一种发射线圈结构及应用其的无线电能发射端 |
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| 申请号 | CN201510698458.3 | 申请日 | 2015-10-24 | 公开(公告)号 | CN105186720B | 公开(公告)日 | 2017-12-26 |
| 申请人 | 宁波微鹅电子科技有限公司; | 发明人 | 苏恒溢; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种发射线圈结构及应用其的无线 电能 发射端。发射线圈通过第一绕线和第二绕线并联结构，使得在产生相同的空间 磁场 的情况下，发射线圈的感值比 现有技术 中的发射线圈感值更小，这样，当接收端靠近发射线圈中，由于发射线圈本身的感值较小，接收端对发射线圈感值的影响也将大大减小，不会对原边发射线圈和谐振电容的阻抗匹配造成太大影响，提高了系统的电能传输效率。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种发射线圈结构，包括线圈和发射板，其特征在于，所述线圈包括输入端、输出端，第一绕线和第二绕线， |
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| 说明书全文 | 一种发射线圈结构及应用其的无线电能发射端技术领域[0001] 本发明涉及无线充电领域，更具体的说，涉及一种发射线圈结构及应用其的无线电能发射端。 背景技术[0002] 如图1所示为磁共振式无线电能传输装置的示意框图，发射端包括有原边发射线圈Ls和谐振电容Cs组成的谐振结构，其中，Ls包括激磁电感和漏感部分。接收端包括有副边接收线圈Ld和谐振电容Cd组成的谐振结构。为了保证无线功率能够有效传输，通常设置原副边谐振结构的谐振频率与系统的工作频率f0一致，比如设置为无线充电联盟(A4WP)标准中规定的6.78MHZ，此时传输效率最高。其中，图1中T为变压器。 [0003] 发射线圈接收输入电流，以产生空间磁场，接收线圈感应所述空间磁场，以获得相应的交变电压，但在工作过程中，当接收端靠近发射线圈时，会影响发射线圈周围磁场的分布，从而导致发射端圈Ls的感值发生变化。比如当接收端置于发射线圈周围不同位置时，发射线圈Ls的感值会不相同，或者是，当有多个接收端靠近时，发射端圈Ls的感值也会发生变化。此时，补偿电容Cs和发射线圈Ls阻抗不匹配，影响整个系统的能量传输效率。 发明内容[0004] 有鉴于此，本发明提出了一种发射线圈结构及应用其的无线电能发射端。该发射线圈采用两个绕线并联缠绕的方式，相对比现有技术中的单根绕线串联缠绕的方式，可以使得在产生相同的空间磁场的情况下，本发明的发射线圈的感值比现有技术中的感值大幅降低，这样接收端对发射线圈的感值影响也大大减小，发射线圈和原边的补偿电容处于阻抗匹配状态，保证系统的传输效率高。 [0005] 依据本发明的一种发射线圈结构，包括线圈和发射板，所述线圈包括输入端、输出端，第一绕线和第二绕线， [0006] 所述输入端和输出端为同一平面上相邻的两个端点； [0007] 所述第一绕线的第一端连接至输入端，第二端连接至输出端，所述第二绕线的第一端连接至输出端，第二端连接至输入端； [0008] 所述第一绕线和第二绕线以输入端和输出端之间连线的中垂线为对称轴对称缠绕，以共同形成N匝线圈，其中，N≧1。 [0009] 进一步的，当所述线圈的匝数N为奇数时，则所述第一绕线和第二绕线以所述中垂线为对称轴进行对称缠绕，以获得所述N匝线圈，且第一绕线和第二绕线通过所述中垂线位置； [0010] 当所述线圈的匝数N为偶数时，则所述第一绕线和第二绕线以所述中垂线为对称轴进行对称缠绕，以获得所述N匝线圈； [0011] 优选的，所述第一绕线和所述第二绕线材质、粗细和长度均为相同。 [0012] 优选的，所述第一绕线和所述第二绕线共同形成的N匝线圈为具有对称结构的线圈结构。 [0013] 优选的，所述第一绕线和所述第二绕线共同形成N匝圆形线圈或方形线圈或椭圆形线圈。 [0014] 优选的，所述线圈贴合放置于所述发射板之上。 [0017] 所述开关控制电路用以控制所述逆变电路中开关管的开关动作，以使得所述逆变电路中的开关管在零电压处导通； [0018] 所述发射部分包括有发射线圈和谐振电容，所述发射线圈上述的发射线圈结构，所述谐振电容与所述发射线圈的谐振频率与预设频率一致。 [0019] 优选的，所述预设频率为所述电能发射端和所述电能接收端的系统工作频率。 [0020] 依据上述的发射线圈结构及应用其的无线电能发射端。发射线圈通过第一绕线和第二绕线并联对称缠绕，以获得N匝线圈，使得在产生相同的空间磁场的情况下，发射线圈的感值比现有技术中串联缠绕的感值更小，例如，在同样的匝数下，本发明中发射线圈感值可以比现有技术中的串联结构的发射线圈感值减小75％，这样，当接收端靠近发射线圈中，由于发射线圈本身的感值较小，接收端对发射线圈感值的影响也将大大减小，不会对原边发射线圈和谐振电容的阻抗匹配造成太大影响，提高了系统的电能传输效率。附图说明 [0021] 图1所示为磁共振式无线电能传输装置的示意框图； [0022] 图2所示为现有技术中发射线圈的一匝线圈的结构图； [0023] 图3所示为依据本发明的发射线圈的第一实施例的结构图； [0024] 图4所示为现有技术中发射线圈的两匝线圈的结构图； [0025] 图5所示为依据本发明的发射线圈的第二实施例的结构图。 具体实施方式[0026] 以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。 [0027] 现有技术中发射线圈常采用串联连接的方式，如图2所示，以一匝发射线圈为例，所述发射线圈的绕线从A端绕至B端，记绕线的中点为O点，则所述发射线圈可看为绕线AO和绕线OB两部分串联连接在一起，设AO部分绕线的感值为0.5Ls，则所述发射线圈的总感值为Ls。 [0028] 而采用本发明的发射线圈结构，所述发射线圈结构包括线圈和发射板，所述线圈贴合放置于所述反射板，如图3所示，所述线圈包括输入端如A端、输出端如B端、第一绕线①和第二绕线②，A端和B端为同一平面上相邻的两个端点，本实施例中定义电流从A端输入，从B端输出，容易理解，电流流向可以互换。第一绕线①和第二绕线②的两个端点分别接所述A端和B端，以形成并联连接结构，第一绕线①和第二绕线②以输入端和输出端之间连线的中垂线为对称轴对称缠绕，共同形成N匝线圈，其中，N≧1，这里以一匝圆形线圈为例，如图3所示，本实施例中，第一绕线①和第二绕线②的材质、粗细和长度均为相同，例如，第一绕线①和第二绕线②的绕线长度分别包括半个圆弧和中垂线的长度，第一绕线①和第二绕线②在中垂线所在位置的长度为相等。本领域技术人员可知，所述N匝线圈还可以为方形、椭圆形或其他有对称结构的图形。 [0029] 根据图3所示的结构图，第一绕线①与图2中AO部分的绕线长度为近似相等，在材质、粗细等均相同的情况下，则第一绕线①的感值也为0.5Ls，同理，第二绕线②的感值亦为0.5Ls，则本实施例中的发射线圈的总的感值为Ls/4。当绕线中通过相同大小的电流时，如输入端输入2IX的电流，则第一绕线①和第二绕线①中的电流均为IX，本实施例中由于第一绕线①和第二绕线①在中垂线所在位置的长度为相等，因此在中垂线处产生的磁场相互抵消，如现有技术中一匝线圈中也通过IX的电流，则本实施例产生的空间磁场与现有技术中产生的空间磁场为相等大小，而根据上述感值的计算，本实施例中的线圈的感值仅为现有感值的1/4，也就是说，相比于现有技术，本实施例中的发射线圈结构感值降低了75％，这样，外界因素对发射线圈感值的影响也将大大减小。