CN203562845U - 非对称在线式无线供电耦合器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型是一种非对称在线式无线供电耦合器，属于无线电能传输与转换范畴，可以实现在电动汽车类负载移动过程中实时的进行无线供电，可提供在线式无线充电电源，以进行高效稳定的无线充电，具有广阔的市场前景。该装置包括有非对称在线式无线供电耦合器，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)加载到非对称发射线圈(4)上，非对称发射线圈(4)产生电路谐振后高频电磁功率将分布于周围空间，非对称谐振线圈(5)谐振时加强无线电能传输效果，自动调谐电路(3)检测到接收端协同工作线圈(6)进入指定区域后开始提高输出功率，并由接收端协同工作线圈(6)获取电能并给负载(7)供电。
Description
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。
本实用新型——非对称在线式无线供电耦合器，基于无线电能传输技术原理，设计具有循环结构的发射线圈，使高频电磁能量分布于发射线圈周围空间，同时利用近场谐振与感应耦合两种技术的优势设计成平面结构以方便集成于交通工具底盘上，从而充分发挥无线充电***的电气特性，能够实现在1米距离内的高效率无线充电，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。第二种为电磁耦合谐振式电能传输，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。其中电磁耦合谐振技术利用非辐射电磁场近场区域完成电能传输，一方面较之电磁感应式传能，在传输距离上有了很大的扩展；另一方面相比电磁辐射式传能，近场区域能量具有非辐射的特点，该技术有较好的安全性，因此目前得到很大的关注和研究。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是，针对移动类交通工具行驶过程中，高效稳定的获得大容量电能的问题，设计非对称在线式无线供电耦合器，使高频电磁能量分布于线圈附近区域，同时通过无源谐振线圈起到磁场增强的作用，然后设计平面结构且工作于协同工作状态的接收线圈，实现电能的高效可靠无线传输。
本实用新型所采用的技术方案是：非对称在线式无线供电耦合器，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)加载到非对称发射线圈(4)上，非对称发射线圈(4)产生电路谐振后高频电磁功率将分布于周围空间，非对称谐振线圈(5)固定于非对称发射线圈(4)上方以加强该方向上的无线电能传输效果，自动调谐电路(3)检测到接收端协同工作线圈(6)进入指定区域后开始提高输出功率，并由接收端协同工作线圈(6)获取电能并给负载(7)供电。
所述的非对称发射线圈(4)由两组发射线圈交叉循环并沿直线铺展而成，每组线圈有四个子绕组，由线径为0.2mm2、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DNA螺旋交叉结构，循环周期长度为30cm，整体排布成直线结构，线圈下方及侧面铺设有高导磁铁氧体。
所述的非对称谐振线圈(5)由采用线径为0.1mm2、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30cm，线圈固定于非对称发射线圈(4)平面上方15cm处，采用耐高压金属薄膜电容与线圈进行并联，从而使非对称谐振线圈(5)的自然谐振频率与无线充电电源(1)的工作频率相一致。
所述的接收端协同工作线圈(6)由单匝无源谐振器与多匝感应线圈共同组成，其中无源谐振器采用管直径为8mm的无氧紫铜管制作成方形结构，并联有耐高压金属薄膜电容；多匝感应线圈采用线径为0.1mm2、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，串联有耐高压金属薄膜电容，最外层边长为30cm，线圈平铺在牌号为PC95的高导磁铁氧体平板之上。
本实用新型的非对称在线式无线供电耦合器，采用非对称在线式无线供电耦合器，使高频电磁能量分布于线圈附近区域，同时通过无源谐振线圈起到磁场增强的作用，当移动类设备经过其上方时，通过接收端协同工作线圈实时获得电量，实现电能的高效可靠无线传输。
附图说明
图1是本实用新型的整体结构图；
图2是非对称发射线圈(4)的结构图；
图3是非对称谐振线圈(5)的结构图；
图4是接收端协同工作线圈(6)的结构图。
其中：
(1)：无线充电电源；(2)：通断控制开关；(3)：自动调谐电路；(4)：非对称发射线圈；(5)：非对称谐振线圈；(6)：接收端协同工作线圈；(7)：负载；(8)：高导磁铁氧体；(9)：单匝无源谐振器；(10)：多匝感应线圈。
具体实施方式
下面结合实例和附图对本实用新型的非对称在线式无线供电耦合器做出详细说明。
如图1所示，本实用新型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)，非对称发射线圈(4)，非对称谐振线圈(5)，接收端协同工作线圈(6)；负载(7)。
如图2所示，所述的非对称发射线圈(4)由两组发射线圈交叉循环并沿直线铺展而成，每组线圈有四个子绕组，线圈具有平面DNA螺旋交叉结构，循环周期长度为30cm，整体排布成直线结构，线圈下方及侧面铺设有高导磁铁氧体。当***开始工作时，非对称发射线圈(4)上将加载有高频电磁功率，并在线圈周围形成高频电磁场。下方及侧面铺设有高导磁铁氧体(8)具有磁屏蔽作用，从而将电磁场集中于线圈上方。
