[发明专利]立体式发射和接收的无线充电系统

说明书

本发明公开了一种立体式发射和接收的无线充电系统，包括电压源、逆变器、补偿电路、发射线圈、接收线圈和整流器，电压源提供的直流电经逆变器逆变成高频的交流电，高频的交流电经过补偿网络补偿后到达发射线圈产生交变磁场。接收装置采用正交线圈结构，两个线圈在交变磁场中产生感应电流，并分别经过各自的补偿网络之后再进行整流，最后汇集到负载两端。立方体形发射线圈的设计让不同线圈的磁通组合，增大了磁通量提高了效率；并且实现了多方向传输。正交接收线圈的设计可以让接收线圈接收到任意发射方向传递的磁场能量，有效提高位置不对中的容差能力，最大限度地提高不同磁场分布下的输出功率，有望应用在便携式无线充电领域。

技术领域

本发明涉及一种无线充电系统，尤其涉及一种立体式发射和接收的无线充电系统。

背景技术

无线充电系统是一种根据电磁感应原理将能量从一个电路传输到另一个电路的非接触式能量传输技术。近年来，因无线充电系统具有便携性、安全性、非接触式、可以一对多充电等优势，引起了大量的关注，被广泛的应用在各行各业。如，手机的无线充电、电动汽车的无线充电等。目前，无线充电方式主要包括电磁感应式、磁场共振式、无线电波式、电场耦合式。在众多的无线充电技术中，磁耦合谐振式无线电能传输技术因其传输距离远，抗偏移性能好、环境适应性强等优势应用的最为广泛，且较为成熟。对磁耦合谐振式无线充电技术的研究大都是优化电路结构。如，针对补偿网络提出的S-S，S-P，P-S，P-P，LCC，LCL等拓扑结构，而对发射和接收线圈结构的研究较少。

目前涉及到改变发射和接收线圈的结构主要有以下几种：1.选择不同形状的发送和接收线圈。常用的线圈有矩形线圈和圆形线圈，通过优化线圈形状来提高传输效率。2.在发送和接收线圈间接入多个中继线圈。在发送和接收线圈间接入多个中继线圈以提高传输距离，实现较大的传输效率。3.将多个线圈平铺在与发送线圈相对的平面上。将多个线圈平铺在与发送线圈相对的平面上有利于更好的接收发射线圈发射出的磁场，提高磁通量的接收率，进而提高传输效率。以上的无线充电系统结构中发射线圈和接收线圈都是在二维平面。这就造成了能量只能在一个维度上进行传输，无法实现多方位能量传输。但是，当发射线圈与单个传统接收线圈产生角偏移时，接收线圈接收到的磁通量严重减少，传递的能量将会大幅度减少，严重影响传输效率。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种立体式发射和接收的无线充电系统，能够解决发射线圈与接收线圈只能在一个维度上实现能量传输的问题，实现能量多方位传输，提高传输效率，并且还能够提高发射线圈与接收线圈位置不对中的容差能力。

技术方案：本发明所采用的技术方案是一种立体式发射和接收的无线充电系统，包括电压源、逆变器、补偿电路、发射线圈、接收线圈和整流器，其特征在于：所述发射线圈和接收线圈均采用若干平面线圈组合而成的立体式结构；电压源提供的直流电经逆变器逆变成高频交流电，高频交流电经过一次补偿电路补偿后到达所述发射线圈产生交变磁场，所述接收线圈在交变磁场中产生感应电流，分别经过各自的二次补偿电路并进行整流之后，汇集到负载两端为负载供电。

包括电压源、逆变器、补偿电路、发射线圈、接收线圈和整流器，其特征在于：所述发射线圈和接收线圈均采用若干平面线圈组合而成的立体式结构；电压源提供的直流电经逆变器逆变成高频交流电，高频交流电经过一次补偿电路补偿后到达所述发射线圈产生交变磁场，所述接收线圈在交变磁场中产生感应电流，分别经过各自的二次补偿电路并经整流器整流之后，汇集到负载两端为负载供电。

所述发射线圈包括铁芯、导线，所述铁芯为立方体框架，所述导线按照从下至上的顺序缠绕在立方体框架上。所述接收线圈包括两个正交的圆形线圈。

在负载接入时，流入全桥逆变器的电流会急剧增大，通过控制MOS管导通的占空比将流经逆变器的电流限制在最大的额定电流之下，实现软开关。

所述逆变器采用全桥逆变电路。所述全桥逆变器包括四个MOS管，其中每两个MOS管串联形成两组MOS管后并联，通过改变MOS管的开断时间，实现对交流电频率的控制。