CN111049280B - 一种可拼接式无线电能传输系统 - Google Patents

一种可拼接式无线电能传输系统 Download PDF

Info

Publication number
CN111049280B
CN111049280B CN201811193797.6A CN201811193797A CN111049280B CN 111049280 B CN111049280 B CN 111049280B CN 201811193797 A CN201811193797 A CN 201811193797A CN 111049280 B CN111049280 B CN 111049280B
Authority
CN
China
Prior art keywords
magnetic core
transmitting
receiving
modularized
coil
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811193797.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111049280A (zh
Inventor
刘晓伟
崔俊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan Arover Technology Co ltd
Original Assignee
Wuhan Arover Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan Arover Technology Co ltd filed Critical Wuhan Arover Technology Co ltd
Priority to CN201811193797.6A priority Critical patent/CN111049280B/zh
Publication of CN111049280A publication Critical patent/CN111049280A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111049280B publication Critical patent/CN111049280B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/24—Magnetic cores
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2823—Wires
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/14—Inductive couplings

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Near-Field Transmission Systems (AREA)

Abstract

本发明提供了一种可拼接式无线电能传输系统,包括两个模块化发射端和若干个模块化接收端，两个所述模块化发射端位于整个系统的两端，所述模块化接收端位于两个模块化发射端中间，且模块化发射端和模块化接收端之间、两个模块化接收端之间均通过内部磁芯耦合连接,所述模块化发射端通过LC谐振电路结构将电能转化为磁场能量，所述模块化接收端接收磁耦合将模块化发射端转化的磁场能量转化为电能；本发明的电能发射端和电能接收端均采用模块化设计，接收端的数量可以根据实际需求进行灵活地增减，类似于积木堆叠结构，大大提高了无线电能传输技术应用的灵活性。

