CN105262244A - 应用于移动设备无线供电系统的带有正交线圈的接收端 - Google Patents

Abstract

应用于移动设备无线供电系统的带有正交线圈的接收端，属于磁耦合谐振式无线能量传输技术领域。本发明是为了解决发射端采用双极性轨道的无线供电系统中，接收端随着位置不同，存在接收功率零点，接收功率波动较大的问题。它的2n个接收线圈依次以两个为一组形成n组接收端，依次相并行连接在一起；每组接收端对应一个正交线圈，每个正交线圈居中设置在一组接收端上；每组接收端内设置一组条型磁芯，每组条型磁芯中的多根条型磁芯沿宽度方向均匀分散排布在接收端的外框之内；每个接收端与每个正交线圈各自匹配一个谐振补偿电容，并分别连接一个整流桥，2n个整流桥并联连接后的输出作为接收端的输出。本发明作为能量传输的接收端。

Description

应用于移动设备无线供电系统的带有正交线圈的接收端

技术领域

本发明涉及应用于移动设备无线供电系统的带有正交线圈的接收端，属于磁耦合谐振式无线能量传输技术领域。

背景技术

随着环境污染与石油危机的爆发，采用电能作为移动设备的动力来源的优势越来越突出。然而，传统采用接触式供电或者携带电池的方式存在大量问题。接触式供电受到接口的限制，供电轨道及移动设备的接收头存在接触损耗，需要频繁维护。携带电池则会受到电池体积、重量、成本的制约，影响移动设备的行驶里程。同时需要地面上建设足够的基础充电设施。供电不便、续航能力差、维护成本及安全等问题制约了移动设备无线供电的发展。而采用无线能量传输技术进行无线供电能很好地解决这些问题。

无线供电可以保证移动设备在移动过程中实施供电或为其携带电池充电。这样可以有效提升移动设备的续航里程，也可以减少其携带的电池。同时也克服了接触式供电接触头存在的弊端。地面也无需充电站、换电站的建设。

在移动设备的无线供电中，无线供电系统的结构对系统传输性能起到了至关重要的影响，包括传输效率、传输功率、传输距离、侧移能力、电磁辐射强度等多方面。对无线供电系统发射端与接收端的结构设计可以很好地改善其性能。在现有无线供电系统中，相对于采用双极性轨道的发射端，接收端随着位置不同，存在接收功率零点，由此造成接收功率波动较大。

发明内容

本发明目的是为了解决发射端采用双极性轨道的无线供电系统中，接收端随着位置不同，存在接收功率零点，接收功率波动较大的问题，提供了一种应用于移动设备无线供电系统的带有正交线圈的接收端。

本发明所述应用于移动设备无线供电系统的带有正交线圈的接收端，该接收端对应于无线供电系统中采用双极性轨道的发射端；它包括2n个接收线圈、n个正交线圈和多组条型磁芯，n为正整数；

2n个接收线圈依次以两个为一组形成n组接收端，每组接收端中的第一个接收线圈的末端与第二个接收线圈的首端呈数字8字形串接绕制；n组接收端沿每组接收端中两个接收线圈的排布方向依次相并行连接在一起；

每组接收端对应一个正交线圈，每个正交线圈居中设置在一组接收端上；

每组接收端内设置一组条型磁芯，每组条型磁芯中包括多根条型磁芯，多根条型磁芯沿宽度方向均匀分散排布在接收端的外框之内；

每个接收端与每个正交线圈各自匹配一个谐振补偿电容，并分别连接一个整流桥，2n个整流桥并联连接后的输出作为接收端的输出。

所述接收线圈的长度与发射端磁极间距及磁极长度匹配，每组接收端的长度为发射端两个磁极长度与两个磁极间距之和。

所述发射端相邻磁极的磁场方向相反。

所述接收线圈和正交线圈均采用LITZ线或者多股绝缘漆包线绕制。

本发明的优点：本发明的接收端在接收线圈上增加与接收线圈相解耦的正交线圈，接收线圈与正交线圈相互独立工作，不受影响。

当接收端沿供电轨道移动时，不存在功率零点，传输功率波动范围小；接收线圈与正交线圈间相解耦，因此接收端在供电轨道上任意位置、任意时刻，接收线圈与正交线圈可以独立同时工作，提升系统传输效率；接收端采用条形磁芯，有效减少磁芯成本，同时提升发射端与接收端耦合系数。

附图说明

图1是本发明所述应用于移动设备无线供电系统的带有正交线圈的接收端的线圈结构示意图；

图2是应用于移动设备无线供电系统的带有正交线圈的接收端的结构示意图；

图3是两组接收端、正交线圈与条型磁芯的配合结构示意图；

图4是本发明与发射端配合的结构示意图；

图5是本发明与发射端配合进行无线供电时的结构拓扑图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述应用于移动设备无线供电系统的带有正交线圈的接收端，该接收端对应于无线供电系统中采用双极性轨道的发射端；它包括2n个接收线圈1、n个正交线圈2和多组条型磁芯3，n为正整数；

