CN107276249A - 一种磁耦合谐振式无线电能传输碗状原边线圈 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁耦合谐振式无线电能传输碗状原边线圈，由7个相同的平面圆形线圈组叠绕形成碗状的立体结构，7个相同的平面圆形线圈组相互为串联连接，每个平面线圈组顺时针绕制并且绕制后使得线圈电流形成的磁感线方向均朝向同一面。本发明碗状线圈使得充电平台在传输距离较长的情况下，电压传输特性以及距离传输特性得到了大幅度提高；碗状发射线圈在保持无线充电的各项优点的同时，电压传输与距离传输特性改善将对今后小功率无线充电的实际应用提供更好的用户体验。经过实际测量，本发明3D碗状线圈的电压传输特性以及距离传输特性均明显优于现有其他方案。
Description
技术领域
本发明属于无线供电技术领域，具体涉及一种磁耦合谐振式无线电能传输碗状原边线圈。
背景技术
无线电能传输技术解决了传统导线直接接触供电的缺陷，是一种有效、安全的电能传输方法，因而被美国《技术评论》杂志评选为未来十大科研方向之一，而电磁谐振式则是无线电能传输技术中重要的一种原理。通过对无损振荡系统不同工作频率下的能量交换情况的现有研究，得出了磁耦合谐振式无线电能传输技术的必要条件之一是保持振荡系统具有相同的固有谐振频率。
公开号为CN104576003A的中国专利提出了一种用于磁耦合谐振式无线电能传输系统的传输线圈，其线圈结构为平面螺旋结构。为了解决现有线圈的结构匝间寄生电容大而导致传输效率低的问题，目前针对磁耦合谐振式无线电能传输系统的效率方面研究主要集中在对于系统拓扑以及线圈平面形状与阵列排布方面。
公开号为CN105720704A的中国专利提出了一种六面体内无线供电的发射模型，其中所述谐振线圈耦合的3D无极六面体发射模型，结构上线圈形成正立方体结构；公开号为CN105634151A的中国专利提出了一种谐振线圈耦合的球体模型，即在结构上线圈构成球体模型；公开号为CN105846552A的中国专利提出了一种无线供电谐振线圈耦合的两极模型用于解决球体和半球体环境中的使用电器的无线供电问题。
上述这些专利提出的3D传输线圈模型，处于磁场环境中无线为用电器供电，可以自由地获得电能，解决了用电器使用中的自由、防水、安全性问题，但是无线电能传输效率与传输范围有待增强。
发明内容
针对现有磁耦合谐振式无线电能传输范围非常窄的问题，本发明提供了一种磁耦合谐振式无线电能传输碗状原边线圈，其利用碗状线圈在空间上磁感线的交互影响，设计出一种3D的碗状线圈，使得在保证传输距离较长的情况下，副边线圈在与原边线圈距离相同的平面内的扩展性与均匀性同时得到了提高。
一种磁耦合谐振式无线电能传输碗状原边线圈，包括多个圆形的线圈组，其中一个线圈组作为中心线圈组且水平放置，其余线圈组均匀环绕所述中心线圈组且与其之间存有一定夹角以呈现碗状型结构，周围每一线圈组与中心线圈组在水平投影面上均存有部分重叠，各线圈组相互串联连接且每个线圈组均为顺时针绕制，使得线圈电流形成的磁感线方向均朝向同一面。
优选地，所述碗状原边线圈包括7个圆形的线圈组。
进一步地，其余线圈组与中心线圈组之间的夹角为45°～75°；优选地，夹角为60°。
进一步地，所述圆形线圈组的直径为5～25cm；优选地，直径为13.5cm。
进一步地，每一线圈组由5～20匝线圈绕制而成；优选地，匝数为10匝。
在上述参数范围内，原边线圈对于无线电能的传输仍可以保持较好的电压传输特性和距离传输特性。
本发明碗状线圈使得充电平台在传输距离较长的情况下，电压传输特性以及距离传输特性得到了大幅度提高；碗状发射线圈在保持无线充电的各项优点的同时，电压传输与距离传输特性改善将对今后小功率无线充电的实际应用提供更好的用户体验。经过实际测量，本发明3D碗状线圈的电压传输特性以及距离传输特性均明显优于现有其他方案。
附图说明
图1为本发明碗状线圈结构的正视图。
图2为本发明碗状线圈结构的俯视图。
图3为不同方案线圈的电压传输特性对比示意图。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1和图2所示，本发明磁耦合谐振式无线电能传输碗状原边线圈，包括7个相同的平面圆形线圈组叠绕形成碗状的立体结构，中心平放一个圆形线圈组，6个圆形线圈均匀环绕中心线圈组，并且周围每一个线圈组与中心线圈组之间夹角60度，周围每一个线圈组与中心线圈组底部相重叠，7个相同的平面圆形线圈组相互为串联连接，每个平面线圈组顺时针绕制并且绕制后使得线圈电流形成的磁感线方向均朝向同一面。
本实施方式中，每一个线圈组由10匝线圈绕制，线宽为1mm，线圈组直径均为13.5厘米。根据实验情况，具体参数可以进行适当的拓宽：周围每一个线圈组与中心线圈组之间夹角可以扩展到45°～75°，线圈匝数可以扩展到5～20匝，每一组小线圈的直径范围可以达到5～25cm。在此范围内，原边线圈对于无线电能的传输仍可以保持较好的电压传输特性和距离传输特性。
本实施方式中原边线圈侧通过半桥逆变电路供电，产生频率可变的方波；原边线圈与谐振电容为串联关系，副边线圈接整流桥向负载传输直流电压。通过向原边电路提供10V的直流电压，副边负载可以在0～30cm范围内收到较高电压，且当距离较近时，电压传输的效率较高；副边线圈与原边线圈不完全平行也可以收到较大的电压，空间传输范围较宽。
针对本发明碗状线圈同时对其他影响传输特性的因素进行了优化设计，例如谐振频率以及负载大小。经过实际测量，本发明3D碗状线圈的电压传输特性以及距离传输特性均明显优于现有其他方案，数据比较结果如图3所示。
上述对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种磁耦合谐振式无线电能传输碗状原边线圈，其特征在于：包括多个圆形的线圈组，其中一个线圈组作为中心线圈组且水平放置，其余线圈组均匀环绕所述中心线圈组且与其之间存有一定夹角以呈现碗状型结构，周围每一线圈组与中心线圈组在水平投影面上均存有部分重叠，各线圈组相互串联连接且每个线圈组均为顺时针绕制，使得线圈电流形成的磁感线方向均朝向同一面。
2.根据权利要求1所述的碗状原边线圈，其特征在于：包括7个圆形的线圈组。
3.根据权利要求1所述的碗状原边线圈，其特征在于：其余线圈组与中心线圈组之间的夹角为45°～75°。
4.根据权利要求3所述的碗状原边线圈，其特征在于：其余线圈组与中心线圈组之间的夹角为60°。
5.根据权利要求1所述的碗状原边线圈，其特征在于：所述圆形线圈组的直径为5～25cm。
6.根据权利要求5所述的碗状原边线圈，其特征在于：所述圆形线圈组的直径为13.5cm。
7.根据权利要求1所述的碗状原边线圈，其特征在于：每一线圈组由5～20匝线圈绕制而成。
8.根据权利要求7所述的碗状原边线圈，其特征在于：每一线圈组由10匝线圈绕制而成。
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