非對稱在線式無線供電耦合器的制造方法
【專利摘要】本發明是一種非對稱在線式無線供電耦合器，屬于無線電能傳輸與轉換范疇，可以實現在電動汽車類負載移動過程中實時的進行無線供電，可提供在線式無線充電電源，以進行高效穩定的無線充電，具有廣闊的市場前景。該裝置包括有非對稱在線式無線供電耦合器，包括有無線充電電源(1)將高頻電磁功率經由通斷控制開關(2)及自動調諧電路(3)加載到非對稱發射線圈(4)上，非對稱發射線圈(4)產生電路諧振后高頻電磁功率將分布于周圍空間，非對稱諧振線圈(5)諧振時加強無線電能傳輸效果，自動調諧電路(3)檢測到接收端協同工作線圈(6)進入指定區域后開始提高輸出功率，并由接收端協同工作線圈(6)獲取電能并給負載(7)供電。
【專利說明】 非對稱在線式無線供電耦合器
【技術領域】
[0001]無線電能傳輸技術是目前電氣工程領域最活躍的熱點研究方向之一，是集基礎研究與應用研究為一體的前沿課題，是當前國內外學術界和工業界探索的一個多學科強交叉的新的研究領域，涵蓋電磁場、電力電子技術、電力系統、控制技術、物理學、材料學、信息技術等諸多【技術領域】。該技術通過發射線圈與接收線圈之間的非輻射近場區域完成能量的傳輸與轉換，能夠有效克服電線連接方式存在的各類缺陷，實現電子電器的自由供電，具有重要的應用預期和廣闊的發展前景。
[0002]本發明——非對稱在線式無線供電耦合器，基于無線電能傳輸技術原理，設計具有循環結構的發射線圈，使高頻電磁能量分布于發射線圈周圍空間，同時利用近場諧振與感應耦合兩種技術的優勢設計成平面結構以方便集成于交通工具底盤上，從而充分發揮無線充電系統的電氣特性，能夠實現在I米距離內的高效率無線充電，可以廣泛應用于公共用電場合或各種移動類設備無線供電的環境。
【背景技術】
[0003]無線電能傳輸技術大致可分為三種:第一種為感應稱合式電能傳輸，它利用松率禹合變壓器原理進行傳能，發射端與接收端一般存在降低回路磁阻的鐵心裝置。第二種為電磁耦合諧振式電能傳輸，通過高品質因數的諧振器上電感與分布式電容發生諧振傳輸能量。第三種為電磁輻射式電能傳輸，在該技術中電能被轉換為微波形式，傳輸距離超過數干米，可實現電能的遠程傳送。其中電磁耦合諧振技術利用非輻射電磁場近場區域完成電能傳輸，一方面較之電磁感應式傳能，在傳輸距離上有了很大的擴展；另一方面相比電磁福射式傳能，近場區域能量具有非輻射的特點，該技術有較好的安全性，因此目前得到很大的關注和研究。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是，針對移動類交通工具行駛過程中，高效穩定的獲得大容量電能的問題，設計非對稱在線式無線供電耦合器，使高頻電磁能量分布于線圈附近區域，同時通過無源諧振線圈起到磁場增強的作用，然后設計平面結構且工作于協同工作狀態的接收線圈，實現電能的高效可靠無線傳輸。
[0005]本發明所采用的技術方案是:非對稱在線式無線供電耦合器，包括有無線充電電源⑴將高頻電磁功率經由通斷控制開關⑵及自動調諧電路⑶加載到非對稱發射線圈
(4)上，非對稱發射線圈(4)產生電路諧振后高頻電磁功率將分布于周圍空間，非對稱諧振線圈(5)固定于非對稱發射線圈(4)上方以加強該方向上的無線電能傳輸效果，自動調諧電路(3)檢測到接收端協同工作線圈(6)進入指定區域后開始提高輸出功率，并由接收端協同工作線圈(6)獲取電能并給負載(7)供電。
[0006]所述的非對稱發射線圈(4)由兩組發射線圈交叉循環并沿直線鋪展而成，每組線圈有四個子繞組，由線徑為0.2mm2、匝數為1000匝且相互絕緣的銅質漆包線繞制而成，線圈具有平面DNA螺旋交叉結構，循環周期長度為30cm，整體排布成直線結構，線圈下方及側面鋪設有高導磁鐵氧體。
