一種特殊螺旋線圈無線電源充電裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)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(fā)射端和接收端；所述發(fā)射端包括電源、與電源連接的控制驅(qū)動電路、以及與控制驅(qū)動電路連接的發(fā)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(biāo)負(fù)載或電池系統(tǒng)連接；通過發(fā)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(biāo)負(fù)載或電池系統(tǒng)充電。因此，本發(fā)明具有如下優(yōu)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(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)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?！颈尘凹夹g(shù)】
[0003]我國電力領(lǐng)域的發(fā)展，特別是特高壓輸電線路的快速布局，使得傳統(tǒng)完全由人工對高壓變電站監(jiān)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(fā)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(wǎng)進行充電。然而，這種通過導(dǎo)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(zāi)隱患，(3)短路和(4)給用戶帶來不便。
[0004]與導(dǎo)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(wǎng)隔離，其可靠性和安全性得到極大提升。電能傳遞通過發(fā)射線圈與安裝在巡更車上的接收線圈通過適當(dāng)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(tǒng)。
[0005]目前的無線電源充電裝置主要基于兩種方法:電感耦合和磁共振。磁共振方法已被廣泛用于信號傳輸，但是它在電能傳輸中的應(yīng)用鮮有報道。磁共振充電在MHz級的頻率的應(yīng)用能加劇電磁兼容性(EMC)問題，對用于與該充電器的電力電子轉(zhuǎn)換器具有挑戰(zhàn)性，使電子電路損耗增加，從而降低了系統(tǒng)的效率。這個問題的解決方案之一是通過電力電子轉(zhuǎn)換器使用的軟開關(guān)技術(shù)。但是這種方法往往使充電設(shè)備的尺寸變大，引入更多的復(fù)雜性，也使充電裝置的成本增加。`
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的技術(shù)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(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的:
一種特殊螺旋線圈無線電源充電裝置，其特征在于，包括發(fā)射端和接收端；所述發(fā)射端包括電源、與電源連接的控制驅(qū)動電路、以及與控制驅(qū)動電路連接的發(fā)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(biāo)負(fù)載或電池系統(tǒng)連接；通過發(fā)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(biāo)負(fù)載或電池系統(tǒng)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(fā)射端還包括電源的內(nèi)阻以及參考點；所述制驅(qū)動電路包含逆變電路，能夠?qū)㈦娫搭l率轉(zhuǎn)變?yōu)榕c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(fā)射線圈組件包括串聯(lián)的發(fā)射電感器和電容器，以及與發(fā)射電感器和電容器并聯(lián)的電容；依次串聯(lián)的電容器和發(fā)射電感器接到控制驅(qū)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(biāo)負(fù)載或電池系統(tǒng)連接。
[0011]在上述的一種特殊螺旋線圈無線電源充電裝置，發(fā)射端線圈組件的發(fā)射電感器包括中心線圈組件和設(shè)置在中心線圈組件周圍的若干環(huán)繞線圈組件；所述環(huán)繞線圈組件包括鐵氧體磁芯以及繞在鐵氧體磁芯上的環(huán)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(fā)明具有如下優(yōu)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(fā)明的實施例裝置示意模型。
[0014]圖2是本發(fā)明的實施例裝置等效電路圖。它是以共振方法為基礎(chǔ)的充電器，從電網(wǎng)把電能傳輸?shù)侥繕?biāo)負(fù)載或電池系統(tǒng)。
[0015]圖3a是本發(fā)明的實施例結(jié)構(gòu)中發(fā)射端的線圈和磁芯排布示意圖。
[0016]圖3b是本發(fā)明的實施例結(jié)構(gòu)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，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步具體的說明。
[0018]實施例:
本發(fā)明包括發(fā)射端和接收端；其中發(fā)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(fā)射線圈或其它類型的導(dǎo)體，從而產(chǎn)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，并將其傳輸?shù)截?fù)載或電池系統(tǒng)。接收端后面可以接電力電子變換器，把輸出的電壓和電流轉(zhuǎn)換為合適目標(biāo)負(fù)載或電池系統(tǒng)的電壓和電流。可以在上面所描述的系統(tǒng)引入電流和/或電壓反饋和一個控制器，以提高其效率的發(fā)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(fù)載或電池系統(tǒng)狀態(tài)，或引入測量反饋給發(fā)射端的其他參數(shù)的電路。
