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1、(10)申请公布号 CN 103825345 A (43)申请公布日 2014.05.28 CN 103825345 A (21)申请号 201410066171.4 (22)申请日 2014.02.26 H02J 7/02(2006.01) H01F 17/04(2006.01) (71)申请人 武汉大学 地址 430072 湖北省武汉市武昌区珞珈山武 汉大学 (72)发明人 王军华 刘开培 刘亮 (74)专利代理机构 武汉科皓知识产权代理事务 所 ( 特殊普通合伙 ) 42222 代理人 鲁力 (54) 发明名称 一种特殊螺旋线圈无线电源充电装置 (57) 摘要 本发明涉及一种电能传输装置。
2、， 具体涉及一 种特殊螺旋线圈无线电源充电装置， 包括发射端 和接收端 ； 所述发射端包括电源、 与电源连接的 控制驱动电路、 以及与控制驱动电路连接的发射 线圈组件 ； 所述接收端包括接收线圈组件、 与接 收线圈组件连接的电力电子电路 ； 所述电力电子 电路与目标负载或电池系统连接 ； 通过发射线圈 组件以及接收线圈组件， 得到磁共振频率从而给 目标负载或电池系统充电。 因此， 本发明具有如下 优点 ： 充电和被充电装置无物理接触， 装置本身 尺寸小， 充电效率高和充电充电时间短。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局。
3、 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103825345 A CN 103825345 A 1/1 页 2 1. 一种特殊螺旋线圈无线电源充电装置， 其特征在于， 包括发射端和接收端 ； 所述发 射端包括电源、 与电源连接的控制驱动电路、 以及与控制驱动电路连接的发射线圈组件 ； 所 述接收端包括接收线圈组件、 与接收线圈组件连接的电力电子电路 ； 所述电力电子电路与 目标负载或电池系统连接 ； 通过发射线圈组件以及接收线圈组件， 得到磁共振频率从而给 目标负载或电池系统充电。 2. 根据权利要求 1 所述的一种特殊螺旋线圈无线电源充电装置， 。
4、其特征在于， 所述发 射端还包括电源的内阻以及参考点 ； 所述制驱动电路包含逆变电路， 能够将电源频率转变 为与用户定义的共振频率相匹配。 3. 根据权利要求 2 所述的一种特殊螺旋线圈无线电源充电装置， 其特征在于， 所述发 射线圈组件包括串联的发射电感器和电容器 ， 以及与发射电感器和电容器并联的电容 ； 依 次串联的电容器和发射电感器接到控制驱动电路的两极。 4. 根据权利要求 3 所述的一种特殊螺旋线圈无线电源充电装置， 其特征在于， 所述接 收线圈组件包括连接在电力电子电路两极的接收电感器 ； 所述电力电子电路两个输出端与 目标负载或电池系统连接。 5. 根据权利要求 4 所述的一种。
5、特殊螺旋线圈无线电源充电装置， 其特征在于， 发射端 线圈组件的发射电感器包括中心线圈组件和设置在中心线圈组件周围的若干环绕线圈组 件 ； 所述环绕线圈组件包括铁氧体磁芯以及绕在铁氧体磁芯上的环绕部件线圈 ； 所述中心 线圈组件包括中心铁氧体磁芯和绕在中心铁氧体磁芯上的中心部件线圈 ； 所述接收线圈组 件的接收电感器包括接收铁氧体磁芯以及绕在接收铁氧体磁芯上的接收端线圈。 权 利 要 求 书 CN 103825345 A 2 1/3 页 3 一种特殊螺旋线圈无线电源充电装置 0001 技术领域 0002 本发明涉及一种电能传输装置， 具体涉及一种特殊螺旋线圈无线电源充电装置。 背景技术 000。
6、3 我国电力领域的发展， 特别是特高压输电线路的快速布局， 使得传统完全由人工 对高压变电站监测巡视的方式越来越不能满足需求。 也使得变电站自动巡更车的发展和部 署得到了极大地促进。 目前， 最常见的变电站自动巡更车充电方式是电池和充电器之间通 过铜电缆直接连接到电网进行充电。 然而， 这种通过导体连接的充电方式有很多缺点， 如 ： （1） 有用户触电的危险，（2） 火灾隐患，（3） 短路和 （4） 给用户带来不便。 0004 与导体连接的充电方式相比， 变电站自动巡更车无线充电更安全、 方便、 自主。 无 线充电器因为天然的电网隔离， 其可靠性和安全性得到极大提升。 电能传递通过发射线圈 与。
