一種基于陣列線圈的磁共振無線充電裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種無線充電裝置，尤其是涉及一種基于陣列線圈的磁共振無線充電裝置，包括依次連接的電源、控制電路、驅(qū)動電路、發(fā)射端；以及依次連接的接收端和電能變換電路，所述發(fā)射端包括若干螺旋形線圈，所述接收端為一個螺旋形線圈。因此，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：1、高效陣列結(jié)構(gòu)的線圈，不同于常規(guī)的圓形線圈，在一定程度上，陣列線圈可以使電磁場分布均勻；2、相比于常規(guī)的線圈，由高效陣列線圈產(chǎn)生的電磁場的分布更規(guī)則；3、在外界環(huán)境條件一定的情況下，可是調(diào)整高效陣列線圈的分布，以使能夠高效傳輸電能；4、發(fā)射陣列線圈結(jié)構(gòu)和接受陣列線圈結(jié)構(gòu)，可相同也可不同，可靈活調(diào)整。
【專利說明】一種基于陣列線圈的磁共振無線充電裝置
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種無線充電裝置，尤其是涉及一種基于陣列線圈的磁共振無線充電裝置。
【背景技術(shù)】
[0003]與導(dǎo)體連接的充電方式相比，無線充電更安全、方便，以及充電過程不易受干擾。無線充電器因為天然的電網(wǎng)隔離，其可靠性和安全性得到極大提升。電能傳遞通過發(fā)射線圈與安裝在設(shè)備上的接收線圈通過適當(dāng)距離進行的，可以消除電纜、連接器和插頭引起的短路等不便，是一個自主的充電系統(tǒng)。
[0004]目前的無線電源充電裝置主要基于兩種方法:感應(yīng)耦合和磁共振。感應(yīng)耦合方式已經(jīng)在各個領(lǐng)域有了一些應(yīng)用，但是它存在幾個缺點。一是接收端線圈尺寸對接收到的電能影響較大，需要提供很大電流才能保證充電的正常進行；二是傳輸距離非常短、傳輸效率非常低，且易受發(fā)射端和接收端線圈偏離影響，應(yīng)用范圍受到極大限制；三是對周圍輻射較大，影響周圍動植物體以及電子設(shè)備的正常運行等。磁共振方法已被廣泛用于信號傳輸，但是它在電能傳輸中的應(yīng)用報道較少，磁共振方式相對于感應(yīng)耦合式，由于采用磁共振線圈選擇性傳能，使得周圍人體及其他物體接收到的輻射也大為減少，降低了對周圍環(huán)境的影響；同時使得線圈偏移對能量傳輸?shù)挠绊憸p弱，傳輸距離和傳輸效率都有了很大提高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的:
一種基于陣列線圈的磁共振無線充電裝置，其特征在于，包括依次連接的電源、控制電路、驅(qū)動電路、發(fā)射端；以及依次連接的接收端和電能變換電路，所述發(fā)射端包括若干螺旋形線圈，所述接收端為一個螺旋形線圈。
[0006]在上述的一種基于陣列線圈的磁共振無線充電裝置，所述發(fā)射端的螺旋形線圈為正方形螺旋形線圈，并且均勻排列成一個正方形；所述接收端的螺旋形線圈的尺寸與發(fā)射端的單個螺旋形線圈相同，或者是基于發(fā)射端的單個螺旋形線圈的等比例放大倍數(shù)的螺旋形線圈。
[0007]作為另一種實施方案，在上述的一種基于陣列線圈的磁共振無線充電裝置，所述發(fā)射端的螺旋形線圈為三角形螺旋形線圈，并且均勻排列成一個三角形；所述接收端的螺旋形線圈的尺寸與發(fā)射端的單個螺旋形線圈相同，或者是基于發(fā)射端的單個螺旋形線圈的等比例放大倍數(shù)的螺旋形線圈。
[0008]作為另一種 實施方案，在上述的一種基于陣列線圈的磁共振無線充電裝置，所述發(fā)射端的螺旋形線圈為圓形螺旋形線圈，并且均勻排列成花瓣形；所述接收端的螺旋形線圈的尺寸與發(fā)射端的單個螺旋形線圈相同，或者是基于發(fā)射端的單個螺旋形線圈的等比例放大倍數(shù)的螺旋形線圈。
[0009]作為另一種實施方案，在上述的一種基于陣列線圈的磁共振無線充電裝置，發(fā)射端的螺旋形線圈為正六邊形螺旋形線圈，并且均勻排列成花瓣形；所述接收端的螺旋形線圈的尺寸與發(fā)射端的單個螺旋形線圈相同，或者是基于發(fā)射端的單個螺旋形線圈的等比例放大倍數(shù)的螺旋形線圈。
[0010]作為另一種實施方案，在上述的一種基于陣列線圈的磁共振無線充電裝置，所述發(fā)射端的的若干個螺旋形線圈包括一個圓形螺旋形線圈以及若干個扇形螺旋形線圈，所述圓形螺旋形線圈以及若干個扇形螺旋形線圈均勻排列成圓形，所述接收端的螺旋形線圈的尺寸與發(fā)射端的單個扇形螺旋形線圈相同，或者是基于發(fā)射端的單個扇形螺旋形線圈的等比例放大倍數(shù)的螺旋形線圈。
