本發(fā)明涉及一種用于無線電能傳輸?shù)臒艋\型發(fā)射線圈，特別涉及一種無線電能傳輸，屬于電子信息。

背景技術(shù)：

1、近年來，無線電能傳輸（wpt）因其可以擺脫有線傳輸?shù)氖`受到了廣大科研人員和工程師的關(guān)注，也為電力供應(yīng)提供了一種潛在的解決方案，根據(jù)功率傳輸原理，wpt可分為不同的模式，包括感應(yīng)耦合式、微波輻射式、磁耦合諧振式，現(xiàn)有研究中最常使用的無線充電方式是磁耦合諧振式，磁耦合諧振是一種通過磁耦合使發(fā)射線圈和接收線圈在特定頻率上共振，從而實現(xiàn)無線功率傳輸?shù)姆桨浮?/p>

2、當(dāng)收發(fā)線圈匹配良好時，該傳輸方法在兆赫茲波段上可以實現(xiàn)在更遠的距離提供更高效地傳輸功率，另外磁耦合諧振采用的是磁場耦合和非輻射技術(shù)，在有良好的穿透性的同時，也能大幅度降低對人體的傷害，磁耦合諧振傳輸技術(shù)具有更高的可靠性、安全性和便利性，在交通運輸、便攜式電子設(shè)備、植入式醫(yī)療器械等領(lǐng)域得到了廣泛的研究和應(yīng)用。

3、目前，應(yīng)用于研究磁耦合諧振式wpt系統(tǒng)性能的耦合器通常使用的是結(jié)構(gòu)簡單的二維耦合線圈，但是，二維線圈受其平面布局的限制，如果接收器在水平和垂直方向移動或發(fā)生角度旋轉(zhuǎn)，則存在不對準(zhǔn)狀態(tài)從而導(dǎo)致效率快速下降，甚至無法工作。

4、設(shè)計高性能的耦合線圈是影響無線電能傳輸系統(tǒng)的傳輸性能最重要的條件之一，它的設(shè)計與優(yōu)化對系統(tǒng)的傳輸效率、功率、傳輸距離等都有著直接的影響，為改善二維耦合線圈抗偏移性能差的問題，廣大研究者將目光轉(zhuǎn)向設(shè)計自由度更高的三維耦合線圈，基于三維耦合結(jié)構(gòu)的wpt技術(shù)克服了二維結(jié)構(gòu)只能在有限的范圍內(nèi)傳輸能量的局限性，它具備更高的自由度，能夠?qū)崿F(xiàn)多角度多方位的能量傳輸，提供更大的磁場覆蓋范圍，從而大大提高無線能量傳輸?shù)母咝院涂煽啃裕胰S耦合線圈可以實現(xiàn)在同一時刻為多臺電子設(shè)備充電，大大提高了時間和空間的利用率，wpt技術(shù)作為一種能夠解決有線的束縛的新型電能傳輸技術(shù)，而三維耦合結(jié)構(gòu)又能夠解決二維耦合結(jié)構(gòu)所帶來的局限性問題，在無線充電過程中獲得更高的自由度，使其具有極大的研究意義和應(yīng)用價值，值得進行深入的研究。

