基于港口岸电的多相紧耦合无线充电耦合装置及系统的制作方法

本发明涉及无线能量传输技术，具体地说，涉及一种基于港口岸电的多相紧耦合无线充电耦合装置及系统。

背景技术：

1、随着我国经济的发展，交通运输、海上作业和旅游观光等行业发展越来越快，传统船舶采用燃油提供动力，其排放量大、污染重等特点严重阻碍了行业可持续发展。特别是船舶停靠港口作业期间，为了维持生产生活需要，就需要开动船上的辅助发电机发电以提供必要的动力，由此会产生大量的有害物质排放。根据统计，船舶靠港停泊期间由其辅助发电机所产生的碳排量占港口总排碳量的40％至70％，是影响港口及所在城市空气质量的重要因素。因此，为了降低船舶靠岸期间造成的污染，打造绿色港口，国内部分港口已经在推行船舶岸电技术。

2、船舶岸电充电装置是为了保证船舶在海上航行时各个用电设备能够正常工作，目前大部分系统都是采用的低压供电，因为其电源质量高，技术相对容易实现，且成本较低，成为目前国内大多数船舶岸电供电系统的首选。

3、然而，传统的船舶停靠码头时，都会进行系缆作业，固定船舶，当船舶需要充电时，通过岸上电缆连接即可为船舶供电，但是由于近岸设备所处环境空气潮湿，有线连接的方式容易造成接插件的磨损，易产生电火花，长期使用可能导致接触不良或是漏电，严重还可能造成船上设备短路损坏，甚至威胁工作人员的安全，因此对绝缘保护等级要求较高。此外，有线缆连接方式还存在零电位不同的风险，会导致船体和水发生电解作用，损坏船体。

4、相较于通过有线进行的充电方式，无线电能传输具有安全便捷，适应潮湿环境的优点，目前的无线电能传输的方式主要以磁场作为能量传输的介质，电感线圈将电能转换为磁能从发射端传递到接收端，然后转换为电能为电池充电，但用于船舶的无线电能传输系统传输效率易受以下两方面的影响：一是船舶容易波动移位，当发射端与接收端产生错位时，导致传输效率下降。此外，普通耦合机构磁场分布比较发散，单一线圈传输功率有限，而且容易对船舶上的电子设备产生电磁干扰，影响设备的正常运行甚至导致设备失效。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明首先提供一种基于港口岸电的多相紧耦合无线充电耦合装置，采用插拔式结构进行发射端与接收端的配合，限定耦合线圈的相对位置，避免传统船舶无线充电由于水流波动导致的原副边相对位置改变使得耦合机构互感变化和系统传输功率波动，耦合机构设置多个线圈，且磁场分布相对集中，有效避免能量传输过程中对其它电子设备造成干扰。

2、为实现上述目的，本发明所采用的具体技术方案如下：

3、一种基于港口岸电的多相紧耦合无线充电耦合装置，包括发射端和接收端，其关键在于：所述发射端设置呈矩形插槽结构，在所述矩形插槽结构的底面和四周侧面上分别设置一个发射线圈；所述接收端设置呈矩形插头结构，在所述矩形插头结构的顶面和四周侧面上分别设置一个接收线圈，所述矩形插头结构与所述矩形插槽结构的形状和尺寸相匹配，当所述矩形插头结构插入所述矩形插槽结构中时，每一个面上的发射线圈与对应的一个面上的接收线圈耦合实现无线能量传输。

4、可选地，在所述矩形插槽结构内部的每个角上倾斜设置有一块限位板，在所述矩形插头结构外侧的每个角上倾斜开设有一条与所述限位板相适应的限位槽。

5、可选地，所述矩形插槽结构和所述矩形插头结构的端部外轮廓呈正方形，所述限位板和所述限位槽在对应角落呈45°倾斜设置。

6、可选地，所述限位板采样铝质材料制作。

7、可选地，所述矩形插槽结构的槽口四周设置有内陷倾斜面，在所述内陷倾斜面上设置有卡接槽；所述矩形插头结构的后端设置有一圈凸沿，所述凸沿的四周的边壁面与所述矩形插槽结构的内陷倾斜面相适应，且在所述边壁面上设置有与所述卡接槽相匹配的卡接头。

8、可选地，所述矩形插槽结构的外部为铝质材料一体成型的槽体，在所述槽体的底面和四周侧面上均匀浇灌有绝缘防水层，所述发射线圈为平面螺旋线圈且埋设在对应面上的绝缘防水层中。

9、可选地，所述矩形插头结构的内部为铝质材料一体成型，在所述矩形插头结构的顶面和四周侧面上均匀浇灌有绝缘防水层，所述接收线圈为平面螺旋线圈且埋设在对应面上的绝缘防水层中。

10、可选地，每一个发射线圈接入独立的一相高频交流电源，相邻两相高频交流电源之间的相差为72°。

11、基于上述无线充电耦合装置，本发明还提供一种基于港口岸电的多相紧耦合无线充电系统，所述发射端设置有直流电源和多相高频逆变器，所述多相高频逆变器输出5路高频交流电源，相邻两相高频交流电源之间的相差为72°，每一相高频交流电源分别连接一路原边lcc谐振网络后送入对应的一个发射线圈中；每一个接收线圈分别连接有一路副边lcc谐振网络，在接收端还设置有副边整流机构和储能逆变器。

