CN106449064A - 可调电感器、电感调节方法及电抗补偿型无线充电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可调电感器、电感调节方法及电抗补偿型无线充电系统，可调电感器，包括三个平行布置的电感线圈L1、L2和L3；电感线圈L2位于电感线圈L1和L3之间；且电感线圈L1和L2的耦合方向相同，电感线圈L2与L3的耦合方向相反；可调电感器还包括用于驱动电感线圈L2作直线运动的驱动机构；通过驱动电感线圈L2在电感线圈L1与L3之间移动以改变电感器整体的电感。三个电感线圈的轴心线重合，形状大小相同。电感线圈L1与L3之间的距离保持不变。该可调电感器结构简单而独特，易于实施。
Description
技术领域
本发明涉及一种可调电感器、电感调节方法及电抗补偿型无线充电系统。
背景技术
随着电动汽车的发展，无线充电的应用也越来越普遍。
由于无线充电是基于谐振耦合，利用磁场振动传输电能，因此需要让无线充电系统时刻处于谐振状态。
现有技术中，一般会采用两种方法：利用晶闸管控制电抗器(TCR)和正交磁芯可调电感这两种装置来补偿电感。利用TCR的缺点在于：无线充电由于负载接收谐振频率不同，电能传输频率变化较大，TCR工作于变频无功补偿，控制复杂，成本较高并且会产生大量谐波，影响无线充电效率。利用正交磁芯可调电抗器的缺点在于：正交磁芯可调电抗器的控制电流较大，发热量大，并且可调电感量小。
因此设计一种控制简单，发热量小的可调电感，以及将该电感用作无谐波的电抗补偿装置，对提高无线充电效率很有必要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可调电感器、电感调节方法及电抗补偿型无线充电系统，该可调电感器结构简单而独特，易于实施。
发明的技术解决方案如下：
一种可调电感器，包括三个平行布置的电感线圈L1、L2和L3；电感线圈L2位于电感线圈L1和L3之间；
且电感线圈L1和L3的耦合方向相反，电感线圈L2与L1的耦合方向相同；
可调电感器还包括用于驱动电感线圈L2作直线运动的驱动机构；
通过驱动电感线圈L2在电感线圈L1与L3之间移动以改变电感器整体的电感。三个电感线圈的轴心线重合，形状大小相同。
电感线圈L1与L3之间的距离保持不变。
所述的可调电感器还包括用于调节电感线圈L1与L3之间距离的手动调节机构或电动调节机构，手动调节机构或电动调节机构为现有成熟技术，可以通过丝杆、螺杆或带轮等机构实现。
所述的驱动机构包括电机、转轮和轴杆；电机驱动转轮转动，轴杆的一端连接电感线圈L2，轴杆的另一端与转轮连接；电感线圈L2安装在滑杆上，电机转动时，带动转轮选择，转轮再驱动电感线圈L2沿滑杆做直线运动，滑杆沿电感线圈L2的轴向固定。滑杆起到导轨的作用。
滑杆为一根或2根，采用2根时，运行平稳性更佳，滑杆为2根时，2跟滑杆平行布置。
所述的驱动机构为丝杆驱动机构、皮带驱动机构或拉线式驱动机构。丝杆驱动机构如采用滚珠丝杠；皮带驱动机构，电机驱动2个带轮旋转，带轮上张设有同步带，线圈L2固定在同步带上，与同步带联动；拉线式驱动机构：包括电机、线轮和必要的滑轮，电机带动线轮旋转实现拉线的收线和放线，拉线与线圈L2相连，因此，通过拉线能实现线圈L2的平移；
一种电感调节方法，在2个耦合方向相反的电感线圈L1和L3之间设置一个电感线圈L2；电感线圈L2的耦合方向与电感线圈L1相同；
通过驱动机构改变电感线圈L2在电感线圈L1和L3之间的位置，以实现电感的调节；
当电感线圈L2滑到电感线圈L1一端时，电感量最大，为3L+2M12max-2M23min-2M13；
M12max为电感线圈L1和L2最大互感，M12min为电感线圈L1和L2最小互感，M13为电感线圈L1与L3的互感；
当电感线圈L2滑到电感线圈L3一端时，电感量最小，为3L+2M12min-2M23max-2M13；
M23max为电感线圈L2和L3最大互感，M12min为电感线圈L1和L2之间的最小互感；
