一種磁耦合諧振式無(wú)線電能多向傳輸三維空心線圈的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近幾年發(fā)展起來(lái)的磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸技術(shù)，利用發(fā)射端電感線圈和接收 端電感線圈的近場(chǎng)磁耦合諧振在中程距離高效、非輻射地傳輸電能，具有方便、安全、干凈 等優(yōu)點(diǎn)，廣受人們關(guān)注。
[0003]目前該領(lǐng)域已有的大多數(shù)專利都是單發(fā)射端、單接收端的無(wú)線充電結(jié)構(gòu)。對(duì)應(yīng)的， 作為發(fā)射端和接收端諧振器重要部件的空心電感線圈通常是矩形或圓形等平面型的二維 結(jié)構(gòu)，這種二維線圈具有較強(qiáng)的方向性，通常只在某一特定方向上具有最大的傳輸效率，不 利于沿多個(gè)不同的方向?qū)Χ鄠€(gè)負(fù)載進(jìn)行電能傳輸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種磁耦合諧振式無(wú)線電能多向傳輸 三維空心線圈，利用這種結(jié)構(gòu)的電感線圈制作的LC諧振器可在空間沿著多個(gè)方向上進(jìn)行 無(wú)線電能傳輸，或者同時(shí)對(duì)多個(gè)放置于不同方向的負(fù)載進(jìn)行無(wú)線充電。
[0005] 本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0006] 將導(dǎo)線沿著正立方體或長(zhǎng)方體的六條棱纏繞若干圈，構(gòu)成一個(gè)非平面結(jié)構(gòu)的三維 空心線圈。
[0007] 本發(fā)明將上述三維空心線圈兩根引線與調(diào)諧電容相連接，即可構(gòu)成充當(dāng)能量中轉(zhuǎn) 的無(wú)線電能多向傳輸中繼端，擴(kuò)充無(wú)線電能傳輸?shù)母采w范圍。
[0008] 本發(fā)明將上述三維空心線圈兩根引線與調(diào)諧電容與和逆變電源串聯(lián)，可構(gòu)成無(wú)線 電能多向傳輸發(fā)射端，可為多個(gè)不同方向的負(fù)載接收端提供電能。
[0009] 本發(fā)明將上述三維空心線圈兩根引線與調(diào)諧電容和負(fù)載串聯(lián)，可構(gòu)成無(wú)線電能多 向傳輸負(fù)載端，以便接收來(lái)自多個(gè)不同方向的無(wú)線電能。
[0010] 本發(fā)明對(duì)小功率應(yīng)用，可采用漆包銅線密繞的方式。對(duì)大功率應(yīng)用，應(yīng)采用大線徑 的銅線繞制，并在每圈導(dǎo)線間預(yù)留一定空隙。
[0011] 本發(fā)明提出了一種三維的空心電感線圈，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作方便。易于和商場(chǎng)、工 廠、家庭等周圍環(huán)境中的墻壁拐角、家具拐角等共形。利用該三維線圈與調(diào)諧電容連接所構(gòu) 成的諧振器可以在多諧振器的無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)中充當(dāng)發(fā)射端諧振器、中繼端諧振器或負(fù) 載接收端諧振器，靈活改變無(wú)線電能的傳播方向，為位于不同方位的負(fù)載進(jìn)行無(wú)線電能傳 輸。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1為本發(fā)明沿正方體六條棱纏繞了兩匝的三維空心電感線圈的示意圖。1為三 維空心電感線圈，11為兩根引線。
[0013] 圖2為本發(fā)明三維空心電感線圈沿上下左右前后6個(gè)方向進(jìn)行等互感的無(wú)線電能 傳輸示意圖。
[0014]圖3為本發(fā)明三維空心電感線圈在水平面上的多向傳輸特性。其中，1為三維空心 電感線圈，2為平面矩形線圈。
[0015] 圖4是圖3中的〇從0°到360°變化時(shí)，三維空心電感線圈和平面矩形線圈之 間的互電感值。
[0016]圖5為本發(fā)明以三維空心電感線圈作為組件的無(wú)線電能多向傳輸發(fā)射端示意圖。
[0017] 圖6為本發(fā)明以三維空心電感線圈作為組件的無(wú)線電能多向傳輸中繼端示意圖。
[0018]圖7為本發(fā)明以三維空心電感線圈作為組件的無(wú)線電能多向傳輸負(fù)載接收端示 意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0020] 圖1所示的三維線圈由導(dǎo)線沿著正立方體框架的六條棱纏繞若干圈而成。對(duì)小功 率應(yīng)用，該線圈可采用漆包銅線密繞的方式。對(duì)大功率應(yīng)用，該線圈應(yīng)采用大線徑的銅線繞 制，并在每圈導(dǎo)線間預(yù)留一定空隙。三維線圈引出兩根引線11作為與調(diào)諧電容、逆變電源 或負(fù)載相連接的接口。研宄表明，若將平面矩形線圈以相同距離如圖2所示放置于該三維 線圈所處正立方體的上方、下方、左方、右方、前方以及后方六個(gè)方向、并與正立方體正對(duì)面 平行時(shí)，平面矩形線圈和該三維線圈的互電感大小一致，這是該三維線圈多向傳輸?shù)睦碚?依據(jù)。
