[发明专利]多线圈激励磁场耦合式无线充电平台

说明书

本发明的多线圈激励磁场耦合式无线充电平台，包括两部分线圈。第一部分线圈中的各线圈的几何中心连线形成正多边形，即在空间位置上闭合，通入相位不同的交流激励，可以形成运动路径闭合的行波磁场，解决了端部效应带来的磁场分布不均的问题。第二部分线圈处于充电区域的中心位置，通入交流激励，解决了在中心区域由于磁场相互抵消而产生的感应盲区的问题。整个充电区域内磁场分布均匀且无感应盲区，适用于大多数非接触式电能传输场合。

技术领域

本发明涉及一种适用于磁场耦合式无线充电系统中的多线圈激励结构，属于变压器或电能变换领域。

背景技术

无线充电技术(Wireless Power Transfer,WPT)指供电设备与电子接收设备之间不存在物理上的连接，通过磁场耦合、微波、电场耦合等形式来传输电能。传统的接触式充电方式由于存在摩擦、磨损和裸露导线，很容易产生接触火花，影响供电的安全性和可靠性，缩短电气设备的使用寿命。与其相比，无线充电技术具有安全、方便、无火花、无磨损及免维护等优点，因而在交通运输、医疗器械、便携通信、航空航天、水下探测等领域均已得到了应用。

与电场耦合WPT和微波WPT相比，磁场耦合WPT具有中距离传输、低电磁辐射的特点，因而适用于构建无线充电平台。对于目前的磁场耦合式非接触充电平台，Chun-HungHu,Ching-Mu Chen,Ying-Shing Shiao,Tung-Tung Chan and Tsair-Rong Chen,“Development of a universal contactless charger for handheld devices,”IEEEISIE,2008,pp.99-104所研究的单螺旋线圈磁场强度从中心到边缘非线性减小，当拾取线圈放置在区域边缘时，磁场耦合能力弱，需要很大的激励电流才能提供足够的电能。为了能够产生均匀磁场，解除对拾取线圈位置的限制，Xun Liu,S.Y.Hui.Optimal design of ahydrid winding structure for planar contactless battery chargingplatform.IEEE Transactions on Power Electronics,2008,23(1):455-463将一个集中线圈和一个平面螺旋线圈同轴放置，集中线圈产生的磁场强度从边缘到中心逐渐减小，与单螺旋线圈恰好相反，将两种线圈的特性相结合从而获得均匀磁场。S.Y.Hui,Wing.W.C.Ho.A new generation of universal contactless battery chargingplatform for portable consumer electronic equipment.IEEE Transations on PowerElectronics,2005,20(3):620-627提出了三层PCB线圈阵列结构，将线圈多层交错重叠放置，利用不同位置多个线圈的此消彼长来获得分布均匀的磁场。但这种结构将会减弱最大磁场，而且用铜量也会大大增加。

单个平面线圈构成的无线能量传输区域，能量传输的距离和方向都受到很大的限制。Huang Juntao,Chen Qianhong.Design and realization of a four coil excitedwireless power transmission region via magnetic resonances.IEEE Applied PowerElectronics Conference and Exposition(APEC),2014:1323-1328.提出了由四个平面螺旋线圈构成的空间无线供电区域。虽然在空间四个线圈激励充电区域内磁场分布更加均匀，但是因为四个线圈通入同相激励电流，供电区域中磁场强弱的分布存在固定规律，所以仍然会有感应盲区存在。