提高移动无线电能输电质量的四线圈接收装置及其应用的制作方法

本发明涉及电路设计及磁路设计技术领域，属于双极性移动无线电能传输领域，具体地，涉及一种提高移动无线电能输电质量的四线圈接收装置及其应用。

背景技术：

无线充电技术致力于切除困扰人们生活的“最后一段”电线，将给人们的生活带来巨大的方便性和变革。在未来的智能家居中，家用电器将不再受到电线的束缚而自由摆放，无线充电桌面将会让所有智能终端不再需要拖着电线的充电器。化石能源日渐枯竭，环境污染对人们生活的影响日趋严重，电动汽车替代燃油汽车的呼声越来越高，无线充电公路将会让电动汽车不再具有途中缺电而无法充电的先天不足，使电动汽车更具竞争力。

无线充电技术的改进与完善将会促进我们走向更智能的生活。针对电动汽车无线充电的应用，主要分为两类：一类是定点的无线充电，另一类是在移动中为设备补充电能。对于移动中的无线电能传输而言，因为受电目标(接收电能或者消费电能的设备，如电动自行车、电动汽车等)的位置是快速移动的，在实际应用过程中为了能够改善整体磁路情况常使用分极性的发射机构，但实际运行时会使副边感生的电压产生明显的波动，这严重影响了无线能量传输的质量，同时会损坏储能设备，影响了电动汽车等设备的使用效果。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种提高无线电能输电质量的四线圈接收装置及其应用的设计，以达到降低分极性无线供电方案的电压波动问题。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

根据本一种提高移动无线电能输电质量的四线圈接收装置，包括四线圈接收结构和外侧整流电路，所述四线圈接收结构包括两组线圈组，其中每一组线圈组均包括两个彼此相连、绕向相反的线圈，两个线圈在同一时刻对应于不同的磁场极性；每一组线圈组的输出端均与一个外侧整流电路相连接。

优选地，线圈组与外侧整流电路之间采用如下任一种连接结构：

-串联叠加结构：每一组线圈组的输出端引出线分别连接至一个全桥整流电路上，并将两组线圈组对应的全桥整流电路输出端串联，实现两组线圈组通过磁场得到的电压相互叠加；

-并联叠加结构：每一组线圈组的输出端引出线分别连接至一个全桥整流电路上，并将两组线圈组对应的全桥整流电路输出端并联。

优选地，每一组线圈组内的两个线圈之间设有间距。

优选地，每一组线圈组内的两个线圈正对着不同极性的发射极，使两个线圈在空间磁场中相差180度相位角，从而使得空间磁场在两个线圈上感生出两个相反的电动势，并通过两个线圈之间绕向相反的物理结构，在这两个线圈上产生的电动势得以叠加。

优选地，两组线圈组在空间磁场中相差90度相位角，从而使得在其中一组线圈组通过的磁通量最大时，另一组线圈组通过的磁通量最小。

优选地，两组线圈组在前进方向上相差四线圈接收装置整体长度的四分之一，并在磁场角度上分别对应于空间磁场的峰值处和谷值处。

根据本发明的另一个方面，提供了一种上述提高移动无线电能输电质量的四线圈接收装置的应用，用于电动汽车的移动无线充电，四线圈接收装置安装于车辆底部，当车辆移动在无线充电公路上时，四线圈接收装置的两组线圈组同时获得能量。

根据本发明的第三个方面，提供了一种上述提高移动无线电能输电质量的四线圈接收装置的应用，用于移动用电设备的无线充电，四线圈接收装置安装于移动用电设备上，当设备处于供能轨道铺设方向的任何一个位置时，四线圈接收装置的两组线圈组同时获得能量，使能量直接从供能轨道传输到设备端。

优选地，所述移动用电设备是指不带电池、单纯依靠储能设备运行时间不足和/或储能设备成本过高的移动用电设备。

与现有技术相比，本发明具有如下的显著优点：

1、本发明提供的提高移动无线电能输电质量的四线圈接收装置，应用于无线充电装置的接收(副边)侧，具有提高无线充电副边电压稳定性的显著特点；

2、本发明是根据双极性无线电能发射设备的空间磁场分布情况，设计了一套有针对性的四线圈接收结构，该结构结合副边侧电路保证了副边电压的稳定性，解决了双极性发射设备造成的副边电压波动大的问题，从而提高了电能传输效率，保证了副边的电能质量，大大减小了用电负载的储能设备压力，降低了储能设备的使用成本；

3、本发明副边获得的电压较为稳定，在功率满足要求的情况下可以支持设备在无储能设备情况下的运行，大大减小了用电设备的成本；

4、本发明同时由于两组线圈组空间磁场上的互补，当车停在公路上的任意一个位置，车辆总可以稳定的接收到充足的能量，而不会出现双线圈或单线圈结构在特定位置处无法接收到能量的问题。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明四线圈接收结构的结构示意图；图中，i、ii、iii、iv分别为四个线圈；