[0011]在上述的一種基于陣列線圈的磁共振無線充電裝置，所述控制電路包括兩個串聯(lián)的絕緣柵雙極型晶體管，兩組絕緣柵雙極型晶體管并聯(lián)后一端接電源，另一端與一電阻串聯(lián)后與電源連接，分別從兩組串聯(lián)的絕緣柵雙極型晶體管的中間節(jié)點引出，作為輸出端；所述驅(qū)動電路包括一組電容和電阻并聯(lián)后與電感串聯(lián)，其中電阻與線圈串聯(lián)后與電容器并聯(lián)；所述電能變換電路包括兩組并聯(lián)的二極管，每組二極管包括兩個串聯(lián)的二極管，兩組二極管并聯(lián)后與一線圈連接；分別從兩組串聯(lián)的二極管的中間節(jié)點引出，作為輸出端。
[0012]本發(fā)明具有如下優(yōu)點:1、高效陣列結(jié)構(gòu)的線圈，不同于常規(guī)的圓形線圈，在一定程度上，陣列線圈可以使電磁場分布均勻；2、相比于常規(guī)的線圈，由高效陣列線圈產(chǎn)生的電磁場的分布更規(guī)則；3、在外界環(huán)境條件一定的情況下，可是調(diào)整高效陣列線圈的分布，以使能夠高效傳輸電能；4、發(fā)射陣列線圈結(jié)構(gòu)和接受陣列線圈結(jié)構(gòu)，可相同也可不同，可靈活調(diào)難
iF.0
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)的電路圖。
[0014]附圖2a是本發(fā)明第一種實施例的發(fā)射端的線圈布置示意圖；
附圖2b是本發(fā)明第一種實施例的接收端的線圈布置示意圖；
附圖3a是本發(fā)明第二種實施例的發(fā)射端的線圈布置示意圖；
附圖3b是本發(fā)明第二種實施例的接收端的線圈布置示意圖；
附圖4a是本發(fā)明第三種實施例的發(fā)射端的線圈布置示意圖；
附圖4b是本發(fā)明第三種實施例的接收端的線圈布置示意圖；
附圖5a是本發(fā)明第四種實施例的發(fā)射端的線圈布置示意圖；
附圖5b是本發(fā)明第四種實施例的接收端的線圈布置示意圖；
附圖6a是本發(fā)明第五種實施例的發(fā)射端的線圈布置示意圖；
附圖6b是本發(fā)明第五種實施例的接收端的線圈布置示意圖。
【具體實施方式】
[0015]下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步具體的說明。
[0016]實施例:
本發(fā)明公開幾種磁共振遠距離無線充電的陣列線圈結(jié)構(gòu)，以下結(jié)合提出的結(jié)構(gòu)對本發(fā)明進一步說明。發(fā)射端是一個由相同線圈組成的線圈序列單元，通過施加一個高頻的交流電流給發(fā)射線圈來產(chǎn)生交變的磁場。接收端線圈與發(fā)射端線圈序列中的一個線圈相同，通過交變磁場接收傳遞過來的能量，并將其傳輸?shù)截撦d?？稍谏鲜鱿到y(tǒng)引入電流和電壓反饋及控制器提高發(fā)射端和接收端之間的功率傳輸效率。
[0017]線圈按照陣列方式布置，可以最大化地利用發(fā)射線圈的面積。發(fā)射端和接收端之間在空間中的磁通分布是均勻的。此外，發(fā)射端的每個線圈可以被分別控制，以適應(yīng)接收端的負載或電池系統(tǒng)的要求。
[0018]如上所述，本發(fā)明利用線圈和銅帶以形成諧振電路，該系統(tǒng)的主要特點是通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計銅帶及線圈使得它們達到共振，每組線圈都有一個固有共振頻率，即本征頻率。
本發(fā)明所設(shè)計的充電裝置，比現(xiàn)有技術(shù)的有線式充電系統(tǒng)和感應(yīng)式無線充電系統(tǒng)，可以做到無物理接觸，更小的尺寸，較高的效率和更短的充電時間。
[0019]圖1是本發(fā)明本發(fā)明結(jié)構(gòu)的電路圖。發(fā)射端包括電源本體和其內(nèi)阻，電源可以從電力電子電路中或者其它方法獲取，它的頻率與所設(shè)計的共振頻率相匹配。本發(fā)明所述的充電裝置的關(guān)鍵特點是:通過設(shè)計發(fā)射端線圈和它對應(yīng)的銅帶，以及接收線圈和其相應(yīng)的銅帶，得到磁諧振頻率。所設(shè)計的發(fā)射線圈和銅帶用電感器和電容器來表示。發(fā)送線圈的一端連接到輸入方波或正弦波的AC電壓源上，另一端連接到參考點。充電時，接收端停在發(fā)射線圈上。接收線圈可以定位在任何一個發(fā)射端線圈，從而給與發(fā)射線圈對準(zhǔn)的接收線圈通電。接收線圈的兩端子連接到接收端電力電子電路的兩個輸入端。接收端電力電子電路的兩個輸出端與目標(biāo)負載或電池系統(tǒng)連接。接收線圈通過磁諧振從發(fā)送線圈接收電能。如上所述，接收線圈連接到電力電子電路，電力電子電路控制目標(biāo)負載或電池系統(tǒng)的電壓和電流。電子電路的拓撲和目標(biāo)負載按應(yīng)用場合不同而定。
