CN113131625A - 采用空心铜管的新型水冷无线电能传输装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种使用空心铜管作为绕制磁耦合谐振式无线电能传输***中耦合线圈的材料，并在铜管内通入绝缘冷却液降低耦合线圈温度的方法。本发明装置包括：由铜管制成的耦合线圈、接线端子、水泵、散热器。由于电流的热效应，耦合线圈上会产生较高的热量，导致线圈温度上升，又因为金属电阻率具有正温度系数导致线圈的电阻增大，进而导致线圈上的电能损耗增加，对***能量传输效率产生消极影响。空心铜管代替传统实心铜线不仅能增大导体表面积降低导体上趋肤效应造成的损耗，而且在通入流动绝缘冷却液体后能增强线圈散热能力降低能量损耗，保护耦合线圈周边电路中的电子元器件免受高温影响。提出上述方法旨在提高无线能量传输***的传输能力，保障***安全平稳运行。
Description
技术领域
本发明涉及无线电能传输领域，采用空心铜管绕制耦合线圈并通入绝缘冷却液为耦合线圈降温的装置。
背景技术
发射线圈和接收线圈是无线能量传输***中能量耦合的重要组成部分，传统的耦合线圈多为实心铜线绕制而成。在高频大功率的无线能量传输中，由于实心导线线圈存在趋肤效应，当线圈中通入交流电时，导体内部的电流分布不均匀，电流集中在线圈外表的薄层，越靠近导体表面，电流密度越大，导体内部实际上电流较小，导线利用率低，结果使导体的电阻增加；再加之导线间的邻近效应，使***的传输效率大大降低，严重影响对负载的供能。
在无线能量传输***中，当***持续工作时，由于金属导体的电阻率有正的温度系数，温度升高的同时耦合线圈的电阻随之增大。线圈过热带来的问题会严重影响***的安全稳定运行。因此针对上述问题，提出一种优化的装置显得有意义。
发明内容
本发明提供采用空心铜管作为耦合线圈进行无线电能传输的一种装置，并且在外部使用水泵将冷却液通入铜管中循环带走热量降低***工作时耦合线圈及周边电路的温度，并优化无线电能传输***中线圈持续工作时线圈温度上升导致传输效率降低的问题，能够实现电能在发射和接收两侧安全且高效率的无线供电，确保受电端能够持续高效的工作。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种采用铜管作为耦合线圈并且对其降温的无线电能传输方案。
该方案通过采用螺旋型空心铜管作为耦合线圈，并且通入流动冷却液来降低线圈温度来解决上述问题。
本发明装置包括耦合线圈，接线上端子，接线下端子，绝缘软管，水泵，散热器。
耦合线圈其特征在于：两个线圈是由空心铜管缠绕制成。所述的耦合线圈绕制成多层螺旋型结构。
所述的发射线圈和接收线圈水平对齐放置。
所述的该耦合线圈包括上端头，铜管层以及下端尾。
所述的接线上端子和接线下端子均与外部电路通过导线连接。
所述的散热器特征是提供较大散热面积为冷却液降温。
所述的空心铜管线圈的两个端口通过绝缘软管与水泵和散热器连接。
所述的水泵和散热器也通过绝缘软管连接。水泵装置在电机的作用下将水泵箱里的绝缘冷却液经绝缘软管从铜管下端内壁通入冷却液，铜管上端的冷却液流进散热器内进行冷却，冷却液在整个装置中循环起来。
本发明具有以下优点：1.耦合线圈采用空心铜管绕制成螺旋结构来进行无线电能传输，空心铜管制成的线圈与其他常用的截面面积相同的导体结构相比，空心铜管的有效表面积大于实心铜线，弱化趋肤效应以减少线圈中的能量损耗。2.由于电流的热效应，耦合线圈上会产生较高的热量，导致线圈温度上升，又因为金属电阻率具有正温度系数导致线圈的电阻增大，进而导致线圈上的电能损耗增加，将流动冷却液通入空心铜管内壁，冷却液可以带走耦合线圈的热量，降低导体温度进而减少能量损耗，提升无线电能传输***效率。3.使用水泵和散热器的作用是降低线圈及周边电路温度，保护线圈周围电子器件和保证***安全稳定运行。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施的技术方案，图1提供了该空心铜管线圈的结构以及连接方式。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明中需要理解的术语是“上端头”，“下端头”，“铜管上端”，“铜管下端”等指示位置关系，仅是为了简单方便的描述，而不是指示或暗示所指的组件或原件必须具有特定的方位，以特定的位置构造或操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参阅图1所示，本发明装置包括耦合线圈，接线上端子，接线下端子，绝缘软管，水泵，散热器。
在本实施例中，发射线圈和接收线圈属性和参数完全一致，线圈由空心铜管绕制而成，空心铜管管径4mm，管壁厚0.5mm，匝数5匝，匝间距1mm，线圈直径300mm。
在本实施例中，绝缘软管采用PVC材料，管径5mm。
在本实施例中，水泵采用385SA型直流电机驱动水泵。
在本实施例中，散热器采用纯铝制P-TD240冷排。
在本实施例中，空心铜管的首末端通过绝缘软管与水泵和散热器连接在一起。接线端口利用导线连接外部的逆变器以及电源，共同构成整个无线电能传输***。
在本实施例中，当***进行无线电能传输时，启动水泵和散热器，水泵电机就会把水从水箱中的冷却液经绝缘软管通入空心铜管中，冷却液再在散热器中进行散热。
本发明与现有传统的无线电能传输***具有的有利效果包括：
本发明的空心铜管通入绝缘冷却液之后会降低线圈的温度，使***更加安全稳定运行。空心铜管相比传统的实心线圈在高频交流下趋肤效应有所改善，减少线圈发热损耗。
以上公开的发明实施例只是用于辅助阐述本发明。所选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也没有限制该发明仅为所述的具体实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何等同替换，修改，改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种无线电能传输***效率提高并且线圈降温的装置，包括：水泵（1），散热器（3），接线上端子（5），接线下端子（7），耦合线圈（6），绝缘软管（2，4，8）部分。
2.根据权利要求1所述，耦合线圈（6）为多层螺旋型结构，且由空心铜管缠绕而成。
3.根据权利要求1所述，耦合线圈（6）的铜管上端与接线上端子（5）焊接在一起，耦合线圈（6）的铜管下端与接线下端子（7）焊接在一起。
4.根据权利要求2所述，耦合线圈（6）上的接线上端子（5）和接线下端子（7）通过导线与无线电能传输***外电路连接在一起。
5.根据权利要求1所述，绝缘软管（2，4，8）连接水泵，散热器和耦合线圈。
6.空心铜管上端通过绝缘软管（5）与散热器（3）右侧固定连接在一起，空心铜管另一端通过绝缘软管（6）与水泵（2）固定连接在一起。
7.根据权利要求3所述，空心铜管一端通过绝缘软管（5）与散热器（3）右侧固定连接在一起；空心铜管下端通过绝缘软管（8）与水泵（1）固定连接在一起；水泵（1）与散热器（3）右侧连接在一起。
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