[發(fā)明專利]一種磁耦合諧振式無線電能傳輸碗狀原邊線圈

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710439349.9
• 申請日: 2017-06-12
• 公開（公告）號: CN107276249A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 衛(wèi)璇;鄔明洲;戴悅;馬皓
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H02J7/02;H01F38/14
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司33224
• 代理人: 王琛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線供電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種磁耦合諧振式無線電能傳輸碗狀原邊線圈。

背景技術(shù)

無線電能傳輸技術(shù)解決了傳統(tǒng)導(dǎo)線直接接觸供電的缺陷，是一種有效、安全的電能傳輸方法，因而被美國《技術(shù)評論》雜志評選為未來十大科研方向之一，而電磁諧振式則是無線電能傳輸技術(shù)中重要的一種原理。通過對無損振蕩系統(tǒng)不同工作頻率下的能量交換情況的現(xiàn)有研究，得出了磁耦合諧振式無線電能傳輸技術(shù)的必要條件之一是保持振蕩系統(tǒng)具有相同的固有諧振頻率。

公開號為CN104576003A的中國專利提出了一種用于磁耦合諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)的傳輸線圈，其線圈結(jié)構(gòu)為平面螺旋結(jié)構(gòu)。為了解決現(xiàn)有線圈的結(jié)構(gòu)匝間寄生電容大而導(dǎo)致傳輸效率低的問題，目前針對磁耦合諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)的效率方面研究主要集中在對于系統(tǒng)拓?fù)湟约熬€圈平面形狀與陣列排布方面。

公開號為CN105720704A的中國專利提出了一種六面體內(nèi)無線供電的發(fā)射模型，其中所述諧振線圈耦合的3D無極六面體發(fā)射模型，結(jié)構(gòu)上線圈形成正立方體結(jié)構(gòu)；公開號為CN105634151A的中國專利提出了一種諧振線圈耦合的球體模型，即在結(jié)構(gòu)上線圈構(gòu)成球體模型；公開號為CN105846552A的中國專利提出了一種無線供電諧振線圈耦合的兩極模型用于解決球體和半球體環(huán)境中的使用電器的無線供電問題。

上述這些專利提出的3D傳輸線圈模型，處于磁場環(huán)境中無線為用電器供電，可以自由地獲得電能，解決了用電器使用中的自由、防水、安全性問題，但是無線電能傳輸效率與傳輸范圍有待增強(qiáng)。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有磁耦合諧振式無線電能傳輸范圍非常窄的問題，本發(fā)明提供了一種磁耦合諧振式無線電能傳輸碗狀原邊線圈，其利用碗狀線圈在空間上磁感線的交互影響，設(shè)計(jì)出一種3D的碗狀線圈，使得在保證傳輸距離較長的情況下，副邊線圈在與原邊線圈距離相同的平面內(nèi)的擴(kuò)展性與均勻性同時(shí)得到了提高。

一種磁耦合諧振式無線電能傳輸碗狀原邊線圈，包括多個(gè)圓形的線圈組，其中一個(gè)線圈組作為中心線圈組且水平放置，其余線圈組均勻環(huán)繞所述中心線圈組且與其之間存有一定夾角以呈現(xiàn)碗狀型結(jié)構(gòu)，周圍每一線圈組與中心線圈組在水平投影面上均存有部分重疊，各線圈組相互串聯(lián)連接且每個(gè)線圈組均為順時(shí)針繞制，使得線圈電流形成的磁感線方向均朝向同一面。

優(yōu)選地，所述碗狀原邊線圈包括7個(gè)圓形的線圈組。

進(jìn)一步地，其余線圈組與中心線圈組之間的夾角為45°～75°；優(yōu)選地，夾角為60°。

進(jìn)一步地，所述圓形線圈組的直徑為5～25cm；優(yōu)選地，直徑為13.5cm。

進(jìn)一步地，每一線圈組由5～20匝線圈繞制而成；優(yōu)選地，匝數(shù)為10匝。

在上述參數(shù)范圍內(nèi)，原邊線圈對于無線電能的傳輸仍可以保持較好的電壓傳輸特性和距離傳輸特性。

本發(fā)明碗狀線圈使得充電平臺在傳輸距離較長的情況下，電壓傳輸特性以及距離傳輸特性得到了大幅度提高；碗狀發(fā)射線圈在保持無線充電的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，電壓傳輸與距離傳輸特性改善將對今后小功率無線充電的實(shí)際應(yīng)用提供更好的用戶體驗(yàn)。經(jīng)過實(shí)際測量，本發(fā)明3D碗狀線圈的電壓傳輸特性以及距離傳輸特性均明顯優(yōu)于現(xiàn)有其他方案。

附圖說明

圖1為本發(fā)明碗狀線圈結(jié)構(gòu)的正視圖。

圖2為本發(fā)明碗狀線圈結(jié)構(gòu)的俯視圖。

圖3為不同方案線圈的電壓傳輸特性對比示意圖。

具體實(shí)施方式

為了更為具體地描述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明磁耦合諧振式無線電能傳輸碗狀原邊線圈，包括7個(gè)相同的平面圓形線圈組疊繞形成碗狀的立體結(jié)構(gòu)，中心平放一個(gè)圓形線圈組，6個(gè)圓形線圈均勻環(huán)繞中心線圈組，并且周圍每一個(gè)線圈組與中心線圈組之間夾角60度，周圍每一個(gè)線圈組與中心線圈組底部相重疊，7個(gè)相同的平面圓形線圈組相互為串聯(lián)連接，每個(gè)平面線圈組順時(shí)針繞制并且繞制后使得線圈電流形成的磁感線方向均朝向同一面。

本實(shí)施方式中，每一個(gè)線圈組由10匝線圈繞制，線寬為1mm，線圈組直徑均為13.5厘米。根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況，具體參數(shù)可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐貙挘褐車恳粋€(gè)線圈組與中心線圈組之間夾角可以擴(kuò)展到45°～75°，線圈匝數(shù)可以擴(kuò)展到5～20匝，每一組小線圈的直徑范圍可以達(dá)到5～25cm。在此范圍內(nèi)，原邊線圈對于無線電能的傳輸仍可以保持較好的電壓傳輸特性和距離傳輸特性。