一種充電設(shè)備可任意放置的無線充電線圈的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種充電設(shè)備可任意放置的無線充電線圈。本實(shí)用新型由N個(gè)單圈的圓形線圈并聯(lián)組成；每個(gè)線圈上串聯(lián)兩個(gè)電容，各線圈間的電流比例就是各線圈所串聯(lián)的電容值的比例；通過合理設(shè)定電容值的比例就能在發(fā)送線圈表面產(chǎn)生均勻磁場(chǎng)。本實(shí)用新型采用的并聯(lián)連接形式不僅可以產(chǎn)生更均勻的磁場(chǎng)，而且可以較為方便地通過調(diào)節(jié)線圈上所串聯(lián)的電容，來滿足離發(fā)送線圈不同高度處均勻磁場(chǎng)的要求。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于無線充電領(lǐng)域，具體涉及無線充電線圈的設(shè)計(jì)，可以使充電設(shè)備 在一定范圍內(nèi)自由放置。 -種充電設(shè)備可任意放置的無線充電線圈

【背景技術(shù)】
[0002] 無線充電技術(shù)在消費(fèi)電子、醫(yī)療電子、工業(yè)電子中具有廣闊的應(yīng)用前景。電磁感應(yīng) 耦合是近距離無線充電中使用最廣泛的技術(shù)，它通過發(fā)送線圈與接收線圈這兩個(gè)耦合線圈 之間的電磁感應(yīng)傳輸電能。
[0003] 電磁感應(yīng)耦合電能傳輸?shù)男逝c兩個(gè)耦合線圈之間的耦合系數(shù)密切相關(guān)。通常， 耦合系數(shù)越大，電能傳輸效率越高。耦合系數(shù)由線圈的形狀、大小、相對(duì)位置決定。在許多 應(yīng)用場(chǎng)合，如手機(jī)無線充電器，線圈的形狀、大小是固定的，而發(fā)送線圈和接收線圈之間的 位置是變化的。由于相對(duì)位置的不確定引起的耦合系數(shù)不確定，將使充電系統(tǒng)不能達(dá)到最 優(yōu)效率傳輸效率，甚至有可能由于接收電壓的波動(dòng)而損壞系統(tǒng)。雖然在某一固定耦合系數(shù) 下，通過合理的補(bǔ)償電路設(shè)計(jì)，并使電路工作在諧振狀態(tài)下可以使傳輸效率達(dá)到最大，但是 耦合系數(shù)的不確定將使補(bǔ)償電路失效，除非補(bǔ)償電路能根據(jù)耦合系數(shù)的變化進(jìn)行調(diào)整，這 大大加大了電路設(shè)計(jì)的難度，甚至變得不能實(shí)現(xiàn)。
[0004] 如果能使發(fā)送線圈在接收線圈工作的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生均勻的磁場(chǎng)，接收線圈在這個(gè)區(qū) 域內(nèi)與發(fā)送線圈之間的耦合系數(shù)也將是固定的，則可以解決上述問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決電磁感應(yīng)耦合無線充電設(shè)備中，由于發(fā)送線圈和接收線圈之間相對(duì)位置不 確定使得系統(tǒng)傳輸效率不能達(dá)到最優(yōu)甚至系統(tǒng)不能正常工作的問題，本本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了 一種能產(chǎn)生均勻磁場(chǎng)的發(fā)送線圈。
[0006] 本實(shí)用新型由N個(gè)單圈的圓形線圈同心并聯(lián)組成；每個(gè)圓形線圈的半徑rn為nR/ N，其中R為最外層的線圈半徑，Κ η < N ;每個(gè)線圈上串聯(lián)兩個(gè)電容，在線圈工作頻率下， 電容阻抗遠(yuǎn)大于線圈的阻抗。
[0007] 本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0008] (1)在發(fā)送線圈表面線圈能產(chǎn)生均勻的磁場(chǎng)，可以使接收線圈在發(fā)送線圈尺寸范 圍內(nèi)任意放置，兩者的耦合系數(shù)保持穩(wěn)定，利于系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)。
[0009] (2)本實(shí)用新型采用的并聯(lián)連接形式不僅可以產(chǎn)生更均勻的磁場(chǎng)，而且可以較為 方便地通過調(diào)節(jié)線圈上所串聯(lián)的電容，來滿足離發(fā)送線圈不同高度處均勻磁場(chǎng)的要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 圖1為本本實(shí)用新型所述發(fā)送線圈設(shè)計(jì)示意圖，包括多個(gè)半徑線性增大并且并聯(lián) 在一起的線圈，每個(gè)線圈上串聯(lián)兩個(gè)電容。
