【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线电能传输技术，更具体地涉及一种可实现高效能量传输兼具高抗偏移能力的三层复合型无线充电优化耦合器。
技术介绍
1、无线充电技术是一种通过发射器将电能转换为其他形式的中继能量，隔空传输一段距离后，再通过接收器将中继能量转换为电能，实现无线电能传输的传输方式。通常情况下，为了保证电能的有效传输，需要保证发射线圈与接收线圈保持正对。然而在实际应用中，由于环境影响、用户操作等问题，线圈之间往往不可避免的会发生一定程度的偏移，这会导致传输效率的降低，使系统无法稳定传能。为了保证系统在非理想条件下仍能保持较高的传输效率，需要对线圈的偏差容限展开研究。
2、针对提高偏差容限问题，通常的解决方案是从电路结构拓扑方面解决，研究谐振网络拓扑结构，增加匹配电路，提高系统的效率，降低偏差干扰，但这种复杂的电路设计会增加系统损耗。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种可实现高效能量传输兼具高抗偏移能力的三层复合型无线充电优化耦合器，通过改进耦合器结构，能够实现对高抗偏移能力与高传输效率两方面的同时提升。
2、技术方案：本专利技术的一种可实现高效能量传输兼具高抗偏移能力的三层复合型无线充电优化耦合器，包括由上至下依次叠加的上层线圈、中层线圈和下层线圈，且上层线圈、中层线圈和下层线圈依次串联连接，上层线圈与电源模块连接，下层线圈与发射端补偿电容连接；中层线圈包括四个相同大小的等腰直角三角形，分别为第一等腰直角三角形、第二等腰直角三角形、第三等腰直角三
3、可选的，规定第一等腰直角三角形的直角朝向页面下方，斜边位于直角上方，将第一等腰直角三角形的直角左侧的边记为第一直角边，右侧的边记为第二直角边，记组成正方形区域的四个等腰直角三角形沿顺时针方向分别为第一等腰直角三角形、第二等腰直角三角形、第三等腰直角三角形和第四等腰直角三角形；
4、中层线圈的绕制方式为：第一直角三角形的第一直角边为起始点，由第一直角三角形的第一直角边到第一直角三角形的第二直角边，到第二直角三角形的第一直角边，到第二直角三角形的第二直角边，到第三直角三角形的第一直角边，到第三直角三角形的第二直角边，到第四直角三角形的第一直角边，到第四直角三角形的第二直角边，此时完成内部十字绕制，随后连接至第四直角三角形的斜边，再到第三直角三角形的斜边，再到第二直角三角形的斜边，再到第一直角三角形的斜边，第一直角三角形的斜边与第一直角三角形的第一直角边不连接，分别用于串联上层线圈和下层线圈。
5、可选的，中层线圈的电流沿绕制导线流动，第一、第二、第三和第四个等腰直角三角形区域分别形成第一电流环路、第二电流环路、第三电流环路和第四电流环路，这四个电流环路的电流流向均为逆时针方向。
6、可选的，记第一等腰直角三角形的第一直角边沿第一等腰直角三角形内部方向的下层线圈段为下层线圈的第十三段，第一等腰直角三角形的第二直角边沿第一等腰直角三角形内部方向的下层线圈段为下层线圈的第二十四段，第二等腰直角三角形的第一直角边沿第二等腰直角三角形内部方向的下层线圈段为下层线圈的第二十二段，第二等腰直角三角形的第二直角边沿第二等腰直角三角形内部方向的下层线圈段为下层线圈的第二十一段，第三等腰直角三角形的第一直角边沿第三等腰直角三角形内部方向的下层线圈段为下层线圈的第十九段，第三等腰直角三角形的第二直角边沿第三等腰直角三角形内部方向的下层线圈段为下层线圈的第十八段，第四等腰直角三角形的第一直角边沿第四等腰直角三角形内部方向的下层线圈段为下层线圈的第十六段，第四等腰直角三角形的第二直角边沿第四等腰直角三角形内部方向的下层线圈段为下层线圈的第十五段，连接下层线圈的第十三段和下层线圈的第十五段的下层线圈段为下层线圈的第十四段，连接下层线圈的第二十二段和下层线圈的第二十四段的下层线圈段为下层线圈的第二十三段，连接下层线圈的第十九段和下层线圈的第二十一段的下层线圈段为下层线圈的第二十段，连接下层线圈的第十六段和下层线圈的第十八段的下层线圈段为下层线圈的第十七段；
