CN103560600A - 一种用于无线供电机车的能量接收线圈 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于无线供电机车的能量接收线圈，主要包括谐振式耦合接收线圈(2)和感应耦合接收线圈(3)。本发明将谐振式无线传能与感应式无线传能相结合，优化了现有单一的无线传能线圈的结构，结合两种传能方式在各自传能距离内的优势，提高了能量传输的效率与距离。该设计施工方便，仅需在现有无线供电的线圈结构上改造即可实现，结构稳定可靠，安全性高，且市场前景广阔。

Description

一种用于无线供电机车的能量接收线圈

技术领域

无线电能传输技术是目前电气工程领域最活跃的热点研究方向之一，它集基础研究与应用研究为一体，是当前国内外学术界和工业界探索的一个多学科、强交叉的新的研究领域和前沿课题，涵盖电磁场、电力电子技术、电力系统、控制技术、物理学、材料学、信息技术等诸多技术领域。采用无线供电方式能够有效克服电线连接方式存在的各类缺陷，实现电子电器的自由供电，具有重要的应用预期和广阔的发展前景。

本发明一种用于无线供电机车的能量接收线圈涉及一种施工方便，系统便捷、运行稳定、安全可靠的无线电能接收线圈，为无线供电线圈提供了技术模型。将谐振耦合式无线电能传输与传统感应式无线电能传输相结合，提高了现有无线供电技术的接收效率，且市场前景广阔。

背景技术

无线电能传输技术可分为三种：第一种为感应耦合式电能传输，它利用松耦合变压器原理进行传能，适合小功率，短距离的应用场合。第二种为电磁耦合谐振式电能传输，通过高品质因数的谐振器上电感与分布式电容发生谐振传输能量适合中等距离的能量传输。第三种为电磁辐射式电能传输，在该技术中电能被转换为微波形式，传输距离超过数千米，可实现电能的远程传送。其中电磁耦合谐振技术利用非辐射电磁场近场区域完成电能传输，一方面较之电磁感应式传能，在传输距离上有了很大的扩展；另一方面相比电磁辐射式传能，近场区域能量具有非辐射的特点，该技术有较好的安全性，因此目前得到很大的关注和研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提出了一种用于无线供电机车的能量接收线圈，扩展了无线电能传输的接收方式，将谐振耦合式无线电能传输与传统感应式无线电能传输相结合，较之传统单一模式下的无线电能传输效果更好，提出了具体实在的技术模型。

本发明所采用的技术方案是：一种用于无线供电机车的能量接收线圈，设置有电磁场发射线路(1)，用于发射前级电路输入的交变电磁场；谐振式耦合接收线圈(2)，通过近场谐振原理接收电磁场发射线路(1)发射出的交变磁场；感应耦合接收线圈(3)，通过电磁感应方式接收电磁场发射线路(1)发射出的交变磁场。

所述的电磁场发射线路(1)由外加绝缘层的金属导体组成，其谐振频率与电源频率保持一致，以保证较低的反射系数，用于发射斩波功率振荡电路产生的交变电磁场。

所述的谐振式耦合接收线圈(2)由多匝金属导体绕制成的线圈组成，接收线圈在制作时就考虑了电源的频率，制作出的接收线圈与电源频率保持一致，以保证接收线圈在运行中保持谐振状态，以通过谐振耦合的方式实现能量的高效传递。

所述的感应耦合接收线圈(3)由多匝金属导体绕制成的线圈组成，以感应耦合的方式接收空间中的交变电磁场，在谐振式耦合接收线圈(2)谐振耦合的基础上，增加线圈系统接收到的效率，减少空间漏磁。

本发明一种用于无线供电机车的能量接收线圈，是采用谐振式耦合接收线圈(2)和感应耦合接收线圈(3)组成的接收系统，将谐振耦合式无线电能传输与传统感应式无线电能传输相结合，较之传统单一模式下的无线电能传输效果更好，提出了具体实在的技术模型。