例如，把同样的电能接收端放置在图2和图3所示发射线圈周围同一位置时，接收端对发射线圈周围磁场的影响百分比是一致的，如使图2和图3所示线圈的感值都降低20％，即图2所示线圈感值降低了0.2*Ls＝Ls/5，图3所示线圈感值降低了0.2*Ls/4＝Ls/20。显然，可以看到，采用图3所示并联的线圈结构，线圈感值变化相比于串联结构的发射线圈大大减小，使得发射线圈的感值更加稳定。 [0030] 在所述发射线圈应用于无线电能传输装置中时，由于电能发射端和电能接收端工作在系统工作频率f0时，传输效率最高，采用本发明实施例的发射线圈，在频率f0工作点上，发射线圈的阻抗只变化了2πf0Ls/20，f0为系统谐振频率，极大地降低了发射线圈阻抗不匹配的程度，系统传输效率保持较高。 [0031] 图4所示为现有技术中发射线圈的两匝线圈的结构图，同理的，现有技术中是通过一根绕线获得两匝线圈，两个端点为A端和B端，则在所述绕线的中间位置设为O点，这样所述绕线可以看成为AO和OB两个绕线的串联连接，记AO和OB绕线的感值为0.5Ls，则现有技术中的两匝线圈的总感值为Ls。而根据本发明实施例的绕线方式，参考图5所示为依据本发明的发射线圈的第二实施例的结构图，通过两根绕线，如图5中第一绕线①和第二绕线②并联连接的方式，第一绕线①的第一端接A端，第二端接B端，第二绕线的第一端接B端，第二端接A端，第一绕线①和第二绕线②关于AB端的中垂线对称缠绕，并且，第一绕线①和第二绕线②共同形成两匝圆形线圈。本实施例中，第一绕线①和第二绕线②的感值均为0.5Ls，则图5中所示线圈的总感值为Ls/4，在每个绕线中都通过相同的电流时，本发明实施例的发射线圈和现有技术中的发射线圈产生的空间磁场大小是一样的，而感值却至少减低了75％，同样具有感值稳定，传输效率高。 [0032] 最后，本发明还公开了一种无线电能发射端，以向隔离的电能接收端传输能量，所述无线电能发射端包括逆变电路、开关控制电路和发射部分，所述逆变电路接收外部直流电源，以产生高频交变电压信号；所述开关控制电路用以控制所述逆变电路中开关管的开关动作，以使得所述逆变电路中的开关管在零电压处导通，所述逆变电路可为现有技术中全桥或半桥或ClassE或ClassD等逆变电路，所述开关控制电路可以为现有技术或改进的控制电路，如为专利申请号为201520579872.8中所述的软开关控制电路结构。 [0033] 所述电能发射端还包括有发射线圈和谐振电容，所述发射线圈为上述的发射线圈结构，所述谐振电容与所述发射线圈的谐振频率与预设频率一致，所述预设频率为所述电能发射端和所述电能接收端的系统工作频率。 [0034] 通过上述的并联绕线结构，可以使得电能发射端的发射线圈的感值大大减小，因此，在工作过程中，电能接收端对发射线圈的感值影响也将大大减小，可使得电能发射端的发射线圈和谐振电容阻抗不匹配程度大大降低，系统传输效率保持较高。 [0035] 需要指明的是，本发明实施例中以一匝或两匝线圈示例说明本发明的发明构思，但本领域技术人员可知，本发明可推理至多匝线圈结构，其原理与一匝或两匝线圈是相同的，亦可以使得发射线圈的感值大大减小，取得稳定性好，能量传输效率高的有益效果。 [0036] 以上对依据本发明的优选实施例的发射线圈结构及应用其的无线电能发射端进行了详尽描述，本领域普通技术人员据此可以根据上述实施例推知其他相似结构以及布局等均可应用于本发明，在本发明的思想范围内作的修改和替换均在本发明的保护范围之内。 |
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