Description

一种可拼接式无线电能传输系统
技术领域
本发明涉及电能传输领域，尤其涉及一种可拼接式无线电能传输系统。
背景技术
无线电能传输通过电磁感应和能量转换来实现。无线电能传输主要通过电磁感应、电磁其振、射频、微波、激光等方式实现非接触式的电力传输。根据在空间实现无线电力传输供电距离的不同，可以把无线电力传输形式分为短程、中程和远程传输三大类。
利用电磁感应实现的无线电能传输通过电与磁之间的相互转换来进行电能的传输，发射端将电能转化为磁场能，随后接收端通过特定的接收装置将磁场能转换为电能，实现了电能的无线输送。
随着移动设备、无线数据传输、无线网络技术的曰益普及，人们希望能摆脱传统电力传输方式的束缚，解除纷乱电源线带来的困扰。由此，无线电能传输技术成为人们关注的新焦点。目前，全球许多国家都在研究开发无线电力传输技术，探索无线电力传输系统在不同领域的应用，致力于将其实用化。
但是目前的无线电能传输系统几乎都是固定结构，在设计时发射端和接收端的数量已经确定，不能随意增添或减少。这种无线电能传输系统的固定设计，限制了无线电能传输技术应用的灵活性。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种可拼接式无线电能传输系统，本发明的电能发射端和电能接收端均采用模块化设计，接收端的数量可以根据实际需求进行灵活地增减，提高无线电能传输技术应用的灵活性，能有效地解决背景技术提出的问题。
为了解决上述的问题，本发明提出一种可拼接式无线电能传输系统，包括两个模块化发射端和若干个模块化接收端，两个所述模块化发射端位于整个系统的两端，所述模块化接收端位于两个模块化发射端中间，且模块化发射端和模块化接收端之间、两个模块化接收端之间均通过内部磁芯耦合连接；
所述模块化发射端通过LC谐振电路结构将电能转化为磁场能量，所述模块化接收端接收磁耦合将模块化发射端转化的磁场能量转化为电能。
进一步改进在于：所述模块化发射端包括供电电源、发射开关、发射磁芯、发射线圈以及发射补偿电容，所述供电电源、发射开关、发射线圈以及发射补偿电容之间串联连接，所述发射线圈绕制在发射磁芯上。
进一步改进在于：所述发射磁芯为U型磁芯，所述U型磁芯包括两个U型磁芯端子和一个U型磁芯中梁，两个所述U型磁芯端子对称设置在U型磁芯中梁上，且两个U型磁芯端子与U型磁芯中梁的连接方式相同。
进一步改进在于：所述发射线圈的绕制形式为单层松散绕制。
进一步改进在于：两个所述供电电源具有相同的工作频率。
进一步改进在于：所述模块化接收端包括负载、接收开关、接收磁芯、接收线圈以及接收补偿电容，所述负载、接收开关、接收线圈以及接收补偿电容之间串联连接，所述接收线圈绕制在接收磁芯上。
进一步改进在于：所述接收磁芯为工型磁芯，所述工型磁芯包括两个工型磁芯端子和一个工型磁芯中梁，两个所述工型磁芯端子对称设置在工型磁芯中梁上，且两个工型磁芯端子与工型磁芯中梁的连接方式相同。
进一步改进在于：所述接收线圈绕制形式为单层松散绕制。
进一步改进在于：所述U型磁芯端子、U型磁芯中梁截面的形状尺寸与工型磁芯端子截面的形状尺寸相同。
本发明的有益效果为：
（1）本发明通过模块化发射端将电能转换为磁场能，经模块化接收端接收后，将磁场能转化为电能，接收端通过模块化的设计，便于进行接收端数量的调整，用户可以根据实际需求进行灵活地增减模块化接收端，提高了无线电能传输技术应用的灵活性；
（2）本发明对发射线圈以及接收线圈采用单层松散绕制的方法进行绕制，单层松散绕制的线圈在谐振电路中，减小了电感线圈的固有电容，提升了谐振电路的品质因数和稳定性。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图。
图2是本发明工型磁芯结构示意图。
图3是本发明U型磁芯结构示意图。
图4是本发明发射线圈或接收线圈结构示意图。
图5为发射磁芯或接收磁芯的矩形截面结构示意图。
图6为发射磁芯或接收磁芯的圆角矩形截面结构示意图。
图7为发射磁芯或接收磁芯的圆形截面结构示意图。
图8为发射磁芯或接收磁芯的椭圆形截面结构示意图。
图9为发射线圈或接收线圈导电材料的圆角矩形截面结构示意图。
图10为发射线圈或接收线圈导电材料的圆形截面结构示意图。
图11为发射线圈或接收线圈导电材料的椭圆形截面结构示意图。
图12为发射线圈或接收线圈导电材料的多股圆形截面结构示意图。
其中：1-供电电源；2-发射开关；3-发射磁芯；4-发射线圈；5-发射补偿电容；6-负载；7-接收开关；8-接收磁芯；9-接收线圈；10-接收补偿电容；11-U型磁芯端子；12-U型磁芯中梁；13-工型磁芯端子；14-工型磁芯中梁。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
根据图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12所示，本实施例提出了一种可拼接式无线电能传输系统，包括两个模块化发射端和若干个模块化接收端，两个所述模块化发射端位于整个系统的两端，所述模块化接收端位于两个模块化发射端中间，且模块化发射端和模块化接收端之间、两个模块化接收端之间均通过内部磁芯耦合连接；
所述模块化发射端通过LC谐振电路结构将电能转化为磁场能量，所述模块化接收端接收磁耦合将模块化发射端转化的磁场能量转化为电能。
本系统利用电磁感应原理来实现电能的无线传输，通过模块化发射端将电能转换为磁场能，经模块化接收端接收后，将磁场能转化为电能，接收端通过模块化的设计，便于进行接收端数量的调整，用户可以根据实际需求进行灵活地增减模块化接收端，提高了无线电能传输技术应用的灵活性。
在本实施例中，所述模块化发射端包括供电电源1、发射开关2、发射磁芯3、发射线圈4以及发射补偿电容5，所述供电电源1、发射开关2、发射线圈4以及发射补偿电容5之间串联连接，两个所述供电电源1具有相同的工作频率，所述发射线圈4绕制在发射磁芯3上，所述模块化接收端包括负载6、接收开关7、接收磁芯8、接收线圈9以及接收补偿电容10，所述负载6、接收开关7、接收线圈9以及接收补偿电容10之间串联连接，所述接收线圈9绕制在接收磁芯8上。
模块化发射端的供电电源1为交流电源，电源频率、波形、电压等级根据实际需求设计，本例中选取是50kHz，峰峰值200V的交流正弦电压，发射开关2和接收开关7为能够快速切断和接通电源电路开关，满足电路耐压、耐流、开断时间要求，例如空气开关、继电器等。两个模块化发射端电源具有相同频率，根据两个模块化发射端线圈的绕制方向，调整两个模块化发射端电源的相位差，确保两个模块化发射端线圈产生的磁场在磁芯回路中最外侧磁回路中的方向在任意时刻都相同。假设模块化发射端的发射补偿电容5的电容值为
Figure 210125DEST_PATH_IMAGE002
，发射线圈4的电感值为
