一种基于九方形发射线圈的背包内嵌式无线充电系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于九方形发射线圈的背包内嵌式无线充电系统，包括发射单元和接收单元，发射单元进一步包括第一AC‑DC模块、DC‑DC模块、高频逆变模块、第一控制器、第一检测电路、第二检测电路和发射机构，发射机构由第一补偿电容和发射线圈阵列串联构成，发射线圈阵列由布置于同一平面的九个方形发射线圈并联构成，该九个方形发射线圈排列成三行三列，且中心发射线圈和周围发射线圈的电流方向相反；接收单元进一步包括接收机构、第二AC‑DC模块、第三检测电路和第二控制器。本实用新型专利技术便于内嵌于背包内，便携且安全高效；另外，还增加了充电面积，提高了发射线圈和接收线圈的耦合系数，从而提高整体传输效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于九方形发射线圈的背包内嵌式无线充电系统
本技术涉及磁耦合谐振式无线电能传输技术，尤其涉及一种基于九方形发射线圈的背包内嵌式无线充电系统。
技术介绍
根据传输机理不同，无线电能传输技术主要划分为四种形式：电磁辐射式、电场耦合式、磁耦合谐振式和超声波耦合式。本技术基于磁耦合谐振式电能传输技术。磁耦合谐振式能实现电能在中远传输距离时有较大的传输功率和传输效率，并且中间不受非磁性障碍物的影响，是一种应用前景广阔的新型无线电能传输技术。磁耦合谐振式无线电能传输技术的基本原理为：通过高频逆变电路把直流电转换为高频交流电，发射端和接收端的两侧线圈在补偿电容的配合下发生自谐振，使线圈回路阻抗值达到最小，从而使得大部分能量在电容和电感之间来回振荡，并且同时通过线圈向外发射能量或者从外界接收能量。相比较于传统的接触式充电方式，采用磁耦合谐振式无线电能传输技术可以成功地避免由充电设备的反复拔插而引起的连接处的机械磨损，导致接触不良。同时，由于非接触的特性，可避免传统接触式充电过程中充电器和电源连接时产生电火花而造成的潜在危险。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种便携且安全高效的基于九方形发射线圈的背包内嵌式无线充电系统。本技术所采用的技术方案是：一种基于九方形发射线圈的背包内嵌式无线充电系统，包括发射单元和接收单元：所述的发射单元进一步包括第一AC-DC模块、DC-DC模块、高频逆变模块、第一控制器、第一检测电路、第二检测电路和发射机构，第一AC-DC模块、DC-DC模块、高频逆变模块、发射机构依次相连；第一检测电路连接高频逆变模块的输入端，用来检测高频逆变模块低压直流侧的电流；第二检测电路连接高频逆变模块的输出端，用来检测高频逆变模块高频交流侧的电流；第一控制器的输入端连接第一检测电路、第二检测电路，第一控制器的输出端连接DC-DC模块，第一控制器通过驱动器连接高频逆变模块；其中，发射机构由第一补偿电容和发射线圈阵列串联构成，发射线圈阵列由布置于同一平面的九个方形发射线圈并联构成，该九个方形发射线圈排列成三行三列，且中心发射线圈和周围发射线圈的电流方向相反；所述的接收单元进一步包括接收机构、第二AC-DC模块、第三检测电路和第二控制器，接收机构、第二AC-DC模块、第三检测电路、第二控制器依次相连，其中，接收机构由第二补偿电容和接收线圈串联构成。进一步的，九个方形发射线圈的尺寸相同。进一步的，第二控制器的输出端还连接通信信号调制电路。进一步的，第二检测电路进一步包括电流互感器、真有效值芯片和AD转换器，电流互感器、真有效值芯片、AD转换器依次相连。和现有技术相比，本技术具有如下优点和有益效果：（1）便于内嵌于背包内，便携且安全高效，，解决了生活中手机、平板电脑、LED小灯、小风扇等小功率电器的充电不方便的问题。（2）增加了充电面积，提高了发射线圈和接收线圈的耦合系数，从而提高整体传输效率。附图说明图1是本技术发射单元的结构示意图；图2是本技术接收单元的结构示意图；图3是本技术发射线圈阵列的结构示意图；图4是本技术第二检测电路及其连接关系的具体示意图。1-第一AC-DC模块，2-DC-DC模块，3-高频逆变模块，4-第一控制器，5-第一检测电路，6-第二检测电路，7-发射机构，8-接收机构，9-第二AC-DC模块，10-第三检测电路，11-第二控制器，12-通信信号调制电路，13-待充电设备。具体实施方式下面将结合附图对本技术的具体实施方式进行详细说明。