一種特殊螺旋線圈無線電源充電裝置製造方法
2024-01-29 17:19:15
一種特殊螺旋線圈無線電源充電裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種電能傳輸裝置，具體涉及一種特殊螺旋線圈無線電源充電裝置，包括發射端和接收端；所述發射端包括電源、與電源連接的控制驅動電路、以及與控制驅動電路連接的發射線圈組件；所述接收端包括接收線圈組件、與接收線圈組件連接的電力電子電路；所述電力電子電路與目標負載或電池系統連接；通過發射線圈組件以及接收線圈組件，得到磁共振頻率從而給目標負載或電池系統充電。因此，本發明具有如下優點：充電和被充電裝置無物理接觸，裝置本身尺寸小，充電效率高和充電充電時間短。
【專利說明】一種特殊螺旋線圈無線電源充電裝置
[0001]
【技術領域】
[0002]本發明涉及一種電能傳輸裝置，具體涉及一種特殊螺旋線圈無線電源充電裝置。【背景技術】
[0003]我國電力領域的發展，特別是特高壓輸電線路的快速布局，使得傳統完全由人工對高壓變電站監測巡視的方式越來越不能滿足需求。也使得變電站自動巡更車的發展和部署得到了極大地促進。目前，最常見的變電站自動巡更車充電方式是電池和充電器之間通過銅電纜直接連接到電網進行充電。然而，這種通過導體連接的充電方式有很多缺點，如:
(I)有用戶觸電的危險，(2)火災隱患，(3)短路和(4)給用戶帶來不便。
[0004]與導體連接的充電方式相比，變電站自動巡更車無線充電更安全、方便、自主。無線充電器因為天然的電網隔離，其可靠性和安全性得到極大提升。電能傳遞通過發射線圈與安裝在巡更車上的接收線圈通過適當距離進行的，可以消除電纜、連接器和插頭引起的任何不便，是一個自主的充電系統。
[0005]目前的無線電源充電裝置主要基於兩種方法:電感耦合和磁共振。磁共振方法已被廣泛用於信號傳輸，但是它在電能傳輸中的應用鮮有報導。磁共振充電在MHz級的頻率的應用能加劇電磁兼容性(EMC)問題，對用於與該充電器的電力電子轉換器具有挑戰性，使電子電路損耗增加，從而降低了系統的效率。這個問題的解決方案之一是通過電力電子轉換器使用的軟開關技術。但是這種方法往往使充電設備的尺寸變大，引入更多的複雜性，也使充電裝置的成本增加。`
【發明內容】
[0006]本發明主要是解決現有技術所存在的技術問題；提供了一種充電和被充電裝置無物理接觸，裝置本身尺寸小，充電效率高和充電時間短的一種特殊螺旋線圈無線電源充電
>J-U ρ?α裝直。
[0007]本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的:
一種特殊螺旋線圈無線電源充電裝置，其特徵在於，包括發射端和接收端；所述發射端包括電源、與電源連接的控制驅動電路、以及與控制驅動電路連接的發射線圈組件；所述接收端包括接收線圈組件、與接收線圈組件連接的電力電子電路；所述電力電子電路與目標負載或電池系統連接；通過發射線圈組件以及接收線圈組件，得到磁共振頻率從而給目標負載或電池系統充電。
[0008]在上述的一種特殊螺旋線圈無線電源充電裝置，所述發射端還包括電源的內阻以及參考點；所述制驅動電路包含逆變電路，能夠將電源頻率轉變為與用戶定義的共振頻率相匹配。
[0009]在上述的一種特殊螺旋線圈無線電源充電裝置，所述發射線圈組件包括串聯的發射電感器和電容器，以及與發射電感器和電容器並聯的電容；依次串聯的電容器和發射電感器接到控制驅動電路的兩極。
[0010]在上述的一種特殊螺旋線圈無線電源充電裝置，所述接收線圈組件包括連接在電力電子電路兩極的接收電感器；所述電力電子電路兩個輸出端與目標負載或電池系統連接。
[0011]在上述的一種特殊螺旋線圈無線電源充電裝置，發射端線圈組件的發射電感器包括中心線圈組件和設置在中心線圈組件周圍的若干環繞線圈組件；所述環繞線圈組件包括鐵氧體磁芯以及繞在鐵氧體磁芯上的環繞部件線圈；所述中心線圈組件包括中心鐵氧體磁芯和繞在中心鐵氧體磁芯上的中心部件線圈；所述接收線圈組件的接收電感器包括接收鐵氧體磁芯以及繞在接收鐵氧體磁芯上的接收端線圈。
[0012]因此，本發明具有如下優點:充電和被充電裝置無物理接觸，裝置本身尺寸小，充電效率高和充電時間短。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明的實施例裝置示意模型。
[0014]圖2是本發明的實施例裝置等效電路圖。它是以共振方法為基礎的充電器，從電網把電能傳輸到目標負載或電池系統。
[0015]圖3a是本發明的實施例結構中發射端的線圈和磁芯排布示意圖。
[0016]圖3b是本發明的實施例結構中接收端的線圈和磁芯排布示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面通過實施例，並結合附圖，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。
[0018]實施例:
本發明包括發射端和接收端；其中發射端是一個片狀或類似的基本單元，通過施加一個高頻的交流電流給發射線圈或其它類型的導體，從而產生交變的磁場。接收端線圈通過交變磁場接收傳遞過來的能量，並將其傳輸到負載或電池系統。接收端後面可以接電力電子變換器，把輸出的電壓和電流轉換為合適目標負載或電池系統的電壓和電流。可以在上面所描述的系統引入電流和/或電壓反饋和一個控制器，以提高其效率的發射端和接收端之間的功率傳輸。
