一种应用于高铁列车无线充电的环抱耦合结构的制作方法

本发明属于无线充电装置技术领域，尤其是涉及一种应用于高铁列车的无线充电结构。

背景技术：

铁路作为一种运输量较大且经济的一种交通运输方式，在许多国家的经济生活中占有非常重要的地位，随着经济的发展，高速铁路逐渐发展起来，高速铁路速度快，安全性高，受气候变化影响小，正点率高，舒适方便，能源消耗低，经济效益好等优势，无论是对国民经济发展市场还是对于铁路行业自身，高铁都占据着重要地位，尤其是中国高铁，已经成为世界高铁的标杆。

高铁列车由于自身不具备能源驱动，只能从外部供电网获取电能，因此供电系统是整个高铁运行系统中至关重要的部分。传统的高铁供电方式是依靠列车顶部的受电弓与架空线路滑动接触来获取动力，这种供电方式很容易受到外界环境的影响。此外，弓网系统产生的高频噪声还对周围环境产生影响，同时其摩擦磨损严重降低了其使用寿命。

现有的高铁列车的动态无线供电系统，采用的是两个平板式线圈结构，这种结构使得磁场扩散，从而导致传输功率低，并且没有加入负载检测，一直给发射线圈供电，导致资源浪费。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种应用于高铁列车的无线充电的环抱耦合结构，具有传输效率高、传输效率稳定的特点。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种应用于高铁列车无线充电的环抱耦合结构，包括电磁波发射组件和电磁波接收组件；

所述电磁波接收组件包括上面板、两个侧面板以及两个环抱臂板，每个所述侧面板的一端连接所述上面板，另一端连接所述环抱臂板，构成环抱式结构，且每个所述侧面板分别垂直于所述上面板和所述环抱臂板；

所述上面板、所述侧面板以及所述环抱臂板内都设置有接收线圈，所述电磁波接收组件设置在高铁列车的底部的中间位置；

所述电磁波发射组件包括平板，所述平板内设置有发射线圈，所述平板的底部固定连接有绝缘柱体，所述绝缘柱体的另一端固定连接到铁路轨道上，所述平板设置在所述上面板和所述两个环抱臂板的中间且所述平板和所述上面板相互平行。

进一步的，所述平板内等距设置有多个发射线圈，所述发射线圈呈一排分布。

进一步的，所述上面板和所述环抱臂板内都设置有与所述发射线圈耦合的接收线圈，所述两个侧面板内都设置有接收线圈。

进一步的，所述上面板和所述平板之间的距离为0.15m～0.25m，所述平板和所述环抱臂板之间的距离为0.15m～0.25m。

进一步的，所述上面板和所述平板之间的距离为0.25m，所述平板和所述环抱臂板之间的距离为0.25m。

进一步的，所述上面板、所述侧面板、环抱臂板以及平板都为环氧板。

进一步的，所述上面板、所述侧面板以及所述环抱臂板外表面都设置有导磁体层。

相对于现有技术，本发明所述的一种应用于高铁列车的无线充电的环抱耦合结构具有以下优势：

(1)本发明所述的电磁波接收组件为环抱式结构，将发射线圈无接触包裹起来，接收线圈可以360度的与发射线圈进行磁场交互，避免了磁场的扩散，可提高传输功率。

(2)本发明所述的结构在线圈发生偏移的时候，使得系统的效率更加的稳定。

(3)与现有的高铁列车相比，将接收线圈放在列车底部，降低了高铁列车的中心，使得高铁更加平稳。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的环抱耦合结构示意图；

图2为本发明应用在高铁列车的整体效果示意图；

图3为本发明实施例所述的高铁列车60kw无线充电系统图；

图4为本发明实施例所述的无线充电主电路的原理图；

图5为本发明实施例所述的系统参数随横向偏移变化表；

图6为本发明实施例所述的系统参数随轴向间距变化表；

图7为本发明实施例所述的高铁列车60kw无线充电实验平台具体参数。

附图标记说明：

1-电磁波发射组件；11-平板；12-发射线圈；13-绝缘柱体；2-电磁波接收组件；21-上面板；22-侧面板；23-环保臂板；24-接收线圈。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1、2所示，一种应用于高铁列车无线充电的环抱耦合结构，包括电磁波发射组件1和电磁波接收组件2；

电磁波接收组件2包括上面板21、两个侧面板22以及两个环抱臂板23，每个所述侧面板22的一端分别连接到所述上面板21的两侧，另一端分别连接到所述两个环抱臂板23的一端，构成环抱式结构，且每个所述侧面板分别垂直于环抱臂板23和上面板21，所述上面板21、所述侧面板22以及所述环抱臂板23内都设置有接收线圈24；

