CN108242329A - 一种非接触充电线圈 - Google Patents

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袁学庆
汤宪宇
许凯林
李博
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    • H—ELECTRICITY
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Abstract

本发明涉及一种非接触充电线圈，包括发射线圈和接收线圈；发射线圈包括发射端屏蔽层以及设于发射端屏蔽层下方的发射端绕线；接收线圈包括接收端屏蔽层以及设于接收端屏蔽层上方的接收端绕线。本发明采用的线圈即增加了非接触充电系统的效率，又对其他电路进行了电磁屏蔽，保证了整个系统工作的稳定性和可靠性。本发明提供的非接触充电线圈采用平面螺旋线式绕线方式，并在线圈反面安装有呈中心放射状的铁氧体用于电磁屏蔽，避免线圈发射的电磁场影响其他相关电路的正常工作。

Description

一种非接触充电线圈
技术领域
本发明属于非接触充电系统领域，具体说的是一种水下机器人非接触充电系统的线圈。
背景技术
目前随着非接触充电技术在手机充电和电动汽车充电中的广泛应用，非接触充电技术取得了长足的进步。在一些比较特殊的领域如水下机器人在水下作业时，传统的插拔式充电已不能满足要求，所以非接触式充电技术显得尤为重要。非接触充电系统的线圈作为非接触充电系统的至关重要的子系统，直接影响着整个非接触充电系统的充电效率及电磁稳定性。
目前的非接触充电系统主要采用磁场共振的方式进行能量传输。发射端和接收端采用具有强耦合能力的两个线圈，并通过加入合适的补偿电容，使发射线圈与接收线圈发生谐振，使电磁转换达到最高的效率。
然而，现在技术中非接触充电系统由于对接机构的机械误差等问题，导致发射线圈以及接收线圈的水平以及垂直发生偏移从而产生偏心的问题，使得整个系统的效率降低。另外传统线圈没有电磁屏蔽，导致线圈在正常工作时，对其他电路产生比较大的电磁干扰，严重时可能会导致系统无法正常工作。
发明内容
本发明提供了一种非接触充电线圈，解决了现有技术中的充电效率低，电磁屏蔽效果差的问题。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种非接触充电线圈，包括发射线圈和接收线圈；发射线圈包括发射端屏蔽层以及设于发射端屏蔽层下方的发射端绕线；接收线圈包括接收端屏蔽层以及设于接收端屏蔽层上方的接收端绕线。
所述发射端屏蔽层和接收端屏蔽层均为圆片。
所述发射端屏蔽层和接收端屏蔽层均为星型结构。
所述星型结构包括中心凸台以及延伸出的多个臂板，多个臂板在同一平面围绕中心凸台周向均布。
所述发射端屏蔽层和接收端屏蔽层的材质为软磁材料。
所述发射端屏蔽层和接收端屏蔽层的材质为铁氧体。
所述发射端绕线、接收端绕线分别由绕线绕发射端屏蔽层的中心凸台、接收端屏蔽层的中心凸台呈螺旋线式由中心向外绕制而成。
所述发射端绕线、接收端绕线为各圈紧贴单层绕制而成。
所述发射端屏蔽层直径、接收端屏蔽层的直径分别大于发射端绕线直径、接收端绕线的直径。
充电时发射线圈与接收线圈的轴线方向一致，且发射端绕线与接收端绕线相对。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明采用的线圈即增加了非接触充电系统的效率，又对其他电路进行了电磁屏蔽，保证了整个系统工作的稳定性和可靠性。
2.本发明提供的非接触充电线圈采用平面螺旋线式绕线方式，并在线圈反面安装有呈中心放射状的铁氧体用于电磁屏蔽，避免线圈发射的电磁场影响其他相关电路的正常工作。
3.发射端屏蔽层和接收端屏蔽层采用呈中心放射状的铁氧体组成，即保证了线圈的自感值，又对其他电路进行电磁屏蔽，而且还尽可能的降低了系统的重量。
4.发射端绕线和接收端绕线采用平面螺旋线式绕线方式，尽可能的增加线圈的直径，保证了整个系统的发射功率和工作效率。
附图说明
图1为本发明的非接触充电线圈总体示意图；
图2为本发明的非接触充电线圈分离示意图；
图3为本发明非接触充电线圈屏蔽层示意图；
图4为本发明非接触充电线圈螺旋线圈示意图；
其中，1发射端屏蔽层,2发射端绕线,3接收端绕线,4接收端屏蔽层,5屏蔽层圆柱形凸台,6臂板,7线圈绕线。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1、图2所示，本发明公开了一种水下非接触充电系统线圈，该线圈包括发射线圈和接收线圈。发射线圈由发射端屏蔽层和发射端绕线组成，接收线圈由接收端屏蔽层和接收端绕线组成。发射端屏蔽层和接收端屏蔽层完全一致，采用中心带凸台，向外呈中心放射状的结构；发射端绕线和接收端绕线采用螺旋线式平面绕线方式。该发射线圈设于水下基站，该接收线圈设于水下机器人。该发射线圈与接收线圈的轴线方向一致。