[0011] 圖2當(dāng)線圈加上頻率為100kHz，幅值為10V的電壓時(shí)，產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度的幅值圖。

【具體實(shí)施方式】
[0012] 以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0013] 本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是：發(fā)送線圈可采用印刷電路板或繞制線圈實(shí)現(xiàn)， 由N個(gè)單圈的圓形線圈并聯(lián)組成。每個(gè)圓形線圈的半徑r nSnR/N，其中R為最外層的線圈 半徑，η = 1，2···Ν。每個(gè)線圈上串聯(lián)兩個(gè)電容，電容的值的選擇要求滿足如下條件：在線圈 工作頻率下，電容阻抗遠(yuǎn)大于線圈的阻抗。此時(shí)，每個(gè)線圈上的電流主要由電容決定，由于 這Ν個(gè)線圈是并聯(lián)的，線圈兩端的電壓都相等，因此各線圈間的電流比例就是各線圈所串 聯(lián)的電容值的比例。為滿足發(fā)送線圈表面能產(chǎn)生均與磁場(chǎng)，各線圈間的比例通過如下方式 得到。
[0014] 由于圓形線圈的對(duì)稱性，在離圓心距離相等處的圓上的磁場(chǎng)相等，因此只需選擇 不同半徑處的點(diǎn)進(jìn)行分析。離發(fā)送線圈表面高度為h處，選取半徑 Pi分別為（i-0. 5) R/N的 N個(gè)點(diǎn)（i = 1，2…N)，則發(fā)送線圈中的第η個(gè)線圈中的電流為單位電流大小時(shí)，對(duì)上述第i 個(gè)點(diǎn)產(chǎn)生的垂直于發(fā)送線圈平面的磁場(chǎng)大小可用a ni表不，ani的表達(dá)式為0. 5Xl(T7(m/rn/ Pi) 5/Pi {PiK- [rnm- (2-m) Pi] EA2-2m)}，其中K和E分別是以m為模數(shù)的第一類和第二類完 全橢圓積分，m的表達(dá)式為4rnPi/[( rn+Pi)2+h2]。則所選取的N個(gè)點(diǎn)的垂直于發(fā)送線圈平面 的磁場(chǎng)與N個(gè)線圈電流之間的關(guān)系可得到，用矩陣可表示為[B] = [A][J]。當(dāng)所選取的N 個(gè)點(diǎn)的垂直于發(fā)送線圈平面的磁場(chǎng)為均勻磁場(chǎng)時(shí)，即[B]中元素都相等時(shí)，可以得到N個(gè)線 圈的電流矩陣[J]，[J] = [ΑΓ[Β]，其中[ΑΓ1是[A]的逆。
[0015] 實(shí)施例1 :如圖1所示，一個(gè)用于手機(jī)充電平臺(tái)的發(fā)送線圈，共由10個(gè)并聯(lián)的小 線圈組成，各線圈的半徑從內(nèi)到外分別為〇· 〇lm，0. 02m，0. 03m，0. 04m，0. 05m，0. 06m，0. 07m， 0· 08m，0· 09m，0· lm，各線圈的線寬為2mm。為在距離線圈高度為5mm處產(chǎn)生一個(gè)均勻磁 場(chǎng)，各線圈上的電容（Ca，C b)從內(nèi)到外分別為（lnF，18nF)，（2. 2nF，15nF)，（3. 3nF，27nF)， (4. 7nF，33nF)，（5. 6nF，lOOnF)，（10nF，22nF)，（10nF，82nF)，（18nF，33nF)，（15nF，470nF)， (56nF，OnF)，這里最外圍線圈上只需一個(gè)電容，只需將電容值為0的電容短路即可。當(dāng)線圈 加上頻率為100kHz，幅值為10V的電壓時(shí)，產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度的幅值如附圖2所示。從附圖2 可見，在線圈半徑0. 0968m內(nèi)（占發(fā)送線圈區(qū)域的96. 8% )，磁場(chǎng)強(qiáng)度的最大值和最小值分 別為0. 5292A/m和0. 4509A/m，平均值為0. 4886A/m，變化率為16%。當(dāng)接收線圈放置在此 發(fā)送線圈表面時(shí)，由于接收線圈覆蓋較大的面積，因此接收線圈在不同位置時(shí)覆蓋的總磁 場(chǎng)強(qiáng)度（即磁通密度）的均勻性將大幅提高。
【權(quán)利要求】
1. 一種充電設(shè)備可任意放置的無線充電線圈，其特征在于：由#個(gè)單圈的圓形線圈同 心并聯(lián)組成；每個(gè)圓形線圈的半徑為/?/?/#，其中7?為最外層的線圈半徑，1 < /7 < N ;每 個(gè)線圈上串聯(lián)兩個(gè)電容，在線圈工作頻率下，電容阻抗遠(yuǎn)大于線圈的阻抗。
【文檔編號(hào)】H01F38/14GK203839170SQ201420086970
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月27日
【發(fā)明者】程瑜華 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)