一种具有阻抗匹配功能的无线输电线圈的制作方法

本发明本属于无线电能传输与转换领域，主要应用在磁共振无线电能传输系统中，涉及到一种具有阻抗匹配功能的无线输电的谐振线圈。

背景技术：

无线电能传输技术的应用，拓展了电能输送的方法，在一定程度上减小了对有线供电方式的依赖，从而避免了在一些特殊场合，比如矿场、海底等，传统导线供电时的安全问题，具有更高的灵活性和安全性。磁共振耦合无线电能传输技术作为无线输电的基本方式之一，自2007年美国麻省理工学院的研究人员首次提出后，因该技术在传输效率、传输功率及传输距离上的明显优势，得到了国内外研究人员的广泛关注，其应用领域也逐步拓展到了电动汽车、可植入医疗设备和便携式电子产品等。

磁共振耦合无线电能传输技术利用两个或多个具有相同谐振频率及高品质因数的电磁系统，通过工作于特定频率的电感及电容的耦合作用产生电磁谐振，高频电能在谐振线圈工作的近场区域发生大比例交换并被负载吸收。谐振线圈作为无线电能传输的桥梁，在整个系统中起着至关重要的作用，决定了能量传输的距离，功率以及效率等性能参数，性能优良的谐振线圈有利于提高系统性能。

目前，谐振线圈多采用两端馈电方式，其阻抗在固定频率下保持不变，阻抗匹配需要借助其他手段实现，如添加额外的阻抗匹配网络或增加阻抗匹配线圈，匹配及调节的方法复杂程度高，不利于无线输电的工作效率提升。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出一种具有阻抗匹配功能的无线输电线圈，其输入阻抗可调，能够准确匹配高频电源输出阻抗或负载阻抗，从而实现高效率无线输电。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种具有阻抗匹配功能的无线输电线圈，主要包括螺旋线圈1、同轴线输入端2、匹配杆3和短路环4；同轴线输入端2作为高频电能馈送端，位于螺旋线圈1中心位置，同轴线输入端2的外屏蔽套与螺旋线圈1相连；匹配杆3与同轴线输入端2的芯线相连并被短路环4短路连接于螺旋线圈1，螺旋线圈1的输入阻抗通过移动短路环4进行调节。

进一步的，所述螺旋线圈1整体呈圆柱状螺旋结构，总长度为工作频率所对应的半波长。

进一步的，所述匹配杆3呈弧形，匹配杆3所在圆的圆心与螺旋线圈1的中心重合。

更进一步的，所述匹配杆3总长度为匹配杆3所在圆的三分之一弧长。

更进一步的，所述匹配杆3位于螺旋线圈1内侧，与螺旋线圈1相距8cm～10cm。

进一步的，所述短路环4由铜片制成，在匹配杆3与螺旋线圈1之间移动。

相对于现有技术，本发明所述的一种具有阻抗匹配功能的无线输电线圈具有以下优势：

本发明输入阻抗可通过移动匹配杆与螺旋线圈之间的短路环进行调节，能够准确匹配高频电源输出阻抗或负载阻抗，使高频电能高效地传输出去。本发明可作为磁共振耦合无线电能传输系统中的发射线圈或接受线圈，匹配灵活,调节方法简便，有效提高了无线电能传输的效率。

附图说明

图1是本发明实施例的整体结构图；

图2是本发明实施例的输入端细节图；

其中：

1：螺旋线圈；2：同轴线输入端；3：匹配杆；4：短路环。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，本发明的一种新型具有阻抗匹配功能的无线输电线圈，包括有：螺旋线圈1，同轴线输入端2，匹配杆3，短路环4。螺旋线圈1整体呈圆柱状螺旋结构，所述的同轴线输入端2是高频电能的馈送端，其位于螺旋线圈的中心位置；

所述的螺旋线圈半径为30cm，它由外径为8mm，内径为6mm的紫铜管制成，紫铜管总长度为工作频率所对应的半波长。

所述的匹配杆3呈弧形，位于螺旋线圈1内侧，与螺旋线圈1相距10cm，匹配杆3所在圆的圆心与螺旋线圈1的中心重合。匹配杆3由外径为8mm，内径为6mm的紫铜管制成，紫铜管总长度为匹配杆3所在圆的三分之一弧长。

匹配杆3呈弧形，并且其所在圆的圆心与螺旋线圈1的中心重合，这样设计便于短路环4在匹配杆3与螺旋线圈1之间移动；匹配杆3的长度选取主要是由于需要在螺旋线圈1上寻找最佳匹配点，实验表明这样设计的匹配杆3的长度足够满足最佳匹配点的寻找；匹配杆3的位置位于螺旋线圈内侧，主要是因为尽可能减小螺旋线圈所占空间，并且方便短路环4的移动。

如图2所示，螺旋线圈1的中心与同轴线外屏蔽套相连，匹配杆3与同轴线的芯线相连并被短路环4短路，所述的短路环4由宽10mm，厚1mm的铜片制成，它将匹配杆3与螺旋线圈1相连，并能在匹配杆3与螺旋线圈1之间移动。线圈的输入阻抗可通过移动短路环4进行调节，从而与高频电源的输出阻抗或负载阻抗匹配，并将馈送到线圈上的高频电能发射出去。

本发明的一种新型具有阻抗匹配功能的无线输电线圈，其输入阻抗可通过移动匹配杆3与螺旋线圈1之间的短路环4进行调节，从而与高频电源的输出阻抗或负载阻抗匹配，使高频电能高效地传输出去。该线圈可作为磁共振耦合无线电能传输系统中的发射线圈或接受线圈，具有输入阻抗可调、匹配灵活、操作简便等优点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明公开一种新型具有阻抗匹配功能的无线输电线圈，属于无线电能传输与转换范畴，可以实现对无线输电电源的输出阻抗或负载阻抗的匹配，从而进行高效率的无线电能传输，具有广阔的应用前景。本发明解决了传统无线输电线圈阻抗不可调的问题，可灵活调节线圈的输入阻抗，主要包括有：螺旋线圈(1)；同轴线输入端(2)；匹配杆(3)；短路环(4)。本发明可作为无线电能传输系统中的发射线圈或接收线圈，具有输入阻抗可调、匹配灵活、操作简便等优点。

技术研发人员：张献;孟浩;王朝晖;金耀;倪雪晶;王杰;高妍;白雪宁
受保护的技术使用者：天津工业大学;中国电力科学研究院有限公司;国家电网公司;国网江西省电力有限公司电力科学研究院
技术研发日：2017.12.25
技术公布日：2018.05.15