一種用于無線電能傳輸?shù)难b置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種可增加無線電能傳輸距離和提高傳輸效率的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]無線電能傳輸是一種利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象，進(jìn)行隔空電能傳輸?shù)募夹g(shù)。即交變電流可以產(chǎn)生交變的磁場，交變磁場也可以產(chǎn)生交變的電場，電磁場得以在空中傳播，對(duì)處于交變電磁場中的導(dǎo)體可以產(chǎn)生交變的電流。人們可以利用在導(dǎo)體中產(chǎn)生的交變電流來驅(qū)動(dòng)諸如手機(jī)、燈泡、熱水器、電視等用電設(shè)備。
[0003]目前，無線電能傳輸?shù)膫鬏敺绞街饕杏糜谶h(yuǎn)距離的微波方式和激光方式，用于中短距離的磁感應(yīng)方式和磁諧振方式，還有特殊場合應(yīng)用的超聲波方式和電場耦合方式。其中磁感應(yīng)方式和磁諧振方式主要應(yīng)用的形式又分為2線圈傳輸方式和4線圈傳輸方式。2線圈式即采用松耦合變壓器原理，由初級(jí)線圈和次級(jí)線圈組成，根據(jù)所需傳輸?shù)碾娔芰考?jí)，設(shè)計(jì)使用不同匝數(shù)的線圈，將電能由初級(jí)線圈耦合傳輸至次級(jí)線圈。4線圈方式在2線圈基礎(chǔ)上增加了 2個(gè)線圈，即連接電源的驅(qū)動(dòng)線圈和連接負(fù)載的負(fù)載線圈兩個(gè)線圈，線圈匹配一定的電容，組成諧振耦合電路，用于能較遠(yuǎn)距離的電能傳輸和提高傳輸效率。
[0004]圖1a所示是無線電能傳輸?shù)?線圈原理圖，A、B是兩個(gè)諧振線圈，交流電源1^和等效阻抗Rs與線圈A相連，負(fù)載R占線圈B相連。電源U 5以一定的頻率激勵(lì)線圈A，交變的電磁場在線圈B上感應(yīng)產(chǎn)生交變電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載I。圖1b所示是無線電能傳輸?shù)?線圈原理圖，A、B是兩個(gè)諧振線圈，S是驅(qū)動(dòng)線圈，L是負(fù)載線圈，交流電源Us和等效阻抗R 5與線圈S相連，負(fù)載&與線圈L相連。電源UsW—定的頻率激勵(lì)線圈S，電能耦合至線圈A，交變的電磁場在線圈B上感應(yīng)產(chǎn)生的電能耦合至L，最后L中的交變電流可驅(qū)動(dòng)負(fù)載
[0005]目前無線電能的傳輸方式，對(duì)于磁感應(yīng)方式和磁諧振方式，是種中短距離的傳輸。為了能更遠(yuǎn)距離，更高效率的電能傳輸，人們設(shè)計(jì)使用不同頻率的交變電源，如中國專利201210064445.7“一種千瓦級(jí)無線電能傳輸裝置”?；蛘卟捎幂^高品質(zhì)因數(shù)的諧振線圈(王國東，原璐璐.“無線電能傳輸系統(tǒng)諧振線圈優(yōu)化設(shè)計(jì)”工礦自動(dòng)化[J]2014.3)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型的目的是為了增加傳輸距離和提高傳輸效率，提出一種新的無線電能傳輸裝置。本實(shí)用新型用于無線電能功率的傳輸。
[0007]本實(shí)用新型安裝在發(fā)射端的電源和發(fā)射線圈之間，或者在接收端的負(fù)載和接收線圈之間，與電磁親合器外部的輸入輸出端口連接。
[0008]本實(shí)用新型無線電能傳輸裝置用于發(fā)射端時(shí)，在電源和發(fā)射線圈之間連接第一電磁耦合器，所述裝置的發(fā)射端包括電源、發(fā)射線圈和第一電磁耦合器。電源的輸出端連接第一電磁耦合器的輸入端，第一電磁耦合器的輸出端和發(fā)射線圈相連接。本實(shí)用新型無線電能傳輸裝置用于發(fā)射端時(shí)，在負(fù)載和接收線圈之間連接第二電磁耦合器，所述裝置的接收端包括負(fù)載、接收線圈和第二電磁耦合器。第二電磁耦合器的輸入端和接收線圈相連接，第二電磁耦合器的輸出端和負(fù)載相連接。根據(jù)傳輸系統(tǒng)的配置，電磁耦合器也可以在發(fā)射端和接收端同時(shí)使用，連接方式如上所述。
[0009]所述的第一電磁耦合器和第二電磁耦合器通過不同的繞制方式來得到無線電能傳輸系統(tǒng)所需的輸入輸出變比。
