點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)同工作無線充電耦合器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)同工作無線充電耦合器，屬于無線電能傳輸與轉(zhuǎn)換范疇，可以結(jié)合近場諧振與感應(yīng)耦合技術(shù)的各自有點(diǎn)，使系統(tǒng)工作于協(xié)同工作狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的無線充電，具有廣闊的市場前景。該裝置包括有無線充電電源(1)將高頻電磁功率經(jīng)由通斷控制開關(guān)(2)及自動調(diào)諧電路(3)加載到發(fā)射端感應(yīng)線圈(4)上，高頻電磁功率一部分直接耦合至接收端感應(yīng)線圈(7)；另一部分與發(fā)射端諧振線圈(5)產(chǎn)生耦合，發(fā)射端諧振線圈(5)在其周圍激發(fā)同頻率的無輻射近場，與接收端諧振線圈(6)產(chǎn)生共振并實(shí)現(xiàn)能量傳輸，再以感應(yīng)耦合的方式傳輸?shù)浇邮斩烁袘?yīng)線圈(7)，從而向負(fù)載(8)供電。
【專利說明】 點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)同工作無線充電耦合器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]無線電能傳輸技術(shù)是目前電氣工程領(lǐng)域最活躍的熱點(diǎn)研究方向之一，是集基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究為一體的前沿課題，是當(dāng)前國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工業(yè)界探索的一個(gè)多學(xué)科強(qiáng)交叉的新的研究領(lǐng)域，涵蓋電磁場、電力電子技術(shù)、電力系統(tǒng)、控制技術(shù)、物理學(xué)、材料學(xué)、信息技術(shù)等諸多【技術(shù)領(lǐng)域】。該技術(shù)通過發(fā)射線圈與接收線圈之間的非輻射近場區(qū)域完成能量的傳輸與轉(zhuǎn)換，能夠有效克服電線連接方式存在的各類缺陷，實(shí)現(xiàn)電子電器的自由供電，具有重要的應(yīng)用預(yù)期和廣闊的發(fā)展前景。
[0002]本發(fā)明——點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)同工作無線充電耦合器，基于無線電能傳輸技術(shù)原理，設(shè)計(jì)點(diǎn)對點(diǎn)耦合結(jié)構(gòu)，同時(shí)利用近場諧振與感應(yīng)耦合兩種技術(shù)的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)在I米距離內(nèi)的高效率無線充電，能夠充分發(fā)揮無線充電系統(tǒng)的電氣特性，可以廣泛應(yīng)用于公共用電場合或各種移動類設(shè)備無線供電的環(huán)境。
【背景技術(shù)】
[0003]無線電能傳輸技術(shù)大致可分為三種:第一種為感應(yīng)稱合式電能傳輸，它利用松率禹合變壓器原理進(jìn)行傳能，發(fā)射端與接收端一般存在降低回路磁阻的鐵心裝置。第二種為近場諧振式電能傳輸，通過高品質(zhì)因數(shù)的諧振器上電感與分布式電容發(fā)生諧振傳輸能量。第三種為電磁輻射式電能傳輸，在該技術(shù)中電能被轉(zhuǎn)換為微波形式，傳輸距離超過數(shù)千米，可實(shí)現(xiàn)電能的遠(yuǎn)程傳送。其中近場諧振技術(shù)利用非輻射電磁場近場區(qū)域完成電能傳輸，在傳輸距離上有了很大的擴(kuò)展，但是傳輸功率較?。桓袘?yīng)耦合技術(shù)采用電磁感應(yīng)的方式，能夠在有限距離內(nèi)完成大功率傳輸，因此結(jié)合兩者技術(shù)使系統(tǒng)工作于協(xié)同狀態(tài)，能夠使無線電能傳輸系統(tǒng)的傳輸功率和傳輸距離有效的提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對近場諧振技術(shù)傳輸功率容量有限以及感應(yīng)耦合技術(shù)傳輸距離有限的問題，提出點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)同工作無線充電耦合器，同時(shí)利用兩種技術(shù)的各自優(yōu)勢，使系統(tǒng)工作于協(xié)同工作狀態(tài)，共同提高傳輸功率和傳輸距離，實(shí)現(xiàn)電能的高效可靠無線傳輸。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)同工作無線充電耦合器，包括有無線充電電源(I)將高頻電磁功率經(jīng)由通斷控制開關(guān)(2)及自動調(diào)諧電路(3)加載到發(fā)射端感應(yīng)線圈(4)上，高頻電磁功率一部分直接耦合至接收端感應(yīng)線圈(7);另一部分與發(fā)射端諧振線圈(5)產(chǎn)生耦合，發(fā)射端諧振線圈(5)在其周圍激發(fā)同頻率的無輻射近場，與接收端諧振線圈(6)產(chǎn)生共振并實(shí)現(xiàn)能量傳輸，再以感應(yīng)耦合的方式傳輸?shù)浇邮斩烁袘?yīng)線圈(7)，從而向負(fù)載⑶供電。
