CN111146878A - 一种wpt线圈耦合结构 - Google Patents

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穆罕默德·阿布·侯兰
杨洋
陈文洁
杨旭
周永兴
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Abstract

本发明公开了一种WPT线圈耦合结构，包括发射极柱和接收极柱，接收极柱同轴套设于发射极柱外侧且不与发射极柱表面接触，发射极柱外侧绕设有发射线圈，接收极柱表面绕设有接收线圈，接收极柱能够沿发射极柱轴线移动，接收极柱上的接收线圈缠绕长度小于发射极柱上发射线圈的缠绕长度，利用相互套设设置的发射极柱和接收极柱，接收极柱可相对发射极柱转动和上下移动，便于调整接收极柱的使用位置，能够实现同轴滑动及360度自由旋转的无线功率传输，能够实现线圈载具内的平面接收线圈实现接收级的自由定位和任意方向充电，结构简单，传输效率稳定，解决了现有传输线圈结构存在的角度和横向位移偏差。

Description

一种WPT线圈耦合结构
技术领域
本发明属于电力电子无线功率传输研究领域，涉及一种WPT线圈耦合结构。
背景技术
无线功率传输技术(WPT)被广泛应用于电动汽车充电、植入式医疗设备、水下机器人及物联网等领域。
在现有研究中，针对不同的无线功率传输应用场合，设计出了不同形状的传输线圈，如圆形、方形和螺旋线圈等。已公开的发明专利如：《基于曲面柔性线圈的可穿戴设备无线充电系统的设计方法》公开了一种曲面柔性接收线圈的等效模型，其中发射线圈采用矩形线圈，接收线圈采用圆形线圈，确定与线圈曲率角对应的接收线圈最优尺寸，保证系统无线传输功率最大，提高了不同的穿戴人群和使用场合下系统的无线传输效率。《一种三维全向无线电能传输发射装置及其制备方法》公开了一种三维全向无线电能传输发射装置，包括碗状载具线圈及通电后能产生三维全向磁场的线圈集。该装置能在线圈载具中产生分布均匀的三维全向磁场，但是传输线圈结构存在的角度和横向位移偏差，从而导致不同位置状态时无线功率传输效率低下。
发明内容
本发明的目的在于提供一种WPT线圈耦合结构，以克服现有技术的不足。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种WPT线圈耦合结构，包括发射极柱和接收极柱，接收极柱同轴套设于发射极柱外侧且不与发射极柱表面接触，发射极柱外侧绕设有发射线圈，接收极柱表面绕设有接收线圈，接收极柱能够沿发射极柱轴线移动，接收极柱上的接收线圈缠绕长度小于发射极柱上发射线圈的缠绕长度。
进一步的，接收极柱的内表面与发射线圈外表面间距为0.1-2cm。
进一步的，接收极柱的管壁厚度为0.1-1cm。
进一步的，接收极柱高度小于发射极柱的高度。
进一步的，发射极柱两端设有固定座，发射极柱位于两个固定座之间的外侧表面覆盖发射线圈。
进一步的，接收极柱一侧固定有接收连接杆，接收极柱表面全覆盖接收线圈。
进一步的，发射线圈沿发射极柱外表面周向密布缠绕。
进一步的，接收线圈沿接收极柱外表面周向密布缠绕。
进一步的，接收极柱带动接收线圈绕发射极柱的轴旋转的角度范围为0°～360°。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明一种WPT线圈耦合结构，包括发射极柱和接收极柱，接收极柱同轴套设于发射极柱外侧且不与发射极柱表面接触，发射极柱外侧绕设有发射线圈，接收极柱表面绕设有接收线圈，接收极柱能够沿发射极柱轴线移动，接收极柱上的接收线圈缠绕长度小于发射极柱上发射线圈的缠绕长度，利用相互套设设置的发射极柱和接收极柱，接收极柱可相对发射极柱转动和上下移动，便于调整接收极柱的使用位置，能够实现同轴滑动及360度自由旋转的无线功率传输，能够实现线圈载具内的平面接收线圈实现接收级的自由定位和任意方向充电，结构简单，传输效率稳定，解决了现有传输线圈结构存在的角度和横向位移偏差。
进一步的，接收极柱的内表面与发射线圈外表面间距为0.1-2cm，确保传输信号稳定。
进一步的，接收极柱高度小于发射极柱的高度，结构简单，减小体积，且便于接收极柱高度调节。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为接收线圈位于不同位置处互感系数变化的仿真和实验结果及WPT系统功率传输效率实验结果。
图中，1、发射极柱；2、和接收极柱；3、发射线圈；4、接收线圈；5、固定座；6、接收连接杆；7、网络分析仪。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
如图1、图2所示，一种WPT线圈耦合结构，包括发射极柱1和接收极柱2，接收极柱2同轴套设于发射极柱1外侧且不与发射极柱1表面接触，发射极柱1外侧绕设有发射线圈3，接收极柱2表面绕设有接收线圈4，接收极柱2能够沿发射极柱1轴线移动，接收极柱2上的接收线圈4缠绕长度小于发射极柱1上发射线圈3的缠绕长度。
接收极柱2的内表面与发射线圈3外表面间距为0.1-2cm。接收极柱2的管壁厚度为0.1-1cm。
接收极柱2高度小于发射极柱1的高度。
发射极柱1两端设有固定座5，发射极柱1位于两个固定座5之间的外侧表面覆盖发射线圈3。
接收极柱2一侧固定有接收连接杆6，接收极柱2表面全覆盖接收线圈4。接收极柱2在接收连接杆6的作用下能够沿发射极柱1的轴线转动。
发射线圈3沿发射极柱1外表面周向密布缠绕；接收线圈4沿接收极柱2外表面周向密布缠绕。
接收极柱2带动接收线圈4绕发射极柱1的轴旋转的角度范围为0°～360°。
接收极柱2带动接收线圈4既可沿发射极柱1的轴线上下直线运动，也可沿发射极柱1的轴自由旋转。
基于本申请WPT线圈耦合机构，测量接收线圈4在不同位置状态时发发射线圈3和接收线圈4间互感系数，使用网络分析仪7测量S参数，如图2所示，进而得出接收线圈4在不同位置状态时无线功率传输效率的变化趋势，得出当接收线圈4位于发射极柱1顶部、中部、底部时，发射线圈3和接收线圈4间的互感系数和无线功率传输效率，如图2所示，P1表示接收线圈4位于发射极柱1顶部时传输效率和互感值，P0表示接收线圈4位于发射极柱1中部时传输效率和互感值，P2表示接收线圈4位于发射极柱1底部时传输效率和互感值；从图2可看出，当接收线圈4位于发射极柱1顶部、中部、底部时，发射线圈Tx 3和接收线圈Rx 4间的互感系数变化几乎为0；当接收线圈4位于发射极柱1顶部时，传输效率为63.9％，当接收线圈4位于发射极柱1中部时，传输效率为64.3％，当接收线圈4位于发射极柱1底部时，传输效率为64.5％，效率变化差值为0.6％。
由以上可知，本申请结构简单，传输效率稳定，解决了现有传输线圈结构存在的角度和横向位移偏差，且接收极柱2可相对发射极柱1转动和上下移动，便于调整接收极柱2的使用位置，能够实现同轴滑动及360度自由旋转的无线功率传输，能够实现线圈载具内的平面接收线圈实现接收级的自由定位和任意方向充电。

