[发明专利]用于室内的三维无线充电结构

说明书

技术领域

本发明涉及无线充电技术领域，特别是涉及一种用于室内的三维无线充电结构。

背景技术

目前，无线电能传输技术已经应用到人们的日常生活中，比如说智能设备以及电动汽车的充电。以目前已有的无线充电智能手机举例，传统的无线电能传输技术即在手机内部装设一个接收线圈，然后将手机放置在一个装有电能发射线圈的基座上。这种无线充电方式相比于传统充电方式省去了充电线，而通过交变的电场来传递能量。这种技术，传输方向固定，即只能在一个维度上进行电能传输。一维的无线电能传输技术磁场分布简单，易于分析计算，且较容易实现，但是这种技术适合于发射和接收位置相对固定的场合。比如说正在充电的手机一旦离开充电基座，充电效果将大打折扣，甚至于无法实现。这都暴露出一维无线充电的局限性，即一旦接收线圈和发射线圈存在较大的相对偏移时，电能传输效率将急剧下降。这也就是目前无线充电技术没有在电子设备中广泛作用起来的原因，因为它仍然需要依靠一个充电基座才能实现，而基座依然是需要通过线路连接电源的，较之传统有线充电方式并没有显著的优越性。

为了克服一维无线电能传输存在的问题，人们提出了三维无线电能传输的概念。三维无线电能传输系统即在三个维度分别装设一套电能发射系统，通过控制每个发射系统中的电流，来改变空间电磁场的分布，使电磁场能完全覆盖整个三维空间，即电能可以从三个维度进行传输。因而接收线圈不管处于空间中的任意位置和任意角度偏转时，都能与空间磁场较好地耦合，实现无线电能传输。

如果将三维无线电能传输的理念应用于室内，即通过设计改造在室内安装一套无线电能传输系统，那么室内的任何电器都可以通过无线电能传输的方式来获得电能，因而将省去诸多插座开关以及电源线路。关键即在于如何选定发射线圈的安装位置，以保证房间内部的电气设备中的接收线圈均能较好的与发射线圈耦合。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种用于室内的三维无线充电结构，合理选择发射系统的安装位，保证整个空间内任何位置都有电能传输。

本发明解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种用于室内的三维无线充电结构，将室内的房间视为一个空心长方体，所述房间包括相互正交的前后、左右和上下三组平面，每组平面中至少有一个平面上设有无线电能发射结构，所述无线电能发射结构包括多个发射线圈，所述发射线圈由内向外排布为多层，每层所述发射线圈以正六边形为基本单元排列，使所述无线电能发射结构整体为蜂巢结构。

具体的，位于前后和左右两组平面上的所述无线电能发射结构为平铺式结构，所述平铺式结构保证每一个发射线圈均与所在平面平行。

具体的，位于上面的平面上的所述无线电能发射结构为平铺式结构或弧顶式结构。

具体的，所述弧顶式结构选取房间顶部的中心点为正六边形的几何中心，位于中心处的正六边形为第一层，且所述第一层所在平面与水平面平行，并且由中心向外辐射，每层由多个所述发射线圈围成的正六边形构成，第一层与水平面夹角为0°，从第二层开始每层与水平面所成夹角逐渐递增，且最外层与水平面夹角小于等于90°。

优选的，每层与水平面的夹角以相同角度递增。

优选的，每层递增的角度为5°。

进一步，每个所述发射线圈连接一个谐振电路，所述谐振电路包括电容器和电感线圈。

进一步，同一面上的所述发射线圈的两个端子引出，采用并联式连接，集中连接到一个高频逆变电源上。

具体的，所述发射线圈包括铜管和绕制在铜管上的线圈。

具体的，所述铜管直径为4mm，所述铜管上线圈的匝数为5匝，且所述线圈的厚度小于30mm，线圈的直径为300mm。

电路：包括电源回路、高频逆变、多发射谐振回路、接收谐振回路、控制与检测电路和负载回路等几部分。其中，电源回路包括220V直流电源、输入EMI滤波、AC/DC变换等功能。高频逆变部分包括高频逆变主回路、驱动回路和控制回路等部分。多谐振发射回路由多个发射线圈和谐振电容组成。接收谐振回路由接受线圈和谐振电容组成，负载回路由整流、稳压和负载几个部分组成。

工作机制：220V交流电经过AC/DC转换成直流电，然后经过高频DC/AC逆变转换为高频交流电，多发射谐振回路再将逆变后的高频交流电通过谐振耦合发送给接收谐振回路，然后经过整流稳压等环节从而将符合要求的能量传递给负载，完成整个无线电能传输的任务。