12、可选地，所述发射端安装在港口岸电充电箱中，所述接收端通过传输线缆连接在船舶用电设备上。

13、本发明的显著效果是：

14、(1)本发明设计的一种基于港口岸电的多相紧耦合无线充电耦合装置，既可以用于发射端与接收端的对准耦合充电，也可以作为船舶靠岸期间的系缆固定，占地面积小，操作便捷；

15、(2)通过设计插接式耦合装置，使发射端和接收端能够稳定进行磁耦合供电，无需电接触式的电缆接插即可为船舶供电，操作简单和安全可靠，避免了有线充电时拔插插头导致接插件磨损，产生电火花甚至接触不良、漏电等安全隐患。

16、(3)本发明采用多相紧耦合机构，可以在任何恶劣天气、任何潮湿环境下为船舶无线充电，提高了供电的可靠性，保证了人身和电网安全。

17、(4)相较于现有的平板式船舶无线充电系统由于船体在水中晃动和充电距离导致的充电效率低，功率波动大等问题，本发明提供的耦合机构能够有效确保发送端和接收端之间保持相对静止，充电稳定性高、功率波动小，充电效率极高，而且磁路闭合，电磁屏蔽效果好，能够有效避免影响周围的电子元件的正常工作。

技术特征：

1.一种基于港口岸电的多相紧耦合无线充电耦合装置，包括发射端和接收端，其特征在于：所述发射端设置呈矩形插槽结构，在所述矩形插槽结构的底面和四周侧面上分别设置一个发射线圈；所述接收端设置呈矩形插头结构，在所述矩形插头结构的顶面和四周侧面上分别设置一个接收线圈，所述矩形插头结构与所述矩形插槽结构的形状和尺寸相匹配，当所述矩形插头结构插入所述矩形插槽结构中时，每一个面上的发射线圈与对应的一个面上的接收线圈耦合实现无线能量传输。

2.根据权利要求1所述的基于港口岸电的多相紧耦合无线充电耦合装置，其特征在于：在所述矩形插槽结构内部的每个角上倾斜设置有一块限位板，在所述矩形插头结构外侧的每个角上倾斜开设有一条与所述限位板相适应的限位槽。

3.根据权利要求2所述的基于港口岸电的多相紧耦合无线充电耦合装置，其特征在于：所述矩形插槽结构和所述矩形插头结构的端部外轮廓呈正方形，所述限位板和所述限位槽在对应角落呈45°倾斜设置。

4.根据权利要求2或3所述的基于港口岸电的多相紧耦合无线充电耦合装置，其特征在于：所述限位板采样铝质材料制作。

5.根据权利要求1所述的基于港口岸电的多相紧耦合无线充电耦合装置，其特征在于：所述矩形插槽结构的槽口四周设置有内陷倾斜面，在所述内陷倾斜面上设置有卡接槽；所述矩形插头结构的后端设置有一圈凸沿，所述凸沿的四周的边壁面与所述矩形插槽结构的内陷倾斜面相适应，且在所述边壁面上设置有与所述卡接槽相匹配的卡接头。

6.根据权利要求1所述的基于港口岸电的多相紧耦合无线充电耦合装置，其特征在于：所述矩形插槽结构的外部为铝质材料一体成型的槽体，在所述槽体的底面和四周侧面上均匀浇灌有绝缘防水层，所述发射线圈为平面螺旋线圈且埋设在对应面上的绝缘防水层中。

7.根据权利要求1所述的基于港口岸电的多相紧耦合无线充电耦合装置，其特征在于：所述矩形插头结构的内部为铝质材料一体成型，在所述矩形插头结构的顶面和四周侧面上均匀浇灌有绝缘防水层，所述接收线圈为平面螺旋线圈且埋设在对应面上的绝缘防水层中。

8.根据权利要求5-7任一所述的基于港口岸电的多相紧耦合无线充电耦合装置，其特征在于：每一个发射线圈接入独立的一相高频交流电源，相邻两相高频交流电源之间的相差为72°。

9.一种基于港口岸电的多相紧耦合无线充电系统，采用权利要求1-8任一所述的基于港口岸电的多相紧耦合无线充电耦合装置，其特征在于：所述发射端设置有直流电源和多相高频逆变器，所述多相高频逆变器输出5路高频交流电源，相邻两相高频交流电源之间的相差为72°，每一相高频交流电源分别连接一路原边lcc谐振网络后送入对应的一个发射线圈中；每一个接收线圈分别连接有一路副边lcc谐振网络，在接收端还设置有副边整流机构和储能逆变器。

10.根据权利要求9所述的基于港口岸电的多相紧耦合无线充电系统，其特征在于：所述发射端安装在港口岸电充电箱中，所述接收端通过传输线缆连接在船舶用电设备上。

技术总结
本发明公开了一种基于港口岸电的多相紧耦合无线充电耦合装置及系统，发射端设置呈矩形插槽结构，在矩形插槽结构的底面和四周侧面上分别设置一个发射线圈；接收端设置呈矩形插头结构，在矩形插头结构的顶面和四周侧面上分别设置一个接收线圈，矩形插头结构与矩形插槽结构的形状和尺寸相匹配，当矩形插头结构插入矩形插槽结构中时，每一个面上的发射线圈与对应的一个面上的接收线圈耦合实现无线能量传输。其效果是：避免传统船舶无线充电由于水流波动导致的原副边相对位置改变使得耦合机构互感变化和系统传输功率波动，且磁场分布相对集中，有效避免能量传输过程中对其它电子设备造成干扰。

技术研发人员：胡凯,张磊,彭维龙,李世强,孙璐,何旭涛,陆丽君,李渊,沈琦
受保护的技术使用者：浙江舟山海洋输电研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13