7、安装在巡更车上的接收线圈通过适当距离进行的， 可以消除电缆、 连接器和插头引起的 任何不便， 是一个自主的充电系统。 0005 目前的无线电源充电装置主要基于两种方法 ： 电感耦合和磁共振。磁共振方法已 被广泛用于信号传输， 但是它在电能传输中的应用鲜有报道。 磁共振充电在 MHz 级的频 率的应用能加剧电磁兼容性 （EMC） 问题， 对用于与该充电器的电力电子转换器具有挑战性， 使电子电路损耗增加， 从而降低了系统的效率。 这个问题的解决方案之一是通过电力电子 转换器使用的软开关技术。 但是这种方法往往使充电设备的尺寸变大， 引入更多的复杂 性， 也使充电装置的成本增加。 发明内容 0006。
8、 本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题 ； 提供了一种充电和被充电装置无 物理接触， 装置本身尺寸小， 充电效率高和充电时间短的一种特殊螺旋线圈无线电源充电 装置。 0007 本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的 ： 一种特殊螺旋线圈无线电源充电装置， 其特征在于， 包括发射端和接收端 ； 所述发射端 包括电源、 与电源连接的控制驱动电路、 以及与控制驱动电路连接的发射线圈组件 ； 所述接 收端包括接收线圈组件、 与接收线圈组件连接的电力电子电路 ； 所述电力电子电路与目标 负载或电池系统连接 ； 通过发射线圈组件以及接收线圈组件， 得到磁共振频率从而给目标 负载或电池系统。
9、充电。 0008 在上述的一种特殊螺旋线圈无线电源充电装置， 所述发射端还包括电源的内阻以 及参考点 ； 所述制驱动电路包含逆变电路， 能够将电源频率转变为与用户定义的共振频率 相匹配。 0009 在上述的一种特殊螺旋线圈无线电源充电装置， 所述发射线圈组件包括串联的发 说 明 书 CN 103825345 A 3 2/3 页 4 射电感器和电容器 ， 以及与发射电感器和电容器并联的电容 ； 依次串联的电容器和发射电 感器接到控制驱动电路的两极。 0010 在上述的一种特殊螺旋线圈无线电源充电装置， 所述接收线圈组件包括连接在电 力电子电路两极的接收电感器 ； 所述电力电子电路两个输出端与目标。
10、负载或电池系统连 接。 0011 在上述的一种特殊螺旋线圈无线电源充电装置， 发射端线圈组件的发射电感器 包括中心线圈组件和设置在中心线圈组件周围的若干环绕线圈组件 ； 所述环绕线圈组件包 括铁氧体磁芯以及绕在铁氧体磁芯上的环绕部件线圈 ； 所述中心线圈组件包括中心铁氧体 磁芯和绕在中心铁氧体磁芯上的中心部件线圈 ； 所述接收线圈组件的接收电感器包括接收 铁氧体磁芯以及绕在接收铁氧体磁芯上的接收端线圈。 0012 因此， 本发明具有如下优点 ： 充电和被充电装置无物理接触， 装置本身尺寸小， 充 电效率高和充电时间短。 附图说明 0013 图 1 是本发明的实施例装置示意模型。 0014 图 。
11、2 是本发明的实施例装置等效电路图。 它是以共振方法为基础的充电器， 从电 网把电能传输到目标负载或电池系统。 0015 图 3a 是本发明的实施例结构中发射端的线圈和磁芯排布示意图。 0016 图 3b 是本发明的实施例结构中接收端的线圈和磁芯排布示意图。 具体实施方式 0017 下面通过实施例， 并结合附图， 对本发明的技术方案作进一步具体的说明。 0018 实施例 ： 本发明包括发射端和接收端 ； 其中发射端是一个片状或类似的基本单元， 通过施加一 个高频的交流电流给发射线圈或其它类型的导体， 从而产生交变的磁场。接收端线圈通过 交变磁场接收传递过来的能量， 并将其传输到负载或电池系统。。
12、 接收端后面可以接电力电 子变换器， 把输出的电压和电流转换为合适目标负载或电池系统的电压和电流。 可以在上 面所描述的系统引入电流和 / 或电压反馈和一个控制器， 以提高其效率的发射端和接收端 之间的功率传输。 0019 在这个实施例装置中， 接收端可以引入额外的测量电路的电流和 / 或电压的电 路， 用来辨识负载或电池系统状态， 或引入测量反馈给发射端的其他参数的电路。 0020 充电装置的电源侧由电子电路 （例如， 基于MOSFET的或其它器件为基础的转换器） 控制开关频率， 产生适当交变频率的电压和电流给发射端。 接收线圈通过产生的交流磁场 感应出电流， 从而接收到能量。 接收线圈中的。
