CN114520544A

CN114520544A - 一种具有兼容性的无线电能传输耦合机构

Info

Publication number: CN114520544A
Application number: CN202210168373.4A
Authority: CN
Inventors: 谭林林; 徐鹤琦; 武志军; 沈舒雨; 黄学良
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2022-02-23
Filing date: 2022-02-23
Publication date: 2022-05-20

Abstract

本发明涉及无线电能传输领域，具体的是一种具有兼容性的无线电能传输耦合机构，耦合机构主体包括：发射端和接收端；发射端包括可变换连接方式的第一线圈、第二线圈、第三线圈、第四线圈和发射端磁芯，接收端包括接收线圈和接收端磁芯；发射端磁芯包括第一磁芯块、第二磁芯块、第三磁芯块和第四磁芯块；接收端包括接收端平面螺旋线圈、接收端空间螺旋线圈、接收端扁平螺线管型线圈和接收端磁芯。本发明通过优化发射端线圈及发射端线圈连接方式，使其兼容不同类型的接收线圈，从而使得无线电能传输耦合机构的互操作性提高，进而对推动我国无线充电产业的规模化应用进程有重要意义。

Description

一种具有兼容性的无线电能传输耦合机构

技术领域

本发明涉及无线电能传输领域，具体的是一种具有兼容性的无线电能传输耦合机构。

背景技术

相较于传统的充电方式，无线电能传输技术具有安全、灵活的特点，在电动汽车、消费电子、智能家居、医疗等方面有广泛的发展潜力。磁耦合谐振式无线电能传输技术是利用无线电能传输的发射端将高频交变电场转换为高频交变磁场，通过接受端耦合将能量传递至负载，作为能量中转站的耦合机构在无线电能传输***中起着至关重要的作用。而如何兼容不同线圈类型成为磁耦合器的设计要求之一。

此外，对于无线电能传输***常用的耦合机构包括扁平螺线管型、平面螺旋型、空间螺旋形线圈，其中扁平螺线管型耦合机构的优点是结构紧凑，重量轻，横向抗偏移性强，而平面螺旋型及空间螺旋型耦合机构的具有低漏磁场的优点，但是扁平螺线管型线圈与平面螺旋型线圈和空间螺旋型线圈作为接收线圈时对耦合磁场的方向有不同要求，对于扁平螺线管线圈需要耦合平行于发射端平面的磁场，而平面螺旋型线圈和空间螺旋型线圈需要耦合垂直于发射端平面的磁场。传统的无线电能传输发射端只能产生其中一种方向的磁场，不能兼顾扁平螺线管型接收端平面螺旋型接收端以及空间螺旋型接收端。

发明内容

为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种具有兼容性的无线电能传输耦合机构。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种具有兼容性的无线电能传输耦合机构，所述耦合机构包括发射端和接收端，发射端和接收端电性连接，所述发射端包括发射线圈和发射端磁芯，发射线圈绕制在发射端磁芯上；

所述接收端包括接收端平面螺旋线圈、接收端空间螺旋线圈、接收端扁平螺线管型线圈和接收端磁芯，接收端平面螺旋线圈、接收端空间螺旋线圈、接收端扁平螺线管型线圈均设置在磁场接收侧，接收端扁平螺线管型线圈缠绕在接收端磁芯上。

进一步地，所述发射线圈包括第一线圈、第二线圈、第三线圈、第四线圈；发射端磁芯包括第一磁芯块、第二磁芯块、第三磁芯块、第四磁芯块；第一线圈绕制在第一磁芯块上形成第一段螺线管型线圈发射端，第二线圈绕制在第二磁芯块上形成第二段螺线管型发射端，第三线圈绕制在第三磁芯块上形成第三段螺线管型发射端，第四线圈绕制在第四磁芯块上形成第四段螺线管型发射端。

