[发明专利]采用空心铜管的新型水冷无线电能传输装置

说明书

本发明公开了一种使用空心铜管作为绕制磁耦合谐振式无线电能传输系统中耦合线圈的材料，并在铜管内通入绝缘冷却液降低耦合线圈温度的方法。本发明装置包括：由铜管制成的耦合线圈、接线端子、水泵、散热器。由于电流的热效应，耦合线圈上会产生较高的热量，导致线圈温度上升，又因为金属电阻率具有正温度系数导致线圈的电阻增大，进而导致线圈上的电能损耗增加，对系统能量传输效率产生消极影响。空心铜管代替传统实心铜线不仅能增大导体表面积降低导体上趋肤效应造成的损耗，而且在通入流动绝缘冷却液体后能增强线圈散热能力降低能量损耗，保护耦合线圈周边电路中的电子元器件免受高温影响。提出上述方法旨在提高无线能量传输系统的传输能力，保障系统安全平稳运行。

技术领域

本发明涉及无线电能传输领域，采用空心铜管绕制耦合线圈并通入绝缘冷却液为耦合线圈降温的装置。

背景技术

发射线圈和接收线圈是无线能量传输系统中能量耦合的重要组成部分，传统的耦合线圈多为实心铜线绕制而成。在高频大功率的无线能量传输中，由于实心导线线圈存在趋肤效应，当线圈中通入交流电时，导体内部的电流分布不均匀，电流集中在线圈外表的薄层，越靠近导体表面，电流密度越大，导体内部实际上电流较小，导线利用率低，结果使导体的电阻增加；再加之导线间的邻近效应，使系统的传输效率大大降低，严重影响对负载的供能。

在无线能量传输系统中，当系统持续工作时，由于金属导体的电阻率有正的温度系数，温度升高的同时耦合线圈的电阻随之增大。线圈过热带来的问题会严重影响系统的安全稳定运行。因此针对上述问题，提出一种优化的装置显得有意义。

发明内容

本发明提供采用空心铜管作为耦合线圈进行无线电能传输的一种装置，并且在外部使用水泵将冷却液通入铜管中循环带走热量降低系统工作时耦合线圈及周边电路的温度，并优化无线电能传输系统中线圈持续工作时线圈温度上升导致传输效率降低的问题，能够实现电能在发射和接收两侧安全且高效率的无线供电，确保受电端能够持续高效的工作。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种采用铜管作为耦合线圈并且对其降温的无线电能传输方案。

该方案通过采用螺旋型空心铜管作为耦合线圈，并且通入流动冷却液来降低线圈温度来解决上述问题。

本发明装置包括耦合线圈，接线上端子，接线下端子，绝缘软管，水泵，散热器。

耦合线圈其特征在于：两个线圈是由空心铜管缠绕制成。所述的耦合线圈绕制成多层螺旋型结构。

所述的发射线圈和接收线圈水平对齐放置。

所述的该耦合线圈包括上端头，铜管层以及下端尾。

所述的接线上端子和接线下端子均与外部电路通过导线连接。

所述的散热器特征是提供较大散热面积为冷却液降温。

所述的空心铜管线圈的两个端口通过绝缘软管与水泵和散热器连接。

所述的水泵和散热器也通过绝缘软管连接。水泵装置在电机的作用下将水泵箱里的绝缘冷却液经绝缘软管从铜管下端内壁通入冷却液，铜管上端的冷却液流进散热器内进行冷却，冷却液在整个装置中循环起来。

本发明具有以下优点：1.耦合线圈采用空心铜管绕制成螺旋结构来进行无线电能传输，空心铜管制成的线圈与其他常用的截面面积相同的导体结构相比，空心铜管的有效表面积大于实心铜线，弱化趋肤效应以减少线圈中的能量损耗。2.由于电流的热效应，耦合线圈上会产生较高的热量，导致线圈温度上升，又因为金属电阻率具有正温度系数导致线圈的电阻增大，进而导致线圈上的电能损耗增加，将流动冷却液通入空心铜管内壁，冷却液可以带走耦合线圈的热量，降低导体温度进而减少能量损耗，提升无线电能传输系统效率。3.使用水泵和散热器的作用是降低线圈及周边电路温度，保护线圈周围电子器件和保证系统安全稳定运行。

附图说明