多线圈激励磁场耦合式无线充电平台制造技术

本发明专利技术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。

Multi coil excitation magnetic field coupled wireless charging platform

The invention relates to a multi coil excitation magnetic field coupled wireless charging platform, which comprises two parts of coils. The first part of the coil coil geometric center line forming a regular polygon, the position in space is closed, through the AC excitation into different phases, traveling wave magnetic field can form a closed path, solves the problem of uneven distribution of magnetic field brings the end effect. The second part of the coil is in the central position of the charging area, and the AC excitation is applied to solve the problem of the blind zone caused by the mutual cancellation of the magnetic field in the central region. The whole charging area has a uniform distribution of magnetic field and no induction blind zone, which is suitable for most contactless power transmission occasions.

【技术实现步骤摘要】
多线圈激励磁场耦合式无线充电平台
本专利技术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。
技术介绍
无线充电技术(WirelessPowerTransfer,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-MuChen,Ying-ShingShiao,Tung-TungChanandTsair-RongChen,“Developmentofauniversalcontactlesschargerforhandhelddevices,”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，XunLiu,S.Y.Hui.Optimaldesignofahydridwindingstructureforplanarcontactlessbatterychargingplatform.IEEETransactionsonPowerElectronics,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.Anewgenerationofuniversalcontactlessbatterychargingplatformforportableconsumerelectronicequipment.IEEETransationsonPowerElectronics,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。HuangJuntao,ChenQianhong.Designandrealizationofafourcoilexcitedwirelesspowertransmissionregionviamagneticresonances.IEEEAppliedPowerElectronicsConferenceandExposition(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。上述基于同相激励条件下多线圈WPT系统，充电区域内总会存在某一位置，使得穿过拾取线圈的磁通量为零，所以不可避免地会存在感应盲区的问题。为解决这一问题，M.Budhia,GrantA.Covic,JohnT.Boys.Magneticdesignofathree-phaseinductivepowertransfersystemforroadwaypoweredelectricvehicle.IEEEVehiclePowerandPropulsionConference(VPPC),2010.研究三相激励条件下的单向和双向两种行波磁场，通过磁场的运动来消除感应盲区。然而该结构产生的行波磁场在运动路径上无法闭合，线圈两端的磁场分布规律与中间相比有较大差异，即存在边缘效应，同样会使得磁场分布不均匀。如何构建一个磁场分布均匀、无感应盲区的区域，成为磁场耦合式非接触充电平台设计的难点。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服上述现有磁场耦合式充电平台磁场分布不均匀、存在感应盲区的缺陷，提供一种行波磁场运动路径闭合、无感应盲区的多线圈激励磁场耦合式无线充电平台。技术方案：多线圈激励磁场耦合式无线充电平台，包括第一部分线圈和第二部分线圈；第一部分线圈由若干个形状一致的平面螺旋线圈组成，或由若干个形状一致的集中线圈组成，所述平面螺旋线圈或集中线圈形成阵列排布，各线圈的几何中心连线形成正多边形，且第一部分线圈整体的几何中心与所述正多边形的中心相重合，第一部分线圈的各线圈所通入的交流激励之间存在相位差；所述第二部分线圈包括一个螺旋线圈或集中线圈，并位于所述第一部分线圈的上层或下层的几何中心，所述第二部分线圈与所述第一部分线圈中各个线圈均有部分重叠。进一步的，所述第二部分线圈覆盖所述第一部分线圈中各线圈的几何中心连线形成的正多边形。进一步的，所述第一部分线圈中至少有一个线圈不共面，所述第二部分线圈与所述第一部分线圈中各个线圈重叠位置均保持相对平行。进一步的，所述第一部分线圈中线圈之间存在部分面积重叠。进一步的，所述第一部分线圈的平面螺旋线圈或集中线圈以及第二部分线圈的螺旋线圈或集中线圈的形状为正多边形或圆形。进一步的，所述第一部分线圈的各线圈分别单独提供交流激励，或将其中部分线圈串联后由一个交流激励供电。进一步的，所述交流激励是电压激励或电流激励。进一步的，所述平面螺旋线圈或集中线圈为单根实心导线、铜管、Litz线或者PCB绕组。多线圈激励磁场耦合式无线充电平台，包括第一部分线圈和第二部分线圈；第一部分线圈由若干个形状一致的分布式绕组构成，所述分布式绕组采用波绕组的形式或叠绕组的形式，每段分布式绕组的单元形状为三角形、矩形或圆弧形；第一部分线圈中，各分布式绕组以同一中心轴线叠放，并依次绕所述中心轴线转过相同角度，各分布式绕组的各单元的几何中心连线形成正多边形，各分布式绕组所通入的交流激励之间存在相位差；所述第二部分线圈包括一个螺旋线圈或集中线圈，并位于所述第一部分线圈的上层、下层或与第一部分同一平面的几何中心。有益效果：本专利技术与现有磁场耦合式无线充电平台结构相比的主要技术特点是，第一部分各线圈的空间位置与激励相位不同，因而可以在充电区域内产生行波磁场。第一部分各线圈形成行波磁场的运动路径闭合，缓解了行波磁场边缘效应的影响，第二部分线圈处于充电区域的中心位置，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。附图说明图1(a)和1(b)是本专利技术中的一种3个矩形平面螺旋线圈绕制形式的第一部分线圈结构示意图与整体结构图；图2(a)和2(b)是本专利技术中的一种4个矩形平面螺旋线圈绕制形式的第一部分线圈结构示意图与整体结构图；图3(a)和3(b)是本专利技术中的一种4个矩形集中线圈绕制形式的第一部分线圈结构示意图与整体结本文档来自技高网...

