[发明专利]一种可自由定位的无线充电系统

说明书

本发明公开了一种可自由定位的无线充电系统，该系统包括发射部分和接收部分；发射部分包括市电、整流模块、高频全桥逆变模块、LCC补偿模块、发射线圈以及第三线圈；接收部分包括接收线圈、LCL/S补偿模块、整流稳压模块、滤波模块以及负载。系统的原边采用LCC补偿，以此实现原边恒流模式输出；副边可在LCL补偿及S补偿之间进行切换，在采用LCL补偿时能够实现对负载的恒流输出，在采用S补偿时能够实现对负载的恒压输出；与此同时，系统在发射部分引入了第三线圈，与发射线圈及接收线圈配合，共同实现系统的抗偏移性，从而实现系统接收线圈的自由定位。该系统能够实现接收线圈在水平方向偏移而不影响传输效果，同时通过LCL/S的可切换型补偿结构实现对电池负载的恒流及恒压充电。

技术领域

本发明涉及无线电能传输领域，具体涉及一种可自由定位的无线充电系统。

背景技术

无线电能传输(WPT)是指在没有线路互相连接的条件下进行的能量传输过程，其在电源侧和负载之间没有机械接触，能够实现电气隔离，且具有维护成本低、可靠性高、能够在恶劣环境中稳定运行的优点。无线电能传输技术已广泛应用于生物医学植入物、消费类电子产品、电动汽车等领域，对人类的日常生活带来了极大的便利。

无线电能传输主要有电磁感应方式、共振磁耦合方式以及微波方式等。在这其中，共振磁耦合方式的无线电能传输以其极大的优势，深受广大研究者的青睐。共振磁耦合方式的无线电能传输系统主要由发射部分以及接收部分组成。其中发射部分包括发射电路以及发射线圈等，接收部分包括接收线圈以及负载电路等。

对于电池这一类负载，其充电需要遵循三段式充电的原则，否则容易对电池造成损坏。因此当采用无线电能传输方式对电池进行充电时，需要考虑实现电池的三段式充电，如何减少电池性负载的损害。

一般情况下，发射线圈以及接收线圈会绕制成相同尺寸的平面螺旋型线圈。但是，在实际情况中，接收端的位置并不是固定的，其相对于发射端一般都会有一定程度的偏移，而由于平面螺旋型线圈周围的磁场分布是十分不均匀的，接收端的偏移将会引起互感量的变化，从而使系统的传输效率显著地降低。因此，需要考虑提高系统线圈的抗偏移特性。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种可自由定位的无线充电系统，通过对线圈的重新设计，实现系统的抗偏移性，从而实现系统的自由定位；同时通过接收部分在LCL补偿与S补偿之间的切换，实现蓄电池的三段式充电，防止对蓄电池的损害。

本发明提供如下技术方案：

一种可自由定位的无线充电系统，该系统用于对蓄电池的三段式充电，第一阶段为恒流阶段；第二阶段为恒压阶段；第三阶段为涓流阶段，该系统包括发射部分和接收部分；所述发射部分包括依次连接的市电、整流模块、高频全桥逆变模块、LCC补偿模块、发射线圈以及第三线圈；所述接收部分包括依次连接的接收线圈、LCL/S补偿模块、整流稳压模块、滤波模块以及负载。

在本发明的技术方案中，该系统的发射部分采用LCC拓扑的补偿方式，通过该拓扑能够实现原边的恒流输出。

在本发明的技术方案中，该系统的接收部分采用LCL/S可切换型的拓扑进行补偿；当副边处于LCL补偿时，系统能够实现对负载的恒流输出，实现三段式充电中的恒流阶段；当副边处于串联S补偿时，系统能够实现对负载的恒压输出，实现三段式充电中的恒压阶段。

在本发明的技术方案中，第三线圈与发射线圈反向连接，并放置于发射线圈的中间部分。

在本发明的技术方案中，该系统的发射线圈以及接收线圈皆采用矩形绕制方式，并在转角处以圆弧代替；第三线圈采用圆形绕制。

该系统的线圈设计方法如下：

(1)确定系统的工作频率、线径、发射线圈以及接收线圈边长、第三线圈直径；