CN103236333A - 无线电控井盖无线充电接收线圈的保护装置 - Google Patents

Abstract

无线电控井盖无线充电接收线圈的保护装置。包括绝缘衬套、无线充电接收线圈、金属外套、金属保护片、高密度封灌树脂。其特征在于：无线充电接收线圈嵌装于绝缘衬套之中，绝缘衬套嵌装于金属外套之中，金属保护片紧密压接于无线充电接收线圈之上，高密度封灌树脂填充于金属外套、绝缘衬套、之间以及金属保护片之上，金属保护片由金属或者由含有至少一层以上金属的印制电路板制成并涂以绝缘漆，金属保护片具有环状开路结构，或者具有顺时针环路圈数与逆时针环路圈数相等的环状闭路结构。具有以上结构特征的金属保护片能避免电涡流生成，使无线电控井盖无线充电接收线圈得到了有效的保护。

Description

无线电控井盖无线充电接收线圈的保护装置

技术领域

本发明涉及无线充电，具体涉及无线电控井盖无线充电接收线圈的保护装置。

背景技术

电力井盖是电力电缆隧道的出入通道。随着城市进程化的加速，原架空布置的电力输送线进入城市后均不可避免地转入地下。电力隧道成为了城市供电系统的关键通道。

电力隧道出入口状态的在线实时监控对于保障电力供应以及城市人民的生命安全至关重要。

长期以来，电力隧道入口的状态监控一直没有得到有效的改善，关键的因素之一是井盖的使用环境极其恶劣，自然因素、人为因素均导致井盖的状态监测装置必须具有防破坏、防水、无接触供电和无线数据传输等功能。

在具有闭锁机构的无线电控井盖系统中，置于井盖下的控制以及开锁装置的电力供应不可能永久持续，因此，无线充电已经成为了无线电控井盖必须具备的功能。

在基于感应充电的无线充电方式中，电力接收线圈以及电力发送线圈之间不可有金属物存在，否则，金属物的存在将引起电涡流的产生，并由此改变发射线圈以及接收线圈的电感参数，进而扰乱发射线圈与接收线圈之间的电磁感应谐振频率，导致充电效率急剧降低甚至无法充电。

为了满足以上无线充电的要求，通常接收线圈都安装于非金属的绝缘材料之中，而且接收线圈距离发射线圈的距离不得过大，按照Qi标准的要求，该距离不得大于5毫米。这就迫使在接收线圈的结构设计时只能在接收线圈的上部安装一个薄壳的非金属保护罩。在实际使用环境的条件下，置于道路中的电力隧道井盖安装完成后，都要经过压路机进行平整碾压，很多情况下，小石子或异物会在碾压的情况下嵌入到薄壳中，进而损坏接收线圈。为此，增加附设的金属保护罩，在充电时才打开的办法；在接收线圈之上加灌树脂的办法都已出现。

遗憾的是，增加一个附设的金属保护罩，在充电时才打开以及在接收线圈之上加灌树脂的办法虽然能在施工过程中保证接收线圈不受损坏，但又引来了被人取掉金属保护罩并用尖利物体凿穿绝缘材料进而使接收线圈损坏的情况。

如何对接收线圈进行有效保护已经成为了无线电控井盖实现无线充电所必须解决的主要问题。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种无线电控井盖无线充电接收线圈的保护装置。

根据电磁感应原理，在线圈的两端接入交流电压，线圈中就产生磁通，随着交流电流的交替变化，磁通方向也交替变化。此时，如果在线圈的前端放置一金属物体，线圈产生的磁通将穿过金属物体，金属物体可以视为许多同心环状导线所组成，在这些环状导线上，由于感应将产生电涡流，产生电涡流的同时，还将产生一个与线圈磁通方向相反的一个感应磁通，由于感应磁通的作用，将导致线圈中的磁通减小。

由于线圈两端的电势等于线圈的匝数N乘以磁通的变化率dΦ/dt：

e = N*（dΦ/dt)