7、下层线圈的绕制方式为：在水平方向上，下层线圈紧贴中层线圈等腰直角三角形区域直角边内径绕制，沿直角三角形内部方向增加匝数；沿逆时针方向依次绕制下层线圈第十四段、下层线圈第十五段、下层线圈第十六段、下层线圈第十七段、下层线圈第十八段、下层线圈第十九段、下层线圈第二十段、下层线圈第二十一段、下层线圈第二十二段、下层线圈第二十三段、下层线圈第二十四段、下层线圈第十三段，下层线圈第十四段与下层线圈第十三段不连接，分别串联中层线圈与发射端补偿电容ct；下层线圈第十四段与中层线圈的第一等腰直角三角形的斜边连接，下层线圈第十三段连接发射端补偿电容ct。
8、可选的，下层线圈的电流沿绕制导线流动，下层线圈整体区域形成逆时针方向第五电流环路。
9、可选的，记下层线圈第十三段与下层线圈第二十四段的交点为点a，下层线圈第二十一段与下层线圈第二十二段的交点为点b，下层线圈第十八段与下层线圈第十九段的交点为点c，下层线圈第十五段与下层线圈第十六段的交点为点d，点a、点b、点c和点d在上层线圈的对应位置分别设置点e、点f、点g、点h，由点e连接至点h所形成的线圈段为上层线圈第二十六段，点h连接至点g所形成的线圈段为上层线圈第二十段，点g连接至点f所形成的线圈段为上层线圈第二十八段，点f连接至点e所形成的线圈段为上层线圈第二十五段；
10、上层线圈的绕制方式为：在水平方向上，上层线圈匝数自内向外部扩展；沿逆时针方向分别绕制上层线圈第二十六段、上层线圈第二十七段、上层线圈第二十八段与上层线圈第二十五段，上层线圈第二十六段与上层线圈第二十五段不连接，分别用于串联中层线圈和电源模块；上层线圈第二十五段与中层线圈的第一等腰直角三角形的第一直角边连接，上层线圈第二十六段与电源模块连接。
11、可选的，上层线圈的电流沿绕制导线流动，上层线圈整体区域形成逆时针方向第六电流环路。
12、可选的，优化耦合器整体电流由电源模块发出，自上层线圈的第六电流环路流向中层线圈的第一等腰直角三角形的第一电流环路，流向第二等腰直角三角形的第二电流环路，流向第三等腰直角三角形的第三电流环路，流向第四等腰直角三角形的第四电流环路，流向下层线圈的第五电流环路，流出至发射端补偿电容，优化耦合器整体电流为逆时针方向流动。
13、可选的，优化耦合器上中下三层线圈的匝数存在一定的比例关系，具体为：
14、记单根导线的线径为d，自变量x为对应线圈匝数变化量，中层线圈的匝数为n2，则等腰直角三角形线圈中心区域的磁场强度为：
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【技术保护点】
1.一种可实现高效能量传输兼具高抗偏移能力的三层复合型无线充电优化耦合器，其特征在于，包括由上至下依次叠加的上层线圈、中层线圈和下层线圈，且上层线圈、中层线圈和下层线圈依次串联连接，上层线圈与电源模块连接，下层线圈与发射端补偿电容连接；中层线圈包括四个相同大小的等腰直角三角形，分别为第一等腰直角三角形、第二等腰直角三角形、第三等腰直角三角形和第四等腰直角三角形，四个相同大小的等腰直角三角形以直角为中心点拼接形成正方形，四个相同大小的等腰直角三角形的直角边形成中心十字区域；下层线圈为中层线圈中心十字区域的补偿线圈，下层线圈在水平方向上包裹住中层线圈的中心十字区域；上层线圈为下层线圈中心正方形区域的补偿线圈，上层线圈在水平方向上包裹住下层线圈的中心正方形区域。