优选地，电感线圈L1，L2和L3的电感值相等，均为L。
采用前述的可调电感器实现电感调节。
一种电抗补偿型谐振耦合式无线充电系统，包括交流电源、电抗补偿装置、发射线圈和接收线圈；交流电源为发射线圈供电，接收线圈与发射线圈耦合；电抗补偿装置与发射线圈并联，所述的电抗补偿装置采用权利要求1-3任一项所述的可调电感器。
交流电源的供电回路中串联有电容。
另外，电感线圈L1和L3可以设置很多抽头，抽头上设置继电器，通过继电器可切换各抽头，从而改变电感线圈L1和L3的电感量；
另一种方式：电感线圈L1和L3可以设置很多抽头，多个抽头上多路切换开关(如4选一开关，或8选一开关)，通过多路切换开关可切换各抽头，从而改变电感线圈L1和L3的电感量；
另一种方式：电感线圈L1和L3可以设置很多抽头，滑动端在抽头间滑动，每次总会接触2个抽头，其中一个抽头是有效连接--类似于滑动变阻器的原理。
2个电感线圈的耦合方向相同可以用2种方式实现：(1)2个线圈的绕线方向相同，且2个电感线圈的异名端相连，(2)2个线圈的绕线方向相反，且2个电感线圈的异名端相连
2个电感线圈的耦合方向相反可以用2种方式实现：(1)2个线圈的绕线方向相同，且2个电感线圈的同名端相连，(2)2个线圈的绕线方向相反，且2个电感线圈的同名端相连；
电感线圈均带有铁芯。
三个带有铁芯的电感线圈L1、L2、L3形状大小相同，平行放置，电感线圈位于一个滑杆之上。电感线圈L2通过轴杆与电机转轮相连接。
L1、L2和L3的电感量相同，均为L。L1绕线方向与L2相同，L2与L3绕线方向相反。
铁芯为实心圆柱，电感线圈绕置于其圆柱面。铁芯大小形状相同。
电感线圈L1、L3固定于滑杆两端，距离2r。L2位于滑杆中间滑动部分之上，可以来回滑动。
轴杆在转轮上的固定点与转轮圆心的距离为r。
有益效果：
本发明的可调电感器、电感调节方法及电抗补偿型无线充电系统，这种可调电感器包括三个相同的电感线圈,串接于滑杆之上。中间电感通过电机转动带动位移调整电感量。与目前通过晶闸管控制的电抗器相比，控制更加方便，成本低，无谐波产生。与交叉铁芯可调电抗器相比，可调电感量范围更大，控制电流要求更低。用于无线充电阻抗补偿，优势明显。
另外，每一个电感可以设计成滑动自调式电感器，能通过滑动接触片灵活地调节自身的电感，调节方便，调节了单个电感本身的电感值可以与电感线圈之间的相对位置调节相结合，可以实现进一步地精细化调整，因而为达到电路的谐振点提供技术上的保障。
附图说明
图1为可调电感器的总体结构示意图；
图2为可调电感器的电感线圈L1和L3的结构示意图；
图3为可调电感器的电感线圈L2的结构示意图；
图4为电抗补偿型无线充电系统的拓扑结构图；
图5为滑动自调式电感的结构示意图。
标号说明：1-电感线圈本体，2-导槽座，3-导槽，4-滑块，5-电感出线，6-滑动接触压片，7-触点，8-电感进线。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：
实施例1：如图1～4，一种可调电抗器，其包括：三个带有铁芯的电感线圈L1、L2、L3形状大小相同，平行放置，电感线圈位于一个滑杆之上。电感线圈L2通过轴杆与电机转轮相连接。
电感线圈L1、L2和L3的电感量相同，均为L。电感线圈L1绕线方向与L2相同，电感线圈L2与L3绕线方向相反。
铁芯为实心圆柱，电感线圈绕与其圆柱面。铁芯大小形状相同。
电感线圈L1、L3固定于滑杆两端，距离2r。L2位于滑杆中间滑动部分之上，可以来回滑动。
通过电机转轮控制电感线圈L2在滑杆上的位置。轴杆固定点与与圆心距离为r。
电感线圈L2在L1与L3之间来回滑动，当电感线圈L2滑到电感线圈L1一端时，电感量最大，为3L+2M12max-2M23min-2M13；M12max为L1和L2最大互感，M23min为L2和L3之间的最小互感。当电感线圈L2滑到电感线圈L3一端时，电感量最小，为3L+2M12min-2M23max-2M13。M23max为L2和L3最大互感，M12min为L1和L2之间的最小互感。