2n个接收线圈1依次以两个为一组形成n组接收端，每组接收端中的第一个接收线圈1的末端与第二个接收线圈1的首端呈数字8字形串接绕制；n组接收端沿每组接收端中两个接收线圈1的排布方向依次相并行连接在一起；

每组接收端对应一个正交线圈2，每个正交线圈2居中设置在一组接收端上；

每组接收端内设置一组条型磁芯3，每组条型磁芯3中包括多根条型磁芯3，多根条型磁芯3沿宽度方向均匀分散排布在接收端的外框之内；

每个接收端与每个正交线圈2各自匹配一个谐振补偿电容，并分别连接一个整流桥，2n个整流桥并联连接后的输出作为接收端的输出。

本实施方式中，2n个接收线圈依次等距放置，从一侧起始，第一个接收线圈，第二个接收线圈相串联组成一组接收端，第三个，第四个接收线圈相串联组成一组接收端，……，第2n-1个线圈与第2n个线圈串联组成一组接收端。

合理设计正交线圈2的大小，及线圈绕制的松散程度，通过线圈重叠的方式，正交线圈与多组接收端线圈相解耦，正交线圈与接收端可以同时工作而不相互影响。每一个正交线圈处于一组接收端的中间，可取其占两接收线圈面积二分之一。

多根条型磁芯3沿垂直行进方向排列，间隔相同，长度覆盖接收线圈中间的空心部分。

具体实施方式二：下面结合图4说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述接收线圈1的长度与发射端磁极间距及磁极长度匹配，每组接收端的长度为发射端两个磁极长度与两个磁极间距之和。

相邻两个接收线圈的中心距离为与发射端使用的双极型供电轨道磁极中心距离。

具体实施方式三：本实施方式对实施方式二作进一步说明，所述发射端相邻磁极的磁场方向相反。

接收端配合双极型发射导轨进行电能的无线传输，要求导轨相邻磁极上磁场方向相反，无线供电系统工作时，交变的电流通过供电线缆在相邻的磁极上产生实时相反的交变的磁场，发射端与接收端通过磁场耦合作用实现电能的无线传输；当接收线圈处于发射导轨磁极正上方时，其与发射线圈耦合系数为最大，正交线圈与发射导轨耦合系数最小；当接收线圈处于发射导轨磁极之间时，正交线圈处于磁极正上方，此时正交线圈与发射端耦合系数最大，接收线圈与发射线圈耦合系数最小。

具体实施方式四：本实施方式对实施方式一、二或三作进一步说明，所述接收线圈1和正交线圈2均采用LITZ线或者多股绝缘漆包线绕制。

工作原理：发射端供电线缆中通高频交流电，供电线缆通过交替的8字形绕线方式，在发射端磁芯约束下，产生沿行进方向的交变磁场，位于发射导轨正上方的接收端线圈与之相耦合，接收线圈中感应电势，接收端磁芯与发射端磁极形成闭合回路，通过接收线圈与正交线圈交替处于耦合系数较大的情况下，保证接收端接收功率的平稳性，实现接收端在导轨沿行进方向上任意位置均能进行高效的无线电能传输。

Claims (4)

1.一种应用于移动设备无线供电系统的带有正交线圈的接收端，该接收端对应于无线供电系统中采用双极性轨道的发射端；其特征在于，它包括2n个接收线圈(1)、n个正交线圈(2)和多组条型磁芯(3)，n为正整数；

2n个接收线圈(1)依次以两个为一组形成n组接收端，每组接收端中的第一个接收线圈(1)的末端与第二个接收线圈(1)的首端呈数字8字形串接绕制；n组接收端沿每组接收端中两个接收线圈(1)的排布方向依次相并行连接在一起；

每组接收端对应一个正交线圈(2)，每个正交线圈(2)居中设置在一组接收端上；

每组接收端内设置一组条型磁芯(3)，每组条型磁芯(3)中包括多根条型磁芯(3)，多根条型磁芯(3)沿宽度方向均匀分散排布在接收端的外框之内；

每个接收端与每个正交线圈(2)各自匹配一个谐振补偿电容，并分别连接一个整流桥，2n个整流桥并联连接后的输出作为接收端的输出。

2.根据权利要求1所述的应用于移动设备无线供电系统的带有正交线圈的接收端，其特征在于，所述接收线圈(1)的长度与发射端磁极间距及磁极长度匹配，每组接收端的长度为发射端两个磁极长度与两个磁极间距之和。

3.根据权利要求2所述的应用于移动设备无线供电系统的带有正交线圈的接收端，其特征在于，所述发射端相邻磁极的磁场方向相反。

4.根据权利要求1、2或3所述的应用于移动设备无线供电系统的带有正交线圈的接收端，其特征在于，所述接收线圈(1)和正交线圈(2)均采用LITZ线或者多股绝缘漆包线绕制。