所述电磁波发射组件1包括平板11，所述平板11内设置有发射线圈12，所述平板11的底部固定连接有绝缘柱体13，所述绝缘柱体13的另一端固定连接到铁路轨道上；所述平板11设置在所述上面板21和所述两个环抱臂板23的中间且平板11和上面板21相互平行。

所述电磁波接收组件2设置在高铁列车的底部的中间位置，因为电磁波接收组件2是环抱式结构，若将所述电磁波发射组件1安装在高铁列车的顶部，若遇到雨雪天气，雨水进入到电磁波发射组件1内是不容易排出来的，若长时间不将雨水排出，雨水渗入环氧板内与线圈接触，会发生短路，发生危险，所以必须要考虑到排水的问题，这样无形中又增加了成本，另外，电磁波接收组件的质量非常大，若将电磁波接收组件2设计在高铁的顶部，会将高铁列车的重心提高，高铁列车的最快速度可达350公里每小时，在高速行驶过程中，重心太高列车发生危险，综合考虑所以将电磁波接收组件2安装在高铁列车的底部的中间位置。

所述平板11内等距设置有3个圆形绕法的发射线圈12，所述发射线圈12呈一排分布，与所述发射线圈12相对应，所述上面板21内设置有3个圆形绕法的接收线圈24，所述两个侧面板22内都设置有1个接收线圈24，所述两个环抱臂板23内都设置有1个接收线圈24。

上面板21、侧面板22、环抱臂板23以及平板11都为环氧板，为了防止磁场扩散，上面板21、侧面板22以及环抱臂板23外表面都设置有导磁体层，因为电磁波接收组件2是环抱型结构，将发射线圈包裹起来，与发射线圈进行360度的磁场交互，所以不需要再加导磁体来进行磁屏蔽。

所述上面板和所述平板之间的距离为0.15m～0.25m，所述平板和所述环抱臂板之间的距离为0.15m～0.25m，具体的，上面板21和平板11之间的距离为0.25m，平板11和环抱臂板23之间的距离为0.25m；上面板21、环抱臂板23以及平板11内的线圈直径都为0.4m，侧面板22内的线圈直径为0.5m，绝缘柱体13为方形，边长为0.2m，高为0.6m。

本发明通过60kw无线充电系统具体实验数据，针对高铁列车动态无线充电系统的不同工况进行了细致分析：

本发明建立一个相对高铁列车小功率的实验平台进行分析验证，本实验平台是基于磁耦合谐振式60kw高铁列车无线充电系统，高铁列车60kw无线充电实验平台具体参数如图7所示；

如图3所示，图中高频变换电源输入三相交流380v/50hz，经整流滤波变换成直流电压u1，经逆变电路变换成高频交流电压v1～，其逆变频率由无线发射天线谐振回路和无线接收天线共振回路参数决定，无线接收天线谐振回路接收到的高频电压v2～经高频整流电路变换成直流电压u2，对高铁设备进行充电，充电时间和充电电压、电流由高铁设备的充电要求决定；

在无线电能发射端检测高频交流电压电流，经锁相环频率跟踪电路对逆变控制电路进行频率控制。在无线电能接收端检测高频交流电压电流，在充电储能装置负载端检测充电电压和电流，经无线数据发送，将检测数据发送到无线电能发射端。无线电能发射端的逆变控制根据高铁设备的充电要求进行充电电压、充电电流或分段控制产生对应的移相脉冲，经逆变驱动电路控制逆变电路工作。

如图4为无线充电主电路的原理图，系统高频变换电源输入三相交流380v/50hz，输出高频电能给发射线圈，基于磁耦合谐振原理，发射线圈将电能传输给接收线圈，接收线圈通过接收端整流后，将能量传到负载箱。

如图5所示，通过实验得到发射线圈和接收线圈在轴向间距不变的情况下，不同横向偏移量时的各个参数，可知发射线圈和接收线圈在轴向间距不变的情况下，系统效率随着横向偏移距离的增大而逐渐减小，在横向偏移距离为0cm时，系统效率最大为87.8％，在横向偏移距离为15cm时，系统效率最小为85.1％，由此可见，此线圈结构可以在线圈发生偏移的时候，使得系统的效率更加的稳定。

如图6所示，通过实验可以得到发射线圈和接收线圈在横向间距为0的情况下，不同轴向间距时的各个参数，可知发射线圈和接收线圈在横向间距为0的情况下，系统效率随着轴向间距的增大而先减小后增大，在轴向间距为25cm时，系统效率最大为87.8％，在轴向间距离为20cm时，系统效率最小为81.9％。

综上，本发明通过60kw无线充电系统具体实验数据，针对高铁列车动态无线充电系统的不同工况进行了细致分析。切实有效的反映出了不同参数的变化对系统发生的影响，从而得到了系统的真实工作特性。通过实验数据和实验结果分析可知，该结构在横向偏移时可使效率更加稳定，该结构实现效率最高的线圈轴间距离最佳为25cm。

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。