13、电流， 经过整流和电容器滤波后， 给目标的负 载或电池系统供电。 0021 线圈按照阵列方式布置， 可以最大化地利用发射线圈的面积。 发射端和接收端之 间在空间中的磁通分布是均匀的。 此外， 发射端的每个线圈可以被分别控制， 以适应接收 端的负载或电池系统的要求。 0022 如上所述， 本发明利用发射接收两线圈以形成共振电路， 该实施例系统的主要特 说 明 书 CN 103825345 A 4 3/3 页 5 点是通过适当的设计线圈使得它们达到共振， 每组线圈都有一个固有共振频率， 即本征频 率。 本发明所设计的充电装置， 比现有技术的变电站自动巡更车有线式充电系统， 可以做 到无物理接触， 。
14、更小的尺寸， 较高的效率和更短的充电时间。 0023 图 1 是实施例装置示意模型。充电时， 充电装置 110 载着内置接收端线圈 120 停 在充电平台 160 设置的发射线圈 130 上。 发射线圈 130 通过导线从电源接口 140 获得电 能， 从而实现给充电电池充电。150 为充电装置携带监测设备以及通信装置。 0024 图 2 是本发明的充电实施例装置等效电路图。发射端 200 包括电源 201 和其 内阻 202 以及参考点 240、 控制驱动电路 210 和发射端线圈 220， 电源 201 可以从电力电 子电路中或者其它方法获取， 控制驱动电路 210 包含逆变电路， 可以将。
15、电源频率转变为与 所设计的共振频率相匹配。本发明所述的变电站自动巡更车电池充电装置的关键特点是 ： 通过设计发射端线圈以及接收线圈， 得到磁共振频率。所设计的发射端线圈 220 用电感器 221 和电容器 222， 以及外接并联电容 223 来表示。 发射端线圈 220 包括依次串联的电容 222 和电感 221 后接到控制驱动电路 210 的两极。发射端线圈 220 的 连接到输入方波或正 弦波的 AC 高频电源上。 接收端 230 的两端子连接到接收端电力电子电路 250 的两个输 入端， 接收端线圈用电感器 231 表示。接收端电力电子电路 250 的两个输出端与目标负载 或电池系统 2。
16、60 连接。接收线圈 230 通过磁共振从发射线圈 220 接收电能。 如上所述， 接收线圈连接到电力电子电路 250， 电力电子电路 250 控制 260 的电压和电流。 电子电 路 250 的拓扑和目标负载 260 按应用场合不同而定 。 0025 如前所述， 发射线圈的磁场通过迭代程序设计为均匀场。图 4 是本发明的实施例 装置中的线圈和磁芯排布。 为了更好地利用空间， 在发射端 300， 线圈和铁氧体磁芯 由所 示方法布置。 发射端线圈所产生的磁通由 图 3a 所示的环绕部件 310 线圈和铁氧体磁芯 330、 中心部件 320 和中心铁氧体磁芯 340 共同作用产生的。 图 3b 是。
17、接收端线圈 410 和接 收端铁氧体磁芯 420 示意图 。接收端 400 可以定位在任何一个发射端线圈， 从而给与发射 线圈对准的接收线圈 410 传输电能， 在图 4 中， 本质上， 铁氧体磁芯 330 和中心铁氧体磁芯 340 是相同的部件， 中心部件 320 和环绕部件 310 线圈为相同的部件线圈 ； 本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。 本发明所属技术领域的 技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代， 但 并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。 说 明 书 CN 103825345 A 5 1/2 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103825345 A 6 2/2 页 7 图 3a 图 3b 说 明 书 附 图 CN 103825345 A 7 。