[實用新型]一種用于多負載的無線充電磁耦合結構

有效

• 申請號: 201720526660.2
• 申請日: 2017-05-12
• 公開（公告）號: CN206864285U
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發明（設計）人: 陳慶彬;歐陽奕欣;張偉豪;陳為
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H01F27/24
• 分類號: H01F27/24;H01F27/28;H01F27/30;H01F38/14;H02J50/10;H02J50/70
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本實用新型涉及一種用于多負載的無線充電磁耦合結構。

背景技術

無線電能傳輸技術具有便捷、無機械損耗、無電火花等特性，在多種特殊環境如人體內部、礦井、高電壓環境、水下、電動汽車等領域具有良好應用前景，近些年得到學術界和企業界的廣泛關注。

目前無線電能傳輸技術的磁耦合結構主要采用平面螺旋形線圈，傳統的磁耦合結構中，通常采用單一的發射側線圈和接收側線圈。單一的發射線圈發射的磁場是固定的，而單一的接收線圈又只能接收某一特定方向的磁場，若發射線圈所發射的磁場方向與接收線圈所能接收的磁場方向不一致時，那么接收線圈只能接收部分的磁場能量，這也就造成了磁耦合結構的耦合系數的降低。目前主要有如下幾種磁耦合結構設計方案：

①兩耦合線圈正對方案及其衍生

典型的有寧波微鵝電子科技有限公司的專利《一種高品質因數的發射線圈結構》（申請號：201520036919.6）以及《一種電能接收結構及無線電能接收模塊》（申請號：201521018507.6）；但在該技術方案中，正對發射側線圈和接收側線圈的相對位置是相對固定的，必須保證在垂直方向兩者沒有錯位，兩線圈所在平面必須平行，若存在一定角度，則耦合系數下降很快，所在，這樣限制了無線充電裝置使用的便捷性。

②多個線圈層疊排列作為發射側線圈方案

典型的有深圳市中遠航科技有限公司的專利《一種無線充電設備》（申請號201310156410.0），如圖4所示，以及香港城市大學的專利“用于改善平面感應充電平臺性能”（申請號200680030162.3）；但在該技術方案中，陣列發射線圈能夠實現平面一定自由度的無線充電，但是其發射線圈繞組路徑長，導線電阻大，繞組損耗較大，且成本提高。

③品字形分布線圈發射，十字型正交線圈接收方案

典型的有福州大學的專利《一種無線電能傳輸磁耦合結構及其電路》（申請號201210463307.6）；但在該技術方案中，對于發射線圈，繞組路徑長，且有較多直角，導線電阻大，使得整體的繞組損耗增大。對于接收線圈，z軸方向接收繞組耦合性能差，且成本提高。

④磁場跟蹤伺服結構

典型的有重慶大學的戴欣等的專利《一種磁場跟蹤伺服機構控制系統及其控制方法》（申請號：201010572170.9）；但在該技術方案中，需要額外提供磁場跟蹤伺服系統，且存在機械壽命的問題，往往用在某些特定的場合中。

⑤平面磁諧振器以及具有環形諧振器線圈的平面磁諧振器

典型的有美國無線電力公司（WiTricity ）的專利《交通工具中的無線電力傳輸》（申請號：201480027153.3）；但在該技術方案中，對于接收線圈一，繞組匝長比較長，繞組損耗大且成本較高，對于接收線圈二，雖然繞組匝長降低，而且增加了接收z軸方向磁場的環形繞組，但是如果想要降低x,y軸方向接收繞組匝長，就要減小引導磁芯最外圍截面積，會導致磁阻過大，收束x,y方向傳遞過來的磁場的能力明顯不足，x,y方向的耦合系數不高，這是一對矛盾。

發明內容

有鑒于此，本實用新型的目的在于提供一種用于多負載的無線充電磁耦合結構及其電路，能夠實現接收線圈在發射線圈范圍內有效均勻地接收磁場能量，具有更高的耦合系數和更高的電能傳輸效率。

為實現上述目的本實用新型采用以下技術方案實現：

一種用于多負載的無線充電磁耦合結構，其特征在于：包括發射線圈及與所述發射線圈耦合的若干接收線圈，所述接收線圈為田字形正交線圈或雙王結構正交線圈；

所述發射線圈由若干相互平行的導線族組成，同一導線族內電流方向一致，任意相鄰導線族內電流方向相反；

所述田字形正交線圈包括相互垂直的第一磁芯和第二磁芯，所述第一磁芯和第二磁芯的端部分別設置有與之垂直的第三磁芯，第一磁芯上設置有第一繞組，第二磁芯上設置有第二繞組，四個第三磁芯的外側包設有第三繞組，第一繞組、第二繞組、第三繞組兩兩垂直；

所述雙王結構正交線圈包括相互垂直的第一磁芯和第二磁芯，所述第一磁芯和第二磁芯的端部分別設置有與之垂直的第三磁芯，第一磁芯上設置有第一繞組，第二磁芯上設置有第二繞組；第一磁芯其中一端的第三磁芯外側設置有第四磁芯，該第三磁芯兩側沿著第一磁芯方向上設置有第三繞組；第二磁芯其中一端的第三磁芯外側設置有第四磁芯，該第三磁芯兩側沿著第二磁芯方向上設置有第四繞組。

進一步的，所述發射線圈為多層并聯或層間串聯。

進一步的，所述發射線圈的轉角處為直角、鈍角或圓角。