[0006]所述的發(fā)射端感應(yīng)線圈⑷由線徑為0.15mm2、匝數(shù)為1000匝且相互絕緣的銅質(zhì)漆包線繞制而成，線圈具有平面矩形螺旋漸開型結(jié)構(gòu)，最外層邊長為35cm，最內(nèi)層邊長為30cm，線圈平鋪在規(guī)格為PC95的高導(dǎo)磁鐵氧體平板之上，導(dǎo)線之間及導(dǎo)線與鐵氧體之間采用環(huán)氧樹脂絕緣膠固定。[0007]所述的發(fā)射端諧振線圈(5)由管直徑為8mm的紫銅管制成，紫銅管外部套有絕緣層以保證每匝之間無電氣接觸，紫銅管通過環(huán)氧樹脂膠固定在PVC材質(zhì)的線圈骨架上以保證線圈間距恒定，紫銅管的兩端并聯(lián)有耐高壓金屬薄膜諧振電容，選取合適的電容值保證發(fā)射端諧振線圈(5)的諧振頻率與發(fā)射端感應(yīng)線圈(4)的工作頻率相一致。
[0008]所述的接收端諧振線圈(6)由管直徑為8mm的紫銅管制成，紫銅管外部套有絕緣層以保證每匝之間無電氣接觸，紫銅管通過環(huán)氧樹脂膠固定在PVC材質(zhì)的線圈骨架上以保證線圈間距恒定，紫銅管的兩端并聯(lián)有耐高壓金屬薄膜諧振電容，選取合適的電容值保證發(fā)射端諧振線圈(5)的諧振頻率與發(fā)射端感應(yīng)線圈(4)的工作頻率相一致；位置處于發(fā)射端諧振線圈(5)與接收端感應(yīng)線圈(7)之間并與接收端感應(yīng)線圈(7)同軸固定。
[0009]所述的接收端感應(yīng)線圈(7)由線徑為0.15mm2、匝數(shù)為1000匝且相互絕緣的銅質(zhì)漆包線繞制而成，線圈具有平面矩形螺旋漸開型結(jié)構(gòu)，最外層邊長為35cm，最內(nèi)層邊長為30cm，線圈平鋪在規(guī)格為PC95的高導(dǎo)磁鐵氧體平板之上，導(dǎo)線之間及導(dǎo)線與鐵氧體之間采用環(huán)氧樹脂絕緣膠固定；位置上與發(fā)射端諧振線圈(5)同軸固定。
[0010]本發(fā)明的點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)同工作無線充電耦合器，將無線充電電源(I)產(chǎn)生的高頻電磁功率，一部分以感應(yīng)耦合的形式直接傳輸至接收端感應(yīng)線圈(7)上，另一部分以近場諧振的形式傳輸至接收端感應(yīng)線圈(7)上，最終向負(fù)載(8)共同供電。本裝置同時(shí)利用兩種技術(shù)的各自優(yōu)勢，使系統(tǒng)工作于協(xié)同工作狀態(tài)，可以獲得高效可靠的無線電能傳輸效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)圖；
[0012]圖2是發(fā)射端感應(yīng)線圈⑷的結(jié)構(gòu)圖；
[0013]圖3是發(fā)射端諧振線圈(5)的結(jié)構(gòu)圖；
[0014]圖4是接收端諧振線圈(6)工作時(shí)的位置圖。
[0015]其中:
[0016](I):無線充電電源；(2):通斷控制開關(guān)；(3):自動調(diào)諧跟蹤電路；(4):發(fā)射端感應(yīng)線圈:(5):發(fā)射端諧振線圈；(6):接收端諧振線圈；(7):接收端感應(yīng)線圈；(8):負(fù)載；(9):高頻鐵氧體；(10):PVC線圈骨架；(11):耐高壓金屬薄膜電容。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合實(shí)例和附圖對本發(fā)明的點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)同工作無線充電耦合器做出詳細(xì)說明。
[0018]如圖1所示，本發(fā)明的位置自適應(yīng)無線充電耦合器，包括有:無線充電電源(1)，通斷控制開關(guān)(2)，自動調(diào)諧電路(3)，發(fā)射端感應(yīng)線圈(4)，發(fā)射端諧振線圈(5)，接收端諧振線圈(6)，接收端感應(yīng)線圈(7)，負(fù)載(S)0