图2是本发明四线圈接收结构与发射结构配合示意图；

图3是本发明四线圈接收结构与外侧整流电路之间的串联模式电路图；

图4是本发明四线圈接收结构与外侧整流电路之间的并联模式电路图；

图5是实施例2车辆移动在无线充电公路上时的状态示意图；

图6是实施例2车辆无线充电状态示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例提供了一种提高无线电能输电质量的四线圈接收装置，包括两组线圈组，所述每一组线圈组包含两个线圈，这两个线圈彼此相连并正对着不同极性的发射极，使每一组线圈组中的两个线圈在空间磁场中相差180度相位角，从而使得空间磁场在两个线圈上感生出两个相反的电动势，并通过两个线圈之间绕向相反的物理结构，使得在这两个线圈上产生的电动势得以叠加。

两组线圈组之间在空间磁场上相差90度相位角，使得在其中一组线圈组通过的磁通量最大时，另一组线圈组通过的磁通量最小。

还包括外侧整流电路，其中每一组线圈组的输出端均接一个外侧整流电路。

针对上述情况的外侧整流电路包括两种连接方式，一种是串联叠加方式，另一种是并联叠加方式。所述串联叠加方式是指，将每组线圈的引出线接至一个全桥整流电路上，并将各组线圈对应的整流电路输出端串联，从而实现电压叠加的目的，这是针对副边负载对输出电压要求较高的情况；所述并联叠加方式是指，将每组线圈的引出线接至一个全桥整流电路上，并将各组线圈对应的整流电路输出端并联，这种电路模式主要用于对输出电压稳定性有较高要求的负载情况。

本实施例提供的提高无线电能输电质量的四线圈接收装置，四个线圈两两一组，绕向相反，在同一时刻对应于不同的磁场极性，两组线圈组在空间上相差接收装置长度的四分之一，在磁场角度上分别对应于空间磁场的峰值处和谷值处。两组线圈组的输出端各接一个整流电路，根据负载所需要的情况采用串联和并联两种接线方式，采用串联接线时会将两组线圈组通过磁场得到的电压相互叠加，从而得到更高的输出电压；采用并联接线时，使得无线传输副边带载能力更强，给负载提供更稳定的电源；本实施例可以广泛地应用于电动汽车移动充电领域，有效抑制电动汽车移动过程中充电电压的波动，使得能量的传输过程更稳定，为电动汽车移动充电提供了一种新的技术手段。

实施例2

本实施例提供了一种实施例1提供的提高无线电能输电质量的四线圈接收装置的应用，用于电动汽车的移动无线充电(也称为“边走边充”)，将供能的轨道分解为不同极性，车辆底部装载有四线圈的接收装置，车辆移动过程中，四线圈同时获得能量，但由于空间磁场相位上的差别使得输出电压相对稳定。

实施例3

本实施例提供了一种实施例1提供的提高无线电能输电质量的四线圈接收装置的应用，可用于所有不带电池或是单纯依靠储能设备运行时间不足或是储能设备成本过高的移动用电设备，这些设备处于轨道铺设方向的任何一个位置时，能量可直接从供能轨道传输到接收设备端，从而实现无储能(或储能容量较少)设备的稳定供电。

在本实施例中，单纯依靠储能设备运行时间不足的情况是指在一次充满电后运行时间小于等于实际需求工作时间50％的情况。

在本实施例中，储能设备成本过高的情况是指储能设备占据用电设备成本大于等于20％的情况。

下面结合附图对上述三个实施例进一步说明。

实施例1与传统移动式无线充电装置副边接收结构的区别在于，传统的移动无线充电装置副边接收结构为单线圈单极性结构，而实施例1采用四线圈副边接收结构。

如图1所示，为移动无线充电的四线圈接收结构示意图，包括两组线圈组，所述的每组线圈组包含两个线圈，两个线圈彼此相连，但是彼此间隔一些距离。

如图2所示，为采用实施例1提供的移动无线充电四线圈接收结构和发射结构配合示意图，每一组线圈组的两个线圈正对着不同极性的发射极，从而使每一组线圈组中的两个线圈在空间磁场中相差180度相位角，使得空间磁场在两个线圈上感生出两个相反的电动势并通过两个线圈之间绕向相反的物理结构，使得在这两个线圈上产生的电动势得以叠加。两组线圈组之间的关系如图2所示，当其中一组线圈组正对某对磁极时，另一组线圈组正对一队磁极的中轴线。这使得两组线圈组中通过的磁通呈现90度相位差的关系，即当一组线圈组通过的等效总磁通最大时，另一组线圈组通过的等效总磁通最小。这使得在行进过程中通过四线圈的总磁通保持在一个相对稳定的水平。

如图3所示，为移动无线充电四线圈接收侧串联模式电路图，两个全桥整流电路互相串联，使得在两组线圈中感生出的电压相互叠加，使得能够输出的电压更高。

如图4所示，为移动无线充电四线圈接收侧并联模式电路图，两个全桥整流电路互相并联，使得接收端始终能工作在两组线圈中性能较好的情况，这使得副边的带载能力更强，输出更稳定。

适用于实施例2提出的电路的应用场合可以是无线充电公路。无线充电公路全程铺设分极性的原边能量发射结构，如图5所示。车辆下方悬挂有四线圈的接收装置，如图6所示。当车辆处在充电公路上的任意一个地方时，由于四线圈接收装置的特性以及外侧串并联整流电路的配合，都可以为电动汽车可靠地提供行驶所需的能量。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。