CN106602741A - 一种高效率、高安全系数的磁耦合无线充电装置 - Google Patents

Abstract

一种高效率、高安全系数的磁耦合无线充电装置，包括：磁耦合无线充电电磁线圈，还包括设置在所述磁耦合无线充电电磁线圈之外的一个环状电磁线圈；所述环状电磁线圈的高度，不低于所述磁耦合无线充电电磁线圈；所述补偿电源的输出功率远小于用于所述磁耦合无线充电电磁线圈产生磁场电源的功率；所述环状电磁线圈能够遮盖主回路的电磁线圈；并确保在附加的所述环状电磁线圈中通入电流后产生的磁场方向，与主回路外侧泄露的磁场方向相反；本发明采用防泄漏与补偿同时并行的设计理论，很好的解决了现有无线充电存在安全性不足的同时，大大增加了无线充电技术的工作效率提高了无线充电技术的应用前景。

Description

一种高效率、高安全系数的磁耦合无线充电装置

技术领域

本发明属于新能源技术领域，尤其是一种高效率高安全系数的磁耦合无线充电装置，该装置具备较高的充电效率，安全系数高。

背景技术

无线充电可以让人们的生活更加便捷，可以消除电源插接可能导致的虚接、电弧、电网波动、电能无效消耗等问题，在手机充电、电动车充电等应用领域，越来越得到关注；

磁耦合无线充电技术是当前无线充电的主流技术，减少磁场泄露，是提高磁耦合无线充电效率最有效的方法，现有技术中，多采用在线圈外加隔磁片的结构方式，降低磁场的泄露，但该技术只能起到一定的漏磁阻挡作用，并不能有效的提高磁耦合无线充电的效率，故这种减少磁场泄露的方法并没有从根本上解决磁耦合无线充电技术的弊病。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高效、高安全系数的磁耦合无线充电装置，该装置设计科学合理、结构安全可靠，可以主动屏蔽磁耦合产生的磁场，减少磁场泄露，并通过独特的弱磁补偿技术，进而了提高磁耦合无线充电的效率，结构简单，维护方便。

一种高效率、高安全系数的磁耦合无线充电装置，包括：磁耦合无线充电电磁线圈，以及在所述磁耦合无线充电电磁线圈之外的一个环状电磁线圈；

进一步的，所述环状电磁线圈的高度，不低于所述磁耦合无线充电电磁线圈；

作为一种举例说明，所述磁耦合无线充电电磁线圈即为主回路的电磁线圈；

进一步的，所述环状电磁线圈通过辅助电路连接有补偿电源；

进一步的，所述补偿电源采用直流电源；

作为一种应用举例说明，因为主回路的电磁线圈磁场泄露一般比较低，因此所需要的辅助磁场补偿回路的电流较小，辅助的所述环状电磁线圈再泄露到更外侧的磁场就更少，这样就避免了因为主回路磁场外泄造成的任何安全问题；故在设计所述补偿电源时，应保证其输出功率远小于用于所述主回路电磁线圈产生磁场电源的功率；

进一步的，所述环状电磁线圈应保证能够遮盖主回路的电磁线圈；并确保在附加的所述环状电磁线圈中通入电流后产生的磁场方向，与主回路外侧泄露的磁场方向相反，即，附加的电磁线圈产生的磁场，补偿了主回路的磁场泄露，从而提高了这个无线充电系统的磁耦合效率；

进一步的，所述环状电磁线圈的直径较主回路的线圈直径略大，且正好紧密的包裹在主回路线圈外；

进一步的，所述辅助电路各元件的工作参数与所述主回路电磁线圈的工作参数保持一致。

有益效果：

1、本发明采用防泄漏与补偿同时并行的设计理论，很好的解决了现有无线充电存在安全性不足的同时，大大增加了无线充电技术的工作效率；

2、本发明之无线充电技术已在手机充电、电动车充电等领域试验成功，通过主动磁场补偿回路的优化结构设计，大大提高了无线充电技术的应用前景。

附图说明

图1为本发明一种高效率、高安全系数的磁耦合无线充电装置原理结构示意图

图2为本发明一种高效率、高安全系数的磁耦合无线充电装置之优选实施例1举例结构示意图

具体实施方式

下面，参考附图1所示，一种高效率、高安全系数的磁耦合无线充电装置，包括：磁耦合无线充电电磁线圈，以及在所述磁耦合无线充电电磁线圈之外的一个环状电磁线圈；

作为一种举例说明，所述环状电磁线圈与所述辅助电路电连接，所述辅助电路与补偿电源电连接；

进一步的，所述辅助电路，是在已有磁耦合无线充电系统基础上完成的，其设计结构遵循以下两个方面：

一是所述辅助电路用于控制所述环形电磁线圈内的电流大小，即控制所述环形电磁线圈内产生的磁场大小；

二是根据所述磁耦合无线充电电磁线圈(主回路)内的电流特性，确定所述辅助的环形电磁线圈上的电流方向，确保得到的磁场是对主回路电磁线圈外围磁场泄露的补偿，即与主回路外侧泄露的磁场方向相反。

