[发明专利]磁场约束性的发射线圈和磁耦合机构及无线电能传输系统

说明书

本发明公开了一种磁场约束性的发射线圈和磁耦合机构及无线电能传输系统，包括原边侧交流电源、原边侧整流滤波单元、原边侧高频逆变器、原边侧补偿网络和原边侧发射线圈、副边侧接收线圈、副边侧补偿网络、副边侧整流滤波单元和负载，发射线圈为导线沿空气或磁性材料呈螺旋缠绕形成的封闭的环形结构且螺旋缠绕形成的封闭的环与相邻环紧密接触呈环形螺旋线圈结构。发射线圈横截面为圆形结构及其变型，发射线圈外可以包裹金属屏蔽层。原边侧发射线圈形成穿插到副边侧接收线圈的磁耦合结构，副边侧接收线圈拥有空间里3个直线自由活动维度，原边侧的发射线圈与副边侧的接收线圈可以轻松实现一对多或多对一的且耦合系数恒定的无线电能传输系统。

技术领域

本发明属于无线电能传输技术领域，尤其涉及一种磁场约束性的发射线圈和磁耦合机构及无线电能传输系统，包括一种带有磁场约束特性的发射线圈，基于该发射线圈的磁耦合机构，和基于该磁耦合机构的无线电能传输系统。

背景技术

近年来，由于社会发展需要和技术的进步，无线电能传输技术取得飞速发展。其中，磁场耦合无线电能传输技术以其传输功率大、效率高、安全性好等优势，有望在电动汽车、工业机器人、手机充电等领域得到广泛的商业应用。

传统无线电能传输系统在传播过程中需要借助磁耦合将发射侧的电能转化成高频电磁场，无线电能传输系统在发射和接收线圈之间的磁感应强度很大，对人体健康构成潜在威胁；且两线圈的耦合系数会随两者之间的距离和偏移发生变化，很难实现一对多或多对一的稳定无线电能传输。为了尽量减少电磁辐射对人体的影响，国内外研究者采用多种方法对电磁辐射进行抑制，电磁屏蔽技术作为电磁辐射抑制的主流措施，在无源屏蔽技术、有源屏蔽技术以及谐振无功电流环等抑制措施上已经拥有许多进展性的研究成果。然而，上述研究方法只能部分减少无线输电发射线圈或接收线圈的辐射，不能从理论上完全将其消除。为了解决：1、发射线圈对周围环境的电磁辐射；

2、传统的无线电能传输系统发射线圈和接收线圈会随着两者之间的距离和偏移耦合系数会发生变化；

3、传统的无线电能传输系统发射线圈和接收线圈较难实现稳定的一对多，多对一发射和接收的问题；本发明提出一种发射线圈和带有该发射线圈的具有磁场约束特性的无线电能传输磁耦合机构的无线电能传输系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发射线圈和带有该发射线圈的具有磁场约束特性的无线电能传输磁耦合机构的无线电能传输系统，可以改善上述背景技术中提出的传统无线电能传输系统发射和接收线圈对周围环境的电磁辐射，尤其是磁场泄露、耦合系数随距离、偏移的变化以及难以稳定实现一对多或多对一电能传输的问题，有效的减少无线电能传输系统电磁辐射的危害，显著提升无线电能传输系统的性能。

为了克服发射线圈电磁辐射的问题：

其技术方案是一种发射线圈，所述发射线圈由导线呈螺旋缠绕形成的封闭的环形结构，各构成所述发射线圈的螺旋缠绕形成的封闭的环型与相邻环型紧密接触，呈密绕环形螺旋线圈结构，所述发射线圈横截面为圆形结构及其变型，所述发射线圈横截面为圆形或者方形，其中圆形可为正圆、椭圆等，方形可为正方形矩形等。

在上述或一些实施例中，为了进一步降低磁场泄露，所述发射线圈外包裹有金属屏蔽层，且屏蔽层沿其螺旋方向不构成通电回路。

为了克服传统无线电能传输发射和接收线圈随着距离和位置偏移耦合系数变化剧烈以及实现一对多或多对一的无线电能传输性能不佳的问题：

其技术方案是，一种具有磁场约束特性的无线电能传输磁耦合机构，包括原边侧发射线圈，副边侧接收线圈，所述原边侧发射线圈为权利要求1中所述的发射线圈，所述原边侧发射线圈形成穿插到副边侧接收线圈的磁耦合结构。

在上述或一些实施例中，所述副边侧接收线圈拥有空间里3个直线自由活动维度，且耦合系数恒定。

在上述或一些实施例中，所述多个原边侧发射线圈形成穿插到一个副边侧接收线圈的磁耦合结构。