位置自適應(yīng)無線充電耦合器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種位置自適應(yīng)無線充電耦合器，屬于無線電能傳輸與轉(zhuǎn)換范疇，可以實(shí)現(xiàn)在無線充電范圍內(nèi)自動(dòng)適應(yīng)接收線圈的位置，以實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的無線充電，具有廣闊的市場前景。該裝置包括有無線充電電源(1)將高頻電磁功率經(jīng)由通斷控制開關(guān)(2)及自動(dòng)跟蹤電路(3)加載到陣列發(fā)射線圈(4)上，陣列發(fā)射線圈(4)在線圈掃描電路(6)的控制下對每一個(gè)發(fā)射線圈進(jìn)行開通和關(guān)斷，最終確定接收線圈(5)所正對的四個(gè)發(fā)射線圈，實(shí)現(xiàn)接收線圈(5)位置的自動(dòng)跟蹤。
【專利說明】位置自適應(yīng)無線充電耦合器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]無線電能傳輸技術(shù)是目前電氣工程領(lǐng)域最活躍的熱點(diǎn)研究方向之一，是集基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究為一體的前沿課題，是當(dāng)前國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工業(yè)界探索的一個(gè)多學(xué)科強(qiáng)交叉的新的研究領(lǐng)域，涵蓋電磁場、電力電子技術(shù)、電力系統(tǒng)、控制技術(shù)、物理學(xué)、材料學(xué)、信息技術(shù)等諸多【技術(shù)領(lǐng)域】。該技術(shù)通過發(fā)射線圈與接收線圈之間的非輻射近場區(qū)域完成能量的傳輸與轉(zhuǎn)換，能夠有效克服電線連接方式存在的各類缺陷，實(shí)現(xiàn)電子電器的自由供電，具有重要的應(yīng)用預(yù)期和廣闊的發(fā)展前景。
[0002]本發(fā)明——位置自適應(yīng)無線充電耦合器，基于無線電能傳輸技術(shù)原理，采用矩陣型排布的發(fā)射線圈，通過行列掃描的方式確定用于無線充電的最佳工作線圈，實(shí)現(xiàn)高效率無線充電，能夠充分發(fā)揮無線充電系統(tǒng)的電氣特性，可以廣泛應(yīng)用于公共用電場合或各種移動(dòng)類設(shè)備無線供電的環(huán)境。
【背景技術(shù)】
[0003]無線電能傳輸技術(shù)大致可分為三種:第一種為感應(yīng)稱合式電能傳輸，它利用松率禹合變壓器原理進(jìn)行傳能，發(fā)射端與接收端一般存在降低回路磁阻的鐵心裝置。第二種為電磁耦合諧振式電能傳輸，通過高品質(zhì)因數(shù)的諧振器上電感與分布式電容發(fā)生諧振傳輸能量。第三種為電磁福射式電能傳輸，在該技術(shù)中電能被轉(zhuǎn)換為微波形式，傳輸距離超過數(shù)千米，可實(shí)現(xiàn)電能的遠(yuǎn)程傳送。其中電磁耦合諧振技術(shù)利用非輻射電磁場近場區(qū)域完成電能傳輸，一方面較之電磁感應(yīng)式傳能，在傳輸距離上有了很大的擴(kuò)展；另一方面相比電磁福射式傳能，近場區(qū)域能量具有非輻射的特點(diǎn)，該技術(shù)有較好的安全性，因此目前得到很大的關(guān)注和研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對當(dāng)系統(tǒng)開始無線充電時(shí)，由于移動(dòng)類線圈位置的軸向偏移而造成充電效率大幅下降的問題，設(shè)計(jì)矩陣型排布的發(fā)射線圈，通過通斷控制開關(guān)對發(fā)射線圈進(jìn)行逐一檢測，最終確定工作效率最佳的發(fā)射線圈，實(shí)現(xiàn)電能的高效可靠無線傳輸。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:位置自適應(yīng)無線充電耦合器，包括有無線充電電源
(I)將高頻電磁功率經(jīng)由通斷控制開關(guān)(2)及自動(dòng)跟蹤電路(3)加載到陣列發(fā)射線圈(4)上，陣列發(fā)射線圈(4)在線圈掃描電路(6)的控制下對每一個(gè)發(fā)射線圈進(jìn)行開通和關(guān)斷，最終確定接收線圈(5)所正對的四個(gè)發(fā)射線圈，實(shí)現(xiàn)接收線圈(5)位置的自動(dòng)跟蹤。