[0007]所述的非對稱諧振線圈(5)由采用線徑為0.1mm2、匝數為1000匝且相互絕緣的銅質漆包線繞制而成，線圈具有平面矩形螺旋漸開型結構，最外層邊長為30cm，線圈固定于非對稱發射線圈(4)平面上方15cm處，采用耐高壓金屬薄膜電容與線圈進行并聯，從而使非對稱諧振線圈(5)的自然諧振頻率與無線充電電源(I)的工作頻率相一致。
[0008]所述的接收端協同工作線圈(6)由單匝無源諧振器與多匝感應線圈共同組成，其中無源諧振器采用管直徑為8mm的無氧紫銅管制作成方形結構，并聯有耐高壓金屬薄膜電容；多匝感應線圈采用線徑為0.1mm2、匝數為1000匝且相互絕緣的銅質漆包線繞制而成，線圈具有平面矩形螺旋漸開型結構，串聯有耐高壓金屬薄膜電容，最外層邊長為30cm，線圈平鋪在牌號為PC95的高導磁鐵氧體平板之上。
[0009]本發明的非對稱在線式無線供電耦合器，采用非對稱在線式無線供電耦合器，使高頻電磁能量分布于線圈附近區域，同時通過無源諧振線圈起到磁場增強的作用，當移動類設備經過其上方時，通過接收端協同工作線圈實時獲得電量，實現電能的高效可靠無線傳輸。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1是本發明的整體結構圖；
[0011]圖2是非對稱發射線圈(4)的結構圖；
[0012]圖3是非對稱諧振線圈(5)的結構圖；
[0013]圖4是接收端協同工作線圈(6)的結構圖。
[0014]其中:
[0015](I):無線充電電源；(2):通斷控制開關；(3):自動調諧電路；(4):非對稱發射線圈；(5):非對稱諧振線圈；(6):接收端協同工作線圈；(7):負載；⑶:高導磁鐵氧體；(9):單匝無源諧振器；(10):多匝感應線圈。
【具體實施方式】
[0016]下面結合實例和附圖對本發明的非對稱在線式無線供電耦合器做出詳細說明。
[0017]如圖1所示，本發明的位置自適應無線充電耦合器，包括有:無線充電電源(1)，通斷控制開關(2)，自動調諧電路(3)，非對稱發射線圈(4)，非對稱諧振線圈(5)，接收端協同工作線圈(6);負載(7)。
[0018]如圖2所示，所述的非對稱發射線圈(4)由兩組發射線圈交叉循環并沿直線鋪展而成，每組線圈有四個子繞組，線圈具有平面DNA螺旋交叉結構，循環周期長度為30cm，整體排布成直線結構，線圈下方及側面鋪設有高導磁鐵氧體。當系統開始工作時，非對稱發射線圈(4)上將加載有高頻電磁功率，并在線圈周圍形成高頻電磁場。下方及側面鋪設有高導磁鐵氧體(8)具有磁屏蔽作用，從而將電磁場集中于線圈上方。
[0019]如圖3所示，所述的非對稱諧振線圈(5)具有平面矩形螺旋漸開型結構，最外層邊長為30cm，線圈固定于非對稱發射線圈(4)平面上方15cm處，采用耐高壓金屬薄膜電容與線圈進行并聯，從而使非對稱諧振線圈(5)的自然諧振頻率與無線充電電源(I)的工作頻率相一致。當非對稱發射線圈(4)加載有高頻電磁功率時，非對稱諧振線圈(5)同時發生電磁諧振，電磁能量在非對稱發射線圈(4)與非對稱諧振線圈(5)之間發生交換，同時高頻電磁場在空間存在的范圍得以擴展。
[0020]如圖4所示，所述的接收端協同工作線圈(6)由單匝無源諧振器(9)與多匝感應線圈(10)共同組成，其中單匝無源諧振器(9)并聯有耐高壓金屬薄膜電容；多匝感應線圈