Figure 205894DEST_PATH_IMAGE004
，供电电源1的角频率为 QUOTE
Figure 985631DEST_PATH_IMAGE006
Figure 177578DEST_PATH_IMAGE006
，则满足
Figure 991950DEST_PATH_IMAGE008
假设模块化接收端的接收补偿电容的电容值为
Figure 657156DEST_PATH_IMAGE010
，接收线圈9的电感值为L2 ，接收端磁能转化的电源角频率为 QUOTE
Figure 658610DEST_PATH_IMAGE012
Figure 762570DEST_PATH_IMAGE012
，则满足
Figure 805350DEST_PATH_IMAGE014
工作时：发射开关2控制供电电源1的通断，两个模块化发射端上的供电电源1交流电能经过发射补偿电容5和发射线圈4形成两个LC谐振电路，将供电电源1存储的电能转化为磁场能，产生的磁感线在模块化接收端的接收磁芯8构成的多个磁芯回路中流通，当任意一个模块化接收端的接收开关7闭合后，对应的接收线圈9和接收补偿电容10构成的LC谐振结构即可接收被接收线圈9缠绕的接收磁芯8中的磁场能量，并将磁场能量转化为电场能量供负载6使用。
在本实施例中，所述发射磁芯3为U型磁芯，所述U型磁芯包括两个U型磁芯端子11和一个U型磁芯中梁12，两个所述U型磁芯端子11对称设置在U型磁芯中梁12上，且两个U型磁芯端子11与U型磁芯中梁12的连接方式相同，保证磁回路的正常工作，U型磁芯端子和U型磁芯中梁的连接形式包括直角连接、圆角连接，包括但不限于上述两种连接。U型磁芯端子的长度根据实际需求选取，本例中长度为10cm。U型磁芯端子和U型磁芯中梁的连接点可以位于U型磁芯端子一端。
在本实施例中，所述接收磁芯8为工型磁芯，所述工型磁芯包括两个工型磁芯端子13和一个工型磁芯中梁14，两个所述工型磁芯端子13对称设置在工型磁芯中梁14上，且两个工型磁芯端子13与工型磁芯中梁14的连接方式相同，保证磁回路的正常工作，工型磁芯端子13和工型磁芯中梁14的连接形式包括直角连接、圆角连接，包括但不限于上述两种。工型磁芯端子的长度根据实际需求选取，本例中长度为20cm。工型磁芯端子和工型磁芯中梁的连接点可以位于工型磁芯端子任意位置，不限于中间位置，本例中为中间位置。
在本实施例中，发射磁芯3和接收磁芯8由高磁导率、强韧性的材料构成，如铁氧体、硅钢片等，截面形状包括矩形、圆角矩形、圆形、椭圆形，具体形状尺寸的选择根据实际需求设计。本例中选取截面为方形的4*4cm的饱和磁导率为2800的铁氧体为磁芯。
在实施例中，绕制发射线圈4和接收线圈9的导电材料包括铜导线、铝导线、利兹线、漆包线，导线截面包括圆角矩形、圆形、椭圆形、多股圆形，具体形状尺寸的选择根据实际需求设计，包括但不限于上述材料和形状。
在本实施例中，所述发射线圈4以及接收线圈9的绕制形式均为单层松散绕制，单层松散绕制的线圈在谐振电路中，减小了电感线圈的固有电容，具有较高的品质因数和稳定性。
在本实施例中，所述U型磁芯端子11、U型磁芯中梁12截面的形状尺寸与工型磁芯端子13截面的形状尺寸相同，U型磁芯端子11、U型磁芯中梁12以及工型磁芯端子13截面匹配，保证了磁回路的完整性，减少了磁泄漏，提高了电能无线传输的效率。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种可拼接式无线电能传输系统，其特征在于：包括两个模块化发射端和若干个模块化接收端，两个所述模块化发射端位于整个系统的两端，所述模块化接收端位于两个模块化发射端中间，且模块化发射端和模块化接收端之间、两个模块化接收端之间均通过内部磁芯耦合连接；
所述模块化发射端包括供电电源(1)、发射开关(2)、发射磁芯(3)、发射线圈(4)以及发射补偿电容(5)，所述供电电源(1)、发射开关(2)、发射线圈(4)以及发射补偿电容(5)之间串联连接，所述发射线圈(4)绕制在发射磁芯(3)上；
所述模块化接收端包括负载(6)、接收开关(7)、接收磁芯(8)、接收线圈(9)以及接收补偿电容(10)，所述负载(6)、接收开关(7)、接收线圈(9)以及接收补偿电容(10)之间串联连接，所述接收线圈(9)绕制在接收磁芯(8)上，所述接收磁芯(8)为工型磁芯，所述工型磁芯包括两个工型磁芯端子(13)和一个工型磁芯中梁(14)，两个所述工型磁芯端子(13)对称设置在所述工型磁芯中梁(14)上，且两个所述工型磁芯端子(13)与所述工型磁芯中梁(14)的连接方式相同，所述接收磁芯(8)设有多组，多组所述接收磁芯(8)之间通过两个工形磁芯端子(13)相互串联连接且两端分别于两组模块化发射端的发射磁芯(3)相连；
所述模块化发射端通过LC谐振电路结构将电能转化为磁场能量，所述模块化接收端接收磁耦合将模块化发射端转化的磁场能量转化为电能。
2.根据权利要求1所述的一种可拼接式无线电能传输系统，其特征在于：所述发射磁芯(3)为U型磁芯，所述U型磁芯包括两个U型磁芯端子(11)和一个U型磁芯中梁(12)，两个所述U型磁芯端子(11)对称设置在所述U型磁芯中梁(12)上，且两个所述U型磁芯端子(11)与所述U型磁芯中梁(12)的连接方式相同。
3.根据权利要求1所述的一种可拼接式无线电能传输系统，其特征在于：所述发射线圈(4)的绕制形式为单层松散绕制。
4.根据权利要求1所述的一种可拼接式无线电能传输系统，其特征在于：两个所述供电电源(1)具有相同的工作频率。
5.根据权利要求1所述的一种可拼接式无线电能传输系统，其特征在于：所述接收线圈(9)绕制形式为单层松散绕制。
6.根据权利要求2所述的一种可拼接式无线电能传输系统，其特征在于：所述U型磁芯端子(11)、U型磁芯中梁(12)截面的形状尺寸与所述工型磁芯端子(13)截面的形状尺寸相同。
CN201811193797.6A 2018-10-15 2018-10-15 一种可拼接式无线电能传输系统 Active CN111049280B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811193797.6A CN111049280B (zh) 2018-10-15 2018-10-15 一种可拼接式无线电能传输系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811193797.6A CN111049280B (zh) 2018-10-15 2018-10-15 一种可拼接式无线电能传输系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111049280A CN111049280A (zh) 2020-04-21
CN111049280B true CN111049280B (zh) 2021-04-20

