[發明專利]實現空間無線充電的傾斜角度發射線圈陣列

有效

• 申請號: 202111471488.2
• 申請日: 2021-12-02
• 公開（公告）號: CN114157046B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發明（設計）人: 張藝明;王輝;沈志偉;吳元超;潘文斌
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H02J50/10
• 分類號: H02J50/10;H02J50/12;H02J50/40;H02J50/90;H02J7/02
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 丘鴻超;蔡學俊

本發明提出一種實現空間無線充電的傾斜角度發射線圈陣列，包括多個發射線圈和長導軌；每一所述發射線圈與長導軌構成可相對滑動和轉動的連接；每一所述發射線圈與長導軌之間構成的角度相同。其采用長軌型發射線圈，可以實現長軌方向的自由位置無線充電。采用長軌發射線圈陣列并在邊緣位置同時驅動兩個相鄰的發射線圈，可以實現在垂直于長軌方向上的自由位置無線充電。同時利用傾斜角度，提高接收線圈在傾斜狀態下與發射線圈的耦合。并采用LCC?S拓撲以提高對弱耦合情況下的兼容性。本發明所提的系統可以在使用較少的發射線圈和不使用選通開關的情況下，實現水平位置和傾斜角度的自由位置無線充電。并通過實驗結果驗證了該方案的有效性。

技術領域

本發明屬于無線充電技術領域，尤其涉及一種實現空間無線充電的傾斜角度發射線圈陣列。

背景技術

隨著科技的發展，各種各樣的消費類電子產品進入了人類的生活。受限于電池的容量，消費類電子產品需要經常充電。目前依賴于金屬導線的充電，存在充電線多和亂等問題，同時頻繁的插拔也容易產生火花甚至有觸電的危險。傳統的有線充電存在便利性、安全性和適用性等問題。

為了解決這些問題，無線電能傳輸技術受到了越來越多的關注。無線充電相比于有線充電，無需利用金屬的點對點進行電能傳輸，提高了充電系統的便利性、安全性和適用性。目前研究和應用得最為廣泛的無線電能傳輸技術是磁耦合無線電能傳輸技術，在電動汽車和手機等消費類電子產品上已有應用的范例。在消費類電子產品基于磁耦合的無線充電技術中，Qi標準已經被廣泛采用。在Qi標準中，接收線圈需要緊貼著發射線圈，這就意味著被充電設備需要放置在充電器中，無法實現手機等消費類電子產品便利的邊玩邊充電。同時充電位置也相對固定，用戶體驗不佳。為了提高用戶體驗，需要擴大充電區域，實現自由位置無線充電。在當前的自由位置無線充電方案中，需要用許多發射線圈鋪滿整個平面，同時需要用開關陣列進行發射線圈的切換。這帶來了成本上升的問題。

同時，在當前面向手機的自由位置無線充電系統中，主要是在二維平面上實現了自由位置無線充電，即被充電裝置必須放置在充電盤上。用戶不能在使用的過程中進行充電，用戶體驗同樣不佳。在辦公桌等應用場景中，手機的“邊玩邊充”意味著安裝在手機上的接收線圈要與水平面呈一定的傾斜角度。而目前對實現一定傾斜角度下的自由位置無線充電，仍需進一步的研究探索。

發明內容

有鑒于此，為了填補現有技術的空白，本發明的目的在于提供一種實現空間無線充電的傾斜角度發射線圈陣列，考慮到現有技術受限于較為固定的充電區域，消費類電子產品的無線充電的用戶體驗較差的問題。基于傾斜長軌發射線圈陣列，提出了一種高自由度無線充電系統，實現水平放置和傾斜角度放置下的自由位置無線充電。采用長軌型發射線圈，可以實現長軌方向的自由位置無線充電。采用長軌發射線圈陣列并在邊緣位置同時驅動兩個相鄰的發射線圈，可以實現在垂直于長軌方向上的自由位置無線充電。同時利用傾斜角度，提高接收線圈在傾斜狀態下與發射線圈的耦合。并采用LCC-S拓撲以提高對弱耦合情況下的兼容性。本發明所提的系統可以在使用較少的發射線圈和不使用選通開關的情況下，實現水平位置和傾斜角度的自由位置無線充電。并通過實驗結果驗證了該方案的有效性。

基于以上研究和設計，本發明具體采用以下技術方案：

一種實現空間無線充電的傾斜角度發射線圈陣列，其特征在于：包括多個發射線圈和長導軌；每一所述發射線圈與長導軌構成可相對滑動和轉動的連接；每一所述發射線圈與長導軌之間構成的角度相同。

進一步地，通過調整發射線圈的傾斜角θ和發射線圈之間的距離d，使相鄰發射線圈實現解耦。

進一步地，通過相鄰發射線圈之間的耦合系數隨其距離的變化關系曲線，確定合適的發射線圈之間的距離d，使相鄰發射線圈之間的耦合系數最小。

進一步地，在確定發射線圈的傾斜角θ的情況下，通過調整合適的發射線圈之間的距離，使發射線圈與接收線圈在長軌方向上，可以保持自由位置無線充電。