具有匀强磁场特性的磁谐振耦合式多负载无线充电平台的制作方法
【专利摘要】一种具有匀强磁场特性的磁谐振耦合式多负载无线充电平台，包括交流电源、源端耦合电感线圈、源端调谐电容、电感线圈阵列、阵列调谐电容、阵列连接导线、固定托台、附加托台、负载端耦合电感线圈、负载端调谐电容、支架；交流电源、源端耦合电感线圈、源端调谐电容串联，电感线圈阵列和阵列调谐电容通过阵列连接导线相串联、负载端耦合电感线圈和负载端调谐电容串联，并通过输出端口与负载电路相连；电感线圈阵列的电感线圈缠绕在固定托台侧面上，固定托台与支架固定并支撑电感线圈阵列。本发明结构简单，容易实施，待充电负载的耦合线圈可平行地随意放置在匀强磁场区域中任意一处，而不影响其充电效果，可支持多个负载同时进行充电。
【专利说明】具有匀强磁场特性的磁谐振耦合式多负载无线充电平台
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线能量传输系统设计【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 作为一种新型的无线能量传输技术，磁谐振耦合式无线充电技术能在几倍于电感 项圈口径的距离以较高的效率传递电能，克服了感应式无线充电技术只能在非常近的距离 才能应用的弊端。可用于从毫瓦级到千瓦级的各种应用场合。
[0003] 传统的磁谐振耦合式无线充电系统有四电感线圈形式和两电感线圈形式两种。在 四电感线圈形式中，电源通过一个耦合电感线圈和发射电感线圈相耦合，负载则通过另一 个耦合电感线圈和接收电感线圈相耦合；而在两电感线圈形式中，耦合电感线圈被取消，电 源、负载直接和发射电感线圈、接收电感线圈相连接。它们的共同特点是单电源、单负载，效 率和功率对电感线圈之间的距离、相对位置非常敏感。而若局限于这种一对一的单电源、单 负载的传统技术，要同时对多个负载进行充电只能采用多个充电装置的方法。
[0004] 目前已有一些均匀磁场的无线充电技术，其特点是能够在一定空间区域中产生均 匀磁场，在此空间区域中，待充电负载（以及其耦合电感线圈）可随意移动而不影响其充电 性能。但它们是基于磁感应原理的，均匀磁场区域通常被局限在一张面积一定的二维平面 上，导致负载的耦合电感线圈的位置被局限在距离发射线圈几个毫米的范围内，这极大地 限制了无线充电平台的进一步发展和应用。
[0005] 为克服磁感应式均匀磁场无线充电技术的上述弱点，打破传统的磁谐振耦合式无 线充电负载只能放置在固定位置以及只能对单个负载进行充电的弊端，满足越来越多的多 负载无线充电的需求，迫切需要一种具有较大的三维均匀磁场空间，能够同时对多负载进 行充电的技术方案。该方案还应对各充电负载进行有效隔离，以避免多个充电负载之间在 充电时的相互干扰。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是克服现有技术的不足，提出一种磁谐振耦合式无线充电平台，利 用多个同轴的绕向相同的平行电感线圈构成能在一定三维空间区域范围内产生均匀磁场 的电感线圈阵列。该平台可以对多个负载同时进行充电；充电负载的耦合电感线圈可放置 在该均匀磁场区域范围内任意位置；多负载充电时，只要充电负载的耦合电感线圈彼此隔 开一定的位置就能相互隔离，保证充电状态互不影响。
[0007] 本发明是通过以下技术方案实现的。
[0008] 本发明由交流电源（9)、源端耦合电感线圈（3)、源端调谐电容（10)、电感线圈阵 列（11)、阵列调谐电容⑴、阵列连接导线⑵、固定托台（5)、附加托台（12)、负载端耦合电 感线圈（4)、负载端调谐电容（7)、支架（6)构成。交流电源（9)和源端耦合电感线圈（3) 以及源端调谐电容（10)通过导线相串联，电感线圈阵列（11)和阵列调谐电容（1)通过阵 列连接导线（2)相串联、负载端耦合电感线圈（4)和负载端调谐电容（7)相串联，并通过输 出端口（8)与负载电路相连。
