本發(fā)明涉及無(wú)線充電領(lǐng)域，特別是涉及一種無(wú)線充電設(shè)備。

背景技術(shù)：

無(wú)線充電設(shè)備已經(jīng)逐漸開(kāi)始進(jìn)入人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷妫貏e是受制電池技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線充電的出現(xiàn)給人們的生產(chǎn)和生活帶來(lái)翻天覆地的變革。目前有些無(wú)線充電設(shè)備采用一種基于感應(yīng)式耦合的無(wú)線充電平臺(tái)，其缺點(diǎn)在于接收線圈與發(fā)射線圈不能分離，能量傳輸距離較短。還有些無(wú)線充電設(shè)備采用反平行線圈以克服因距離變化導(dǎo)致傳輸效率降低的問(wèn)題，但該線圈結(jié)構(gòu)必須是接收線圈與發(fā)射線圈同軸情況，能量穩(wěn)定傳輸?shù)目臻g區(qū)域范圍較小。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種無(wú)線充電設(shè)備，能夠提高能量穩(wěn)定傳輸?shù)膮^(qū)域范圍。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種無(wú)線充電設(shè)備，包括：供電電路；至少兩個(gè)互相平行且同軸排列的亥姆霍茲線圈，耦接所述供電電路，分別為第一線圈和第二線圈，通電后所述第一線圈和所述第二線圈之間具有均勻磁場(chǎng)區(qū)域。

其中，所述第一線圈和所述第二線圈為圓形線圈，所述第一線圈與所述第二線圈的匝數(shù)、線圈半徑均相同，所述第一線圈和所述第二線圈之間的間距與所述線圈半徑相同。

其中，所述第一線圈和所述第二線圈為方形線圈，所述第一線圈與所述第二線圈的所述匝數(shù)、線圈邊長(zhǎng)均相同，所述第一線圈和所述第二線圈之間的間距是所述線圈邊長(zhǎng)的0.5445倍。

其中，進(jìn)一步包括中繼線圈，所述中繼線圈位于所述亥姆霍茲線圈的所述第一線圈和所述第二線圈中間，通電后所述第一線圈與所述中繼線圈之間、以及所述中繼線圈與所述第二線圈之間均具有均勻磁場(chǎng)區(qū)域。

其中，上下且平行間隔設(shè)置的第一殼體和第二殼體，位于較下方的所述第二殼體上表面或上方為被充電設(shè)備放置區(qū)域，所述第一線圈、所述第二線圈分別位于所述第一殼體、所述第二殼體處；或豎直且平行間隔設(shè)置的第一殼體和第二殼體，兩者之間設(shè)有放置被充電設(shè)備的放置槽/固定架，所述第一線圈、所述第二線圈分別位于所述第一殼體、所述第二殼體處。

其中，所述供電電路包括諧振電路，所述諧振電路用于提供具有第一諧振頻率的交流電至所述亥姆霍茲線圈。

其中，所述被充電設(shè)備包含或者耦接負(fù)載線圈，所述負(fù)載線圈位于所述均勻磁場(chǎng)區(qū)域中，所述負(fù)載線圈感應(yīng)出感應(yīng)電流至所述被充電設(shè)備，進(jìn)而對(duì)所述被充電設(shè)備進(jìn)行無(wú)線充電。

其中，所述亥姆霍茲線圈具有第一自有諧振頻率，所述負(fù)載線圈具有第二自有諧振頻率；所述第一自有諧振頻率、所述第二自有諧振頻率與所述供電電路輸出的所述交流電的所述第一諧振頻率相同。

本發(fā)明的有益效果是：區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的情況，本發(fā)明所提供的無(wú)線充電設(shè)備包括至少兩個(gè)互相平行且同軸排列的亥姆霍茲線圈，上述亥姆霍茲線圈中間具有均勻磁場(chǎng)區(qū)域，當(dāng)負(fù)載線圈在均勻磁場(chǎng)區(qū)域中任意位置移動(dòng)時(shí)，其接收功率可趨于穩(wěn)定，進(jìn)而能夠提高無(wú)線能量傳輸在一定空間區(qū)域的穩(wěn)定性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明無(wú)線充電設(shè)備一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1中亥姆霍茲線圈一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖1中亥姆霍茲線圈另一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是圖1中亥姆霍茲線圈再一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明無(wú)線充電設(shè)備又一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是亥姆霍茲線圈模型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是仿真分析驗(yàn)證亥姆霍茲線圈模型的效果示意圖；