附图说明

图1是无线供电系统的整体功能框图；

图2是无线供电结构示意图。

其中：

1：电磁场发射线路      2：谐振式耦合接收线圈

3：感应耦合接收线圈    4：并联补偿电容

5：接收线圈磁芯

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明一种用于无线供电机车的能量接收线圈做出详细地说明。

如图1所示，电磁场发射线路(1)，连接前级功率驱动电路，用于发射斩波功率振荡电路产生的交变电磁场，该线路在架设之后使用之前测定过固有谐振频率，并通过并联电容与输入的功率的中心频率进行匹配，匹配后的发射线路(1)谐振频率与所加功率的中心频率一致，以保证较低的反射系数，图中箭头所示方向为某一时刻电流在导体中的流向，这样的连接方式会使相邻两导体间的磁场方向相同，磁场强度增强；谐振式耦合接收线圈(2)，由外加绝缘层的金属导体组成，接收电磁场发射线路(1)发射出的交变磁场，该线圈在使用前已经与电磁场发射线路(1)的自有谐振频率进行了匹配，匹配方式为根据谐振式耦合接收线圈(2)的自有谐振频率与发射线路(1)的频率进行比较，通过并联电容，使线圈的自有谐振频率与所发射功率的中心频率保持一致，以实现系统的谐振式供电；此外，谐振式耦合接收线圈(2)的内部还安装有一个感应耦合接收线圈(3)，由外加绝缘层的金属导体组成，用以接收空间中存在的漏磁，以提高线圈的接收功率，使输出给负载的功率增大，以驱动大功率负载；谐振式耦合接收线圈(2)和感应耦合接收线圈(3)串联连接，接入后级电路，为负载供电。

如图2所示，所述的谐振式耦合接收线圈(2)和感应耦合接收线圈(3)位于电磁场发射线路(1)的正下方，谐振式耦合接收线圈(2)和感应耦合接收线圈(3)由外加绝缘层的金属导体组成，并通过并联补偿电容(4)将谐振式耦合接收线圈(2)谐振频率匹配至与电源相等，谐振式耦合接收线圈(2)将通过近场谐振耦合从电磁场发射线路(1)中获取功率，同时感应耦合接收线圈(3)还通过电磁感应的方式从发射线路(1)中获取功率，谐振式耦合接收线圈(2)与感应耦合接收线圈(3)串联，两个线圈协同工作，将两种原理的无线供电方式相结合，满足了近距离和中等距离下无线电能传输的效果，本例中谐振式耦合接收线圈(2)使用半径2mm的铜线绕制了16匝的螺线管线圈，螺线管线圈的小半径50mm，轴向节距8mm，感应耦合接收线圈(3)使用半径2mm的铜线绕制了8匝，线间距8mm的方形渐开线圈，内半径240mm，外半径336mm，谐振式耦合接收线圈(2)和感应耦合接收线圈(3)的中心重合，谐振式耦合接收线圈(2)安装在感应耦合接收线圈(3)的中心，两线圈位于同一水平面上，两线圈的下方装有磁芯(5)，本例中选用牌号PC44的铁氧体烧制而成，磁芯为正方形，边长360mm，厚度5mm，磁芯中心与两线圈中心重合，线圈选用材料、型号与匝数可根据要求调整。

Claims (5)

1.一种用于无线供电机车的能量接收线圈，其特征在于设置有谐振式耦合接收线圈(2)和感应耦合接收线圈(3)，结合谐振式无线传能与感应式无线传能在不同距离接收能量的效率，设计了一种谐振式无线传能与感应式无线传能协同工作的能量接收线圈。

2.根据权利要求1所述的一种用于无线供电机车的能量接收线圈，其特征还在于，所述的谐振式耦合接收线圈(2)和感应耦合接收线圈(3)由线径相同带绝缘的导体制成，且谐振式耦合接收线圈(2)内半径大于感应耦合接收线圈(3)的外半径。

3.根据权利要求1所述的一种用于无线供电机车的能量接收线圈，其特征还在于，所述的谐振式耦合接收线圈(2)和感应耦合接收线圈(3)中心重合，且两线圈位于同一平面。

4.根据权利要求1所述的一种用于无线供电机车的能量接收线圈，其特征还在于，所述的谐振式耦合接收线圈(2)和感应耦合接收线圈(3)串联连接，接入后级电路。

5.根据权利要求1所述的一种用于无线供电机车的能量接收线圈，其特征还在于，所述的谐振式耦合接收线圈(2)和感应耦合接收线圈(3)安装在接收线圈磁芯(5)上，且磁芯的边长大于谐振式耦合接收线圈(2)的外径。

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