CN106160265A - 无线供电装置 - Google Patents

Abstract

为了改善无线供电技术中系统耦合系数小、能量传输效率低的问题，本发明涉及一种加入软磁铁芯的无线供电装置，在发射端线圈和接收端线圈中加入由多块相互之间绝缘的，材料为锰锌功率铁氧体的小块铁芯组成的软磁铁芯，发射端线圈和接收端线圈之间以无线的方式传输能量。本发明具通过在发射端线圈和接收端线圈中加入软磁铁芯，提高系统的耦合系数，可大大提高无线供电系统能量传输的效率。

Description

无线供电装置

技术领域

本发明涉及一种无线供电装置，尤其是涉及一种加入软磁铁芯的无线供电装置。

背景技术

无线供电系统的传输效率的高低能直接决定系统性能的好坏，性能好的系统的传输效率高，能量利用率高，损耗小。能损耗越小说明系统用在散热处理、降温成本越低，能适应更加苛刻的外界条件。磁共振式无线供电技术在理论上在较近的距离可以以很高的传输效率来供电，但随着距离的增加线圈之间的耦合系数会越来越小，系统的传输效率急剧下降。由于耦合磁共振式无线供电系统中有较大距离的空气磁路，磁力线分散，线圈之间的磁通量较小，互感系数也小，限制了系统的传输效率。

目前普遍使用的无线供电装置中，仍然存在供电系统耦合系数小、传输效率低的问题。软磁铁芯有能聚集磁力线、增强磁场强度的作用，也能提升线圈的自感量。磁共振式无线供电系统中共振子的自感和互感对于系统的传输效率有着重要作用，在电能的发射端线圈和电能的接收端线圈加入合适的软磁铁芯能有效的提升两个耦合谐振子之间的互感，提高耦合系数，从而提高系统的传输效率。

发明内容

本发明在利用软磁材料的情况下改善无线供电系统耦合系数小、传输效率低的问题，其目的在于，提供一种利用加入软磁铁芯提高无线供电系统耦合系数小、传输效率低的无线供电装置。

为了达成上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种加入软磁铁芯的无线供电装置，包含电源、发射端线圈、接收端线圈和负载，其特征在于：所述电源为交流电源，交流电源直接与发射端线圈相连，发射端线圈将交流电转换为交流磁场，所述接收端线圈将交流磁场转换为交流电供负载使用，所述发射端线圈和接收端线圈内均设有软磁铁芯。

作为改进，所述电源与发射端线圈之间设有发射端谐振匹配电容，所述接收端线圈与负载之间设有接收端谐振匹配电容，通过改变发射端谐振匹配电容的Cs大小和接收端谐振匹配电容的Cd大小可以改变发射端线圈和接收端线圈之间的固有频率。

作为改进，所述电源为直流电源模块，所述直流电源模块与发射端线圈之间设有高频逆变模块，所述高频逆变模块设有与之相连的驱动信号模块，所述发射端谐振匹配电容设于高频逆变模块和发射端线圈之间，所述高频逆变模块用于将直流电源模块转换为交流电，所述驱动信号模块控制高频逆变模块的工作频率及产生方波信号驱动高频逆变模块产生足够的方波能源。

作为改进，所述接收端线圈和负载之间设有高频整流模块，所述接收端谐振匹配电容设于接收端线圈和高频整流模块之间，通过高频整流模块将接收端线圈接收的交流电转化为直流电供直流负载使用。

作为改进，所述直流电源模块为可调的直流电源，所述的高频逆变模块为电力MOSEFET，所述驱动信号模块为DDS信号发生器，所述高频整流模块为整流二极管。

作为改进，所述的发射端线圈和接收端线圈是由多股利兹线绕制而成，所述软磁铁芯（5）由多块相互之间绝缘的小块铁芯组成，软磁铁芯由锰锌功率铁氧体材料制成。

本发明有益效果是：

根据本发明的一种加入软磁铁芯的无线供电装置，能够提高无线供电系统的磁耦合系数，可以提高无线能量传输的效率。

附图说明

图1为本发明所涉及的加入软磁铁芯的无线供电装置的基本结构图。

图2为本发明所涉及的带软磁铁芯的发射线端圈和接收端线圈结构示意图。

图3为未加入软磁铁芯与加入软磁铁芯的无线供电装置能量传输效率对比图。

附图标记说明：

直流电源模块1，高频逆变模块2，驱动信号模块3，发射端谐振匹配电容4，软磁铁芯5，发射端线圈6，接收端线圈7，接收端谐振匹配电容8，高频整流模块9，负载10。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。图中包括，

直流电源模块1，产生直流电；

高频逆变模块2，与所述直流电源模块1连接，利用高频电桥电路将直流电逆变为交流电；

驱动信号模块3，与所述高频逆变模块2连接，给高频逆变模块2提供方波驱动信号；

发射端谐振匹配电容4，与高频逆变模块和2发射端线圈6连接；

加入软磁铁芯5的发射端线圈6，与所述高频逆变模块2连接，根据互感，采用无线方式给接收端线圈7传输电能；

加入软磁铁芯5的接收端线圈7，与高频整流模块9连接，从发射端线圈6以无线方式接收电能；

接收端谐振匹配电容8，与接收端线圈7和高频整流模块9连接；

高频整流模块9，与所述接收端线圈7连接，并将接收的交流电整流为直流电；

负载10，与所述高频整流模块9连接。

如上述那样构成的本发明所涉及的一种加入软磁铁芯的无线供电装置，通过在发射端线圈和接收端线圈中加入软磁铁芯的方式，提高无线供电系统的耦合系数，从而提高能量的无线传输效率。

