一种具有多负载隔离特性的可拓展无线充电垫制造技术

一种具有多负载隔离特性的可拓展无线充电垫，包括逆变交流电源、K变换器、平面发射垫、无线能量接收器；K变换器由T型或者π型LC电路网络构成；平面发射垫由平面发射线圈以及发射线圈调谐电容串联构成，并粘附固定在绝缘材料的软垫上；无线能量接收器由接收线圈和接收线圈调谐电容以及负载串联构成，放置在发射垫上；逆变交流源通过K变换器与平面发射垫通过导线并联，接收线圈和接收线圈调谐电容串联，并通过输出端口与负载电路相连。本实用新型专利技术容易实施，效果显著。待充电负载的无线能量接收器可以任意放置在充电区域里而不受其他充电负载影响；同时提高充电面积利用率，且扩展和拼接后不影响负载隔离效果。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于无线能量传输系统设计

技术介绍
随着电子产品的日益增多，一个方便的家用充电平台被迫切需求。作为一种新的技术，无线电能传输技术可以很好满足这个需求。在这些无线电能传输技术中，磁谐振耦合式无线充电技术由于它的安全、中距离传输和高效率等优点被广泛的看好。因此，利用这项技术可以很好地做成一个家用无线充电系统。传统的多负载无线充电系统是利用一个大的发射线圈和多个小的接收线圈构成的。在这个系统中，接收线圈非常容易受到其它接收线圈的干扰而无法稳定的工作。在目前已有的研究成果中，多数是利用在负载端接一个匹配的电路的方法来减小干扰。但是，对于一个负载相对较多的系统，这种方法显得比较麻烦且很不实用。同时，在已有的一些可扩展的无线电能传输系统中，由于扩展结构特殊，需要大面积覆盖以保证均匀充电或者有需要特定的扩展位置和方式，使得系统的扩展十分的繁琐。在专利号CN104159A提出的具有负载隔离特性的多负载均匀充电平台中，利用特殊结构产生了一个3D的均匀充电空间，多个负载可以任意摆放，且充电时互不影响；同时，该平台可以在垂直方向扩充以容纳更多的负载。但是，该平台结构的充电面积利用率较低，传输效率随着扩充而降低，且只适合应用于特定的场合。文献“Meyer P, Germano P, Markovic M, et al. Design of a contactless energy transfer system for desktop peripherals[J]. Industry Applications IEEE Transactions on, 2011, 47(4):1643-1651”基于平面螺旋四边形提出一种可用于多负载供电的多层阵列式原边磁能发射网，该结构为可扩展结构，但由于单层阵列结构磁场分布不均匀，所以需要用多层大面积覆盖的方式相互补偿以保证负载可以在任意位置充电，在应用上极为的不方便。同时，文献“Zhong W X, Liu X, Hui S Y R. A Novel Single-Layer Winding Array and Receiver Coil Structure for Contactless Battery Charging Systems With Free-Positioning and Localized Charging Features[J]. Industrial Electronics IEEE Transactions on, 2011, 58(9):4136-4144”提出了一种带铁芯的单层绕线阵列的磁能发射网，接收端可以任意摆放，发射网也能够扩展，由于每一个扩展单元的铁芯材料和位置都有要求使得工艺要求高和实施难度大。文献“刁寅亮. 产生均匀磁场的无线充电平台中初级线圈结构设计[D]. 北京邮电大学, 2011”基于感应式无线电能传输技术提出了一种能够产生均匀磁场的初级线圈结构，并通过仿真得到了验证，同时，为了结构的扩展对初级线圈进行了改进。然而，以上三个文献中对多个负载间的干扰与隔离没有详细讨论，甚至没讨论，仅仅在于系统扩展和负载摆放可以忽略位置。同时，三个文献都是基于感应式无线电能传输技术，使得充电距离仅为一张二维平面，离开即不能充电，因此无法更广泛的应用。在“Kim J, Son H C, Kim D H, et al. Impedance matching considering cross coupling for wireless power transfer to multiple receivers[C]. Wireless Power Transfer. 