如图3所示，所述的非对称谐振线圈(5)具有平面矩形螺旋渐开型结构，最外层边长为30cm，线圈固定于非对称发射线圈(4)平面上方15cm处，采用耐高压金属薄膜电容与线圈进行并联，从而使非对称谐振线圈(5)的自然谐振频率与无线充电电源(1)的工作频率相一致。当非对称发射线圈(4)加载有高频电磁功率时，非对称谐振线圈(5)同时发生电磁谐振，电磁能量在非对称发射线圈(4)与非对称谐振线圈(5)之间发生交换，同时高频电磁场在空间存在的范围得以扩展。
如图4所示，所述的接收端协同工作线圈(6)由单匝无源谐振器(9)与多匝感应线圈(10)共同组成，其中单匝无源谐振器(9)并联有耐高压金属薄膜电容；多匝感应线圈(10)串联有耐高压金属薄膜电容，线圈平铺在高导磁铁氧体平板之上。当电磁能量在非对称发射线圈(4)与非对称谐振线圈(5)之间发生交换时，单匝无源谐振器(9)与非对称谐振线圈(5)发生谐振，将，电磁能量的一部分通过近场谐振的方式传输到单匝无源谐振器(9)上，并感应耦合到多匝感应线圈(10)上。同时多匝感应线圈(10)也通过感应耦合的方式直接从非对称发射线圈(4)周围的电磁场中获得电能。最终，两部分电能同时给负载(7)供电。当负载(7)沿着铺设有非对称发射线圈(4)的区域行进时，以上过程实时发生，从而驱动负载(7)向前移动。
本实用新型的非对称在线式无线供电耦合器，采用非对称在线式无线供电耦合器，使高频电磁能量分布于线圈附近区域，同时通过无源谐振线圈起到磁场增强的作用，当移动类设备经过其上方时，电磁能量的一部分通过近场谐振的方式传输到单匝无源谐振器(9)上，并感应耦合到多匝感应线圈(10)上；另一部分通过多匝感应线圈(10)也通过感应耦合的方式直接从非对称发射线圈(4)周围的电磁场中获得。当负载(7)沿着铺设有非对称发射线圈(4)的区域行进时，可以实时的接收到电能。通过本实用新型的非对称在线式无线供电耦合器，可以使电动汽车类负载在行驶过程中实现实时无线供电，从而解决充电不便的问题，实现电能的高效可靠无线传输。
Claims (4)
1.非对称在线式无线供电耦合器，其特征在于所述的无线充电电源(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)加载到非对称发射线圈(4)上，非对称发射线圈(4)产生电路谐振后高频电磁功率将分布于周围空间，非对称谐振线圈(5)固定于非对称发射线圈(4)上方以加强该方向上的无线电能传输效果，自动调谐电路(3)检测到接收端协同工作线圈(6)进入指定区域后开始提高输出功率，并由接收端协同工作线圈(6)获取电能并给负载(7)供电。
2.根据权利要求1所述的非对称在线式无线供电耦合器，其特征还在于，所述的非对称发射线圈(4)由两组发射线圈交叉循环并沿直线铺展而成，每组线圈有四个子绕组，由线径为0.2mm2、匝数为1000且相互绝缘的铜质漆包线绕制而成，线圈具有平面DNA螺旋交叉结构，循环周期长度为30cm，整体排布成直线结构，线圈下方及侧面铺设有高导磁铁氧体。
3.根据权利要求1所述的非对称在线式无线供电耦合器，其特征还在于，所述的非对称谐振线圈(5)由采用线径为0.1mm2、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30cm，线圈固定于非对称发射线圈(4)平面上方15cm处，采用耐高压金属薄膜电容与线圈进行并联，从而使非对称谐振线圈(5)的自然谐振频率与无线充电电源(1)的工作频率相一致。
4.根据权利要求1所述的非对称在线式无线供电耦合器，其特征还在于，所述的接收端协同工作线圈(6)由单匝无源谐振器与多匝感应线圈共同组成，其中无源谐振器采用管直径为8mm的无氧紫铜管制作成方形结构，并联有耐高压金属薄膜电容；多匝感应线圈采用线径为0.1mm2、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，串联有耐高压金属薄膜电容，最外层边长为30cm，线圈平铺在牌号为PC95的高导磁铁氧体平板之上。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103545940A (zh) * | 2013-11-11 | 2014-01-29 | 天津工业大学 | 非对称在线式无线供电耦合器 |
| 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 |
| CN112927908A (zh) * | 2021-02-04 | 2021-06-08 | 中车青岛四方车辆研究所有限公司 | 非接触供电***车载感应耦合线圈组件及耦合机构 |
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2013
- 2013-11-11 CN CN201320718425.7U patent/CN203562845U/zh not_active Expired - Fee Related
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| 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 |
| CN112927908A (zh) * | 2021-02-04 | 2021-06-08 | 中车青岛四方车辆研究所有限公司 | 非接触供电***车载感应耦合线圈组件及耦合机构 |
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