[0019]在這個實施例裝置中，接收端可以弓丨入額外的測量電路的電流和/或電壓的電路，用來辨識負載或電池系統狀態，或引入測量反饋給發射端的其他參數的電路。
[0020]充電裝置的電源側由電子電路(例如，基於MOSFET的或其它器件為基礎的轉換器)控制開關頻率，產生適當交變頻率的電壓和電流給發射端。接收線圈通過產生的交流磁場感應出電流，從而接收到能量。接收線圈中的電流，經過整流和電容器濾波後，給目標的負載或電池系統供電。
[0021]線圈按照陣列方式布置，可以最大化地利用發射線圈的面積。發射端和接收端之間在空間中的磁通分布是均勻的。此外，發射端的每個線圈可以被分別控制，以適應接收端的負載或電池系統的要求。
[0022]如上所述，本發明利用發射接收兩線圈以形成共振電路，該實施例系統的主要特點是通過適當的設計線圈使得它們達到共振，每組線圈都有一個固有共振頻率，即本徵頻率。
本發明所設計的充電裝置，比現有技術的變電站自動巡更車有線式充電系統，可以做到無物理接觸，更小的尺寸，較高的效率和更短的充電時間。
[0023]圖1是實施例裝置示意模型。充電時，充電裝置110載著內置接收端線圈120停在充電平臺160設置的發射線圈130上。發射線圈130通過導線從電源接口 140獲得電能，從而實現給充電電池充電。150為充電裝置攜帶監測設備以及通信裝置。
[0024]圖2是本發明的充電實施例裝置等效電路圖。發射端200包括電源201和其內阻202以及參考點240、控制驅動電路210和發射端線圈220，電源201可以從電力電子電路中或者其它方法獲取，控制驅動電路210包含逆變電路，可以將電源頻率轉變為與所設計的共振頻率相匹配。本發明所述的變電站自動巡更車電池充電裝置的關鍵特點是:通過設計發射端線圈以及接收線圈，得到磁共振頻率。所設計的發射端線圈220用電感器221和電容器222，以及外接並聯電容223來表示。發射端線圈220包括依次串聯的電容222和電感221後接到控制驅動電路210的兩極。發射端線圈220的連接到輸入方波或正弦波的AC高頻電源上。接收端230的兩端子連接到接收端電力電子電路250的兩個輸入端，接收端線圈用電感器231表示。接收端電力電子電路250的兩個輸出端與目標負載或電池系統260連接。接收線圈230通過磁共振從發射線圈220接收電能。如上所述，接收線圈連接到電力電子電路250，電力電子電路250控制260的電壓和電流。電子電路250的拓撲和目標負載260按應用場合不同而定。
[0025]如前所述，發射線圈的磁場通過迭代程序設計為均勻場。圖4是本發明的實施例裝置中的線圈和磁芯排布。為了更好地利用空間，在發射端300，線圈和鐵氧體磁芯由所示方法布置。發射端線圈所產生的磁通由圖3a所示的環繞部件310線圈和鐵氧體磁芯330、中心部件320和中心鐵氧體磁芯340共同作用產生的。圖3b是接收端線圈410和接收端鐵氧體磁芯420示意圖。接收端400可以定位在任何一個發射端線圈,從而給與發射線圈對準的接收線圈410傳輸電能，在圖4中，本質上，鐵氧體磁芯330和中心鐵氧體磁芯340是相同的部件，中心部件320和環繞部件310線圈為相同的部件線圈；
本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發明精神作舉例說明。本發明所屬【技術領域】的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或採用類似的方式替代，但並不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的範圍。
【權利要求】
1.一種特殊螺旋線圈無線電源充電裝置，其特徵在於，包括發射端和接收端；所述發射端包括電源、與電源連接的控制驅動電路、以及與控制驅動電路連接的發射線圈組件；所述接收端包括接收線圈組件、與接收線圈組件連接的電力電子電路；所述電力電子電路與目標負載或電池系統連接；通過發射線圈組件以及接收線圈組件，得到磁共振頻率從而給目標負載或電池系統充電。
2.根據權利要求1所述的一種特殊螺旋線圈無線電源充電裝置，其特徵在於，所述發射端還包括電源的內阻以及參考點；所述制驅動電路包含逆變電路，能夠將電源頻率轉變為與用戶定義的共振頻率相匹配。
3.根據權利要求2所述的一種特殊螺旋線圈無線電源充電裝置，其特徵在於，所述發射線圈組件包括串聯的發射電感器和電容器，以及與發射電感器和電容器並聯的電容；依次串聯的電容器和發射電感器接到控制驅動電路的兩極。
4.根據權利要求3所述的一種特殊螺旋線圈無線電源充電裝置，其特徵在於，所述接收線圈組件包括連接在電力電子電路兩極的接收電感器；所述電力電子電路兩個輸出端與目標負載或電池系統連接。
5.根據權利要求4所述的一種特殊螺旋線圈無線電源充電裝置，其特徵在於，發射端線圈組件的發射電感器包括中心線圈組件和設置在中心線圈組件周圍的若干環繞線圈組件；所述環繞線圈組件包括鐵氧體磁芯以及繞在鐵氧體磁芯上的環繞部件線圈；所述中心線圈組件包括中心鐵氧體磁芯和繞在中心鐵氧體磁芯上的中心部件線圈；所述接收線圈組件的接收電感器包括接收鐵氧體磁芯以及繞在接收鐵氧體磁芯上的接收端線圈。
【文檔編號】H02J7/02GK103825345SQ201410066171
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月26日 優先權日:2014年2月26日
【發明者】王軍華, 劉開培, 劉亮 申請人:武漢大學