[0019]如圖2所示，所述的發(fā)射端感應(yīng)線圈(4)具有平面矩形螺旋漸開型結(jié)構(gòu)，線圈平鋪在規(guī)格為PC95的高導(dǎo)磁鐵氧體平板之上，導(dǎo)線之間及導(dǎo)線與高頻鐵氧體(9)之間采用環(huán)氧樹脂絕緣膠同定。當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)，發(fā)射端感應(yīng)線圈(4)上加載有高頻電磁功率，該功率一部分直接以感應(yīng)耦合的方式傳輸給接收端感應(yīng)線圈(7)，另一部分以同樣方式傳輸給發(fā)射端諧振線圈(5)。[0020]如圖3所示，所述的發(fā)射端諧振線圈(5)采用紫銅管通過環(huán)氧樹脂膠固定在PVC線圈骨架(10)上，紫銅管的兩端并聯(lián)有耐高壓金屬薄膜諧振電容(11)，選取合適的電容值保證發(fā)射端諧振線圈(5)的諧振頻率與發(fā)射端感應(yīng)線圈(4)的工作頻率相一致。當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)，加載有高頻電磁功率的發(fā)射端諧振線圈(5)發(fā)生強(qiáng)烈振蕩，并在周圍空間中建立非福射電磁近場。
[0021]如圖4所示，所述的接收端諧振線圈(6)采用紫銅管通過環(huán)氧樹脂膠固定在PVC線圈骨架(10)上，紫銅管的兩端并聯(lián)有耐高壓金屬薄膜諧振電容(11)，選取合適的電容值保證發(fā)射端諧振線圈(5)的諧振頻率與發(fā)射端感應(yīng)線圈(4)的工作頻率相一致。當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)，發(fā)射端諧振線圈(5)與接收端諧振線圈(6)的諧振頻率一致，從而使發(fā)射端諧振線圈
(5)通過近場諧振的方式從發(fā)射端諧振線圈(5)周圍空間中的非輻射電磁近場吸收能量，最終以感應(yīng)耦合的方式傳輸給接收端感應(yīng)線圈(7)。
【權(quán)利要求】
1.點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)同工作無線充電耦合器，其特征在于包括有無線充電電源(I)將高頻電磁功率經(jīng)由通斷控制開關(guān)⑵及自動調(diào)諧電路⑶加載到發(fā)射端感應(yīng)線圈⑷上，高頻電磁功率一部分直接耦合至接收端感應(yīng)線圈(7);另一部分與發(fā)射端諧振線圈(5)產(chǎn)生耦合，發(fā)射端諧振線圈(5)在其周圍激發(fā)同頻率的無輻射近場，與接收端諧振線圈(6)產(chǎn)生共振并實(shí)現(xiàn)能量傳輸，再以感應(yīng)耦合的方式傳輸?shù)浇邮斩烁袘?yīng)線圈(7)，從而向負(fù)載(8)供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)同工作無線充電耦合器，其特征還在于，所述的發(fā)射端感應(yīng)線圈(4)由線徑為0.15mm2、匝數(shù)為1000匝且相互絕緣的銅質(zhì)漆包線繞制而成，線圈具有平面矩形螺旋漸開型結(jié)構(gòu)，最外層邊長為35cm，最內(nèi)層邊長為30cm，線圈平鋪在規(guī)格為PC95的高導(dǎo)磁鐵氧體平板之上，導(dǎo)線之間及導(dǎo)線與鐵氧體之間采用環(huán)氧樹脂絕緣膠固定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)同工作無線充電耦合器，其特征還在于，所述的發(fā)射端諧振線圈(5)由管直徑為8mm的紫銅管制成，紫銅管外部套有絕緣層以保證每匝之間無電氣接觸，紫銅管通過環(huán)氧樹脂膠固定在PVC材質(zhì)的線圈骨架上以保證線圈間距恒定，紫銅管的兩端并聯(lián)有耐高壓金屬薄膜諧振電容，選取合適的電容值保證發(fā)射端諧振線圈(5)的諧振頻率與發(fā)射端感應(yīng)線圈(4)的工作頻率相一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)同工作無線充電耦合器，其特征還在于，所述的接收端諧振線圈(6)由管直徑為8mm的紫銅管制成，紫銅管外部套有絕緣層以保證每匝之間無電氣接觸，紫銅管通過環(huán)氧樹脂膠固定在PVC材質(zhì)的線圈骨架上以保證線圈間距恒定，紫銅管的兩端并聯(lián)有耐高壓金屬薄膜諧振電容，選取合適的電容值保證發(fā)射端諧振線圈(5)的諧振頻率與發(fā)射端感應(yīng)線圈(4)的工作頻率相一致；位置處于發(fā)射端諧振線圈(5)與接收端感應(yīng)線圈(7)之間并與接收端感應(yīng)線圈(7)同軸固定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)同工作無線充電耦合器，其特征還在于，所述的接收端感應(yīng)線圈(7)由線徑為0.15mm2、匝數(shù)為1000匝且相互絕緣的銅質(zhì)漆包線繞制而成，線圈具有平面矩形螺旋漸開型結(jié)構(gòu)，最外層邊長為35cm，最內(nèi)層邊長為30cm，線圈平鋪在規(guī)格為PC95的高導(dǎo)磁鐵氧體平板之上，導(dǎo)線之間及導(dǎo)線與鐵氧體之間采用環(huán)氧樹脂絕緣膠固定；位置上與發(fā)射端諧振線圈(5)同軸固定。
【文檔編號】H02J17/00GK103545941SQ201310566178
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月11日
【發(fā)明者】張獻(xiàn), 楊慶新, 章鵬程, 何亞偉, 劉維娜, 倪衛(wèi)濤, 張廣超, 金亮, 薛明 申請人:天津工業(yè)大學(xué)