当线圈匝数N以及施加于线圈两端的电势e 为固定不变的值时，要使等式成立，只有增大磁通的变化率才能使等式成立。

线圈中交变电流的频率一定时，磁通的变化率就可用磁通量的大小来衡量。

在线圈匝数为N，线圈截面积为S，与线圈截面相垂直的磁路长度为l ，通入线圈电流为I，线圈中磁性材料的相对导磁系数为u的磁路中，线圈所产生的磁通量φ的大小为：

φ = I*N*u*S / l

从上式可以看出，在匝数为N、相对导磁系数为1（空心线圈）、线圈截面积为S，磁路长度为l的空心线圈中，要增大磁通量，只有增加通入线圈的电流I。在线圈前端的金属物体中产生的电涡流越强，线圈中流入的电流就越多。

电磁炉、高频加热炉就是依据此原理工作的。

通过以上原理的分析，我们也可以认识到，产生电涡流的重要条件是要在线圈上部的金属物体中形成同心环状回路。

如果将置于线圈上部的金属物体制成同心开路形状，使其无法产生电涡流回路，或者将置于线圈上部的金属物体制成顺时针方向回路数与反时针方向回路数相等的闭合回路结构，在金属回路中形成大小相等，方向相反的电流，将阻止电涡流的产生。

居于以上分析，分别进行了将环状开路结构以及顺时针环路圈数与逆时针环路圈数相等的闭路结构的金属片分别单独置于通入交变电流线圈上部的测试试验，试验表明：具有以上结构特征的金属片处于线圈上部时，并不会在金属片中产生电涡流，同时，线圈产生的磁通能够不受影响地穿过金属片到达接收线圈。

居于以上测试试验，本发明提供了一种无线电控井盖无线充电接收线圈的保护装置。

利用该装置，可以在基于感应无线充电的发射线圈与接收线圈之间放置保护接收线圈的金属保护片，增加金属保护片后，接收线圈位于金属保护片以及高密度环氧树脂的保护下，提高了对接收线圈的保护能力，使感应无线充电技术能应用于无线电控井盖的恶劣环境中。

本发明所采用的技术方案是：

无线电控井盖无线充电接收线圈的保护装置，包括绝缘衬套、无线充电接收线圈、金属外套、金属保护片、高密度封灌树脂；特征在于无线充电接收线圈嵌装于绝缘衬套之中，绝缘衬套嵌装于金属外套之中，金属保护片紧密压接于无线充电接收线圈之上，高密度封灌树脂填充于金属外套、绝缘衬套、之间以及金属保护片之上，金属保护片由金属或者由含有至少一层以上金属的印制电路板制成并涂以绝缘漆，金属保护片具有环状开路结构，或者具有顺时针环路圈数与逆时针环路圈数相等的环状闭路结构。

与现有技术相比较，本发明用具有环状开路结构，或者用具有顺时针环路圈数与逆时针环路圈数相等的闭路结构的金属保护片作为接收线圈的金属保护片。在高密度封灌树脂和金属保护片的保护下，感应无线充电接收线圈得到有效可靠的保护，使感应无线充电技术能应用于无线电控井盖的恶劣环境中。

附图说明

图1为现有技术的感应无线充电接收线圈保护装置结构剖面图。

图2为本发明的感应无线充电接收线圈保护装置结构剖面图。

图3为本发明的顺时针环路圈数与逆时针环路圈数相等的环状闭路结构构成的金属保护片的平面图。

图4为本发明的顺时针环路圈数与逆时针环路圈数相等的环状闭路结构构成的金属保护片的轴测图。

图5为本发明的由环状开路结构构成的金属保护片的平面图。

图6为本发明的由环状开路结构构成的金属保护片的轴测图。

图7为本发明的由另一种环状开路结构构成的金属保护片的平面图。

图8为本发明的由另一种环状开路结构构成的金属保护片的轴测图。

图9为本发明的由印制电路板制成的顺时针环路圈数与逆时针环路圈数相等的闭路结构构成的金属保护片的顶层平面图。

图10为本发明的由双面印制电路板制成的顺时针环路圈数与逆时针环路圈数相等的闭路结构构成的金属保护片的底层平面图。

具体实施方式

如图1 所示，现有技术的感应无线充电接收线圈保护装置包括绝缘衬套1、无线充电接收线圈2、金属外套3、封灌树脂4。无线接收线圈2仅处于封灌树脂4的保护下，当重型车辆将小石子或尖物碾压嵌入封灌树脂中时，很容易将线圈压断。用尖利的金属物也很容易凿穿封灌树脂，将线圈破坏。

