具有勻強(qiáng)磁場(chǎng)特性的磁諧振耦合式多負(fù)載無(wú)線充電平臺(tái)的制作方法
【專利摘要】一種具有勻強(qiáng)磁場(chǎng)特性的磁諧振耦合式多負(fù)載無(wú)線充電平臺(tái)，包括交流電源、源端耦合電感線圈、源端調(diào)諧電容、電感線圈陣列、陣列調(diào)諧電容、陣列連接導(dǎo)線、固定托臺(tái)、附加托臺(tái)、負(fù)載端耦合電感線圈、負(fù)載端調(diào)諧電容、支架；交流電源、源端耦合電感線圈、源端調(diào)諧電容串聯(lián)，電感線圈陣列和陣列調(diào)諧電容通過陣列連接導(dǎo)線相串聯(lián)、負(fù)載端耦合電感線圈和負(fù)載端調(diào)諧電容串聯(lián)，并通過輸出端口與負(fù)載電路相連；電感線圈陣列的電感線圈纏繞在固定托臺(tái)側(cè)面上，固定托臺(tái)與支架固定并支撐電感線圈陣列。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)施，待充電負(fù)載的耦合線圈可平行地隨意放置在勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域中任意一處，而不影響其充電效果，可支持多個(gè)負(fù)載同時(shí)進(jìn)行充電。
【專利說明】具有勻強(qiáng)磁場(chǎng)特性的磁諧振耦合式多負(fù)載無(wú)線充電平臺(tái)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 作為一種新型的無(wú)線能量傳輸技術(shù)，磁諧振耦合式無(wú)線充電技術(shù)能在幾倍于電感 項(xiàng)圈口徑的距離以較高的效率傳遞電能，克服了感應(yīng)式無(wú)線充電技術(shù)只能在非常近的距離 才能應(yīng)用的弊端?？捎糜趶暮镣呒?jí)到千瓦級(jí)的各種應(yīng)用場(chǎng)合。
[0003] 傳統(tǒng)的磁諧振耦合式無(wú)線充電系統(tǒng)有四電感線圈形式和兩電感線圈形式兩種。在 四電感線圈形式中，電源通過一個(gè)耦合電感線圈和發(fā)射電感線圈相耦合，負(fù)載則通過另一 個(gè)耦合電感線圈和接收電感線圈相耦合；而在兩電感線圈形式中，耦合電感線圈被取消，電 源、負(fù)載直接和發(fā)射電感線圈、接收電感線圈相連接。它們的共同特點(diǎn)是單電源、單負(fù)載，效 率和功率對(duì)電感線圈之間的距離、相對(duì)位置非常敏感。而若局限于這種一對(duì)一的單電源、單 負(fù)載的傳統(tǒng)技術(shù)，要同時(shí)對(duì)多個(gè)負(fù)載進(jìn)行充電只能采用多個(gè)充電裝置的方法。
[0004] 目前已有一些均勻磁場(chǎng)的無(wú)線充電技術(shù)，其特點(diǎn)是能夠在一定空間區(qū)域中產(chǎn)生均 勻磁場(chǎng)，在此空間區(qū)域中，待充電負(fù)載（以及其耦合電感線圈）可隨意移動(dòng)而不影響其充電 性能。但它們是基于磁感應(yīng)原理的，均勻磁場(chǎng)區(qū)域通常被局限在一張面積一定的二維平面 上，導(dǎo)致負(fù)載的耦合電感線圈的位置被局限在距離發(fā)射線圈幾個(gè)毫米的范圍內(nèi)，這極大地 限制了無(wú)線充電平臺(tái)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。
[0005] 為克服磁感應(yīng)式均勻磁場(chǎng)無(wú)線充電技術(shù)的上述弱點(diǎn)，打破傳統(tǒng)的磁諧振耦合式無(wú) 線充電負(fù)載只能放置在固定位置以及只能對(duì)單個(gè)負(fù)載進(jìn)行充電的弊端，滿足越來越多的多 負(fù)載無(wú)線充電的需求，迫切需要一種具有較大的三維均勻磁場(chǎng)空間，能夠同時(shí)對(duì)多負(fù)載進(jìn) 行充電的技術(shù)方案。該方案還應(yīng)對(duì)各充電負(fù)載進(jìn)行有效隔離，以避免多個(gè)充電負(fù)載之間在 充電時(shí)的相互干擾。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種磁諧振耦合式無(wú)線充電平臺(tái)，利 用多個(gè)同軸的繞向相同的平行電感線圈構(gòu)成能在一定三維空間區(qū)域范圍內(nèi)產(chǎn)生均勻磁場(chǎng) 的電感線圈陣列。該平臺(tái)可以對(duì)多個(gè)負(fù)載同時(shí)進(jìn)行充電；充電負(fù)載的耦合電感線圈可放置 在該均勻磁場(chǎng)區(qū)域范圍內(nèi)任意位置；多負(fù)載充電時(shí)，只要充電負(fù)載的耦合電感線圈彼此隔 開一定的位置就能相互隔離，保證充電狀態(tài)互不影響。
[0007] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0008] 本發(fā)明由交流電源（9)、源端耦合電感線圈（3)、源端調(diào)諧電容（10)、電感線圈陣 列（11)、陣列調(diào)諧電容⑴、陣列連接導(dǎo)線⑵、固定托臺(tái)（5)、附加托臺(tái)（12)、負(fù)載端耦合電 感線圈（4)、負(fù)載端調(diào)諧電容（7)、支架（6)構(gòu)成。交流電源（9)和源端耦合電感線圈（3) 以及源端調(diào)諧電容（10)通過導(dǎo)線相串聯(lián)，電感線圈陣列（11)和陣列調(diào)諧電容（1)通過陣 列連接導(dǎo)線（2)相串聯(lián)、負(fù)載端耦合電感線圈（4)和負(fù)載端調(diào)諧電容（7)相串聯(lián)，并通過輸 出端口（8)與負(fù)載電路相連。
