[实用新型]耦合装置和无线电能传输系统

说明书

技术领域

本实用新型属于无线电能传输领域，尤其涉及一种用于无线电能传输系统中的耦合装置。

背景技术

无线电能传输是一种通过空间电磁场耦合进行电能传输的技术，其主要优点是：不需要插拔，使用简单方便；不会产生电火花，可以在易燃易爆的工业环境中使用；可以在水中进行能量传输，可以应用到海洋装备等水下应用中。基于其上述优势，目前，无线电能传输应用越来越广泛。

目前，无线电能传输技术主要采用电磁感应近场耦合技术，实现系统的高效率能量传输。该无线电能传输技术包括发射端以及接收端，通常发射端由耦合线圈及补偿电容构成的谐振网络，在高频励磁电流的激励下，产生高频交变的电磁场；接收端也是由耦合线圈及补偿电容构成的谐振网络，拾取发射端产生的电磁场的能量，并经过高频整流变换，转换为负载侧所需要的电能形式。如果发射端与接收端工作在谐振频率点附近，无线电能传输系统就可以实现高效率的能量传输。

而无线电能传输系统的发射线圈(L11)及接收线圈(L22)之间的互感(M12)直接影响了无线电能传输系统的功率耦合能力。对于无线电能传输系统而言，在满足制定的传输工作距离的基础上，最大程度的提高系统的效率，减小耦合线圈的尺寸，一直是实际应用中追求的目标。通常，磁场耦合线圈的耦合能力通常也可以用耦合系数来表征。在相同的结构限制尺寸下，何种形式的发射线圈结构与接收线圈结构可以获得最大的互感和耦合系数，直接影响了无线电能传输系统的效率等性能。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种耦合装置和无线电能传输系统，本实用新型通过耦合装置的合理配置，增强了无线电能传输系统获得的耦合能力，提高了无线电能传输的效率。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种耦合装置，包括发射线圈，以及与发射线圈间隔设置的接收线圈，发射线圈与接收线圈同轴设置，发射线圈包括由漆包线缠绕而成的第一线圈，以及形成于第一线圈内轮廓内部的第一中空部；接收线圈包括由漆包线缠绕而成的第二线圈，以及形成于第二线圈内轮廓内部的第二中空部；其中，第二线圈的外轮廓在发射线圈上的垂直投影与第一线圈的内轮廓在误差范围内重合。

作为本实用新型的进一步优化，第二线圈的外轮廓在发射线圈上的垂直投影与第一线圈的内轮廓重合的误差为第二线圈的外轮廓在发射线圈上的垂直投影相对于第一线圈内轮廓的偏差，该偏差范围为第一线圈内轮廓的0.2倍之内。

作为本实用新型的进一步优化，第一线圈的横截面为圆环形，其中第一线圈外轮廓直径为第一线圈内轮廓直径的1.1-1.5倍。

作为本实用新型的进一步优化，发射线圈与接收线圈背离面以及接收线圈与发射线圈的背离面上均设置有导磁性材质的屏蔽层。

一种无线电能传输系统，包括上述所述耦合装置。

作为本实用新型的进一步优化，进一步包括连接于电网的无线发射端，以及可接收无线发射端电能的无线接收端，耦合装置的发射线圈设置于无线发射端，接收线圈设置于无线接收端。

作为本实用新型的进一步优化，无线发射端进一步包括发射端整流滤波电路和可接收通讯信号的通信接收模块，发射端整流滤波电路的输出端连接有逆变电路，发射线圈连接逆变电路的输出端，发射线圈内设有可感应发射线圈与接收线圈位置的传感器，传感器根据发射线圈与接收线圈距离形成感应信号，传感器连接有发射端MCU，以接收传感器形成的感应信号；发射端MCU电连通信接收模块的输出端，以接收通信接收模块中的通讯信号，发射端MCU电连逆变电路的控制端，以控制逆变电路中转换的高频交流电频率；发射端MCU中包括可接收感应信号和通讯信号的判断模块以及与判断模块电连的控制模块，判断模块根据感应信号判断无线接收端是否在工作区域内，如在工作区域内，则将通讯信号转化为判断信号发送至控制模块，控制模块根据该判断信号转化为控制信号控制无线发射端的工作频率；如不在工作区域，则判断模块内形成复位判断信号，并将该复位判断信号发送至控制模块，控制模块根据该复位判断信号转化为控制信号控制无线发射端处于待机状态。

作为本实用新型的进一步优化，接收线圈内置有可增强接近式传感器感应强度的感应物。

作为本实用新型的进一步优化，无线接收端的接收线圈连接有接收端整流滤波电路，接收端整流滤波电路的输出端连接有DC/DC变换电路和辅助供电模块，其中，辅助供电模块的输出端连接接收端MCU，接收端MCU连接有可发射通信信号的通信发射模块，以将转换后的数字信号传输至通信发射模块形成通讯信号。