[0021] 而該三維線圈的多向傳輸特性并不局限在上述6個(gè)方向上。如圖3所示，將矩形線 圈（視應(yīng)用場(chǎng)合可以作為負(fù)載接收線圈也可以作為源發(fā)射線圈）垂直放置在三維線圈所處 框架正立方體的xOy水平面處，框架正立方體的中心和坐標(biāo)原點(diǎn)重合，矩形線圈的中心P與 坐標(biāo)原點(diǎn)0連線0P與矩形測(cè)試線圈垂直，當(dāng)0P和X軸夾角〇從0°增大至360°，即矩形 線圈繞z軸旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，在-20°?110°以及160°?290°的大角度范圍內(nèi)，互電感變化 非常平穩(wěn)。圖4給出了三維空心電感線圈的框架正方體邊長(zhǎng)20cm、匝數(shù)3圈，平面矩形線圈 邊長(zhǎng)16cm、西數(shù)3圈，r= 20cm時(shí)的仿真結(jié)果。結(jié)果表明在P處于（-20°?110° )以及 (160°?290° )大角度范圍內(nèi)，上述兩個(gè)線圈之間的互電感大小取值在0.22yH-0. 24yH 之間，變化幅度小于10%。
[0022] 在實(shí)際應(yīng)用中，圖5所示的三維線圈通過(guò)引線和調(diào)諧電容以及逆變電源相串聯(lián)， 構(gòu)成無(wú)線電能多向傳輸發(fā)射端，平面矩形線圈作為負(fù)載線圈可放置于上下左右前后等多個(gè) 方位，以相同的互感與源發(fā)射線圈耦合接收電能。圖6所示的三維線圈通過(guò)引線連接調(diào)諧 電容，構(gòu)成無(wú)線電能多向傳輸中繼端，可從上下左右前后等多個(gè)方向無(wú)線接收電能、然后中 繼傳遞給上下左右前后等其它多個(gè)方向上的負(fù)載。圖7所示的三維線圈經(jīng)引線和調(diào)諧電容 以及負(fù)載相串聯(lián)，構(gòu)成無(wú)線電能多向傳輸負(fù)載接收端，便于接收來(lái)自多個(gè)方向上的源端發(fā) 射線圈或中繼發(fā)射線圈的無(wú)線電能。
[0023] 這種三維的空心電感線圈具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作方便的優(yōu)點(diǎn)。由于其自身的結(jié)構(gòu)特 點(diǎn)，易于和墻壁拐角、家具拐角等結(jié)構(gòu)共形，并作為家庭裝修、家具的一部分。
[0024] 以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，例如，圖3中與上述三 維線圈進(jìn)行電感耦合傳遞無(wú)線電能的平面線圈的形狀并不局限于矩形，也可以是圓形、六 邊形或其他適用形狀。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫 離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等 同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種磁禪合諧振式無(wú)線電能多向傳輸=維空屯、線圈，其特征是將導(dǎo)線沿著正立方體 或長(zhǎng)方體的六條棱纏繞若干圈，構(gòu)成一個(gè)非平面結(jié)構(gòu)的=維空屯、線圈。
2. 權(quán)利要求1所述的S維空屯、線圈的應(yīng)用，其特征是將S維空屯、線圈的兩根引線與調(diào) 諧電容相連接，構(gòu)成無(wú)線電能多向傳輸中繼端。
3. 權(quán)利要求1所述的S維空屯、線圈的應(yīng)用，其特征是將S維空屯、線圈的兩根引線與調(diào) 諧電容和逆變電源串聯(lián)，構(gòu)成無(wú)線電能多向傳輸發(fā)射端。
4. 權(quán)利要求1所述的S維空屯、線圈的應(yīng)用，其特征是將S維空屯、線圈的兩根引線與調(diào) 諧電容和負(fù)載串聯(lián)，構(gòu)成無(wú)線電能多向傳輸負(fù)載接收端。
【專利摘要】一種磁耦合諧振式無(wú)線電能多向傳輸三維空心線圈，將導(dǎo)線沿著正立方體或長(zhǎng)方體的六條棱纏繞若干圈，構(gòu)成非平面結(jié)構(gòu)的三維空心線圈。將其兩根引線與調(diào)諧電容相連接，構(gòu)成無(wú)線電能多向傳輸中繼端；將其兩根引線與調(diào)諧電容和逆變電源串聯(lián)，構(gòu)成無(wú)線電能多向傳輸發(fā)射端；將其兩根引線與調(diào)諧電容和負(fù)載串聯(lián)，構(gòu)成無(wú)線電能多向傳輸負(fù)載端。本發(fā)明其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作方便。易于和商場(chǎng)、工廠、家庭等周圍環(huán)境中的墻壁、家具拐角共形。利用該三維線圈與調(diào)諧電容連接所構(gòu)成的諧振器可在多諧振器的無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)中充當(dāng)發(fā)射端諧振器、中繼端諧振器或負(fù)載接收端諧振器，靈活改變無(wú)線電能的傳播方向，為位于不同方位的負(fù)載進(jìn)行無(wú)線電能傳輸。
【IPC分類】H02J17-00, H01F38-14
【公開號(hào)】CN104617681
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510035853
【發(fā)明人】羅斌
【申請(qǐng)人】南昌大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2015年1月26日