[发明专利]一种应用于大功率无线电能传输的方形线圈优化结构

说明书

本发明公开了一种应用于大功率无线电能传输的方形线圈优化结构。所述新型方形线圈的结构中，发射线圈由四个小型方形线圈串联构成，四个线圈的电流方向从上到下为：逆时针‑顺时针‑顺时针‑逆时针，一条对角线上的两个线圈的磁场方向向下，另外一条对角线上的两个线圈的磁场方向向上；接收线圈同样由四个小型方形线圈串联构成，四个线圈的电流方向从上到下为：顺时针‑逆时针‑逆时针‑顺时针，四个一条对角线上的两个线圈的磁场方向向上，另外一条对角线上的两个线圈的磁场方向向下。本发明具有较好的抗偏移的传能性能，同时具有传输功率更高和传输效率更高的特点，更加适用于应用在低频(kHz)下的大功率感应式无线电能传输系统。

技术领域

本发明属于无线电能传输领域，特别是涉及到一种应用于大功率无线电能传输的方形线圈优化结构。

背景技术

随着工业技术、科技的发展，用电领域不断扩展，对电气设备的功能、应用领域及适应性带来极大的挑战，传统的导线传输电能方式的弊端也日益凸显。

高铁列车是电网中的一种超大功率的特殊负载，随着列车不断提速，通过两者滑动接触获取电能的方式使得高速弓网关系复杂多变，严重制约了高速铁路的发展。在高速运行状态下易发生离线、打弧、磨损等问题，并且线路覆冰会引起线路断电，也会对列车受电弓造成损坏，影响系统供电可靠性，因此在实际工程建造过程中存在高安全性、高平顺性、高稳定性、高可靠性、高精确度等五大要求，要确保上述要求的实现，关键是处理好受电弓与接触网之间的关系。而无线电能传输(Wireless Power Transfer，WPT)解决了传统的有线电力输送带来的不可靠和不安全的问题，为人类的生活带来了极大的便利。无线电能传输技术作为一种新型的供电技术不但可以对机车进行高效、大容量的无线供电，而且可以避免受电弓与接触网导线之间材料磨损、弓网电弧等问题，具有十分诱人的应用前景。

感应式无线电能传输(Inductively Coupled Power Transfer,ICPT)技术是一种极具应用前景的电能传输技术。该技术具有实现简单、开关频率低、运行可靠、负载范围宽等优点，是实现短距离、大功率能量传输的最优途径，在近些年获得了广泛关注。对于感应式传输系统而言，耦合线圈的参数变化对无线电能传输系统的传输性能的影响是至关重要的，高品质的耦合线圈对系统的传输效率、传输功率和传输距离等有着直接的影响。耦合线圈在实际工作过程中的发射和接收部分之间存在很大的间隙，存在较高的漏磁现象，而这一现象会导致耦合性能的急剧下降，从而使得整个系统的传输效率大大下降，该现象在大功率传能系统的应用中尤为明显。为了提高WPT系统的传输效率，设计与优化耦合线圈的形状和结构便显得尤为重要。然而在实际应用中，由于工作空间受限，往往导致线圈尺寸不能过大，这就需要考虑如何在保证传输性能的前提下缩小线圈尺寸；此外，为了设计出适用于轨道交通等大功率、高效率的无线传能系统，耦合线圈与传输特性的优化设计也将是不可回避的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出一种应用于大功率无线电能传输的方形线圈优化结构，具有更好地传输性能，并且传输功率更高，传输效率更高。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种应用于大功率无线电能传输的方形线圈优化结构，包括发射线圈和接收线圈，所述发射线圈和接收线圈都为方形线圈优化结构，所述新型方形线圈的结构中，发射线圈由四个小型方形线圈串联构成，四个线圈的绕均为逆时针，四个线圈的电流方向从上到下为：逆时针-顺时针-顺时针-逆时针，一条对角线上的两个线圈的磁场方向向下，另外一条对角线上的两个线圈的磁场方向向上；接收线圈同样由四个小型方形线圈串联构成，四个线圈的绕向均为顺时针，四个线圈的电流方向从上到下为：顺时针-逆时针-逆时针-顺时针，四个一条对角线上的两个线圈的磁场方向向上，另外一条对角线上的两个线圈的磁场方向向下。

进一步的，所述发射线圈为多匝的方形线圈优化结构，并且串联有电容补偿电路。

进一步的，所述接收线圈为多匝的方形线圈优化结构，并且串联有电容补偿电路。