[0006]所述的通斷控制開關(guān)(2)由帶控制信號線的空氣開關(guān)組成，整體連接成六行九列的矩陣形式，其中每一行空氣開關(guān)控制信號線的左端輸入口連接在一起，并引出六個(gè)行掃描口，每一列空氣開關(guān)控制信號線的右端輸出口連接在一起，并引出九個(gè)列掃描口，空氣開關(guān)之間的連接導(dǎo)線采用線徑為0.1mm2、匝數(shù)為1000匝且相互絕緣的銅質(zhì)漆包線，六個(gè)行掃描口及九個(gè)列掃描口均接入線圈掃描電路(6)。[0007]所述的陣列發(fā)射線圈(4)由單個(gè)發(fā)射線圈組成，每個(gè)線圈由線徑為0.1_2、匝數(shù)為1000匝且相互絕緣的銅質(zhì)漆包線繞制而成，線圈具有平面矩形螺旋漸開型結(jié)構(gòu)，最外層邊長為30cm，整體排布成六行九列矩陣，每一個(gè)線圈與對應(yīng)的通斷控制開關(guān)相連。
[0008]所述的接收線圈(5)采用線徑為0.1mm2、匝數(shù)為1000匝且相互絕緣的銅質(zhì)漆包線繞制而成，線圈具有平面矩形螺旋漸開型結(jié)構(gòu)，最外層邊長為30cm，線圈平鋪在牌號為PC95的高導(dǎo)磁鐵氧體平板之上；當(dāng)線圈的四個(gè)頂點(diǎn)與陣列發(fā)射線圈矩陣中的四個(gè)相鄰線圈中心重合時(shí)為理論最佳工作位置。
[0009]本發(fā)明的位置自適應(yīng)無線充電耦合器，通過線圈掃描電路(6)以行列逐一掃描的方式對陣列發(fā)射線圈(4)中的每一個(gè)線圈進(jìn)行開斷通電，由自動(dòng)跟蹤電路(3)獲取接收線圈(5)上獲得的功率，直至找到接收線圈(5)對應(yīng)的最佳發(fā)射線圈，以獲得高效可靠的無線電能傳輸效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)圖；
[0011]圖2是通斷控制開關(guān)(2)的結(jié)構(gòu)圖；
[0012]圖3是陣列發(fā)射線圈⑷的結(jié)構(gòu)圖；
[0013]圖4是接收線圈(5)最佳工作位置圖。
[0014]其中:
[0015](I):無線充電電源；(2):通斷控制開關(guān)；(3):自動(dòng)跟蹤電路；⑷:陣列發(fā)射線圈；(5):接收線圈；(6):線圈掃描電路。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合實(shí)例和附圖對本發(fā)明的位置自適應(yīng)無線充電耦合器做出詳細(xì)說明。
[0017]如圖1所示，本發(fā)明的位置自適應(yīng)無線充電耦合器，包括有:無線充電電源(1)，通斷控制開關(guān)(2)，自動(dòng)跟蹤電路(3)，陣列發(fā)射線圈(4)，接收線圈(5)，線圈掃描電路(6)。
[0018]如圖2所示，所述的通斷控制開關(guān)(2)由帶控制信號線的空氣開關(guān)組成，整體連接成六行九列的矩陣形式，其中每一行空氣開關(guān)控制信號線的左端輸入口連接在一起，并引出六個(gè)行掃描口，每一列空氣開關(guān)控制信號線的右端輸出口連接在一起，并引出九個(gè)列掃描口，六個(gè)行掃描口及九個(gè)列掃描口均接入線圈掃描電路(6)。當(dāng)自動(dòng)跟蹤電路(3)檢測到接收線圈(5)的電壓信號以后，通斷控制開關(guān)(2)六個(gè)行掃描口及九個(gè)列掃描口依次發(fā)射閉合信號，周期為20ms，間隔10ms，空氣開關(guān)將對應(yīng)的發(fā)射線圈接入無線充電電源(1)，直至所有行列掃描口都完成一次掃描。
[0019]如圖3所示，所述的陣列發(fā)射線圈(4)由單個(gè)發(fā)射線圈組成，整體排布成六行九列矩陣，每一個(gè)線圈與對應(yīng)的通斷控制開關(guān)相連。當(dāng)自動(dòng)跟蹤電路(3)檢測到接收線圈(5)的電壓信號以后，無線充電電源⑴開始啟動(dòng)。自動(dòng)跟蹤電路⑶通過通斷控制開關(guān)(2)對每一個(gè)發(fā)射線圈進(jìn)行短暫通電，同時(shí)實(shí)時(shí)檢測接收線圈(5)反饋的功率信號，直至陣列發(fā)射線圈(4)中的每一個(gè)線圈都完成一次通斷。
