[发明专利]一种非对称“LD”无线电能传输线圈结构及其应用

说明书

一种非对称“LD”无线电能传输线圈结构及其应用，包括相互对应的发射端线圈和接收端线圈，发射端线圈和接收端线圈包括串联连接的“L”型线圈和“D”线圈，“D”线圈外圈呈矩形，“D”线圈矩形的两边与“L”型线圈外圈竖边和横边相邻，接收端线圈的矩形尺寸小于发射端线圈矩形尺寸，发射端和接收端都是非对称的结构，采用两个不同的线圈组合在一起，且“L”型线圈与“D”型线圈相邻部分电流大小和方向相同，所产生的磁场区域叠加在了一起，磁力线更加密集，具有更好的传输效率，与“DD”线圈相比，有效磁通更大，扩大了无线电能传输系统的有效充电范围，有效地解决了磁场零点的问题，线圈偏移自由度优越于“DD”性线圈结构。

技术领域

本发明涉及无线电能传输领域，具体涉及一种非对称“LD”无线电能传输线圈结构及其应用。

背景技术

无线电能传输技术作为一种新型电能传输技术引起了国内外科研学者研究的广泛关注。它与电磁学、生物学、电力电子学、电子学等多个学科和领域都有所涉及，被称为引领世界未来的十大科学技术之一。目前的无线充电技术主要包括电磁感应耦合式、磁谐振耦合式以及微波传输三种。随着科学技术的突飞猛进，它已经被应用在了生物、医疗、军事、汽车、电子产品等领域。

在无线电能传输系统中，磁耦合结构作为无线电能传输技术中重要的环节，磁耦合结构之间的耦合强度和线圈的品质因数对于系统整体的传输性能起到了很大的作用，不少国内外学者致力于磁耦合结构的研究。在较大功率传输系统中，发射端与接收端之间存在着很大的气隙，导致电能在传输过程中会产生很大的漏磁场，不仅导致两个线圈之间的耦合系数的减小，影响了系统整体的传输效率和传输功率，同时对于人们的健康也带来了一定的威胁。为了增加接收线圈与发射线圈之间的耦合程度，达到更高的传输效率和更远的传输距离，很多研究者都对磁耦合结构进行了优化，尤其是对于线圈的优化，还有一些学者对于拓扑结构的研究有着很大的贡献，通过拓扑结构的分析，对于线圈的研究与优化有着很大的帮助。但是由于很多情况下场合的空间有限，对于线圈的结构要求严格，以至于常用的线圈漏磁很大，线圈间的耦合程度小，不能满足特殊情况下的传输效率和传输功率。

在现有的无线电能传输系统中常用的发射线圈与接收线圈大部分都是对称结构，例如圆形线圈、矩形线圈、“DD”型线圈等。如今电动汽车的无线充电技术是当代的热点话题，但是电动汽车上的空间有限，对于接收线圈的尺寸要求十分严格，除此之外，对于发射线圈来说，也受到了空间的限制。在采用多匝线圈进行绕制时，无疑增大了系统中的等效电阻,增加了系统中的损耗，不仅如此，线圈间的互感值与自感值也很难提高。再者，通常情况下，接受装置偏移自由度高，导致了传输效率的急剧下降，无法同时满足较远的传输距离和较高的传输效率。“DD”型线圈虽然提高了线圈之间的耦合和磁场强度，但是当偏移超过一定距离会产生磁场零点，传输效率大大降低。

现有技术中也有对无线传输线圈进行改进的技术，例如中国专利文献CN108900012A记载了一种太极型非对称无线电能传输线圈优化结构，发射线圈结构包括相互并联的太极型线圈和平面螺旋线圈，但曲线型的不规则线圈不利于线圈的工业化批量生产和绕制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种非对称“LD”无线电能传输线圈结构及其应用，该线圈结构相对于“DD”型线圈有效的解决了磁场零点的问题，具有更大的充电区域，可以实现中等距离电能的传输，在保证较高的传输效率情况下，具有较高的偏移自由度。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种非对称“LD”无线电能传输线圈结构，包括相互对应的发射端线圈和接收端线圈，发射端线圈和接收端线圈包括串联连接的“L”型线圈和“D”线圈，“D”线圈外圈呈矩形，“D”线圈矩形的两边与“L”型线圈外圈竖边和横边相邻，接收端线圈的矩形尺寸小于发射端线圈矩形尺寸。

上述的“L”型线圈以“L”型的横边终点为起点，进入“L”型折角内部，围绕“L”型依次向外缠绕，最外圈到达“L”型的横边时进入“D”型内部并从内向外缠绕。