[發明專利]一種線圈可調式無線電能傳輸耦合機構及其設計方法

有效

• 申請號: 202010176343.9
• 申請日: 2020-03-13
• 公開（公告）號: CN111371199B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 譚林林;孟濤;王成亮;楊慶勝;翟學峰;徐妍;黃學良
• 申請（專利權）人: 東南大學;江蘇方天電力技術有限公司
• 主分類號: H02J50/40
• 分類號: H02J50/40;H02J50/12
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 許小莉

1.一種線圈可調式無線電能傳輸耦合機構，其特征在于，包括發射端及接收端，所述發射端包括發射線圈及伸縮式支架，所述發射線圈由四個尺寸規格相同的圓形線圈交疊組成用于產生多自由度的磁場，所述伸縮式支架包括在平面上相互垂直的四個支撐桿，每個所述支撐桿上安裝一個所述的圓形線圈；所述接收端包括一個接收線圈和磁芯：所述接收線圈為方形環路線圈用于耦合發射線圈接收能量，所述接收線圈表面刷有絕緣層，其上平面與磁芯下平面平行，兩者在距離上貼合。

2.根據權利要求1所述的線圈可調式無線電能傳輸耦合機構，其特征在于，所述發射端的四個圓形線圈由利茲線繞至而成，且四個圓形線圈串聯連接。

3.根據權利要求1所述的線圈可調式無線電能傳輸耦合機構，其特征在于，所述發射端的四個圓形線圈尺寸相同且相互交疊放置，單個線圈的半徑為r通過以下方法確定：當耦合機構的傳輸距離為z,根據磁場大小H與發射線圈尺寸與傳輸距離的關系，設定：

此時可獲得滿足發射端與接收端的耦合需求的磁場強度H。

4.根據權利要求1所述的線圈可調式無線電能傳輸耦合機構，其特征在于，所述發射端的四個圓形線圈的圓心坐標與接收線圈的幾何中心可移動區域之間的關系為：設發射端的單個線圈的圓心坐標為(x_m,y_m)，其中m＝1，2，3，4，令各發射線圈圓心只在所處坐標象限中沿與坐標軸夾角45°方向移動且移動的距離相同，設移動距離為ΔL，則移動的范圍為ΔL＝0～r，進而得出接收線圈的幾何中心可移動區域為邊長為d的正方形，其中各發射線圈的圓心坐標為：

5.一種權利要求1-4之一所述線圈可調式無線電能傳輸耦合機構的設計方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

(1)確定所需無線電能傳輸特性需求，包括線圈電流和傳輸功率；根據所需線圈電流和傳輸功率與互感關系的表達式，確定合適的電源電壓等級，諧振頻率，并依據線圈電流、諧振頻率和線圈的半徑與線徑選定單股利茲線的線徑和股數；

(2)按具體實施場景與傳輸特性目標確定接收線圈幾何中心的可移動范圍，即求出該實施場景的傳輸距離下滿足傳輸功率、效率要求的互感范圍，該接收線圈幾何中心的可移動范圍為邊長為d的正方形區域；

(3)確定發射端的四個圓形線圈的交疊區域，該交疊區域也為一個邊長為d的正方形區域，設置圓形發射線圈的起始位置在原點，則可移動支撐桿需要在各自象限與軸夾角45°方向上的位移的距離ΔL如下式所示：

進而得到發射線圈各圓心的坐標：

然后取出可移動伸縮支架上的緊固螺栓，根據所需對準刻度移動四個支撐桿移動ΔL的距離，最后擰緊四個緊固螺栓，使四個發射線圈交疊范圍固定。