[0020]充電裝置的電源側(cè)由電子電路(例如，基于MOSFET的或其它器件為基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)換器)控制開關(guān)頻率，產(chǎn)生適當(dāng)交變頻率的電壓和電流給發(fā)射端。接收線圈通過產(chǎn)生的交流磁場感應(yīng)出電流，從而接收到能量。接收線圈中的電流，經(jīng)過整流和電容器濾波后，給目標(biāo)的負(fù)載或電池系統(tǒng)供電。
[0021]線圈按照陣列方式布置，可以最大化地利用發(fā)射線圈的面積。發(fā)射端和接收端之間在空間中的磁通分布是均勻的。此外，發(fā)射端的每個線圈可以被分別控制，以適應(yīng)接收端的負(fù)載或電池系統(tǒng)的要求。
[0022]如上所述，本發(fā)明利用發(fā)射接收兩線圈以形成共振電路，該實施例系統(tǒng)的主要特點是通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計線圈使得它們達(dá)到共振，每組線圈都有一個固有共振頻率，即本征頻率。
本發(fā)明所設(shè)計的充電裝置，比現(xiàn)有技術(shù)的變電站自動巡更車有線式充電系統(tǒng)，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(nèi)置接收端線圈120停在充電平臺160設(shè)置的發(fā)射線圈130上。發(fā)射線圈130通過導(dǎo)線從電源接口 140獲得電能，從而實現(xiàn)給充電電池充電。150為充電裝置攜帶監(jiān)測設(shè)備以及通信裝置。
[0024]圖2是本發(fā)明的充電實施例裝置等效電路圖。發(fā)射端200包括電源201和其內(nèi)阻202以及參考點240、控制驅(qū)動電路210和發(fā)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(qū)動電路210包含逆變電路，可以將電源頻率轉(zhuǎn)變?yōu)榕c所設(shè)計的共振頻率相匹配。本發(fā)明所述的變電站自動巡更車電池充電裝置的關(guān)鍵特點是:通過設(shè)計發(fā)射端線圈以及接收線圈，得到磁共振頻率。所設(shè)計的發(fā)射端線圈220用電感器221和電容器222，以及外接并聯(lián)電容223來表示。發(fā)射端線圈220包括依次串聯(lián)的電容222和電感221后接到控制驅(qū)動電路210的兩極。發(fā)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(biāo)負(fù)載或電池系統(tǒng)260連接。接收線圈230通過磁共振從發(fā)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?fù)浜湍繕?biāo)負(fù)載260按應(yīng)用場合不同而定。
[0025]如前所述，發(fā)射線圈的磁場通過迭代程序設(shè)計為均勻場。圖4是本發(fā)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(fā)射端300，線圈和鐵氧體磁芯由所示方法布置。發(fā)射端線圈所產(chǎn)生的磁通由圖3a所示的環(huán)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(chǎn)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(fā)射端線圈,從而給與發(fā)射線圈對準(zhǔn)的接收線圈410傳輸電能，在圖4中，本質(zhì)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(huán)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(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)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采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種特殊螺旋線圈無線電源充電裝置，其特征在于，包括發(fā)射端和接收端；所述發(fā)射端包括電源、與電源連接的控制驅(qū)動電路、以及與控制驅(qū)動電路連接的發(fā)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(biāo)負(fù)載或電池系統(tǒng)連接；通過發(fā)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(biāo)負(fù)載或電池系統(tǒng)充電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種特殊螺旋線圈無線電源充電裝置，其特征在于，所述發(fā)射端還包括電源的內(nèi)阻以及參考點；所述制驅(qū)動電路包含逆變電路，能夠?qū)㈦娫搭l率轉(zhuǎn)變?yōu)榕c用戶定義的共振頻率相匹配。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種特殊螺旋線圈無線電源充電裝置，其特征在于，所述發(fā)射線圈組件包括串聯(lián)的發(fā)射電感器和電容器，以及與發(fā)射電感器和電容器并聯(lián)的電容；依次串聯(lián)的電容器和發(fā)射電感器接到控制驅(qū)動電路的兩極。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種特殊螺旋線圈無線電源充電裝置，其特征在于，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(biāo)負(fù)載或電池系統(tǒng)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種特殊螺旋線圈無線電源充電裝置，其特征在于，發(fā)射端線圈組件的發(fā)射電感器包括中心線圈組件和設(shè)置在中心線圈組件周圍的若干環(huán)繞線圈組件；所述環(huán)繞線圈組件包括鐵氧體磁芯以及繞在鐵氧體磁芯上的環(huán)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(yōu)先權(quán)日:2014年2月26日
【發(fā)明者】王軍華, 劉開培, 劉亮 申請人:武漢大學(xué)