[0010]第一電磁耦合器和第二電磁耦合器加裝在發(fā)射端或接收端，或集成在電源內(nèi)部或負(fù)載上；所述的第一電磁耦合器和第二電磁耦合器在發(fā)射端或接收端單獨(dú)使用或成對(duì)使用。
[0011 ] 第一電磁親合器和第二電磁親合器用于多負(fù)載的情況時(shí)，第一電磁親合器和第二電磁耦合器連接于接收端的負(fù)載和接收線圈之間。
[0012]所述的電磁耦合器主要由高頻磁芯和導(dǎo)線繞制而成，其繞制方法和形式根據(jù)無線電能傳輸系統(tǒng)的傳輸距離和傳輸頻率決定。根據(jù)無線電能傳輸系統(tǒng)配置，電磁耦合器可以在發(fā)射端或接收端單獨(dú)使用也可以成對(duì)使用。所述的電磁耦合器加裝在發(fā)射端或接收端，或集成在電源內(nèi)部或負(fù)載上。
[0013]使用電磁耦合器后，無線電能傳輸裝置的傳輸距離和傳輸效率比不使用電磁耦合器有所提高。根據(jù)無線電能傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)的頻率要求和變比要求，電磁耦合器中的導(dǎo)線有不同繞法，采用2股、3股或4股導(dǎo)線并繞，通過導(dǎo)線間的不同連接，繞制不同匝數(shù)，來確定所需要的輸入輸出變比和適用的頻率范圍。
[0014]電磁耦合器是一種功率變換器件。和不使用電磁耦合器的無線電能傳輸裝置比較，本實(shí)用新型優(yōu)勢在于，在原系統(tǒng)上使用電磁耦合器后，提高了傳輸效率，同時(shí)可以增加傳輸距離。
【附圖說明】
[0015]圖1a為現(xiàn)有的兩線圈無線電能傳輸裝置原理圖，圖1b為現(xiàn)有的四線圈無線電能傳輸裝置原理圖；
[0016]圖2a為本實(shí)用新型兩線圈的用于無線電能傳輸?shù)难b置的原理圖，圖2b為本實(shí)用新型四線圈的用于無線電能傳輸?shù)难b置的原理圖；
[0017]圖3a為方形結(jié)構(gòu)的電磁耦合器示意圖，適用于頻率較低的情況。圖3b為兩線并繞的圓形結(jié)構(gòu)的電磁耦合器示意圖，圖3c為三線并繞的圓形結(jié)構(gòu)的電磁耦合器示意圖，適用于頻率較高的情況。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說明。
[0019]圖2a所示為本實(shí)用新型兩線圈的用于無線電能傳輸?shù)难b置，圖2b所示為本實(shí)用新型四線圈的用于無線電能傳輸?shù)难b置。
[0020]本實(shí)用新型在原無線電能傳輸系統(tǒng)中增加電磁耦合器。
[0021]本實(shí)用新型用于無線電能傳輸?shù)难b置用于發(fā)射端時(shí)，發(fā)射端包括電源、發(fā)射線圈A和第一電磁親合器I，第一電磁親合器I的輸入端和電源輸出端相連接，第一電磁親合器I的輸出端和發(fā)射線圈A相連接。本實(shí)用新型用于無線電能傳輸?shù)难b置用于接收端時(shí)，接收端包括負(fù)載、接收線圈B和第二電磁耦合器2，第二電磁耦合器2的輸入端和接收線圈B相連接，第二電磁耦合器2的輸出端和負(fù)載相連接。
[0022]根據(jù)系統(tǒng)配置，電磁耦合器可以分別單獨(dú)使用，也可以成對(duì)使用。圖2a和圖2b所示為發(fā)射端和接收端同時(shí)加裝電磁耦合器的情況。電磁耦合器在發(fā)射端或接收端單獨(dú)使用時(shí)，連接方式同上所述。圖2a中A為發(fā)射線圈，B為接收線圈。圖2b中A為發(fā)射線圈，B為接收線圈，諧振發(fā)射線圈C和諧振接收線圈D是一對(duì)分別匹配有電容CjP電容C。的諧振線圈。使用電磁耦合器后，無線電能的傳輸距離和傳輸效率，比原系統(tǒng)要有所提高。
[0023]當(dāng)電磁耦合器加裝在發(fā)射端時(shí)，如圖2a和圖2b所示，第一電磁耦合器I連接在電源和發(fā)射線圈A之間；當(dāng)電磁耦合器加裝在接收端時(shí)，如圖2a和圖2b所示，第二電磁耦合器2連接在接收線圈B和負(fù)載之間。電磁耦合器用于調(diào)節(jié)傳輸距離和效率，是否在發(fā)射端或在接收端使用電磁耦合器，需根據(jù)無線電能傳輸系統(tǒng)的傳輸性能決定。電磁耦合器也可以集成在電源內(nèi)部或負(fù)載上。
