线电能传输接收装置，其特征在于，各所述磁臂上绕设的线圈组绕线方向相同。
8.根据权利要求1至4任一项所述的无线电能传输接收装置，其特征在于，
任意相邻两个所述磁臂之间的夹角相等，且均取β=360°/M；
其中，M为所述磁臂的个数所述磁臂的个数，并且，M为大于或等于4的自然数。
9.根据权利要求1至4任一项所述的无线电能传输接收装置，其特征在于，所述磁臂的个数为偶数。
10.一种无线电能传输***，其特征在于，设置有如权利要求1至9任一项所述的无线电能传输接收装置。
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