三个电感线圈固定于滑杆之上，三个电感线圈首尾依次连接，L1到L2之间的距离为2r。其中电感线圈L2可以来回滑动。
电感线圈L3绕线方向与L1方向相反，电感量相同。
电感线圈L2通过轴杆与步进电机转轮相连接。由步进电机转轮带动电感线圈L2滑动。
步进电机转轮连接点到转轮轴心距离为r。轴心与滑杆在同一直线上。电机转动刚好可以带动L2在L1与L3之间来回移动。
将电抗补偿装置按图四拓扑结构连接于无线充电系统，用于电抗补偿。图4中A为本可调电感。
实施例2：
在实施例1的基础上，电感线圈L1、L2和L3中至少有一个为滑动自调式电感；
参见图5，所述的滑动自调式电感包括电感线圈本体1；在电感线圈本体上设有导槽座2和多个触点7；多个触点等间距排布成一列；多个触点与电感线圈本体内的线圈引出的多个抽头对应相接；抽头沿着线圈的轴线方向等间距设置；
导槽座上设有导槽3；导槽上设有能沿导槽滑动的滑块4；滑块上设有用于与所述触点接触的滑动接触压片6；
电感线圈本体上设有电感进线8，电感线圈本体的电感出线5设置在滑块上。
滑动滑动接触压片的末端与某一个触点接触时，该触点到电感进线之间的线圈部分为电感的有效部分。
以上说明仅为本发明之较佳实施例说明，并非局限本发明的专利范围，所以，凡运作本创作说明书及图示内容所为的等效技术变化，均包含于本发明的专利范围内。
Claims (10)
1.一种可调电感器，其特征在于，包括三个平行布置的电感线圈L1、L2和L3；电感线圈L2位于电感线圈L1和L3之间；
且电感线圈L1和L2的耦合方向相同，电感线圈L2与L3的耦合方向相反；
可调电感器还包括用于驱动电感线圈L2作直线运动的驱动机构；
通过驱动电感线圈L2在电感线圈L1与L3之间移动以改变电感器整体的电感。
2.根据权利要求1所述的可调电感器，其特征在于，电感线圈L1与L3之间的距离保持不变。
3.根据权利要求1所述的可调电感器，其特征在于，还包括用于调节电感线圈L1与L3之间距离的手动调节机构或电动调节机构。
4.根据权利要求1-3任一项所述的可调电感器，其特征在于，所述的驱动机构包括电机、转轮和轴杆；电机驱动转轮转动，轴杆的一端连接电感线圈L2，轴杆的另一端与转轮连接；电感线圈L2安装在滑杆上，电机转动时，带动转轮选择，转轮再驱动电感线圈L2沿滑杆做直线运动，滑杆沿电感线圈L2的轴向固定。
5.根据权利要求4所述的可调电感器，其特征在于，滑杆为一根或2根，滑杆为2根时，2跟滑杆平行布置。
6.根据权利要求1-3任一项所述的可调电感器，其特征在于，所述的驱动机构为丝杆驱动机构、皮带驱动机构或拉线式驱动机构。
7.一种电感调节方法，其特征在于，在2个耦合方向相反的电感线圈L1和L3之间设置一个电感线圈L2；电感线圈L2的耦合方向与电感线圈L1相同；
通过驱动机构改变电感线圈L2在电感线圈L1和L3之间的位置，以实现电感的调节；
当电感线圈L2滑到电感线圈L1一端时，电感量最大，为3L+2M12-2M13；
M12为电感线圈L1和L2最大互感，M13为电感线圈L1与L3之间的互感；
当电感线圈L2滑到电感线圈L3一端时，电感量最小，为3L-2M23-2M13；
M2为电感线圈L2和L3最大互感，M13为电感线圈L1与L3之间的互感；
电感线圈L1和L2的电感值相等，均为L。
8.根据权利要求7所述的电感调节方法，其特征在于，采用权利要求1-3任一项所述的可调电感器实现电感调节。
9.一种电抗补偿型无线充电系统，其特征在于，包括交流电源、电抗补偿装置、发射线圈和接收线圈；交流电源为发射线圈供电，接收线圈与发射线圈耦合；电抗补偿装置与发射线圈并联，所述的电抗补偿装置采用权利要求1-3任一项所述的可调电感器。
10.根据权利要求9所述的电抗补偿型无线充电系统，其特征在于，交流电源的供电回路中串联有电容。
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