[发明专利]一种多负载低泄露磁场的无线充电系统及其参数设计方法

权利要求书

1.一种多负载低泄露磁场的耦合机构，其特征在于：包括发射机构，还包括接收机构；所述发射机构由多个完全相同、等高竖直放置的平面型发射线圈依次串联连接构成，所有平面型发射线圈的几何中心均匀分布于闭合环状曲线上，所有平面型发射线圈则形成以所述闭合环状曲线为牵引线的闭合串式结构；所有平面型发射线圈朝向所述闭合环状曲线上的几何中心；

所述接收机构包括2个以上独立分布的平面型接收线圈，一个所述平面型接收线圈竖直放置于相邻的两个所述平面型发射线圈之间。

2.根据权利要求1所述的一种多负载低泄露磁场的耦合机构，其特征在于：所述平面型接收线圈的几何中心与其相邻的两个所述平面型发射线圈的几何中心均匀分布于所述闭合环状曲线上，且所述平面型接收线圈朝向所述闭合环状曲线的几何中心。

3.根据权利要求2所述的一种多负载低泄露磁场的耦合机构，其特征在于：所述平面型发射线圈由至少一匝利兹线绕制，所述平面型接收线圈由至少一匝利兹线绕制。

4.根据权利要求3所述的一种多负载低泄露磁场的耦合机构，其特征在于：所述闭合环状曲线为圆形。

5.一种多负载低泄露磁场的无线充电系统，其特征在于：包括发射端和接收端；所述发射端包括顺序连接的直流电源、逆变器、原边补偿网络、原边发射线圈，所述接收端包括多个接收电路，每个接收电路包括顺序连接的副边接收线圈、副边补偿网络、整流器和负载；

所述原边发射线圈采用权利要求1～4任一项所述的发射机构，所述副边接收线圈采用权利要求1～4任一项所述的平面型接收线圈，其中每一对相邻的所述平面型发射线圈与两者之间的所述平面型接收线圈构成一耦合子机构。

6.根据权利要求5所述的一种多负载低泄露磁场的无线充电系统，其特征在于：所述原边补偿网络包括顺序串联连接在所述逆变器的一端与所述原边发射线圈的一端之间的发射侧补偿电感(L_p0)、发射侧第二补偿电容(C_p2)，以及连接在所述逆变器的另一端与所述发射侧补偿电感(L_p0)、所述发射侧第二补偿电容(C_p2)的公共端之间的发射侧第一补偿电容(C_p1)；

所述副边补偿网络包括顺序串联在所述整流器两端的接收侧补偿电容与接收侧补偿电感，所述接收侧补偿电感还并联连接所述副边接收线圈。

7.一种参数设计方法，应用于权利要求5或6所述的多负载低泄露磁场的无线充电系统，其特征在于，包括步骤：

S1、根据实际效果需求确定无线充电系统的输出功率得到所述能量耦合子机构的互感取值范围；

S2、通过有限元仿真得到所述平面型发射线圈在不同个数和匝数下的互感值，确定满足互感值在所述互感取值范围内和实际应用需求的个数可选范围和匝数可选范围；

S3、采用控制变量法，在保证输出功率不变的情况下，在个数可选范围和匝数可选范围内的不同互感值下，计算对应的发射侧线圈电流和接收侧线圈电流，作为激励加入到有限元模型的对应线圈中，并记录在电流激励下在不同个数匝数取值组合下各预设磁场测量点的磁场强度；

S4、根据各预设磁场测量点的磁场强度，确定整体磁场水平最小的个数匝数取值组合为最佳的个数取值和匝数取值。

8.根据权利要求7所述的一种参数设计方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述预设磁场测量点的确定步骤包括：

将所述发射机构的外切环状曲线向外依次拓展d₁、d₂、d₃…d_s的距离，形成s条相似、但大小不同的环状拓展曲线l₁、l₂、l₃…l_s；

以所述闭合环状曲线的几何中心作为射线原点画出r条射线t₁、t₂、t₃…t_r，射线两两之间的夹角相同，射线t₁、t₂、t₃…t_r与环状拓展曲线l₁、l₂、l₃…l_s的r*s个交点作为预设磁场测量点。