圖8是負(fù)載線圈在徑向移動(dòng)時(shí)各點(diǎn)電壓值的變化曲線圖；

圖9是負(fù)載線圈在軸向移動(dòng)時(shí)各點(diǎn)電壓值的變化曲線圖。

具體實(shí)施方式

請(qǐng)參閱圖1，圖1為本發(fā)明無(wú)線充電設(shè)備一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖，該無(wú)線充電設(shè)備包括：

供電電路10；具體地，供電電路10包括諧振電路100，諧振電路100用于提供具有第一諧振頻率的交流電至亥姆霍茲線圈12。在一個(gè)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中，供電電路10還包括整流濾波子電路(圖未示)，交流市電(220V)經(jīng)整流濾波子電路變?yōu)橹绷麟娸斎胫林C振電路100，諧振電路100將直流電逆變?yōu)榈谝恢C振頻率的交流電至亥姆霍茲線圈12。

至少兩個(gè)互相平行且同軸排列的亥姆霍茲線圈12，耦接供電電路10，分別為第一線圈120和第二線圈121，通電后第一線圈120和第二線圈121之間具有均勻磁場(chǎng)區(qū)域；具體地，在一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景中，請(qǐng)結(jié)合圖2，圖2為圖1中亥姆霍茲線圈一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。第一線圈201和第二線圈202為圓形線圈，第一線圈201與第二線圈202的匝數(shù)、線圈半徑均相同，第一線圈201和第二線圈202之間的間距與線圈半徑相同；另外在本實(shí)施例中，第一線圈201和第二線圈202為串聯(lián)連接方式，其線圈內(nèi)部通過(guò)的電流方向相同，如圖2中箭頭所示。在另一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景中，請(qǐng)結(jié)合圖3，圖3為圖1中亥姆霍茲線圈另一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。第一線圈301和第二線圈302為方形線圈，第一線圈301與第二線圈302的匝數(shù)、線圈邊長(zhǎng)均相同，第一線圈301和第二線圈302之間的間距是線圈邊長(zhǎng)的0.5445倍。另外在本實(shí)施例中，第一線圈301和第二線圈302為串聯(lián)連接方式，其線圈內(nèi)部通過(guò)的電流方向相同，如圖3中箭頭所示。

在其他應(yīng)用場(chǎng)景中，請(qǐng)參閱圖4，圖4為圖1中亥姆霍茲線圈再一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。亥姆霍茲線圈進(jìn)一步包括中繼線圈403/406，中繼線圈403/406位于亥姆霍茲線圈的第一線圈401/404和第二線圈402/405中間，通電后第一線圈401/404和中繼線圈403/406之間、以及和中繼線圈403/406與第二線圈402/405之間均具有均勻磁場(chǎng)區(qū)域。當(dāng)?shù)谝痪€圈401、第二線圈402、中繼線圈403為圓形線圈時(shí)，第一線圈401、第二線圈402、中繼線圈403的匝數(shù)、半徑均相同，且第一線圈401和中繼線圈403之間的間距、第二線圈402和中繼線圈403之間的間距均與線圈半徑相同；當(dāng)?shù)谝痪€圈404、第二線圈405、中繼線圈406為方形線圈時(shí)，第一線圈404、第二線圈405、中繼線圈406的匝數(shù)、半徑均相同，且第一線圈404和中繼線圈406之間的間距、第二線圈405和中繼線圈406之間的間距均是邊長(zhǎng)的0.5445倍。需要說(shuō)明的是，中繼線圈的個(gè)數(shù)可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，本發(fā)明對(duì)此不做限定。