进一步地，所述第一线圈、第二线圈、第三线圈、第四线圈的尺寸相同，均为长方形螺线管型线圈；第一线圈、第二线圈、第三线圈、第四线圈由相同利兹线绕制而成；第一线圈、第二线圈、第三线圈、第四线圈按照逆时针方向排列，相邻线圈间夹角为90度且紧密排列。

进一步地，所述第一磁芯块、第二磁芯块、第三磁芯块、第四磁芯块的高度相同、形状和大小也相同；第一磁芯块、第二磁芯块、第三磁芯块、第四磁芯块为长方体铁氧体条，长度为0.2～0.4L，其中L为发射端的总长度。

本发明的有益效果：

本发明通过将发射线圈分为四部分并在线圈中间添加磁芯，并按照不同方式连接可产生垂直于发射端的磁场或者平行于发射端的磁场，适用于多种接收端线圈类型，提高无线电能传输***兼容性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；

图1是本发明耦合机构发射端示意图；

图2是本发明耦合机构发射端及扁平螺线管型接收端示意图；

图3是本发明耦合机构发射端及平面螺旋线圈接收端示意图；

图4是本发明耦合机构发射端及空间螺旋线圈接收端示意图；

图5是本发明实施例适用于平面螺旋型及空间螺旋型接收端的发射端连接示意图；

图6是本发明实施例适用于扁平螺线管型接收端的发射端连接示意图；

图7是本发明实施例产生的适用于平面螺线型接收线圈的空间磁力线分布示意图；

图8是本发明实施例产生的适用于空间螺旋型接收线圈的空间磁力线分布示意图；

图9是本发明实施例产生的适用于扁平螺线管型接收线圈的空间磁力线分布示意图；

其中，附图标记说明如下：

1a、第一线圈；1b、第二线圈；1c、第三线圈；1d、第四线圈；2a、发射端第一磁芯块；2b、发射端第二磁芯块；2c、发射端第三磁芯块；2d、发射端第四磁芯块；5、接收端平面螺旋线圈；6、接收端空间螺旋线圈；7、接收端扁平螺线管型线圈；71、接收端磁芯。

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

一种具有兼容性的无线电能传输耦合机构，如图1-4所示，耦合机构包括发射端和接收端，发射端和接收端电性连接。

发射端包括发射线圈和发射端磁芯，发射线圈绕制在发射端磁芯上。其中，发射线圈包括第一线圈1a、第二线圈1b、第三线圈1c、第四线圈1d；发射端磁芯包括第一磁芯块2a、第二磁芯块2b、第三磁芯块2c、第四磁芯块2d；第一线圈1a绕制在第一磁芯块2a上形成第一段螺线管型线圈发射端，第二线圈1b绕制在第二磁芯块2b上形成第二段螺线管型发射端，第三线圈1c绕制在第三磁芯块2c上形成第三段螺线管型发射端，第四线圈1d绕制在第四磁芯块2d上形成第四段螺线管型发射端。

改变发射线圈间的连接方式，可以适用于不同类型的接收线圈，同时，将四段发射端次按照向内激发磁场的方向串联连接，适用于平面螺旋型或空间螺旋型接收线圈；将相隔180度的两段发射端按照激发同方向磁场的端口串联连接，适用于螺线管型接收线圈。

其中，第一线圈1a、第二线圈1b、第三线圈1c、第四线圈1d的尺寸相同，均为长方形螺线管型线圈；第一线圈1a、第二线圈1b、第三线圈1c、第四线圈1d由相同利兹线绕制而成；第一线圈1a、第二线圈1b、第三线圈1c、第四线圈1d按照逆时针方向排列，相邻线圈间夹角为90度且紧密排列。

其中，第一磁芯块2a、第二磁芯块2b、第三磁芯块2c、第四磁芯块2d的高度相同、形状和大小也相同；第一磁芯块2a、第二磁芯块2b、第三磁芯块2c、第四磁芯块2d为长方体铁氧体条，长度为0.2～0.4L，其中L为发射端的总长度。磁芯块的长度是一种非限制性的较优选择，可以根据实际情况设计磁芯块的长度。发射端磁芯的形状包括长方体，形状没有严格限制。