[0024]圖3a、圖3b和圖3c所示為電磁耦合器的結(jié)構(gòu)。電磁耦合器由高頻磁芯和導(dǎo)線繞制而成，通過不同的繞制方法可以調(diào)節(jié)電磁耦合器的輸入輸出變比。如圖3a、圖3b和圖3c所示，M為電磁親合器的高頻磁芯，a、b、C、d為電磁親合器的外接端口:端口 a和端口 b為輸入端口，端口 c和端口 d為輸出端口。輸入端口和輸出端口可以互換。高頻磁芯可以是圓形或方形結(jié)構(gòu)，導(dǎo)線以一定的匝數(shù)比繞在磁芯上。若電磁耦合器用于發(fā)射端，電磁耦合器的兩個(gè)輸入端a、b連接到電源的輸出端，電磁耦合器的兩個(gè)輸出端c、d連接到發(fā)射線圈；若電磁耦合器用于接收端，電磁耦合器的兩個(gè)輸入端a、b連接到接收線圈，電磁耦合器的兩個(gè)輸出端c、d連接到負(fù)載的輸入端。在發(fā)射端還是在接收端單獨(dú)使用電磁耦合器，還是同時(shí)使用，需根據(jù)具體傳輸系統(tǒng)來決定，具體的繞制方法和匝數(shù)比也需根據(jù)實(shí)際的傳輸系統(tǒng)來調(diào)節(jié)。
[0025]不同的輸入輸出變比有不同的繞制方法，圖3a為輸入輸出變比1:1的情況，圖3b為輸入輸出變比1:2的情況，圖3c為輸入輸出變比1:3的情況。圖3b所示為I組兩線并繞的情況，圖3c所示為I組三線并繞的情況，根據(jù)實(shí)際的傳輸系統(tǒng)也可采用2組線并繞、3組線并繞或4組線并繞，或多個(gè)磁芯連接來實(shí)現(xiàn)多種變比。通過不同的繞制方法以適用于高頻或低頻的情況。電磁耦合器是功率變換器件。電磁耦合器也可以級(jí)聯(lián)使用，來調(diào)節(jié)所需要的變比。
[0026]電磁耦合器亦可用于多負(fù)載的情況。所述的電磁耦合器用于多負(fù)載的情況時(shí)，連接方法同上所述:電磁耦合器連接于接收端的負(fù)載和接收線圈之間。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于無線電能傳輸?shù)难b置，其特征在于:所述裝置的發(fā)射端包括電源、發(fā)射線圈和第一電磁親合器(1)，第一電磁親合器(1)的輸入端和電源輸出端相連接，第一電磁親合器(1)的輸出端和發(fā)射線圈相連接；所述裝置的接收端包括負(fù)載、接收線圈和第二電磁耦合器(2)，所述的第二電磁耦合器(2)的輸入端和接收線圈相連接，第二電磁耦合器(2)的輸出端和負(fù)載相連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于無線電能傳輸?shù)难b置，其特征在于:所述的第一電磁耦合器(1)和第二電磁耦合器(2)通過不同的繞制方式來得到無線電能傳輸系統(tǒng)所需的輸入輸出變比。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于無線電能傳輸?shù)难b置，其特征在于:所述的第一電磁耦合器(1)和第二電磁耦合器(2)加裝在發(fā)射端或接收端，或集成在電源內(nèi)部或負(fù)載上；所述的第一電磁耦合器(1)和第二電磁耦合器(2)在發(fā)射端或接收端單獨(dú)使用或成對(duì)使用。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于無線電能傳輸?shù)难b置，其特征在于:所述的第一電磁耦合器(1)和第二電磁親合器(2)用于多負(fù)載的情況時(shí)，第一電磁親合器(1)和第二電磁親合器(2)連接于接收端的負(fù)載和接收線圈之間。
【專利摘要】一種用于無線電能傳輸?shù)难b置，所述裝置的發(fā)射端包括電源、發(fā)射線圈和第一電磁耦合器(1)，第一電磁耦合器(1)的輸入端和電源輸出端相連接，第一電磁耦合器(1)的輸出端和發(fā)射線圈相連接。所述裝置的接收端包括負(fù)載、接收線圈和第二電磁耦合器(2)，所述的第二電磁耦合器(2)的輸入端和接收線圈相連接，第二電磁耦合器(2)的輸出端和負(fù)載相連接。所述的電磁耦合器可以在發(fā)射端或接收端使用，也可以用于多負(fù)載的情況。
【IPC分類】H02J50/12
【公開號(hào)】CN204992793
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520469240
【發(fā)明人】宋顯錦, 劉國強(qiáng), 夏正武, 李艷紅, 張超, 張瑞華, 徐小宇
【申請(qǐng)人】中國科學(xué)院電工研究所
【公開日】2016年1月20日
【申請(qǐng)日】2015年7月2日