一种非接触充电系统线圈，该线圈包括：发射端屏蔽层1、发射端绕线2、接收端绕线3及接收端屏蔽层4。
发射端屏蔽层1和接收端屏蔽层4采用呈中心放射状的星形铁氧体，其中心为圆柱形凸台，放射状铁氧体为八条角度为45°的铁氧体组成。
发射端线圈2和接收端线圈3采用绝缘式丝包线绕屏蔽层中心凸台呈螺旋线式由中心向外绕制，发射端线圈为平面式单层紧密绕制。
发射端屏蔽层1和发射端绕线2组成的发射线圈安装于水下基站内，用于将基站内的电能转换为磁能向外发射；该接收端绕线3和接收端屏蔽层组成的接收线圈安装于水下机器人内，用于接收基站发射的磁能，并将磁能转换为电能。
发射端屏蔽层1由铁氧体组成呈中心放射状的屏蔽层；发射端绕线2采用螺旋线式绕线方式；接收端绕线3采用螺旋线式绕线方式，并与发射端绕制相同的圈数；接收端屏蔽层4采用和发射端屏蔽层一样的呈中心放射状的屏蔽层。
本发明所述的发射端屏蔽层1和接收端屏蔽层4采用铁氧体等软磁材料加工成如图3所示的中心放射状的星形结构。该屏蔽层正面的中心5为圆柱形凸台，为发射端线圈2和接收端线圈3绕线时提供固定，同时线圈中心的软磁材料增加了线圈的自感值，可以达到提高整个非接触充电系统的能量传输效率的目的；该屏蔽层放射状铁氧体共有八条边，每两条边之间的角度为45°角。
采用此结构屏蔽层可以屏蔽发射端线圈2和接收端线圈3背面的电磁波，从而保护线圈背面的电路免受电磁干扰的影响；同时发射端感应出来的电磁波全部向发射线圈正面耦合，可以增加整个系统的能量传输效率；另外星形结构可以尽可能的减轻整个系统的重量。
本发明所述发射端线圈2和接收端线圈3采用绝缘式丝包线，绕发射端屏蔽层的圆柱形凸台5呈螺旋线式由中心向外绕制而成，如图4所示。发射端绕线和接收端绕线应尽可能的紧密绕制，来减少整个线圈的漏磁。为了增加整个线圈的直径，提高系统的工作效率，该线圈为平面式单层绕制。本发明的一个实例为线圈直径为20cm，线圈电感为100uH，在距离在20cm左右时，整个系统的功率可达到250W，最高效率可达到95％。
综上所述，本发明所述的非接触充电线圈，通过配置两个完全相同的带屏蔽层的螺旋线式绕制线圈，并将两个线圈分别通过导热胶与水下基站和水下机器人内部的凹形基座固定。
当两个线圈中心对齐开始充电时，经整定的高频电压脉冲信号经发射端绕线感应为高频磁场信号，高频磁场信号由于发射端屏蔽层的屏蔽，将定向向接收线圈发射；接收绕线将接收到的高频磁场信号转换为高频电压脉冲，电压脉冲经整流后为后级设备供电，接收端屏蔽层则屏蔽后级设备免受电磁干扰的影响。此线圈可以达到提高非接触充电效率，并且屏蔽线圈发射的电磁波，避免对其他电路造成电磁干扰。本发明所述线圈提高了非接触充电系统的效率，增加了系统的可靠性和稳定性。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施实例，但是，本发明实施实例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种非接触充电线圈，其特征在于包括发射线圈和接收线圈；发射线圈包括发射端屏蔽层(1)以及设于发射端屏蔽层(1)下方的发射端绕线(2)；接收线圈包括接收端屏蔽层(4)以及设于接收端屏蔽层(4)上方的接收端绕线(3)。
2.根据权利要求1所述的一种非接触充电线圈，其特征在于所述发射端屏蔽层(1)和接收端屏蔽层(4)均为圆片。
3.根据权利要求1所述的一种非接触充电线圈，其特征在于所述发射端屏蔽层(1)和接收端屏蔽层(4)均为星型结构。
4.根据权利要求3所述的一种非接触充电线圈，其特征在于所述星型结构包括中心凸台以及延伸出的多个臂板，多个臂板在同一平面围绕中心凸台周向均布。
5.根据权利要求4所述的一种非接触充电线圈，其特征在于所述发射端屏蔽层(1)和接收端屏蔽层(4)的材质为软磁材料。
6.根据权利要求1所述的一种非接触充电线圈，其特征在于所述发射端屏蔽层(1)和接收端屏蔽层(4)的材质为铁氧体。
7.根据权利要求1所述的一种非接触充电线圈，其特征在于所述发射端绕线(2)、接收端绕线(3)分别由绕线绕发射端屏蔽层(1)的中心凸台、接收端屏蔽层(4)的中心凸台呈螺旋线式由中心向外绕制而成。
8.根据权利要求7所述的一种非接触充电线圈，其特征在于所述发射端绕线(2)、接收端绕线(3)为各圈紧贴单层绕制而成。
9.根据权利要求1所述的一种非接触充电线圈，其特征在于所述发射端屏蔽层(1)直径、接收端屏蔽层(4)的直径分别大于发射端绕线(2)直径、接收端绕线(3)的直径。
10.根据权利要求1所述的一种非接触充电线圈，其特征在于充电时发射线圈与接收线圈的轴线方向一致，且发射端绕线(2)与接收端绕线(3)相对。
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