[發(fā)明專利]一種太極型非對稱無線電能傳輸線圈優(yōu)化結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810797356.0
• 申請日: 2018-07-19
• 公開（公告）號: CN108900012B
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李陽;董維豪;劉柳;楊慶新;趙景太;姜山;薛明
• 申請（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H02J50/10
• 分類號: H02J50/10;H02J50/70;H01F38/14
• 代理公司: 天津?yàn)I海科緯知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12211
• 代理人: 楊慧玲

本發(fā)明公開了一種太極型非對稱無線電能傳輸線圈優(yōu)化結(jié)構(gòu)，包括發(fā)射線圈結(jié)構(gòu)和接收線圈結(jié)構(gòu)；所述發(fā)射線圈結(jié)構(gòu)包括相互并聯(lián)的太極型線圈和平面螺旋線圈；所述接收線圈結(jié)構(gòu)包括相互串聯(lián)的太極型線圈和平面螺旋線圈。本發(fā)明具有更好的抗偏移的傳輸性能，同時(shí)具有傳輸效率更高，傳輸距離更遠(yuǎn)的傳輸性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線電能傳輸領(lǐng)域，特別是涉及到一種太極型非對稱無線電能傳輸線圈優(yōu)化結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

耦合機(jī)構(gòu)是無線電能傳輸技術(shù)的重要組成部分，高品質(zhì)的耦合線圈對無線電能傳輸系統(tǒng)的傳輸性能的影響是至關(guān)重要的，它的設(shè)計(jì)與優(yōu)化對系統(tǒng)的傳輸效率、功率、傳輸距離等有著直接的影響。對于無線電能傳輸系統(tǒng)而言，耦合線圈在實(shí)際工作過程中其發(fā)射和接收部分之間存在很大的空氣氣隙，較高的漏磁會(huì)導(dǎo)致耦合性能下降，從而使得整個(gè)系統(tǒng)的傳輸效率大大下降，該現(xiàn)象在大功率傳能系統(tǒng)的應(yīng)用中尤為明顯。為了提高WPT系統(tǒng)的傳輸效率，設(shè)計(jì)與優(yōu)化耦合線圈的形狀和結(jié)構(gòu)顯得尤為重要。有的學(xué)者對雙DD線圈和單極線圈進(jìn)行研究。專注于線圈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相結(jié)合，以達(dá)到最大耦合系數(shù)和效率。在眾多線圈設(shè)計(jì)的研究中，采用了不同的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與優(yōu)化流程，進(jìn)行了線圈設(shè)計(jì)與優(yōu)化，使得線圈設(shè)計(jì)更為合理。但是，設(shè)計(jì)分析均基于一對一的兩線圈模型。

然而，無線充電系統(tǒng)中，耦合線圈的尺寸以及初級、次級兩線圈的距離等受到應(yīng)用場合的限制。例如，應(yīng)用于儲(chǔ)能式有軌電車或電動(dòng)汽車中的無線充電系統(tǒng)線圈除了受到車身尺寸影響外，其初級線圈受到了軌距的限制，并且其車廂橫梁的尺寸也決定了次級線圈的大小。由于以上等因素限制兩線圈形狀和大小。而且初級和次級線圈自感值的增加會(huì)增加線圈匝數(shù)，從而增大串聯(lián)等效電阻，并增加系統(tǒng)損耗，因此初級、次級線圈的自感值受限，較難有效增加初級、次線圈的互感。除此之外，無線電能傳輸系統(tǒng)為軌道交通等大功率應(yīng)用提供電能時(shí)，兩線圈模型很難實(shí)現(xiàn)大功率電能的非接觸傳輸。西南交通大學(xué)分析了雙初級線圈并繞的IPT系統(tǒng)，通過初級線圈產(chǎn)生磁場的疊加，實(shí)現(xiàn)IPT系統(tǒng)的大功率輸出。中科院研究了雙拾取線圈并聯(lián)結(jié)構(gòu)WPT系統(tǒng)，研究了拾取線圈之間的互感對輸出功率的影響，并提出通過調(diào)整拾取側(cè)補(bǔ)償電容的方法使系統(tǒng)輸出功率不受拾取線圈間互感的影響。北京交通大學(xué)分析驗(yàn)證的多拾取線圈間的互感將影響系統(tǒng)諧振頻率，降低IPT系統(tǒng)的輸出功率和工作效率。上述設(shè)計(jì)在增加線圈數(shù)量的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了高功率非接觸電力傳輸。但是，他們并沒有提高遠(yuǎn)距離WPT系統(tǒng)的效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提出一種太極型非對稱無線電能傳輸線圈優(yōu)化結(jié)構(gòu)，將太極型線圈與傳統(tǒng)的兩線圈結(jié)構(gòu)相結(jié)合,具有更好的抗偏移的傳輸性能，同時(shí)具有傳輸效率更高，傳輸距離更遠(yuǎn)的傳輸性能。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種太極型非對稱無線電能傳輸線圈優(yōu)化結(jié)構(gòu)，包括發(fā)射線圈結(jié)構(gòu)和接收線圈結(jié)構(gòu)；

所述發(fā)射線圈結(jié)構(gòu)包括相互并聯(lián)的太極型線圈和平面螺旋線圈；

所述接收線圈結(jié)構(gòu)包括相互串聯(lián)的太極型線圈和平面螺旋線圈。

進(jìn)一步的，所述太極型線圈即導(dǎo)線繞呈陰陽魚狀，以陰陽魚其中一條的尾部作為繞線起點(diǎn)，另一條的嘴部作為繞線終點(diǎn)；所述發(fā)射線圈的繞線起點(diǎn)和繞線終點(diǎn)作為線圈引線。

進(jìn)一步的，所述太極型線圈為多匝線圈，所述平面螺旋線圈為單匝線圈。

進(jìn)一步的，所述發(fā)射線圈結(jié)構(gòu)串聯(lián)有電容補(bǔ)償電路。

進(jìn)一步的，所述接收線圈結(jié)構(gòu)串聯(lián)有電容補(bǔ)償電路。

進(jìn)一步的，所述發(fā)射線圈結(jié)構(gòu)與與高頻信號發(fā)生器、功率放大器、電源側(cè)阻抗匹配電路共同構(gòu)成發(fā)射系統(tǒng)。

進(jìn)一步的，所述接收線圈結(jié)構(gòu)與接收側(cè)負(fù)載共同構(gòu)成接收系統(tǒng)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：