5、現(xiàn)有技術(shù)：

6、國內(nèi)外學(xué)者對三維耦合結(jié)構(gòu)已經(jīng)進行了大量的研究，現(xiàn)有技術(shù)中的電子技術(shù)研究院提出了一種碗狀的發(fā)射線圈，它由底部表面的扁平螺旋線圈和側(cè)面的錐形螺旋線圈組成，無線充電碗具有三維結(jié)構(gòu)，能夠產(chǎn)生范圍更廣的空間磁場，對放置在碗內(nèi)的電子設(shè)備進行全方位有效充電，現(xiàn)有技術(shù)中研究出一種利用多個正交諧振器來實現(xiàn)空間自由度的三維無線能量傳輸系統(tǒng)，提出的發(fā)射器包括三個具有三維結(jié)構(gòu)的正交諧振器，三個正交諧振器分別位于襯底的頂部和底部，形成了一個開放的箱形結(jié)構(gòu)，在橫向和角度失調(diào)的情況下也能進行高效的功率傳輸，現(xiàn)有技術(shù)中提出了一種基于26面多面體的新型三維線圈作為發(fā)射線圈的繞組結(jié)構(gòu)，采用不重疊的規(guī)則單片繞組方式進行繞組，通過該線圈，可以保證每個平面線圈的繞向與相鄰平面線圈的繞向不同，從而使相鄰線圈之間的磁場相互增強，也增強了系統(tǒng)的空間磁場密度，使功率在任何位置都能穩(wěn)定高效地傳輸，na-rae?kwon等設(shè)計一種隔離型三維多發(fā)射線圈，采用簡單的單線圈重疊結(jié)構(gòu)，通過分析線圈間互感，推導(dǎo)出最佳重疊區(qū)間，使多個線圈系統(tǒng)具有最小互感值，各發(fā)射線圈不會干擾相鄰的線圈。該線圈系統(tǒng)通過隔離功能能夠大幅度減少干擾來改善功率傳輸效率，nam?ha-van等研究了一個新的立方體發(fā)射器的全向三維無線能量傳輸系統(tǒng)，并對不同形狀的發(fā)射線圈的磁場強度進行評估，來優(yōu)化線圈結(jié)構(gòu)，在沒有電流控制方法的情況下，實現(xiàn)了低成本制造和相對較高的效率，在無線電能傳輸系統(tǒng)中，通常使用結(jié)構(gòu)簡單的二維耦合線圈來研究wpt系統(tǒng)的各項性能，其中最常見的是優(yōu)化二維線圈的線圈匝數(shù)、匝距、線寬等物理參數(shù)來達到優(yōu)化線圈性能的目的，然而在實際應(yīng)用中，不可避免的會出現(xiàn)接收線圈在橫向偏移、縱向偏移甚至角度旋轉(zhuǎn)等與發(fā)射線圈無法完美對準(zhǔn)的問題，這會導(dǎo)致收發(fā)線圈之間的傳輸效率大幅下降，即受二維線圈本身布局的限制，線圈本身的自由度有限，無法擁有較好的抗偏移性能。

7、基于上述不足，因此，需要用于無線電能傳輸?shù)臒艋\型發(fā)射線圈，對上述不足做出改進。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的是為了提供用于無線電能傳輸?shù)臒艋\型發(fā)射線圈。

2、本發(fā)明的目的可以通過采用如下技術(shù)方案達到：

3、用于無線電能傳輸?shù)臒艋\型發(fā)射線圈，包括限位件由四側(cè)環(huán)繞安裝結(jié)構(gòu)，限位件內(nèi)側(cè)環(huán)繞安裝有發(fā)射線圈，限位件內(nèi)放置有接收線圈；

4、限位件由頂部、底部和四個側(cè)面組成，頂部、底部和四個側(cè)面的繞線方式呈現(xiàn)出十字形直線的走線方式，形成了由兩個相互正交的中空長方體串聯(lián)連接的三維發(fā)射線圈；

5、整個發(fā)射線圈采用印刷電路板結(jié)構(gòu)；

6、限位件頂部和底部的基板厚度設(shè)置為4mm，側(cè)面基板厚度為常規(guī)的1.6mm，基板上線圈銅層厚度為1盎司，發(fā)射線圈的尺寸為，匝數(shù)為11匝；

7、對線圈磁場的分析主要分為兩部分：

8、一個是對頂部和底部線圈磁場的分析；

9、另一個是對側(cè)面線圈的磁場分析。

10、優(yōu)選的、將六個pcb板按設(shè)計的發(fā)射線圈形狀，通過焊接和過孔的方式串聯(lián)連接形成一個完整的三維耦合器，采取在頂部和底部pcb板正面和反面分別進行走線，發(fā)射線圈和接收線圈工作頻率為13.56mhz。

11、優(yōu)選的、通過對發(fā)射線圈和接收線圈接入補償電容電感進行調(diào)諧，調(diào)整補償電容電感的數(shù)值后，發(fā)射線圈和接收線圈的諧振頻率都調(diào)整到=?13.56mhz，使收發(fā)線圈共振傳能，發(fā)射線圈和接收線圈對準(zhǔn)時，在兩者相距20mm處得到67.76?%的傳輸效率。

