[發明專利]基于磁諧振耦合的無線電能傳輸系統

在審

• 申請號: 201711016765.4
• 申請日: 2017-10-26
• 公開（公告）號: CN107749675A
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發明（設計）人: 張立炎;龍漢平;錢杭;劉佳
• 申請（專利權）人: 武漢慧馳科技有限公司
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H02J7/02
• 代理公司: 武漢智盛唯佳知識產權代理事務所(普通合伙)42236
• 代理人: 胡紅林

技術領域

本發明涉及一種使磁場均勻分布的關于磁諧振的無線電能傳輸系統，屬于無線電能傳輸領域。

背景技術

隨著電力電子技術的發展和新能源廣泛使用，電動汽車作為一種新型無污染的汽車得到了廣泛普及。然而電動汽車的電池功率密度小及其充電時間長問題卻制約著其進一步的發展和推廣。目前使用較為廣泛的一種充電方式是基于直流充電樁的有線充電方式，這些電線不僅限制了汽車的充電范圍，而且限制了汽車使用的方便性，進而也產生了安全用電的隱患。所以，無線充電技術在電動汽車領域已經開始備受關注。

無線能量傳輸模式和機理大體分為磁感應耦合、電磁輻射和磁耦合諧振三種方式。和電磁輻射相比磁耦合諧振方式在安全性和傳輸效率上都具有優勢；與磁感應耦合方式相比，它在傳輸距離上具有優勢。目前已公開的基于磁耦合諧振方式的無線電能傳輸系統的發射端和接收端均采用單個諧振線圈結構，通過收發端諧振線圈間的同頻磁諧振耦合來實現電能的傳輸；這種線圈結構會造成接收端磁場分布不均勻，容易造成磁芯局部過熱，損耗也會增加，效率會有所下降。且此類設計對線圈的擺放位置要求也比較高，即發送端和接收端要在一定范圍內對應。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足而提出了一種基于磁場均勻分布線圈結構的磁諧振耦合的無線電能傳輸系統，該系統能夠解決目前基于磁諧振耦合無線電能傳輸系統中線圈結構所導致的接收端磁場分布不均勻問題，并且可以借助輔助線圈接受主線圈周圍磁場的漏磁，解決無線電能傳輸效率低的問題。

實現本發明的技術方案是一種基于磁諧振耦合的無線電能傳輸系統，該系統包括：

電能發送模塊，包括原邊線圈，所述原邊線圈為螺旋結構，且在平面呈圓形，并在緊挨著原邊線圈的下方設有均勻分布的若干數量磁條；

電能接受模塊，包括主線圈和輔助線圈，所述主線圈為螺旋結構，且在平面呈圓形，正對電能發送模塊的原邊圈，并在緊挨著主線圈的上方設有均勻分布的且與發送模塊中相同數量的磁條；所述輔助線圈為螺旋結構，且在平面呈方形，輔助線圈均勻分布在主線圈的四周，且輔助線圈與所述主線圈上方的磁條處于同一平面位置上

所述電能發送模塊與電能接收模塊耦合。

在上述技術方案中，所述原邊線圈下方設有均勻分布的8個磁條，磁條的長度大于原邊線圈的線圈寬度；所述主線圈上方也設有均勻分布的8個磁條，磁條的長度大于主線圈的寬度。

在上述技術方案中，所述電能發送模塊的原邊線圈和電能接受模塊和主線圈的寬度為60～80mm；所述電能發送模塊中磁條長度為原邊線圈寬度的1.5～2倍，寬度為30～35mm，厚度4～6mm；所述接受模塊中磁條長度為主線圈寬度的1.5～2倍，寬度為30～35mm，厚度4～6mm。

進一步地，所述基于磁諧振耦合的無線電能傳輸系統還包括：

電網；

整流電路，用于將所述電網的交流電整流為直流電；

BUCK電路，用于對所述整流后的直流電進行DC-DC變換；

逆變電路，用于將所述DC-DC變換得到的直流電轉換為所需的交流電；

原邊諧振電路，與所述電能發送模塊中的原邊線圈連接，用于產生一個固定頻率的電磁場，便于進行電能的傳遞。

更進一步地，所述基于磁諧振耦合的無線電能傳輸系統還包括：

副邊諧振電路，與所述副邊主線圈以及并聯補償電容連接，用于將電能發送模塊所產生的電磁場轉換成固定頻率的交流電，實現電能的傳遞。

副邊整流電路，與所述副邊諧振電路連接，用于將交流整流為直流后為電池供電。

更進一步地，，所述基于磁諧振耦合的無線電能傳輸系統還包括：

副邊輔助諧振電路，與所述輔助線圈連接，用于將電能發送模塊所產生的電磁場轉換成固定頻率的交流電，實現電能的傳遞；

副邊輔助整流電路，與所述副邊輔助諧振電路連接，用于將交流整流為直流后為輔助電池供電。

本發明無線電能傳輸(WPT)系統的核心在于電能接受端的磁場分布均勻，輔助線圈還能夠接收到一部分散落在原邊主線圈四周的磁場，這樣不僅能夠減少損耗，而且可以抑制磁芯的局部過熱。在整個無線電能傳輸系統的結構中，耦合線圈部分所產生的損耗占整個系統的一個很大的部分。該線圈結構可以很大程度上的減小損耗，達到提高無線電能的傳輸效率。

附圖說明

圖1為本發明基于磁諧振耦合的無線電能傳輸系統的結構框圖。

圖2為本發明無線電能傳輸系統中電能發送模塊示意圖。