接收端包括接收端平面螺旋线圈5、接收端空间螺旋线圈6、接收端扁平螺线管型线圈7和接收端磁芯71，接收端平面螺旋线圈5、接收端空间螺旋线圈6、接收端扁平螺线管型线圈7均设置在磁场接收侧，接收端扁平螺线管型线圈7缠绕在接收端磁芯71上。

基于上述分析，为了产生一个垂直发射端平面向上的磁场，用以匹配平面螺旋或空间螺旋式的接收线圈，如图5所示，将四段发射线圈按照电流从A`口流入，然后经过A→B`，B→C`，C→D`的方式将发射线圈连接，如图7和图8所示为发射线圈按照上述连接方式连接后产生的磁力线分布图，由图可知在发射线圈上方产生了能够与平面螺旋线圈或空间螺旋线圈耦合的垂直磁场。

而对于扁平螺线管型接收线圈则需要一个平行于发射端的磁场与之耦合，如图6所示将发射线圈按照电流从A`流入，A→C`，B及B`，D及D`空接，则会在发射端上方产生一个平行磁通的磁场如图9所示。

与现有技术相比，通过将发射线圈分为四部分并在线圈中间添加磁芯，并按照不同方式连接可产生垂直于发射端的磁场或者平行于发射端的磁场，适用于多种接收端线圈类型，提高无线电能传输***兼容性。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims

1.一种具有兼容性的无线电能传输耦合机构，其特征在于，所述耦合机构包括发射端和接收端，发射端和接收端电性连接，所述发射端包括发射线圈和发射端磁芯，发射线圈绕制在发射端磁芯上；

所述接收端包括接收端平面螺旋线圈(5)、接收端空间螺旋线圈(6)、接收端扁平螺线管型线圈(7)和接收端磁芯(71)，接收端平面螺旋线圈(5)、接收端空间螺旋线圈(6)、接收端扁平螺线管型线圈(7)均设置在磁场接收侧，接收端扁平螺线管型线圈(7)缠绕在接收端磁芯(71)上。

2.根据权利要求1所述的一种具有兼容性的无线电能传输耦合机构，其特征在于，所述发射线圈包括第一线圈(1a)、第二线圈(1b)、第三线圈(1c)、第四线圈(1d)；发射端磁芯包括第一磁芯块(2a)、第二磁芯块(2b)、第三磁芯块(2c)、第四磁芯块(2d)；第一线圈(1a)绕制在第一磁芯块(2a)上形成第一段螺线管型线圈发射端，第二线圈(1b)绕制在第二磁芯块(2b)上形成第二段螺线管型发射端，第三线圈(1c)绕制在第三磁芯块(2c)上形成第三段螺线管型发射端，第四线圈(1d)绕制在第四磁芯块(2d)上形成第四段螺线管型发射端。

3.根据权利要求2所述的一种具有兼容性的无线电能传输耦合机构，其特征在于，所述第一线圈(1a)、第二线圈(1b)、第三线圈(1c)、第四线圈(1d)的尺寸相同，均为长方形螺线管型线圈；第一线圈(1a)、第二线圈(1b)、第三线圈(1c)、第四线圈(1d)由相同利兹线绕制而成；第一线圈(1a)、第二线圈(1b)、第三线圈(1c)、第四线圈(1d)按照逆时针方向排列，相邻线圈间夹角为90度且紧密排列。

4.根据权利要求2所述的一种具有兼容性的无线电能传输耦合机构，其特征在于，所述第一磁芯块(2a)、第二磁芯块(2b)、第三磁芯块(2c)、第四磁芯块(2d)的高度相同、形状和大小也相同；第一磁芯块(2a)、第二磁芯块(2b)、第三磁芯块(2c)、第四磁芯块(2d)为长方体铁氧体条，长度为0.2～0.4L，其中L为发射端的总长度。