[0009] 所述的电感线圈阵列（11)由两个或两个以上的同轴平行的大口径空心电感线圈 通过导线（2)串联而成，绕向保持一致。如此，可以在由最下面电感线圈为底部、最上面电 感线圈为顶部所构成的柱形区域(柱形区域横截面形状取决于阵列电感线圈的形状）附近 获得近似均匀的磁场。所述的这些电感线圈可以为圆形，也可绕制为矩形或其它几何形状。 [0010] 这些大口径空心电感线圈缠绕在固定托台（5)侧面上，固定托台（5)是由非金属、 非磁性材料(如玻璃、塑料等）制成的扁柱结构，和支架（6) -起固定并支撑电感线圈阵列。 各固定托台（5)中，除了最靠近源端耦合电感线圈（3)的固定托台之外，待充电电器可放置 在其它固定托台的上面进行充电。另外，还可在最上和最下固定托台之间的空间内，平行于 固定托台的其它适当位置放置若干附加托台（12)。
[0011] 支架（6)由非金属、非磁性材料(如玻璃、塑料、木材等)制成，除了固定和支撑固定 托台（5)和电感线圈阵列（11)的作用外，还可以支撑多个附加托台（12)放置在近似均匀 磁场区域内。固定托台（5)和附加托台（12)安装在匀强磁场空间内，垂直于电感线圈阵列
[11] 轴向，由支架（6)支撑、固定。
[0012] 电感线圈阵列的总电感分为两部分，一部分是各空心线圈的自感， 另一部分是各空心线圈彼此之间的互感，总电感量Z A为以上两部分电感的总 和。阵列调谐电容匕（1)将电感线圈阵列的谐振频率调谐到工作频率A，即
【权利要求】
1. 一种具有匀强磁场特性的磁谐振耦合式多负载无线充电平台，其特征是由交流电源 (9)、源端耦合电感线圈（3)、源端调谐电容（10)、电感线圈阵列（11)、阵列调谐电容（1)、阵 列连接导线（2)、固定托台（5)、附加托台（12)、负载端耦合电感线圈（4)、负载端调谐电容 (7)、支架（6)构成；所述的电感线圈阵列（11)由两个或两个以上的同轴平行的大口径空心 电感线圈通过导线（2)串联而成，绕向保持一致； 交流电源（9)和源端耦合电感线圈（3)以及源端调谐电容（10)通过导线相串联，电 感线圈阵列（11)和阵列调谐电容（1)通过阵列连接导线（2)相串联、负载端耦合电感线圈 (4)和负载端调谐电容（7)相串联，并通过输出端口⑶与负载电路相连；大口径空心电感 线圈缠绕在固定托台（5)侧面上，固定托台（5)为非金属、非磁性材料扁柱结构，与支架（6) 一起固定并支撑电感线圈阵列（11)。
2. 根据权利要求1所述的无线充电平台，其特征是所述的大口径空心电感线圈为圆形 或矩形。
3. 根据权利要求1所述的无线充电平台，其特征是在固定托台（5)之间的空间内，放置 若干平行于固定托台（5)的附加托台（12)，由支架（6)支撑和固定。
4. 根据权利要求1所述的无线充电平台，其特征是系统工作频率为125KHz、133KHz、 225KHz或13. 56MHz ;阵列调谐电容（1)将电感线圈阵列（11)调谐到工作频率；源端调谐 电容（10)将源端耦合电感线圈（3)调谐到工作频率；负载端调谐电容（7)将负载端耦合 电感线圈（4)调谐到工作频率。
5. 根据权利要求1所述的无线充电平台，其特征是交流电源（9)为直流电源通过 DC-AC、或低频交流源通过AC-DC-AC电路经全桥逆变或半桥逆变变换而来。
6. 根据权利要求1所述的无线充电平台，其特征是电感线圈阵列（11)线圈电感4、源 端耦合线圈（3)电感乙和负载端耦合线圈电感满足约束条件# SA=#Ay其中，#SA是4与 ZA的互感，J心是Z A与4的互感。
【文档编号】H02J17/00GK104104159SQ201410300222
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年6月30日 优先权日:2014年6月30日
【发明者】罗斌 申请人:南昌大学