[实用新型]一种用于多负载的无线充电磁耦合结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于多负载的无线充电磁耦合结构。

背景技术

无线电能传输技术具有便捷、无机械损耗、无电火花等特性，在多种特殊环境如人体内部、矿井、高电压环境、水下、电动汽车等领域具有良好应用前景，近些年得到学术界和企业界的广泛关注。

目前无线电能传输技术的磁耦合结构主要采用平面螺旋形线圈，传统的磁耦合结构中，通常采用单一的发射侧线圈和接收侧线圈。单一的发射线圈发射的磁场是固定的，而单一的接收线圈又只能接收某一特定方向的磁场，若发射线圈所发射的磁场方向与接收线圈所能接收的磁场方向不一致时，那么接收线圈只能接收部分的磁场能量，这也就造成了磁耦合结构的耦合系数的降低。目前主要有如下几种磁耦合结构设计方案：

①两耦合线圈正对方案及其衍生

典型的有宁波微鹅电子科技有限公司的专利《一种高品质因数的发射线圈结构》（申请号：201520036919.6）以及《一种电能接收结构及无线电能接收模块》（申请号：201521018507.6）；但在该技术方案中，正对发射侧线圈和接收侧线圈的相对位置是相对固定的，必须保证在垂直方向两者没有错位，两线圈所在平面必须平行，若存在一定角度，则耦合系数下降很快，所在，这样限制了无线充电装置使用的便捷性。

②多个线圈层叠排列作为发射侧线圈方案

典型的有深圳市中远航科技有限公司的专利《一种无线充电设备》（申请号201310156410.0），如图4所示，以及香港城市大学的专利“用于改善平面感应充电平台性能”（申请号200680030162.3）；但在该技术方案中，阵列发射线圈能够实现平面一定自由度的无线充电，但是其发射线圈绕组路径长，导线电阻大，绕组损耗较大，且成本提高。

③品字形分布线圈发射，十字型正交线圈接收方案

典型的有福州大学的专利《一种无线电能传输磁耦合结构及其电路》（申请号201210463307.6）；但在该技术方案中，对于发射线圈，绕组路径长，且有较多直角，导线电阻大，使得整体的绕组损耗增大。对于接收线圈，z轴方向接收绕组耦合性能差，且成本提高。

④磁场跟踪伺服结构

典型的有重庆大学的戴欣等的专利《一种磁场跟踪伺服机构控制系统及其控制方法》（申请号：201010572170.9）；但在该技术方案中，需要额外提供磁场跟踪伺服系统，且存在机械寿命的问题，往往用在某些特定的场合中。

⑤平面磁谐振器以及具有环形谐振器线圈的平面磁谐振器

典型的有美国无线电力公司（WiTricity ）的专利《交通工具中的无线电力传输》（申请号：201480027153.3）；但在该技术方案中，对于接收线圈一，绕组匝长比较长，绕组损耗大且成本较高，对于接收线圈二，虽然绕组匝长降低，而且增加了接收z轴方向磁场的环形绕组，但是如果想要降低x,y轴方向接收绕组匝长，就要减小引导磁芯最外围截面积，会导致磁阻过大，收束x,y方向传递过来的磁场的能力明显不足，x,y方向的耦合系数不高，这是一对矛盾。

发明内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种用于多负载的无线充电磁耦合结构及其电路，能够实现接收线圈在发射线圈范围内有效均匀地接收磁场能量，具有更高的耦合系数和更高的电能传输效率。

为实现上述目的本实用新型采用以下技术方案实现：

一种用于多负载的无线充电磁耦合结构，其特征在于：包括发射线圈及与所述发射线圈耦合的若干接收线圈，所述接收线圈为田字形正交线圈或双王结构正交线圈；

所述发射线圈由若干相互平行的导线族组成，同一导线族内电流方向一致，任意相邻导线族内电流方向相反；

所述田字形正交线圈包括相互垂直的第一磁芯和第二磁芯，所述第一磁芯和第二磁芯的端部分别设置有与之垂直的第三磁芯，第一磁芯上设置有第一绕组，第二磁芯上设置有第二绕组，四个第三磁芯的外侧包设有第三绕组，第一绕组、第二绕组、第三绕组两两垂直；

所述双王结构正交线圈包括相互垂直的第一磁芯和第二磁芯，所述第一磁芯和第二磁芯的端部分别设置有与之垂直的第三磁芯，第一磁芯上设置有第一绕组，第二磁芯上设置有第二绕组；第一磁芯其中一端的第三磁芯外侧设置有第四磁芯，该第三磁芯两侧沿着第一磁芯方向上设置有第三绕组；第二磁芯其中一端的第三磁芯外侧设置有第四磁芯，该第三磁芯两侧沿着第二磁芯方向上设置有第四绕组。

进一步的，所述发射线圈为多层并联或层间串联。

进一步的，所述发射线圈的转角处为直角、钝角或圆角。