12、優(yōu)選的、發(fā)射線圈和接收線圈之間的傳輸距離為10—40mm。

13、優(yōu)選的、發(fā)射線圈距離增加為20mm—40mm；

14、在傳輸距離為15—25mm的情況下，系統(tǒng)的傳輸效率保持在至少60%，傳輸距離為10—30mm時效率也能保持在至少50%。

15、仿真發(fā)射線圈與接收線圈的傳輸距離固定為20mm時，wpt系統(tǒng)在水平方向范圍為-40mm—40mm發(fā)生偏移對系統(tǒng)傳輸效率的影響。

16、優(yōu)選的、在水平方向偏移范圍為-40至20mm時，傳輸效率全部在至少50?%，且偏移距離為：-30?mm?至20?mm范圍內(nèi)傳輸效率保持在至少為60%。

17、優(yōu)選的、發(fā)射線圈和接收線圈之間的傳輸距離固定為10mm，以不同的角度旋轉(zhuǎn)接收線圈，旋轉(zhuǎn)范圍為-45°至45°，分析系統(tǒng)的傳輸效率，當(dāng)旋轉(zhuǎn)角度在-15°至15°時，線圈的效率保持在至少為65%。

18、本發(fā)明的有益技術(shù)效果：

19、本發(fā)明提供的用于無線電能傳輸?shù)臒艋\型發(fā)射線圈，

20、優(yōu)點1－本文設(shè)計出了一種燈籠型的三維諧振發(fā)射線圈結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)的平面圓形螺旋接收結(jié)構(gòu)，設(shè)計的基于三維發(fā)射結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)的工作頻率為13.56mhz，系統(tǒng)的抗偏移能力相較于傳統(tǒng)的線圈有很大的提高，首先，可以在傳輸距離為10-40?mm的距離內(nèi)進行良好的功率傳輸，且在傳輸距離為20mm處的效率最高，為67.78%。

21、其次，在水平方向偏移范圍為：-30?mm?至20?mm時傳輸效率的波動比較小，保持在60%以上，具有穩(wěn)定性；

22、最后，當(dāng)接收線圈發(fā)生角度偏移且旋轉(zhuǎn)角度在-15°至15°時，線圈的效率波動很小，保持在65%以上；

23、優(yōu)點2－設(shè)計的三維發(fā)射線圈能夠在空間內(nèi)產(chǎn)生覆蓋范圍更廣的磁場，大大提高了空間利用率；

24、且該耦合結(jié)構(gòu)能夠解決在橫向、縱向以及角度偏移時效率大幅度下降的難題，即產(chǎn)生與接收線圈位置無關(guān)的抗偏移效果，同時擁有較低的自身損耗和較高的傳輸效率，能夠針對二維線圈的不足之處進行全面的提升，該設(shè)計的三維耦合線圈是能進行較為簡單的調(diào)諧的磁耦合諧振新型結(jié)構(gòu)線圈；

25、優(yōu)點3－根據(jù)實際需要，可以通過調(diào)整加入的補償電容電感的數(shù)值或修改線圈的線寬、線距和匝數(shù)來靈活控制系統(tǒng)的工作頻率，需重新制作整個發(fā)射線圈或接收線圈，故具有靈活性高、應(yīng)用范圍廣、使用方便和節(jié)省成本的優(yōu)點；

26、優(yōu)點4－發(fā)射線圈的側(cè)面、頂部和底部線圈的數(shù)量可以根據(jù)實際應(yīng)用需求進行適當(dāng)?shù)脑鰷p，比如為了方便電子設(shè)備放入發(fā)射線圈內(nèi)部，可以減少一個側(cè)面pcb板，去掉頂部或者底部，組成筐形線圈，或者去掉一兩個側(cè)面組成信箱形，或者只保留2個面組成l型發(fā)射線圈，保留3個面組成只有一個頂角的發(fā)射線圈結(jié)構(gòu)；

27、優(yōu)點5－系統(tǒng)線圈結(jié)構(gòu)適合應(yīng)用于實際生活中的中小型用電設(shè)備的無線充電，易于放置，簡單便捷；

28、優(yōu)點6－發(fā)射線圈的形狀也是可以靈活調(diào)控，如果希望發(fā)射線圈產(chǎn)生的磁場更加均勻，可將發(fā)射線圈頂部和底部設(shè)計為六邊形甚至八邊形或者其他多邊形或圓形、橢圓形、錐形、圓臺形、方臺形等等，并隨頂部邊數(shù)的變化來增加相應(yīng)的發(fā)射線圈側(cè)面的數(shù)量。