請(qǐng)參閱圖5，圖5為本發(fā)明充電設(shè)備又一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。該充電設(shè)備還包括上下且平行間隔設(shè)置的第一殼體501和第二殼體502，位于較下方的第二殼體502上表面或上方為被充電設(shè)備503放置區(qū)域，第一線圈(圖未示)、第二線圈(圖未示)分別位于第一殼體501、第二殼體502處；需要說(shuō)明的是，被充電設(shè)備503可以在第二殼體502的表面放置，也可以利用固定裝置放在在第一殼體501和第二殼體502之間任意位置。在另一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景中，請(qǐng)繼續(xù)參閱圖5，第一殼體504和第二殼體505豎直且平行間隔設(shè)置，兩者之間設(shè)有放置被充電設(shè)備506的放置槽/固定架507，第一線圈(圖未示)、第二線圈(圖未示)分別位于第一殼體504、第二殼體505處；上述放置槽/固定架507可以是一個(gè)平臺(tái)，一個(gè)被充電設(shè)備支架等，只要是能實(shí)現(xiàn)將被充電設(shè)備506位置固定在第一線圈與第二線圈之間即可。需要說(shuō)明的是一點(diǎn)是，上述兩個(gè)實(shí)施例中第一殼體501/504和第二殼體502/505的材質(zhì)可為任意絕緣材料；需要說(shuō)明的另一點(diǎn)是，上述被充電設(shè)備503/506包含或者耦接負(fù)載線圈，負(fù)載線圈位于均勻磁場(chǎng)區(qū)域中，負(fù)載線圈感應(yīng)出感應(yīng)電流至被充電設(shè)備503/506，進(jìn)而對(duì)被充電設(shè)備503/506進(jìn)行無(wú)線充電；當(dāng)上述待充電設(shè)備503/506耦接負(fù)載線圈時(shí)，帶充電設(shè)備503/506的位置可在均勻磁場(chǎng)區(qū)域外。

為使無(wú)線電傳輸效率最高，亥姆霍茲線圈具有第一自有諧振頻率，負(fù)載線圈具有第二自有諧振頻率；可通過(guò)分別耦接電容或者電感的方式，以使第一自有諧振頻率、第二自有諧振頻率與供電電路輸出的交流電的第一諧振頻率相同。

為了驗(yàn)證本發(fā)明的可行性，下面將通過(guò)數(shù)值仿真分析來(lái)詳細(xì)說(shuō)明。為方便計(jì)算，本實(shí)施例中亥姆霍茲線圈采用圓形線圈。系統(tǒng)的基本參數(shù)為：電源V_S取10V正弦交流電，輸出阻抗R_S＝50Ω，諧振頻率亥姆霍茲線圈的匝數(shù)n₁＝5，負(fù)載線圈n₂＝5，亥姆霍茲線圈半徑r₁＝16cm，負(fù)載線圈半徑r₂＝3.3cm，導(dǎo)線半徑a＝0.075cm。亥姆霍茲線圈電容C₁＝19.5pF，負(fù)載線圈電容C₂＝127.6pF。亥姆霍茲線圈的內(nèi)阻由輻射電阻和歐姆電阻構(gòu)成，則亥姆霍茲線圈的內(nèi)阻為R_T＝2(R_abs+R_r)+R_S＝52Ω，負(fù)載線圈同樣有內(nèi)阻R₃＝R_abs′+R_r′＝0.5Ω，負(fù)載電阻R_L＝50Ω；亥姆霍茲線圈和負(fù)載線圈的諧振頻率與電源輸出的交流電諧振頻率相同。

根據(jù)上述系統(tǒng)參數(shù)，建立如圖6所示的模型，該模型的y軸為負(fù)載線圈的中心與兩個(gè)亥姆霍茲線圈中心點(diǎn)O點(diǎn)的徑向距離，x軸為負(fù)載線圈的中心與兩個(gè)亥姆霍茲線圈中心點(diǎn)O點(diǎn)的軸向距離。對(duì)上述模型進(jìn)行數(shù)值仿真分析負(fù)載線圈在不同位置移動(dòng)時(shí)接收端負(fù)載電流的大小，進(jìn)而得出如圖7所示仿真結(jié)果示意圖。從圖中可以看出，當(dāng)負(fù)載線圈全部位于亥姆霍茲線圈圍繞成的圓柱體均勻磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)移動(dòng)時(shí)，接收負(fù)載上電流趨于穩(wěn)定；而當(dāng)負(fù)載線圈的移動(dòng)范圍超過(guò)亥姆霍茲線圈圍繞成的圓柱體均勻磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)，接收負(fù)載端電流陡降。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證本發(fā)明的可行性，下面將通過(guò)具體實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明。在本實(shí)施例中，電源為信號(hào)發(fā)生器(型號(hào)：EEI640C)輸出10sin(ω₀t)正弦交流電，輸出阻抗為R_S＝50Ω。接收端負(fù)載為外接R_L＝50Ω的電阻，采用雙通道示波器(型號(hào)：GDS-2202)測(cè)量負(fù)載端電壓，其余各個(gè)參數(shù)與上述仿真驗(yàn)證一致。模型建立請(qǐng)參閱圖6，為了更加有效的分析負(fù)載功率在亥姆霍茲線圈中間區(qū)域內(nèi)移動(dòng)的穩(wěn)定性，分別測(cè)量負(fù)載線圈在徑向和軸向移動(dòng)時(shí)接收負(fù)載兩端的電壓，并進(jìn)行對(duì)比。首先將負(fù)載線圈的中心置于中心點(diǎn)O點(diǎn)處，由于整個(gè)系統(tǒng)具有對(duì)稱(chēng)性，以負(fù)載線圈在第一象限移動(dòng)為例說(shuō)明，其電壓測(cè)試結(jié)果如下表1、表2所示，表1為負(fù)載線圈在第一象限內(nèi)徑向移動(dòng)時(shí)各點(diǎn)電壓值，表2為負(fù)載線圈在第一象限內(nèi)軸向移動(dòng)時(shí)各點(diǎn)電壓值，其中，x為負(fù)載線圈軸向移動(dòng)的距離，即負(fù)載線圈中心與亥姆霍茲線圈中心點(diǎn)O點(diǎn)之間軸向距離；y為負(fù)載線圈徑向移動(dòng)的距離，即負(fù)載線圈中心與亥姆霍茲線圈中心點(diǎn)O點(diǎn)之間徑向距離。

表1負(fù)載線圈在第一象限內(nèi)徑向移動(dòng)時(shí)各點(diǎn)電壓值(單位：V)

為了更加清晰的看出負(fù)載線圈在徑向移動(dòng)時(shí)各點(diǎn)電壓值的變化，請(qǐng)參閱圖8，圖8為根據(jù)上表1作出的負(fù)載線圈在徑向移動(dòng)時(shí)各點(diǎn)電壓值的變化曲線圖。由圖8可知，當(dāng)負(fù)載線圈圓心與O點(diǎn)之間的徑向距離y<4cm時(shí)，負(fù)載線圈上的負(fù)載電壓趨于穩(wěn)定，即此時(shí)負(fù)載線圈的全部都在圓柱體范圍均勻磁場(chǎng)的空間區(qū)域；當(dāng)徑向距離y>4cm時(shí)負(fù)載線圈上的電壓下降很快，即當(dāng)負(fù)載線圈位于亥姆霍茲線圈圍繞的圓柱體均勻磁場(chǎng)區(qū)域之外時(shí)其電壓不再穩(wěn)定。

表2負(fù)載線圈在第一象限內(nèi)軸向移動(dòng)時(shí)各點(diǎn)電壓值(單位：V)

為了更加清晰的看出負(fù)載線圈在軸向移動(dòng)時(shí)各點(diǎn)電壓值的變化，請(qǐng)參閱圖9，圖9為根據(jù)上表2作出的負(fù)載線圈在軸向移動(dòng)時(shí)各點(diǎn)電壓值的變化曲線圖。由圖8和圖9對(duì)比可知，亥姆霍茲線圈可以使得負(fù)載線圈在軸向方向上移動(dòng)時(shí)電壓趨于穩(wěn)定，且在軸向上超出其亥姆霍茲線圈圍繞的空間圓柱體均勻磁場(chǎng)一定區(qū)域內(nèi)，負(fù)載接收功率仍然可以保持穩(wěn)定。

綜上所述，區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的情況，本發(fā)明所提供的無(wú)線充電設(shè)備包括至少兩個(gè)互相平行且同軸排列的亥姆霍茲線圈，上述亥姆霍茲線圈中間具有均勻磁場(chǎng)區(qū)域，當(dāng)負(fù)載線圈在均勻磁場(chǎng)區(qū)域中任意位置移動(dòng)時(shí)，其接收功率穩(wěn)定，進(jìn)而能夠提高無(wú)線能量傳輸在一定空間區(qū)域的穩(wěn)定性。

以上僅為本發(fā)明的實(shí)施方式，并非因此限制本發(fā)明的專(zhuān)利范圍，凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專(zhuān)利保護(hù)范圍內(nèi)。