实施例：

图1是表示本发明的加入软磁铁芯的无线供电装置的基本结构图，图中描述了无线供电装置中各个模块之间的连接方式。

一种加入软磁铁芯的无线供电装置所采用的直流电源模块1为可调的直流电源，用于给整个无线供电装置提供电能。

在上述的加入软磁铁芯的无线供电装置所采用的高频逆变模块2为电力MOSFET，高频逆变模块2通过与上述的直流电源模块1并联连接，将从电源接收的直流电逆变为交流电。

在上述的加入软磁铁芯5的无线供电装置所采用的信号驱动模块3为DDS信号发生器，信号驱动模块3与上述的高频逆变模块2连接，给上述的高频逆变模块2提供驱动信号。

在上述的加入软磁铁芯5的无线供电装置所采用的发射端谐振匹配电容4串联在上述高频逆变模块2和发射端线圈6之间。

在上述的加入软磁铁芯5的无线供电装置中所采用的加入软磁铁芯5的发射端线圈6的结构如图2左边所示。发射端线圈6采用材质为纯铜外加绝缘漆的多股利兹线绕制成矩形，矩形的中心填满了由多块相互之间绝缘的小块铁芯组成的软磁铁芯5。在上述的发射端线圈6中加入的软磁铁芯5的材料为锰锌功率铁氧体材料。上述的加入软磁铁芯5的发射端线圈6在上述无线供电装置中串联在上述高频逆变模块2和上述发射端谐振匹配电容4之间，用于给加入软磁铁芯5的接收端线圈7以无线的方式传输能量。

在上述的加入软磁铁芯的无线供电装置中所采用的加入软磁铁芯5的接收端线圈7的结构如图2右边所示。接收端线圈7采用材质为纯铜外加绝缘漆的多股利兹线绕制成矩形，矩形的中心填满了由多块相互之间绝缘的小块铁芯组成的软磁铁芯5。在上述的接收端线圈7中加入的软磁铁芯5的材料为锰锌功率铁氧体材料。上述的加入软磁铁芯5的接收端线圈7在上述无线供电装置中串联在高频整流模块9和接收端谐振匹配电容8之间，用于以无线的方式从上述加入软磁铁芯5的发射端线圈6中接收能量。

在上述无线供电装置中采用的接收端谐振匹配电容8串联在上述加入软磁铁芯5的接收端线圈7和高频整流模块9之间。通过调节上述发射端谐振匹配电容4和上述接收端谐振匹配电容8的大小可以调节上述发射端线圈6和上述接收端线圈7之间的谐振频率。

上述的高频整流模块9为整流二极管，上述高频整流模块9串联在上述加入软磁铁芯5的接收端线圈7和接收端谐振匹配电容8之间，用于将交流电整流成直流电，并且供给负载10使用。

在上述的加入软磁铁芯的无线供电装置中采用的负载10与上述的高频整流模块9并联连接。

图3所示为现有技术与一种加入软磁铁芯的无线供电装置的能量传输效率的对比图。

综上所述，本发明通过上述实施例中所揭露的装置可改善现有无线供电技术传输效率低的问题，深具使用价值。

Claims (6)

1.一种加入软磁铁芯的无线供电装置，包含电源、发射端线圈（6）、接收端线圈（7）和负载，其特征在于：所述电源为交流电源，交流电源直接与发射端线圈（6）相连，发射端线圈（6）将交流电转换为交流磁场，所述接收端线圈（7）将交流磁场转换为交流电供负载使用，所述发射端线圈（6）和接收端线圈（7）内均设有软磁铁芯（5）。

2.根据权利要求1所述一种无线供电装置，其特征在于：所述电源与发射端线圈（6）之间设有发射端谐振匹配电容（4），所述接收端线圈（7）与负载之间设有接收端谐振匹配电容（8），通过改变发射端谐振匹配电容（4）的Cs大小和接收端谐振匹配电容（8）的Cd大小可以改变发射端线圈（6）和接收端线圈（7）之间的固有频率。

3.根据权利要求2所述一种无线供电装置，其特征在于：所述电源为直流电源模块（1），所述直流电源模块（1）与发射端线圈（6）之间设有高频逆变模块（2），所述高频逆变模块（2）设有与之相连的驱动信号模块（3），所述发射端谐振匹配电容（4）设于高频逆变模块（2）和发射端线圈（6）之间，所述高频逆变模块（2）用于将直流电源模块（1）转换为交流电，所述驱动信号模块（3）控制高频逆变模块（2）的工作频率及产生方波信号驱动高频逆变模块（2）产生足够的方波能源。

4.根据权利要求3所述一种无线供电装置，其特征在于：所述接收端线圈（7）和负载之间设有高频整流模块（9），所述接收端谐振匹配电容（8）设于接收端线圈（7）和高频整流模块（9）之间，通过高频整流模块（9）将接收端线圈（7）接收的交流电转化为直流电供直流负载使用。

5.根据权利要求4所述一种无线供电装置，其特征在于：所述直流电源模块（1）为可调的直流电源，所述的高频逆变模块（2）为电力MOSEFET，所述驱动信号模块（3）为DDS信号发生器，所述高频整流模块（9）为整流二极管。

6.根据权利要求1至5所述任意一种无线供电装置，其特征在于：所述的发射端线圈（6）和接收端线圈（7）是由多股利兹线绕制而成，所述软磁铁芯（5）由多块相互之间绝缘的小块铁芯组成，软磁铁芯（5）由锰锌功率铁氧体材料制成。