2013:226-229”、“Kim J, Kim D H, Park Y J. Analysis of Capacitive Impedance Matching Networks for Simultaneous Wireless Power Transfer to Multiple Devices[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2015, 62(5):2807-2813”以及“Ean K K, Chuan B T, Imura T, et al. Impedance matching and power division algorithm considering cross coupling for wireless power transfer via magnetic resonance[J]. 2012:1-5”等文献中，多数利用负载端接一个匹配的电路的方法来减小多负载间的交叉干扰。但是，在一个负载相对较多的系统中，这种方法显得十分麻烦且很不实用。因此需要一种方便的负载隔离方案，让负载端无需匹配电路。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有技术中存在单源单负载或单源多负载应用时充电平台不可扩展以及多接收负载的状态彼此相互干扰等问题，提出一种新型的具有多负载隔离特性的可扩展无线充电垫。本技术通过K变换器并联到同一逆变电源两端的多个充电垫，可以在X轴和Y轴方向以平铺的方式扩展和拼接出更大的面积以容纳接收线圈占用面积更大和数目更多的负载。通过无缝的拼接，每个充电垫的边角连接处都能得到充分的利用，有效提高充电垫面积利用率；扩展和拼接后，多充电垫无线充电结构仍然保持多负载隔离特征。在多个负载同时充电时，充电负载的接收线圈可以实现很好的隔离，充电互不影响。本技术通过以下技术实现。本技术包括逆变交流电源、K变换器、平面发射垫、无线能量接收器。本技术所述的K变换器又称为阻抗变换器，由T型或者π型LC电路网络构成。其中，电感和电容的取值为 和。f0 是系统的工作频率，K是K变换器的特征参数。所述的平面发射垫由平面发射线圈以及发射线圈调谐电容串联构成，并粘附固定在绝缘材料的软垫上。各平面发射垫中平面发射线圈的规格、绕向等均为一致。每个平面发射垫通过K变换器并联到交流源两端。所述的无线能量接收器由接收线圈和接收线圈调谐电容以及负载串联构成，放置在发射垫上。逆变交流源通过K变换器与平面发射垫通过导线并联，接收线圈和接收线圈调谐电容串联，并通过输出端口与负载电路相连。所述的平面发射线圈可以采用方形或者圆形的匀强磁场平面线圈。优选方形的匀强磁场平面线圈，便于充电垫的拼接，它可以在线圈所在面积内产生纵向的均匀磁场。发射线圈调谐电容用于发射端电路调谐使谐振频率调到系统工作频率f0 。所述的接收线圈外接负载后可以放置在平面发射线圈上的任意位置。接收线圈调谐电容用于接收端电路调谐使谐振频率也调到系统工作频率f0 。本技术所述的充电垫可以向X轴和Y轴方向以平铺的方式扩展和拼接出更大的面积，并且共用一个交流源。每个平面发射垫都通过K变换器连接到逆变交流源两端，以保证系统的负载隔离效果。本技术所述的逆变交流源是使用DC-AC或者AC-DC-AC电路经过一个全桥或半桥逆变器变换而来。该逆变交流源内阻很小，仅有很小的开关损耗，可以粗略地视为无内阻的交流电压源。本技术公开的无线充电垫容易实施，效果显著。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有多负载隔离特性的可拓展无线充电垫，其特征是：包括逆变交流电源、K变换器、平面发射垫、无线能量接收器；所述的K变换器由T型或者π型LC电路网络构成；其中，电感和电容的取值为和，f 0 是系统的工作频率，K 是K变换器的特征参数；所述的平面发射垫由平面发射线圈以及发射线圈调谐电容串联构成，并粘附固定在绝缘材料的软垫上；所述的无线能量接收器由接收线圈和接收线圈调谐电容以及负载串联构成，放置在发射垫上；逆变交流源通过K变换器与平面发射垫通过导线并联，接收线圈和接收线圈调谐电容串联，并通过输出端口与负载电路相连。

【技术特征摘要】
1.一种具有多负载隔离特性的可拓展无线充电垫，其特征是：包括逆变交流电源、K变换器、平面发射垫、无线能量接收器；所述的K变换器由T型或者π型LC电路网络构成；其中，电感和电容的取值为 和，f0 是系统的工作频率，K 是K变换器的特征参数；所述的平面发射垫由平面发射线圈以及发射线圈调谐电容串联构成，并粘附固定在绝缘材料的软垫上；所述的无线能量接收器由接收线圈和接收线圈调谐电容以及负载串联构成，放置在发射垫上；逆变交流源通过K变换器与平面发射垫通过导线并联，接收线圈和接收线圈调谐电容串联，并通过输出端口与负载电路相连。2.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗斌，周俊杰，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：新型
国别省市：江西;36