[0020]如圖4所示，所述的接收線圈(5)在陣列發(fā)射線圈⑷上方任意位置放置，在無線充電電源⑴工作前處于斷路狀態(tài)且沒有電壓信號輸出，當(dāng)無線充電電源⑴工作以后，接收線圈(5)將接收到的電磁功率信號發(fā)送給自動(dòng)跟蹤電路(3)并由自動(dòng)跟蹤電路(3)進(jìn)行記錄。自動(dòng)跟蹤電路⑶將陣列發(fā)射線圈⑷中線圈循環(huán)通電一遍以后，根據(jù)接收到的功率信號，找出四個(gè)最大功率值所對應(yīng)的線圈位置，并判斷是否處于相鄰狀態(tài)。如果線圈處于相鄰狀態(tài)，則通斷控制開關(guān)(2)將線圈接入無線充電電源(I)，從而實(shí)現(xiàn)接收線圈(5)的位置自適應(yīng)無線供電；如果其中有線圈與其他線圈不相鄰，則通斷控制開關(guān)(2)將相鄰的線圈接入無線充電電源(I)，從而實(shí)現(xiàn)接收線圈(5)的位置自適應(yīng)無線供電；如果線圈均不相鄰，則通斷控制開關(guān)(2)不動(dòng)作。當(dāng)線圈的四個(gè)頂點(diǎn)與陣列發(fā)射線圈矩陣中的四個(gè)相鄰線圈中心重合時(shí)為理論最佳工作位置。
[0021]本發(fā)明的位置自適應(yīng)無線充電耦合器，通過線圈掃描電路(6)以行列逐一掃描的方式對陣列發(fā)射線圈(4)中的每一個(gè)線圈進(jìn)行開斷通電，由自動(dòng)跟蹤電路(3)獲取接收線圈(5)上獲得的功率，直至找到接收線圈(5)對應(yīng)的最佳發(fā)射線圈，以獲得高效可靠的無線電能傳輸效果。在正常工作情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)對處于陣列發(fā)射線圈(4)上方的任意接收線圈(5)進(jìn)行位置自適應(yīng)選擇，并實(shí)現(xiàn)高效無線供電，可以廣泛應(yīng)用于公共用電場合或各種移動(dòng)設(shè)備無線充電環(huán)境，具有高效安全可靠、成本與維護(hù)費(fèi)用低、操作簡便與智能可控等優(yōu)點(diǎn)。
【權(quán)利要求】
1.位置自適應(yīng)無線充電耦合器，其特征在于所述的無線充電電源(I)將高頻電磁功率經(jīng)由通斷控制開關(guān)⑵及自動(dòng)跟蹤電路⑶加載到陣列發(fā)射線圈⑷上，陣列發(fā)射線圈(4)在線圈掃描電路(6)的控制下對每一個(gè)發(fā)射線圈進(jìn)行開通和關(guān)斷，最終確定接收線圈(5)所正對的四個(gè)發(fā)射線圈，實(shí)現(xiàn)接收線圈(5)位置的自動(dòng)跟蹤。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位置自適應(yīng)無線充電耦合器，其特征還在于，所述的通斷控制開關(guān)(2)由帶控制信號線的空氣開關(guān)組成，整體連接成六行九列的矩陣形式，其中每一行空氣開關(guān)控制信號線的左端輸入口連接在一起，并引出六個(gè)行掃描口，每一列空氣開關(guān)控制信號線的右端輸出口連接在一起，并引出九個(gè)列掃描口，空氣開關(guān)之間的連接導(dǎo)線采用線徑為0.1mm2、匝數(shù)為1000匝且相互絕緣的銅質(zhì)漆包線，六個(gè)行掃描口及九個(gè)列掃描口均接入線圈掃描電路(6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位置自適應(yīng)無線充電耦合器，其特征還在于，所述的陣列發(fā)射線圈(4)由單個(gè)發(fā)射線圈組成，每個(gè)線圈由線徑為0.1mm2、匝數(shù)為1000匝且相互絕緣的銅質(zhì)漆包線繞制而成，線圈具有平面矩形螺旋漸開型結(jié)構(gòu)，最外層邊長為30cm，整體排布成六行九列矩陣，每一個(gè)線圈與對應(yīng)的通斷控制開關(guān)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位置自適應(yīng)無線充電耦合器，其特征還在于，所述的接收線圈(5)采用線徑為0.1mm2、匝數(shù)為1000匝且相互絕緣的銅質(zhì)漆包線繞制而成，線圈具有平面矩形螺旋漸開型結(jié)構(gòu)，最外層邊長為30cm，線圈平鋪在牌號為PC95的高導(dǎo)磁鐵氧體平板之上；當(dāng)線圈的四個(gè)頂點(diǎn)與陣列發(fā)射線圈矩陣中的四個(gè)相鄰線圈中心重合時(shí)為理論最佳工作位置。
【文檔編號】H02J7/00GK103560562SQ201310566386
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月11日
【發(fā)明者】張獻(xiàn), 楊慶新, 章鵬程, 何亞偉, 劉維娜, 倪衛(wèi)濤, 張廣超, 金亮, 薛明 申請人:天津工業(yè)大學(xué)