进一步的，所述环状电磁线圈的形状与所述磁耦合无线充电电磁线圈形状一致；

作为一种举例说明，当所述磁耦合无线充电电磁线圈(主回路)的形状为园柱状线圈时，辅助的所述环形电磁线圈为类似于将一个圆柱状线圈压扁，并紧密的包裹在所述磁耦合无线充电电磁线圈周围的圆柱状线圈；

作为另一个更简单的结构方式举例，当所述磁耦合无线充电电磁线圈为圆柱状结构时，所述主回路周围再用一个圆柱状线圈包裹做为辅助的所述环状电磁线圈；

进一步的，关于所述环状电磁线圈的补偿电源设计，遵循以下三点：

首先，为了保证与所述磁耦合无线充电电磁线圈的通电电流特征一致，从而保证所述环状电磁线圈产生的磁场是对主回路磁场泄露的补偿或屏蔽，所述环状电磁线圈的电源信号应与所述磁耦合无线充电电磁线圈内的信号同步；

其次，因为所述磁耦合无线充电电磁线圈的漏磁很小，所以设计所述环状电磁线圈内的电流最大值不应超过所述磁耦合无线充电电磁线圈内电流值的十分之一；

最后，所述环状电磁线圈在整个磁耦合无线充电系统技术应用中，既可以应用在发射端电磁线圈周围，也可以应用于接收端电磁线圈周围。

为了更好的说明本发明的设计原理，现通过优选实施例举例说明如下：

优选实施例一：

1、自主搭建的一套磁谐振耦合无线电能传输试验系统，包括：信号发射器201、直流电源202、驱动电路203(含功率放大器)、发射线圈204和接收线圈205、整流滤波电路206以及负载；如图2所示：该系统中，发射204和接收线圈205的参数保持一致，线圈匝数N均为20匝、直径均为6.5cm、0.01mmx40的李兹线，电容为1.5nF，另外还设置有相应的MOS管、信号发射器201、直流电源202等，系统的工作频率为536kHz，供给谐振线圈的直流电源电压为10V。

2、基于上述磁耦合无线充电系统基础上，在发射端线圈的外围，紧贴着发射线圈绕一个环形电磁线圈，包裹住发射线圈，作为辅助的电磁线圈；

3、补偿电源采用直流电源设计，电压为1V，做为辅助的环形电磁线圈的供电用，环形电磁线圈的工作频率、开关特性与应与该系统同步，由系统统一控制；

本发明采用防泄漏与补偿同时并行的设计理论，很好的解决了现有无线充电存在安全性不足的同时，大大增加了无线充电技术的工作效率；本发明之无线充电技术已在手机充电、电动车充电等领域试验成功，通过主动磁场补偿回路的优化结构设计，大大提高了无线充电技术的应用前景。

以上公开的仅为本申请的一个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (8)

1.一种高效率、高安全系数的磁耦合无线充电装置，包括：磁耦合无线充电电磁线圈，其特征在于，还包括设置在所述磁耦合无线充电电磁线圈之外的一个环状电磁线圈；

所述环状电磁线圈的高度，不低于所述磁耦合无线充电电磁线圈；所述环状电磁线圈通过辅助电路连接有补偿电源；所述补偿电源的输出功率远小于用于所述磁耦合无线充电电磁线圈产生磁场电源的功率；所述环状电磁线圈能够遮盖主回路的电磁线圈；并确保在附加的所述环状电磁线圈中通入电流后产生的磁场方向，与主回路外侧泄露的磁场方向相反；

所述环状电磁线圈与所述辅助电路电连接，所述辅助电路与补偿电源电连接。

2.根据权利要求1所述的一种高效率、高安全系数的磁耦合无线充电装置，其特征在于，所述环状电磁线圈的形状与所述磁耦合无线充电电磁线圈形状一致。

3.根据权利要求1所述的一种高效率、高安全系数的磁耦合无线充电装置，其特征在于，所述环状电磁线圈的电源信号应与所述磁耦合无线充电电磁线圈内的信号同步。

4.根据权利要求1所述的一种高效率、高安全系数的磁耦合无线充电装置，其特征在于，所述环状电磁线圈内的电流最大值不应超过所述磁耦合无线充电电磁线圈内电流值的十分之一。

5.根据权利要求1所述的一种高效率、高安全系数的磁耦合无线充电装置，其特征在于，所述环状电磁线圈既可以应用在发射端电磁线圈周围，也可以应用于接收端电磁线圈周围。

6.根据权利要求5所述的一种高效率、高安全系数的磁耦合无线充电装置，其特征在于，所述环状电磁线圈的直径较主回路的线圈直径略大，且正好紧密的包裹在主回路的线圈外。

7.根据权利要求6所述的一种高效率、高安全系数的磁耦合无线充电装置，其特征在于，所述辅助电路各元件的工作参数与所述主回路电磁线圈的工作参数保持一致。

8.根据权利要求7所述的一种高效率、高安全系数的磁耦合无线充电装置，其特征在于，所述补偿电源采用直流电源。