2.根据权利要求1所述的一种可实现高效能量传输兼具高抗偏移能力的三层复合型无线充电优化耦合器，其特征在于，规定第一等腰直角三角形的直角朝向页面下方，斜边位于直角上方，将第一等腰直角三角形的直角左侧的边记为第一直角边(1)，右侧的边记为第二直角边(2)，记组成正方形区域的四个等腰直角三角形沿顺时针方向分别为第一等腰直
3.根据权利要求2所述的一种可实现高效能量传输兼具高抗偏移能力的三层复合型无线充电优化耦合器，其特征在于，中层线圈的电流沿绕制导线流动，第一、第二、第三和第四个等腰直角三角形区域分别形成第一电流环路、第二电流环路、第三电流环路和第四电流环路，这四个电流环路的电流流向均为逆时针方向。
4.根据权利要求1所述的一种可实现高效能量传输兼具高抗偏移能力的三层复合型无线充电优化耦合器，其特征在于，记第一等腰直角三角形的第一直角边(1)沿第一等腰直角三角形内部方向的下层线圈段为下层线圈的第十三段(13)，第一等腰直角三角形的第二直角边(2)沿第一等腰直角三角形内部方向的下层线圈段为下层线圈的第二十四段(24)，第二等腰直角三角形的第一直角边(3)沿第二等腰直角三角形内部方向的下层线圈段为下层线圈的第二十二段(22)，第二等腰直角三角形的第二直角边(4)沿第二等腰直角三角形内部方向的下层线圈段为下层线圈的第二十一段(21)，第三等腰直角三角形的第一直角边(5)沿第三等腰直角三角形内部方向的下层线圈段为下层线圈的第十九段(19)，第三等腰直角三角形的第二直角边(6)沿第三等腰直角三角形内部方向的下层线圈段为下层线圈的第十八段(18)，第四等腰直角三角形的第一直角边(7)沿第四等腰直角三角形内部方向的下层线圈段为下层线圈的第十六段(16)，第四等腰直角三角形的第二直角边(8)沿第四等腰直角三角形内部方向的下层线圈段为下层线圈的第十五段(15)，连接下层线圈的第十三段(13)和下层线圈的第十五段(15)的下层线圈段为下层线圈的第十四段(14)，连接下层线圈的第二十二段(22)和下层线圈的第二十四段(24)的下层线圈段为下层线圈的第二十三段(23)，连接下层线圈的第十九段(19)和下层线圈的第二十一段(21)的下层线圈段为下层线圈的第二十段(20)，连接下层线圈的第十六段(16)和下层线圈的第十八段(18)的下层线圈段为下层线圈的第十七段(17)；
5.根据权利要求4所述的一种可实现高效能量传输兼具高抗偏移能力的三层复合型无线充电优化耦合器，其特征在于，下层线圈的电流沿绕制导线流动，下层线圈整体区域形成逆时针方向第五电流环路。
6.根据权利要求1所述的一种可实现高效能量传输兼具高抗偏移能力的三层复合型无线充电优化耦合器，其特征在于，记下层线圈第十三段(13)与下层线圈第二十四段(24)的交点为点A，下层线圈第二十一段(21)与下层线圈第二十二段(22)的交点为点B，下层线圈第十八段(18)与下层线圈第十九段(19)的交点为点C，下层线圈第十五段(15)与下层线圈第十六段(16)的交点为点D，点A、点B、点C和点D在上层线圈的对应位置分别设置点E、点F、点G、点H，由点E连接至点H所形成的线圈段为上层线圈第二十六段(26)，点H连接至点G所形成的线圈段为上层线圈第二十段(27)，点G连接至点F所形成的线圈段为上层线圈第二十八段(28)，点F连接至点E所形成的线圈段为上层线圈第二十五段(25)；
7.根据权利要求6所述的一种可实现高效能量传输兼具高抗偏移能力的三层复合型无线充电优化耦合器，其特征在于，上层线圈的电流沿绕制导线流动，上层线圈整体区域形成逆时针方向第六电流环路。
8.根据权利要求1所述的一种可实现高效能量传输兼具高抗偏移能力的三层复合型无线充电优化耦合器，其特征在于，优化耦合器整体电流由电源模块发出，自上层线圈的第六电...