[0020]如圖2a和圖2b所示，發(fā)射線圈的磁場通過迭代程序設(shè)計為均勻場。圖2a為長方形或正方形螺旋四線圈陣列發(fā)射端，圖2b為單個長方形或正方形螺旋線圈接收端。
[0021]實施例2:
圖3a為三角形螺旋三線圈陣列發(fā)射端，圖3b為單個三角形螺旋線圈接收端。其他均與實施例相同，在此不在贅述。
[0022]實施例3:
圖4a為圓形螺旋六線圈陣列發(fā)射端，圖4b為單個圓形螺旋線圈接收端。其他均與實施例相同，在此不在贅述。
[0023]實施例4:
圖5a為六邊形螺旋六線圈陣列發(fā)射端，圖5b為單個圓形螺旋線圈接收端。其他均與實施例相同，在此不在贅述。
[0024]實施例5:
圖6a為扇形螺旋六線圈陣列發(fā)射端，圖6b為單個扇形螺旋線圈接收端。其他均與實施例相同，在此不在贅述。
[0025]本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于陣列線圈的磁共振無線充電裝置，其特征在于，包括依次連接的電源、控制電路、驅(qū)動電路、發(fā)射端；以及依次連接的接收端和電能變換電路，所述發(fā)射端包括若干螺旋形線圈，所述接收端為一個螺旋形線圈。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于陣列線圈的磁共振無線充電裝置，其特征在于，所述發(fā)射端的螺旋形線圈為正方形螺旋形線圈，并且均勻排列成一個正方形；所述接收端的螺旋形線圈的尺寸與發(fā)射端的單個螺旋形線圈相同，或者是基于發(fā)射端的單個螺旋形線圈的等比例放大倍數(shù)的螺旋形線圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于陣列線圈的磁共振無線充電裝置，其特征在于，所述發(fā)射端的螺旋形線圈為三角形螺旋形線圈，并且均勻排列成一個三角形；所述接收端的螺旋形線圈的尺寸與發(fā)射端的單個螺旋形線圈相同，或者是基于發(fā)射端的單個螺旋形線圈的等比例放大倍數(shù)的螺旋形線圈。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于陣列線圈的磁共振無線充電裝置，其特征在于，所述發(fā)射端的螺旋形線圈為圓形螺旋形線圈，并且均勻排列成花瓣形；所述接收端的螺旋形線圈的尺寸與發(fā)射端的單個螺旋形線圈相同，或者是基于發(fā)射端的單個螺旋形線圈的等比例放大倍數(shù)的螺旋形線圈。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于陣列線圈的磁共振無線充電裝置，其特征在于，發(fā)射端的螺旋形線圈為正六邊形螺旋形線圈，并且均勻排列成花瓣形；所述接收端的螺旋形線圈的尺寸與發(fā)射端的單個螺旋形線圈相同，或者是基于發(fā)射端的單個螺旋形線圈的等比例放大倍數(shù)的螺旋形線圈。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于陣列線圈的磁共振無線充電裝置，其特征在于，所述發(fā)射端的的若干個螺旋形線圈包括一個圓形螺旋形線圈以及若干個扇形螺旋形線圈，所述圓形螺旋形線圈以及若干個扇形螺旋形線圈均勻排列成圓形，所述接收端的螺旋形線圈的尺寸與發(fā)射端的單個扇形螺旋形線圈相同，或者是基于發(fā)射端的單個扇形螺旋形線圈的等比例放大倍數(shù)的螺旋形線圈。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于陣列線圈的磁共振無線充電裝置，其特征在于，所述控制電路包括兩個串聯(lián)的絕緣柵雙極型晶體管，兩組絕緣柵雙極型晶體管并聯(lián)后一端接電源，另一端與一電阻串聯(lián)后與電源連接，分別從兩組串聯(lián)的絕緣柵雙極型晶體管的中間節(jié)點引出，作為輸出端；所述驅(qū)動電路包括一組電容和電阻并聯(lián)后與電感串聯(lián)，連接于控制電路的其中一輸出連接點，其中電阻與線圈串聯(lián)后與電容器并聯(lián)；所述電能變換電路包括兩組并聯(lián)的二極管，每組二極管包括兩個串聯(lián)的二極管，兩組二極管并聯(lián)后與一線圈連接；分別從兩組串聯(lián)的二極管的中間節(jié)點引出，作為輸出端。
【文檔編號】H02J17/00GK103532255SQ201310527190
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月31日
【發(fā)明者】王軍華, 劉開培, 常輝 申請人:武漢大學(xué)