Claims (9)

1.一种WPT线圈耦合结构，其特征在于，包括发射极柱(1)和接收极柱(2)，接收极柱(2)同轴套设于发射极柱(1)外侧且不与发射极柱(1)表面接触，发射极柱(1)外侧绕设有发射线圈(3)，接收极柱(2)表面绕设有接收线圈(4)，接收极柱(2)能够沿发射极柱(1)轴线移动，接收极柱(2)上的接收线圈(4)缠绕长度小于发射极柱(1)上发射线圈(3)的缠绕长度。
2.根据权利要求1所述的一种WPT线圈耦合结构，其特征在于，接收极柱(2)的内表面与发射线圈(3)外表面间距为0.1-2cm。
3.根据权利要求1所述的一种WPT线圈耦合结构，其特征在于，接收极柱(2)的管壁厚度为0.1-1cm。
4.根据权利要求1所述的一种WPT线圈耦合结构，其特征在于，接收极柱(2)高度小于发射极柱(1)的高度。
5.根据权利要求4所述的一种WPT线圈耦合结构，其特征在于，发射极柱(1)两端设有固定座(5)，发射极柱(1)位于两个固定座(5)之间的外侧表面覆盖发射线圈(3)。
6.根据权利要求1所述的一种WPT线圈耦合结构，其特征在于，接收极柱(2)一侧固定有接收连接杆(6)，接收极柱(2)表面全覆盖接收线圈(4)。
7.根据权利要求1所述的一种WPT线圈耦合结构，其特征在于，发射线圈(3)沿发射极柱(1)外表面周向密布缠绕。
8.根据权利要求1所述的一种WPT线圈耦合结构，其特征在于，接收线圈(4)沿接收极柱(2)外表面周向密布缠绕。
9.根据权利要求1所述的一种WPT线圈耦合结构，其特征在于，接收极柱(2)带动接收线圈(4)绕发射极柱(1)的轴旋转的角度范围为0°～360°。
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