Family

ID=70230070

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811193797.6A Active CN111049280B (zh) 2018-10-15 2018-10-15 一种可拼接式无线电能传输系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111049280B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113078741A (zh) * 2021-03-22 2021-07-06 武汉大学 多端分布式均匀等功率无线供电系统
CN113092990B (zh) * 2021-04-22 2021-12-21 南京米乐为微电子科技有限公司 矩阵式积木化毫米波模块搭建系统
CN115441597A (zh) * 2022-09-22 2022-12-06 福州大学 无线电能传输系统磁耦合结构的模块化堆叠方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102136765A (zh) * 2011-02-25 2011-07-27 南京航空航天大学 一种多电压输出的拾电器
AT515624A1 (de) * 2014-03-31 2015-10-15 Kny Design Gmbh System zur drahtlosen Energieübertragung
CN105141044B (zh) * 2015-10-09 2017-09-15 东南大学 一种双源无线供电系统参数在线检测和电源协同控制方法
CN205681163U (zh) * 2016-01-24 2016-11-09 朱经纬 电磁感应式智能无线充电器

Also Published As

Publication number Publication date
CN111049280A (zh) 2020-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6601538B2 (ja) ワイヤレス給電装置
CN108565102B (zh) 线圈模组、无线充电发射装置、接收装置、系统和终端
CN110289156B (zh) 线圈绕组、线圈模组、发射装置、接收装置、系统和终端
CN111049280B (zh) 一种可拼接式无线电能传输系统
US10027377B2 (en) Wireless power supply apparatus
CN102946154B (zh) 一种无线电能传输磁耦合结构及其电路
JPWO2013179639A1 (ja) 無接点コネクタシステム
CN102647029A (zh) 一种无线能量传输系统
KR101382920B1 (ko) 무선전력 송신장치
US20160079811A1 (en) Meta-material structure
US9287035B2 (en) Flyback converter using coaxial cable transformer
CN112865337A (zh) 一种能实现多自由度多负载无线电能传输装置
CN113675959B (zh) 一种用于提升磁感应无线充电收发端耦合强度的天线系统
KR20120116802A (ko) 중계기를 이용한 무선 전력 전송 시스템 및 무선 전력 수신기
KR20140129930A (ko) 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 전송 방법
Eteng et al. Wireless nonradiative energy transfer: Antenna performance enhancement techniques
KR20180132205A (ko) 무선전력 전송모듈
KR20160112110A (ko) 하나의 동일평면상에 공진코일과 공진루프를 평면화시킨 스마트 2d형 자기공진 무선전력송수신장치
CN113922519A (zh) 用于大磁场空间的轻量化能量接收装置、能量耦合机构
CN213661277U (zh) 一种线圈模组和电能发射电路
CN210839080U (zh) 一种高压超薄无线电能传输系统
KR102137037B1 (ko) 다중 코일 및 리피터를 이용한 무선 충전 장치
CN209994166U (zh) 一种带有单极nfp中继结构的无线电能传输系统
JP2015220891A (ja) 共振器及び無線給電システム
KR101786086B1 (ko) 누설 자속을 최소화한 무선 전력 송신기 및 수신기

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant