本發(fā)明涉及無線電能傳輸領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種無線電能傳輸裝置。

背景技術(shù)：

磁共振式的無線充電系統(tǒng)包括有電能發(fā)射端和電能接收端，如圖1所示，電能發(fā)射端接收外部電能產(chǎn)生空間磁場(chǎng)將能量以無線方式傳輸給電能接收端。

為了能使電能接收端在更大范圍內(nèi)感生空間磁場(chǎng)以產(chǎn)生電壓給電子設(shè)備,一種方式是采用增加電能發(fā)射端中發(fā)射線圈的尺寸和感值，但是增加發(fā)射線圈的尺寸和感值，往往需要增加發(fā)射線圈的匝數(shù)和面積，而根據(jù)電容的計(jì)算公式，c＝εs/d，增大線圈面積會(huì)增加發(fā)射線圈對(duì)地之間的寄生電容，根據(jù)共模電流icm和寄生電容之間的關(guān)系，icm＝cdv/dt。如圖2所示，線圈上高頻交流電壓通過這個(gè)寄生電容更容易形成對(duì)大地共模電流，增加了emc傳導(dǎo)干擾。并且，當(dāng)發(fā)射線圈的尺寸增加后，則線圈的周長(zhǎng)相應(yīng)會(huì)增加，如果線圈中流過高頻交變的電流，那么高頻電流更容易形成電磁波輻射出，增加emc輻射干擾。

另一種方式是通過增加發(fā)射線圈中的交變電流，來增加發(fā)射線圈的磁場(chǎng)，這種方式會(huì)增加發(fā)射線圈兩端的電壓(v＝j(luò)ωls·is)，需要更大耐壓值的諧振電容cs與發(fā)射線圈ls在系統(tǒng)工作頻率點(diǎn)上諧振，并且發(fā)射線圈的電壓增加后，根據(jù)上述共模電流的計(jì)算公式，也會(huì)增加對(duì)地的共模電流。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提出了一種無線電能傳輸裝置。通過多個(gè)子補(bǔ)償電容對(duì)電能發(fā)射線圈(或電能接收線圈)進(jìn)行分段補(bǔ)償，以使得每段電能發(fā)射線圈(或電能接收線圈)的電壓能夠降低，從而減小發(fā)射線圈(或接收線圈)對(duì)地的共模電流。

第一方面，依據(jù)本發(fā)明的一種無線電能傳輸裝置，包括電能發(fā)射部分和電能接收部分，所述電能發(fā)射部分包括逆變電路、電能發(fā)射線圈和原邊補(bǔ)償電容，

所述逆變電路接收直流電壓信號(hào)以輸出交流電壓信號(hào)；

所述電能發(fā)射線圈用于接收所述交流電壓信號(hào)，以向所述電能接收部分傳輸能量；

所述原邊補(bǔ)償電容用以補(bǔ)償所述電能發(fā)射線圈的電感，以使得所述電能發(fā)射線圈和所述原邊補(bǔ)償電容的諧振頻率與系統(tǒng)工作頻率一致；

所述原邊補(bǔ)償電容包括n個(gè)子補(bǔ)償電容，所述n個(gè)子補(bǔ)償電容分布式連接在所述電能發(fā)射線圈中的不同位置；

所述電能接收部分接收從電能發(fā)射部分傳輸?shù)哪芰?，以產(chǎn)生預(yù)定的輸出電壓供給負(fù)載。

優(yōu)選地，所述電能發(fā)射線圈的電感包括所述電能發(fā)射線圈結(jié)構(gòu)的漏感和激磁電感。

優(yōu)選地，所述n個(gè)子補(bǔ)償電容連接在所述電能發(fā)射線圈的不同位置，以將所述電能發(fā)射線圈分為n段線圈。

優(yōu)選地，所述n個(gè)子補(bǔ)償電容均分地連接在所述電能發(fā)射線圈的不同位置，以將所述電能發(fā)射線圈均分為n等份。

優(yōu)選地，所述n個(gè)子補(bǔ)償電容的容值為相等。

優(yōu)選地，所述n個(gè)子補(bǔ)償電容的中一個(gè)電容和所述電能發(fā)射線圈中的相應(yīng)地一段線圈諧振，并且，兩者諧振頻率與系統(tǒng)工作頻率一致。

第二方面，依據(jù)本發(fā)明的一種無線電能傳輸裝置，包括電能發(fā)射部分和電能接收部分，所述電能接收部分包括電能接收線圈和副邊補(bǔ)償電容，

所述副邊補(bǔ)償電容用以補(bǔ)償所述電能接收線圈的電感，以使得所述電能接收線圈和所述副邊補(bǔ)償電容的諧振頻率與系統(tǒng)工作頻率一致；

所述副邊補(bǔ)償電容包括n個(gè)子補(bǔ)償電容，所述n個(gè)子補(bǔ)償電容分布式連接在所述電能接收線圈中的不同位置。

優(yōu)選地，所述電能接收線圈的電感包括所述電能接收線圈的漏感和激磁電感。

優(yōu)選地，所述副邊補(bǔ)償電容的n個(gè)子補(bǔ)償電容均分地連接在所述電能接收線圈的不同位置，以將所述電能接收線圈均分為n等份。

優(yōu)選地，所述副邊補(bǔ)償電容的n個(gè)子補(bǔ)償電容的容值為相等；

所述副邊補(bǔ)償電容的n個(gè)子補(bǔ)償電容的中一個(gè)電容和所述電能接收線圈的中相應(yīng)地一段線圈諧振，并且，其諧振頻率與系統(tǒng)工作頻率一致。

進(jìn)一步地，所述電能接收部分還包括屏蔽層，所述屏蔽層放置于所述電能接收線圈和電子設(shè)備之間。

優(yōu)選地，所述屏蔽層包括磁屏蔽層，所述磁屏蔽層放置于所述電能接收線圈和電子設(shè)備之間。

優(yōu)選地，所述電磁屏蔽層包括磁屏蔽層和銅屏蔽層，所述磁屏蔽層和銅屏蔽層依次放置于電能接收線圈和電子設(shè)備之間。

優(yōu)選地，所述磁屏蔽層包括空心區(qū)域和實(shí)心區(qū)域。

優(yōu)選地，所述n個(gè)子補(bǔ)償電容連接在所述電能接收線圈的線圈管腳出口處。

優(yōu)選地，所述n個(gè)子補(bǔ)償電容分布連接在所述電能接收線圈的之中，并且所述n個(gè)子補(bǔ)償電容放置于所述磁屏蔽層的空心區(qū)域。

優(yōu)選地，所述電能接收部分還包括整流電路和直流-直流電壓轉(zhuǎn)換電路，

所述整流電路和直流-直流電壓轉(zhuǎn)換電路的電子設(shè)備器件放置于所述磁屏蔽層的空心區(qū)域；

所述n個(gè)子補(bǔ)償電容連接在所述電能接收線圈的線圈管腳出口處，所述電能接收線圈的線圈管腳連接到所述電子設(shè)備器件。

綜上所述，根據(jù)本發(fā)明的無線電能傳輸裝置。通過將原邊補(bǔ)償電容設(shè)置為包含n個(gè)子補(bǔ)償電容，所述n個(gè)子補(bǔ)償電容均分連接在電能發(fā)射線圈中，以將電能發(fā)射線圈相應(yīng)地均分為n等份。所述n個(gè)子補(bǔ)償電容的中一個(gè)電容和所述電能發(fā)射線圈的中的相應(yīng)地一段線圈諧振，并且，其諧振頻率與所述系統(tǒng)工作頻率一致。通過上述的分布式電容連接結(jié)構(gòu)，可以使得每段電能發(fā)射線圈的電壓能夠降低，從而減小發(fā)射線圈對(duì)地的共模電流。但總的原邊補(bǔ)償電容和電能發(fā)射線圈的諧振頻率與系統(tǒng)工作頻率一致，可以保證能量傳輸效率最高。

另一方面，本發(fā)明的無線電能傳輸裝置將副邊補(bǔ)償電容設(shè)置為包括n個(gè)子補(bǔ)償電容，以將電能接收線圈分為n等份，同樣可使得每段電能接收線圈的電壓能夠降低，從而減小接收線圈對(duì)電子設(shè)備的金屬或者是銅屏蔽層的環(huán)流，提高能量傳輸效率。

附圖說明

圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)的無線充電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；

圖2所示為發(fā)射線圈對(duì)地產(chǎn)生的共模電流的示意圖；

圖3所示為依據(jù)本發(fā)明的無線電能傳輸裝置中的電能發(fā)射線圈部分的一種示意圖；

圖4所示為依據(jù)本發(fā)明的無線電能傳輸裝置的第一實(shí)施例的電路圖；

圖5所示為依據(jù)本發(fā)明的無線電能傳輸裝置的第二實(shí)施例的電路圖；

圖6所示為依據(jù)本發(fā)明的無線電能傳輸裝置的第三實(shí)施例的電路圖；

圖7所示為依據(jù)本發(fā)明的無線電能傳輸裝置的第四實(shí)施例的電路圖；

圖8所示為依據(jù)本發(fā)明的無線電能傳輸裝置的第五實(shí)施例的電路圖；

圖9所示為依據(jù)本發(fā)明的無線電能傳輸裝置的第六實(shí)施例的電路圖；

圖10所示為依據(jù)本發(fā)明的無線電能傳輸裝置的第七實(shí)施例的電路圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施例，但本發(fā)明不限于此。

參考圖3所示為依據(jù)本發(fā)明的無線電能傳輸裝置中的電能發(fā)射線圈部分的一種示意圖，所述電能發(fā)射線圈部分包括有逆變電路(圖3中未示出)，逆變電路用于將外部直流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為交流電壓信號(hào)輸出，所述交流電壓信號(hào)傳輸給所述電能發(fā)射線圈。

所述電能發(fā)射線圈部分還包括電能發(fā)射線圈和原邊補(bǔ)償電容，所述原邊補(bǔ)償電容用以補(bǔ)償所述電能發(fā)射線圈的電感，以使得所述電能發(fā)射線圈和所述原邊補(bǔ)償電容的諧振頻率與系統(tǒng)工作頻率一致；這里，所述電能發(fā)射線圈的電感包括所述電能發(fā)射線圈結(jié)構(gòu)中的漏感和激磁電感，所述電能發(fā)射線圈的電感為基本恒定的值，補(bǔ)償電容的阻抗與勵(lì)磁電感和漏感兩部分的感抗諧振工作。所述系統(tǒng)工作頻率為無線電能傳輸裝置的工作頻率，記為ω0，所述無線電能傳輸裝置的系統(tǒng)工作頻率是根據(jù)電路結(jié)構(gòu)和效率要求預(yù)先設(shè)定的，例如優(yōu)選頻率設(shè)置為6.78mhz。

本實(shí)施方式中，所述原邊補(bǔ)償電容包括n個(gè)子補(bǔ)償電容，所述n個(gè)子補(bǔ)償電容分布式連接在所述電能發(fā)射線圈中的不同位置，其中，n為大于1的正整數(shù)。如圖3所示，以n為3為例，所述原邊補(bǔ)償電容包括子補(bǔ)償電容cs1、子補(bǔ)償電容cs2、子補(bǔ)償電容cs3。

更進(jìn)一步地，如圖3所示，所述n個(gè)子補(bǔ)償電容均分地連接在所述電能發(fā)射線圈的不同位置，以將所述電能發(fā)射線圈均分為n等份。圖3中所示的3個(gè)子補(bǔ)償電容將電能發(fā)射線圈均分為三等份，如線圈ab段、線圈cd段以及線圈df段。為了更優(yōu)化參數(shù)的設(shè)計(jì)，這里所述3個(gè)子補(bǔ)償電容的容值為相等，并且，電容cs1與相鄰一段的發(fā)射線圈如ab段諧振，且諧振頻率也為系統(tǒng)工作頻率6.78mhz。

如圖4所示為圖3中的分布式電能發(fā)射線圈應(yīng)用在無線電能傳輸裝置中的應(yīng)用電路圖，圖4中無線電能傳輸裝置還包括電能接收部分(包括電能接收線圈ld和副邊補(bǔ)償電容cd)。如圖4所示，三個(gè)子補(bǔ)償電容分別記為cs1、cs2、cs3，三段發(fā)射線圈分別記為ls1、ls2、ls3，設(shè)總的發(fā)射線圈的電感為ls，總的補(bǔ)償電容的cs，則根據(jù)圖4所示的分布式結(jié)構(gòu)，則各個(gè)子補(bǔ)償電容的容值設(shè)置為cs1＝cs2＝cs3＝3cs，各分段線圈的感值為ls1＝ls2＝ls3＝ls/3，這樣，各分段線圈兩端的電壓為vls/3。

這樣，線圈ls1兩端的電壓變?yōu)関ls1＝vls/3；由于子補(bǔ)償電容cs1和線圈ls1在工作頻率點(diǎn)上諧振，那么補(bǔ)償電容cs1和線圈ls1兩端的等效阻抗為0，

即1/jωcs1+jωls1＝0，

補(bǔ)償電容cs1和線圈ls1兩端的電壓之和為0(即vls1+vcs1＝0)，線圈上能量能得到最大程度的傳輸，傳輸效率高。

同理，所以線圈ls2段兩端的電壓vls2＝vls/3，同理，子補(bǔ)償電容cs2和線圈ls2在工作頻率點(diǎn)上諧振，補(bǔ)償電容cs2和線圈ls2兩端的電壓之和為0，線圈ls3兩端的電壓vls3＝vls/3，同理，子補(bǔ)償電容cs3和線圈ls3在工作頻率點(diǎn)上諧振，補(bǔ)償電容cs3和線圈ls3兩端的電壓之和為0。

從上可以看出，相比于對(duì)整個(gè)線圈進(jìn)行補(bǔ)償而言，采用分布式補(bǔ)償方式，每段線圈兩端的電壓從原來vls減小到分布式的vls/n，那么根據(jù)背景技術(shù)中的共模電流的計(jì)算公式，發(fā)射線圈對(duì)地的共模電流也降低到原來的1/n。本發(fā)明實(shí)施例非常適用于發(fā)射線圈尺寸較大的場(chǎng)合，由于尺寸大則對(duì)地的共模電容大，通過分段串聯(lián)電容的方式來降低線圈中的跳變電壓，可以很好地減小共模電流，降低emc的傳導(dǎo)干擾。

通過上述的發(fā)射線圈的結(jié)構(gòu)可以看出，發(fā)射線圈兩端的補(bǔ)償電容耐壓值也從vls也變化到vls/3，因此可以選取耐壓值更小的阻抗匹配電容，降低了成本。并且分段線圈兩端的電壓降低后，更增加了系統(tǒng)的可靠性。

需要說明的是，即使該分布式電能發(fā)射線圈的參數(shù)設(shè)計(jì)沒有上述的最優(yōu)化的均等份設(shè)計(jì)，例如，所述n個(gè)子補(bǔ)償電容連接在所述電能發(fā)射線圈的不同位置，以將所述電能發(fā)射線圈分為n段線圈。但是只要整體滿足n段分布式電感串聯(lián)ls1+ls2+…lsn＝ls和n個(gè)分布式電容串聯(lián)cs1＝cs2＝csn＝ncs，則系統(tǒng)的能量傳輸效率均不會(huì)下降，且分布式分段線圈上的電壓都會(huì)有所下降，降低emc傳導(dǎo)干擾。

圖5所示為依據(jù)本發(fā)明的無線電能傳輸裝置的第二實(shí)施例的電路圖；在本實(shí)施例中，所述發(fā)射線圈部分包括n個(gè)子補(bǔ)償電容(cs1….csn),相應(yīng)地，所述電能發(fā)射線圈被等分為n等份(ls1….lsn)，這里，所述n個(gè)子補(bǔ)償電容的容值可以相等或不相等，所述n段發(fā)射線圈的阻抗也可以為相等或不相等，但所述發(fā)射線圈的總阻抗和所述n個(gè)子補(bǔ)償電容的總阻抗的諧振頻率與系統(tǒng)工作頻率一致，以保證傳輸效率的最大化，這樣通過對(duì)發(fā)射線圈的分段補(bǔ)償，可以是的發(fā)射線圈的壓降大幅減小，從而減小共模電流。n為大于1的正整數(shù)，子補(bǔ)償電容的個(gè)數(shù)是根據(jù)用戶對(duì)共模電流的要求和成本共同決定的，例如對(duì)共模電流要求高的可以提高子補(bǔ)償電容的個(gè)數(shù)，對(duì)成本有限制的則減少子補(bǔ)償電容的個(gè)數(shù)。

圖6所示為依據(jù)本發(fā)明的無線電能傳輸裝置的第三實(shí)施例的電路圖。在本實(shí)施例中，電能發(fā)射線圈與圖5中均一致，在此不再贅述。本實(shí)施例中，所述副邊補(bǔ)償電容用以補(bǔ)償所述電能接收線圈的電感，以使得所述電能接收線圈和所述副邊補(bǔ)償電容的諧振頻率與系統(tǒng)工作頻率一致；所述電能接收線圈的電感包括所述電能接收線圈結(jié)構(gòu)中的漏感和激磁電感。

本實(shí)施例中，所述副邊補(bǔ)償電容包括n個(gè)子補(bǔ)償電容(cd1….cdn)，所述n個(gè)子補(bǔ)償電容分布式連接在所述電能發(fā)射線圈中的不同位置；更進(jìn)一步地，所述n個(gè)子補(bǔ)償電容的容值為相等；所述副邊補(bǔ)償電容的n個(gè)子補(bǔ)償電容均分地連接在所述電能接收線圈的不同位置，以將所述電能接收線圈均分為n等份(如ld1….ldn)，并且所述n個(gè)子補(bǔ)償電容的中一個(gè)電容和所述電能接收線圈中的相應(yīng)地一段線圈諧振，(如cd1和ld1諧振)，并且，其諧振頻率與系統(tǒng)工作頻率(6.78mhz)一致。

同理，對(duì)于副邊而言，通過上述分段式接收線圈的方式，可以使得每一段接收線圈上的壓降減小，從而對(duì)地的共模電流得以減小，降低系統(tǒng)的emc干擾。

圖7所示為依據(jù)本發(fā)明的無線電能傳輸裝置的第四實(shí)施例的電路圖。在本實(shí)施例中，所述電能接收部分還包括屏蔽層，所述屏蔽層放置于所述電能接收線圈和電子設(shè)備之間。

在實(shí)際應(yīng)用中，所述電磁屏蔽層包括磁屏蔽層和銅屏蔽層，所述磁屏蔽層和銅屏蔽層依次放置于電能接收線圈和電子設(shè)備之間。如圖7所示，所述磁屏蔽層包括空心區(qū)域和實(shí)心區(qū)域，空心區(qū)域如圖7中的鏤空部分。子補(bǔ)償電容cs1和cs2連接在接收線圈的中間，以將接收線圈均分為三等份。

容易理解，在要求不高的場(chǎng)合，所述屏蔽層可以只包括磁屏蔽層，所述磁屏蔽層放置于所述電能接收線圈和電子設(shè)備之間。

由于接收線圈和銅皮(或電子設(shè)備的金屬)之間是磁屏蔽層，磁片的介電常數(shù)比空氣高很多(ε＞10ε0)，同時(shí)接收線圈和銅皮的間距也較小，因此形成的寄生電容也會(huì)很大，根據(jù)背景技術(shù)中的計(jì)算公式，接收線圈和銅片(或金屬)時(shí)間的環(huán)流會(huì)很大。在本實(shí)施例中，通過將接收線圈分成多段分線圈結(jié)構(gòu)，根據(jù)上述發(fā)射線圈的計(jì)算過程可以推知，接收線圈的每段分線圈的電壓將會(huì)大大減小，從而降低接收線圈對(duì)銅片或金屬的環(huán)流，可以有效提高能量傳輸?shù)男省?/p>

圖8所示為依據(jù)本發(fā)明的無線電能傳輸裝置的第五實(shí)施例的電路圖。本實(shí)施例是在圖7實(shí)施例上的進(jìn)一步改進(jìn)，所述磁片的空心區(qū)域包括鏤空1和鏤空2，其中所述子補(bǔ)償電容cs1和cs2分布連接在所述電能接收線圈的之中，并且所述子補(bǔ)償電容放置于所述磁屏蔽層的空心區(qū)域，如圖8中鏤空2的位置。這樣，補(bǔ)償電容可以很好的均分接收線圈，并且，沒有增加整體的厚度。

圖9所示為依據(jù)本發(fā)明的無線電能傳輸裝置的第六實(shí)施例的電路圖。在本實(shí)施例中，所述n個(gè)子補(bǔ)償電容連接在所述電能接收線圈的線圈管腳出口處。例如，圖9中的子補(bǔ)償電容cs1和cs2連接在線圈管腳出口處，這樣有利于接收線圈的工藝操作以及線圈和磁片的集成。

圖10為依據(jù)本發(fā)明的無線電能傳輸裝置的第七實(shí)施例的電路圖。在本實(shí)施例中，所述電能接收部分還包括整流電路和直流-直流電壓轉(zhuǎn)換電路，所述整流電路和直流-直流電壓轉(zhuǎn)換電路的電子設(shè)備器件放置于所述磁屏蔽層的空心區(qū)域，如圖10中的器件，子補(bǔ)償電容如cs1和cs2連接在所述電能接收線圈的線圈管腳出口處，所述電能接收線圈的線圈管腳連接到所述電子設(shè)備器件。這樣，可以使得子補(bǔ)償電容如cs1和cs2、以及實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換功能的電子元器件或部分電子元器件置于磁片的鏤空區(qū)域內(nèi)的電路板上，可以節(jié)省空間，更有利于集成到電子設(shè)備內(nèi)部。

需要說明的是，上述實(shí)施例可以結(jié)合或分開使用，例如電能發(fā)射線圈為分布式電容結(jié)構(gòu)，或者是電能接收線圈為分布式電容結(jié)構(gòu)，或者是電能發(fā)射線圈和電能接收線圈同時(shí)為分布式電容結(jié)構(gòu)，用戶可以根據(jù)需求來進(jìn)行選擇。

以上對(duì)依據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的無線電能傳輸裝置進(jìn)行了詳盡描述，但關(guān)于該專利的電路和有益效果不應(yīng)該被認(rèn)為僅僅局限于上述所述的，公開的實(shí)施例和附圖可以更好的理解本發(fā)明，因此，上述公開的實(shí)施例及說明書附圖內(nèi)容是為了更好的理解本發(fā)明，本發(fā)明保護(hù)并不限于限定本公開的范圍，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的替換、修改均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。