参见图1，发射单元中，第一AC-DC模块1用来把市电整流为直流电，DC-DC模块2用来稳定前级电压，并将前级电压转换为后级模块所需电压；高频逆变模块3在第一控制器4输出的PWM信号的驱动下，将DC-DC模块2输出的直流电转换为高频交流电，并通过发射机构7把高频交流电发射出去。第一检测电路5和第二检测电路6分别检测高频逆变模块3的低压直流侧和高频交流侧的电流，并将检测电流转换为电压信号后发送给第一控制器4。第一控制器4根据接收信号控制DC-DC模块2和高频逆变模块3，以保证工作频率在接收新线圈和发射线圈的谐振频率附近。为方便画图，图1中两个第一控制器4所指相同。参见图2，接收单元中，接收机构8接收发射机构7发射的能量，并向后级输出。第二AC-DC模块9把高频交流电整流成为直流电，对与接收机构8输出端相连的待充电设备13进行充电。第三检测电路10检测待充电设备13的实时工作状态并传送给第二控制器11，所述的待充电设备13的实时工作状态包括待充电设备电池的实时配置信息和通信协议。第二控制器11还可连接通信信号调制电路12，其接收的待充电设备13的实时工作状态可通过通信信号调制电路12发送到控制中心。参见图3，发射单元中，发射机构7采用九线圈布置的发射线圈阵列，中心发射线圈周围均匀分布8个发射线圈，9个发射线圈形状和尺寸均相同。将9个发射线圈布置于同一平面，便于内嵌于背包底部，还可增加充电面积，中心发射线圈和周围发射线圈的电流方向相反，这样不仅可保证发射线圈周围磁场的均匀性及强度，而且还可增大可充电面积。图3中，带箭头的弧线表示电流方向。参见图4，一种具体的第二检测电路由依次相连的电流互感器、真有效值芯片、AD转换器构成。其中，电流互感器用来检测发射机构用来检测高频逆变模块高频交流侧的电流，即发射机构中电流，并输出电压信号，通过真有效值芯片获得有效值。A/D转换器把有效值转换为数字量发送给第一控制器。第一控制器控制控制DC-DC模块和高频逆变模块，以保证发射线圈电流的有效值一直为最大值，即可让无线充电系统工作在谐振频率附近。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于九方形发射线圈的背包内嵌式无线充电系统，包括发射单元和接收单元，其特征是，所述的发射单元进一步包括第一AC‑DC模块、DC‑DC模块、高频逆变模块、第一控制器、第一检测电路、第二检测电路和发射机构，第一AC‑DC模块、DC‑DC模块、高频逆变模块、发射机构依次相连；第一检测电路连接高频逆变模块的输入端，用来检测高频逆变模块的低压直流侧的电流；第二检测电路连接高频逆变模块的输出端，用来检测高频逆变模块的高频交流侧的电流；第一控制器的输入端连接第一检测电路、第二检测电路，第一控制器的输出端连接DC‑DC模块，第一控制器通过驱动器连接高频逆变模块；其中，发射机构由第一补偿电容电路和发射线圈阵列串联构成，发射线圈阵列由布置于同一平面的九个方形发射线圈并联构成，该九个方形发射线圈排列成三行三列，且中心发射线圈和周围发射线圈的电流方向相反；所述的接收单元进一步包括接收机构、第二AC‑DC模块、第三检测电路和第二控制器，接收机构、第二AC‑DC模块、第三检测电路、第二控制器依次相连，其中，接收机构由第二补偿电容电路和接收线圈串联构成。

【技术特征摘要】
1.一种基于九方形发射线圈的背包内嵌式无线充电系统，包括发射单元和接收单元，其特征是，所述的发射单元进一步包括第一AC-DC模块、DC-DC模块、高频逆变模块、第一控制器、第一检测电路、第二检测电路和发射机构，第一AC-DC模块、DC-DC模块、高频逆变模块、发射机构依次相连；第一检测电路连接高频逆变模块的输入端，用来检测高频逆变模块的低压直流侧的电流；第二检测电路连接高频逆变模块的输出端，用来检测高频逆变模块的高频交流侧的电流；第一控制器的输入端连接第一检测电路、第二检测电路，第一控制器的输出端连接DC-DC模块，第一控制器通过驱动器连接高频逆变模块；其中，发射机构由第一补偿电容电路和发射线圈阵列串联构成，发射线圈阵列由布置于同一平面的九个方形发射线圈并联构成，该九个方形发射线圈排...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国城，王军华，蔡昌松，胡妹林，方支剑，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：新型
国别省市：湖北,42