[0009] 所述的電感線圈陣列（11)由兩個(gè)或兩個(gè)以上的同軸平行的大口徑空心電感線圈 通過導(dǎo)線（2)串聯(lián)而成，繞向保持一致。如此，可以在由最下面電感線圈為底部、最上面電 感線圈為頂部所構(gòu)成的柱形區(qū)域(柱形區(qū)域橫截面形狀取決于陣列電感線圈的形狀）附近 獲得近似均勻的磁場(chǎng)。所述的這些電感線圈可以為圓形，也可繞制為矩形或其它幾何形狀。 [0010] 這些大口徑空心電感線圈纏繞在固定托臺(tái)（5)側(cè)面上，固定托臺(tái)（5)是由非金屬、 非磁性材料(如玻璃、塑料等）制成的扁柱結(jié)構(gòu)，和支架（6) -起固定并支撐電感線圈陣列。 各固定托臺(tái)（5)中，除了最靠近源端耦合電感線圈（3)的固定托臺(tái)之外，待充電電器可放置 在其它固定托臺(tái)的上面進(jìn)行充電。另外，還可在最上和最下固定托臺(tái)之間的空間內(nèi)，平行于 固定托臺(tái)的其它適當(dāng)位置放置若干附加托臺(tái)（12)。
[0011] 支架（6)由非金屬、非磁性材料(如玻璃、塑料、木材等)制成，除了固定和支撐固定 托臺(tái)（5)和電感線圈陣列（11)的作用外，還可以支撐多個(gè)附加托臺(tái)（12)放置在近似均勻 磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)。固定托臺(tái)（5)和附加托臺(tái)（12)安裝在勻強(qiáng)磁場(chǎng)空間內(nèi)，垂直于電感線圈陣列
[11] 軸向，由支架（6)支撐、固定。
[0012] 電感線圈陣列的總電感分為兩部分，一部分是各空心線圈的自感， 另一部分是各空心線圈彼此之間的互感，總電感量Z A為以上兩部分電感的總 和。陣列調(diào)諧電容匕（1)將電感線圈陣列的諧振頻率調(diào)諧到工作頻率A，即

【權(quán)利要求】
1. 一種具有勻強(qiáng)磁場(chǎng)特性的磁諧振耦合式多負(fù)載無(wú)線充電平臺(tái)，其特征是由交流電源 (9)、源端耦合電感線圈（3)、源端調(diào)諧電容（10)、電感線圈陣列（11)、陣列調(diào)諧電容（1)、陣 列連接導(dǎo)線（2)、固定托臺(tái)（5)、附加托臺(tái)（12)、負(fù)載端耦合電感線圈（4)、負(fù)載端調(diào)諧電容 (7)、支架（6)構(gòu)成；所述的電感線圈陣列（11)由兩個(gè)或兩個(gè)以上的同軸平行的大口徑空心 電感線圈通過導(dǎo)線（2)串聯(lián)而成，繞向保持一致； 交流電源（9)和源端耦合電感線圈（3)以及源端調(diào)諧電容（10)通過導(dǎo)線相串聯(lián)，電 感線圈陣列（11)和陣列調(diào)諧電容（1)通過陣列連接導(dǎo)線（2)相串聯(lián)、負(fù)載端耦合電感線圈 (4)和負(fù)載端調(diào)諧電容（7)相串聯(lián)，并通過輸出端口⑶與負(fù)載電路相連；大口徑空心電感 線圈纏繞在固定托臺(tái)（5)側(cè)面上，固定托臺(tái)（5)為非金屬、非磁性材料扁柱結(jié)構(gòu)，與支架（6) 一起固定并支撐電感線圈陣列（11)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線充電平臺(tái)，其特征是所述的大口徑空心電感線圈為圓形 或矩形。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線充電平臺(tái)，其特征是在固定托臺(tái)（5)之間的空間內(nèi)，放置 若干平行于固定托臺(tái)（5)的附加托臺(tái)（12)，由支架（6)支撐和固定。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線充電平臺(tái)，其特征是系統(tǒng)工作頻率為125KHz、133KHz、 225KHz或13. 56MHz ;陣列調(diào)諧電容（1)將電感線圈陣列（11)調(diào)諧到工作頻率；源端調(diào)諧 電容（10)將源端耦合電感線圈（3)調(diào)諧到工作頻率；負(fù)載端調(diào)諧電容（7)將負(fù)載端耦合 電感線圈（4)調(diào)諧到工作頻率。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線充電平臺(tái)，其特征是交流電源（9)為直流電源通過 DC-AC、或低頻交流源通過AC-DC-AC電路經(jīng)全橋逆變或半橋逆變變換而來。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線充電平臺(tái)，其特征是電感線圈陣列（11)線圈電感4、源 端耦合線圈（3)電感乙和負(fù)載端耦合線圈電感滿足約束條件# SA=#Ay其中，#SA是4與 ZA的互感，J心是Z A與4的互感。
【文檔編號(hào)】H02J17/00GK104104159SQ201410300222
【公開日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月30日
【發(fā)明者】羅斌 申請(qǐng)人:南昌大學(xué)