【技术保护点】
多线圈激励磁场耦合式无线充电平台，其特征在于：包括第一部分线圈和第二部分线圈；第一部分线圈由若干个形状一致的平面螺旋线圈组成，或由若干个形状一致的集中线圈组成，所述平面螺旋线圈或集中线圈形成阵列排布，各线圈的几何中心连线形成正多边形，且第一部分线圈整体的几何中心与所述正多边形的中心相重合，第一部分线圈的各线圈所通入的交流激励之间存在相位差；所述第二部分线圈包括一个螺旋线圈或集中线圈，并位于所述第一部分线圈的上层或下层的几何中心，所述第二部分线圈与所述第一部分线圈中各个线圈均有部分重叠。

【技术特征摘要】
1.多线圈激励磁场耦合式无线充电平台，其特征在于：包括第一部分线圈和第二部分线圈；第一部分线圈由若干个形状一致的平面螺旋线圈组成，或由若干个形状一致的集中线圈组成，所述平面螺旋线圈或集中线圈形成阵列排布，各线圈的几何中心连线形成正多边形，且第一部分线圈整体的几何中心与所述正多边形的中心相重合，第一部分线圈的各线圈所通入的交流激励之间存在相位差；所述第二部分线圈包括一个螺旋线圈或集中线圈，并位于所述第一部分线圈的上层或下层的几何中心，所述第二部分线圈与所述第一部分线圈中各个线圈均有部分重叠。2.根据权利要求1所述的多线圈激励磁场耦合式无线充电平台，其特征在于：所述第二部分线圈覆盖所述第一部分线圈中各线圈的几何中心连线形成的正多边形。3.根据权利要求1或2所述的多线圈激励磁场耦合式无线充电平台，其特征在于：所述第一部分线圈中至少有一个线圈不共面，所述第二部分线圈与所述第一部分线圈中各个线圈重叠位置均保持相对平行。4.根据权利要求1或2所述的多线圈激励磁场耦合式无线充电平台，其特征在于：所述第一部分线圈中线圈之间存在部分面积重叠。5.根据权利要求1或2所述的多线圈激励磁场耦合式无线充电平台，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈乾宏，陈欣，黄君涛，何广明，高伟，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32