(10)串聯有耐高壓金屬薄膜電容，線圈平鋪在高導磁鐵氧體平板之上。當電磁能量在非對稱發射線圈(4)與非對稱諧振線圈(5)之間發生交換時，單匝無源諧振器(9)與非對稱諧振線圈(5)發生諧振，將，電磁能量的一部分通過近場諧振的方式傳輸到單匝無源諧振器
(9)上，并感應耦合到多匝感應線圈(10)上。同時多匝感應線圈(10)也通過感應耦合的方式直接從非對稱發射線圈(4)周圍的電磁場中獲得電能。最終，兩部分電能同時給負載
(7)供電。當負載(7)沿著鋪設有非對稱發射線圈(4)的區域行進時，以上過程實時發生，從而驅動負載(7)向前移動。
[0021]本發明的非對稱在線式無線供電耦合器，采用非對稱在線式無線供電耦合器，使高頻電磁能量分布于線圈附近區域，同時通過無源諧振線圈起到磁場增強的作用，當移動類設備經過其上方時，電磁能量的一部分通過近場諧振的方式傳輸到單匝無源諧振器(9)上，并感應耦合到多匝感應線圈(10)上；另一部分通過多匝感應線圈(10)也通過感應耦合的方式直接從非對稱發射線圈(4)周圍的電磁場中獲得。當負載(7)沿著鋪設有非對稱發射線圈(4)的區域行進時，可以實時的接收到電能。通過本發明的非對稱在線式無線供電耦合器，可以使電動汽車類負載在行駛過程中實現實時無線供電，從而解決充電不便的問題，實現電能的高效可靠無線傳輸。
【權利要求】
1.非對稱在線式無線供電耦合器，其特征在于所述的無線充電電源(I)將高頻電磁功率經由通斷控制開關(2)及自動調諧電路(3)加載到非對稱發射線圈(4)上，非對稱發射線圈(4)產生電路諧振后高頻電磁功率將分布于周圍空間，非對稱諧振線圈(5)固定于非對稱發射線圈(4)上方以加強該方向上的無線電能傳輸效果，自動調諧電路(3)檢測到接收端協同工作線圈(6)進入指定區域后開始提高輸出功率，并由接收端協同工作線圈(6)獲取電能并給負載(7)供電。
2.根據權利要求1所述的非對稱在線式無線供電耦合器，其特征還在于，所述的非對稱發射線圈(4)由兩組發射線圈交叉循環并沿直線鋪展而成，每組線圈有四個子繞組，由線徑為0.2mm2、匝數為1000且相互絕緣的銅質漆包線繞制而成，線圈具有平面DNA螺旋交叉結構，循環周期長度為30cm，整體排布成直線結構，線圈下方及側面鋪設有高導磁鐵氧體。
3.根據權利要求1所述的非對稱在線式無線供電耦合器，其特征還在于，所述的非對稱諧振線圈(5)由采用線徑為0.1mm2、匝數為1000匝且相互絕緣的銅質漆包線繞制而成，線圈具有平面矩形螺旋漸開型結構，最外層邊長為30cm，線圈固定于非對稱發射線圈(4)平面上方15cm處，采用耐高壓金屬薄膜電容與線圈進行并聯，從而使非對稱諧振線圈(5)的自然諧振頻率與無線充電電源(I)的工作頻率相一致。
4.根據權利要求1所述的非對稱在線式無線供電耦合器，其特征還在于，所述的接收端協同工作線圈(6)由單匝無源諧振器與多匝感應線圈共同組成，其中無源諧振器采用管直徑為8mm的無氧紫銅管制作成方形結構，并聯有耐高壓金屬薄膜電容；多匝感應線圈采用線徑為0.1mm2、匝數為1000匝且相互絕緣的銅質漆包線繞制而成，線圈具有平面矩形螺旋漸開型結構，串聯有耐高壓金屬薄膜電容，最外層邊長為30cm，線圈平鋪在牌號為PC95的高導磁鐵氧體平板之上。
【文檔編號】H02J17/00GK103545940SQ201310566177
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年11月11日 優先權日:2013年11月11日
【發明者】張獻, 楊慶新, 章鵬程, 何亞偉, 劉維娜, 倪衛濤, 張廣超, 金亮, 薛明 申請人:天津工業大學