【技术特征摘要】
1.一种可实现高效能量传输兼具高抗偏移能力的三层复合型无线充电优化耦合器，其特征在于，包括由上至下依次叠加的上层线圈、中层线圈和下层线圈，且上层线圈、中层线圈和下层线圈依次串联连接，上层线圈与电源模块连接，下层线圈与发射端补偿电容连接；中层线圈包括四个相同大小的等腰直角三角形，分别为第一等腰直角三角形、第二等腰直角三角形、第三等腰直角三角形和第四等腰直角三角形，四个相同大小的等腰直角三角形以直角为中心点拼接形成正方形，四个相同大小的等腰直角三角形的直角边形成中心十字区域；下层线圈为中层线圈中心十字区域的补偿线圈，下层线圈在水平方向上包裹住中层线圈的中心十字区域；上层线圈为下层线圈中心正方形区域的补偿线圈，上层线圈在水平方向上包裹住下层线圈的中心正方形区域。
2.根据权利要求1所述的一种可实现高效能量传输兼具高抗偏移能力的三层复合型无线充电优化耦合器，其特征在于，规定第一等腰直角三角形的直角朝向页面下方，斜边位于直角上方，将第一等腰直角三角形的直角左侧的边记为第一直角边(1)，右侧的边记为第二直角边(2)，记组成正方形区域的四个等腰直角三角形沿顺时针方向分别为第一等腰直角三角形、第二等腰直角三角形、第三等腰直角三角形和第四等腰直角三角形；
3.根据权利要求2所述的一种可实现高效能量传输兼具高抗偏移能力的三层复合型无线充电优化耦合器，其特征在于，中层线圈的电流沿绕制导线流动，第一、第二、第三和第四个等腰直角三角形区域分别形成第一电流环路、第二电流环路、第三电流环路和第四电流环路，这四个电流环路的电流流向均为逆时针方向。
4.根据权利要求1所述的一种可实现高效能量传输兼具高抗偏移能力的三层复合型无线充电优化耦合器，其特征在于，记第一等腰直角三角形的第一直角边(1)沿第一等腰直角三角形内部方向的下层线圈段为下层线圈的第十三段(13)，第一等腰直角三角形的第二直角边(2)沿第一等腰直角三角形内部方向的下层线圈段为下层线圈的第二十四段(24)，第二等腰直角三角形的第一直角边(3)沿第二等腰直角三角形内部方向的下层线圈段为下层线圈的第二十二段(22)，第二等腰直角三角形的第二直角边(4)沿第二等腰直角三角形内部方向的下层线圈段为下层线圈的第二十一段(21)，第三等腰直角三角形的第一直角边(5)沿第三等腰直角三角形内部方向的下层线圈段为下层线圈的第十九段(19)，第三等腰直角三角形的第二直角边(6)沿第三等腰直角三角形内部方向的下层线圈段为下层线圈的第十八段(18)，第四等腰直角三角形的第一直角边(7)沿第四等腰直角三角形内部方向的下层线圈段为下层线圈的第十六段(16)，第四等腰直角三角形的第二直角边(8)沿第四等腰直角三角形内部方向的下层线圈段为下层线圈的第十五段(15)...
【专利技术属性】
技术研发人员：王维，陆峥，李恺瑞，段名荣，许晨进，盛思远，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：
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