图2所示是本发明实施例的无线电控井盖无线充电接收线圈保护装置结构剖面图。如图所示，本发明的无线电控井盖无线充电接收线圈保护装置，包括绝缘衬套1、无线充电接收线圈2、金属外套3、高密度封灌树脂4、金属保护片5。

绝缘衬套1用诸如尼龙、塑料、PVC等绝缘材料制成，具有中心开孔，并且在直径中部开有环状槽和过线孔的圆环结构。

无线充电接收线圈2是具有圆环状扁平结构的扁平线圈。

金属外套3用金属材料制成，具有杯底中心开孔和过线孔的空心杯形状。

金属保护片5用金属材料或含有多层金属材料的印制电路板制成并涂以绝缘漆，金属保护片5具有环状开路结构，或者具有顺时针环路圈数与逆时针环路圈数相等的环状闭路结构。

无线充电接收线圈2嵌装于绝缘衬套1之中，绝缘衬套1嵌装于金属外套3之中，金属保护片5紧密压接于无线充电接收线圈2之上，高密度封灌树脂4填充于金属外套3、绝缘衬套1、金属保护片5缝隙之间以及之金属保护片5之上。

图3、图4所示的金属保护片由顺时针环路圈数与逆时针环路圈数相等的环状闭路结构构成。具有该结构的金属保护片置于线圈上部时，由发射线圈产生的磁通穿过金属保护片时，由于金属保护片顺时针走向的回路数与逆时针走向的回路数相等，在金属保护片回路中形成大小相等、方向相反的电流，从而阻止了电涡流在金属保护片中产生，发射线圈产生的磁通可以不受影响地穿过金属保护片到达接收线圈，使接收线圈在得到金属保护片强力保护的同时能不受金属保护片的影响产生感应电流，进而实现无线充电。

图5、图6所示的金属保护片由环状开路结构构成。具有该结构的金属保护片置于线圈上部时，由发射线圈产生的磁通穿过金属保护片时，由于金属保护片为开环结构，无法形成电流回路，从而阻止了电涡流在金属保护片中产生，发射线圈产生的磁通可以不受影响地穿过金属保护片到达接收线圈，使接收线圈在得到金属保护片强力保护的同时能不受金属保护片的影响产生感应电流，进而实现无线充电。

图7、图8所示的金属保护片由另一种环状开路结构构成。具有该结构的金属保护片置于接收线圈上部时，由发射线圈产生的磁通穿过金属保护片时，由于金属保护片为开环结构，无法形成电流回路，从而阻止了电涡流在金属保护片中产生，发射线圈产生的磁通可以不受影响地穿过金属保护片到达接收线圈，使接收线圈在得到金属保护片强力保护的同时能不受金属保护片的影响产生感应电流，进而实现无线充电。

图9和图10所示为用双面印制电路板制成的金属保护片的电路板顶层和底层的平面图。电路板顶层的金属层具有顺时针走向的螺旋线结构，电路板底层的金属层具有逆时针走向的螺旋线结构，电路板顶层和底层的金属首尾端通过过孔相连接形成闭合回路结构。当金属保护片压装于接收线圈之上时，由发射线圈产生的磁通穿过金属片时，在顺时针走向的环状金属片回路中产生的电流与在逆时针走向的环状金属片回路中产生的电流大小相等，方向相反，进而阻止了电涡流的产生，发射线圈产生的磁通可以不受影响地穿过金属保护片到达接收线圈。使接收线圈在得到金属保护片强力保护的同时能不受金属保护片的影响产生感应电流，进而实现无线充电。

Claims (3)

1.无线电控井盖无线充电接收线圈的保护装置，包括绝缘衬套、无线充电接收线圈、金属外套、金属保护片、高密度封灌树脂，其特征在于：无线充电接收线圈嵌装于绝缘衬套之中，绝缘衬套嵌装于金属外套之中，金属保护片紧密压接于无线充电接收线圈之上，高密度封灌树脂填充于金属外套、绝缘衬套、之间以及金属保护片之上。

2.如权利要求1所述的无线电控井盖无线充电接收线圈的保护装置,其特征在于：所述金属保护片由金属或者由含有至少一层以上金属的印制电路板制成并涂以绝缘漆。

3.如权利要求1所述的无线电控井盖无线充电接收线圈的保护装置,其特征在于：所述金属保护片具有环状开路结构，或者具有顺时针环路圈数与逆时针环路圈数相等的环状闭路结构。

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