一种具有高偏移容忍度的容性无线充电系统

摘要

本发明的技术方案是提供一种具有高偏移容忍度的容性无线充电系统，其特征在于，包括固定在能量发射设备上的发射侧极板结构以及固定在能量接收设备上的接收侧板结构；当发射侧极板结构和接收侧极板结构间发生水平位置偏移时，若偏移距离小于阈值x或者发生以中心为轴的水平旋转偏移时，则发射侧极板结构在接收侧极板结构上的投影面积不变。在接收侧和发射侧间发生水平位置偏移或者以中心为轴的水平旋转偏移时，本发明提供的容性无线充电系统的电路参数依然能够保持稳定，从而使得本发明具有高偏移容忍度。

说明书

技术领域

本发明涉及一种容性无线充电系统。

背景技术

无线充电作为一种非接触式供电方案，相较于传统的供电方案更具便携性与用户友好性，因而在消费电子、可植入医疗设备、电动汽车等诸多领域取得了广泛应用。基于感性的无线电能传输技术和基于容性的无线电能传输技术是两种最常见的近场无线充电技术解决方案。近年来，感性无线充电系统在工业和学术领域得到迅猛发展。然而，相较于感性无线充电系统对金属物体敏感，容易产生涡流，并导致系统效率下降的特性，容性无线充电系统则不存在这些问题。然而，在实际应用中，容性无线充电系统经常会发生位置的偏移问题。位置的不确定性将会导致输出扰动，并最终影响电力输送的能力。

发明内容

本发明的目的要解决的技术问题是：容性无线充电系统经常会发生位置的偏移问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种具有高偏移容忍度的容性无线充电系统，其特征在于，包括固定在能量发射设备上的发射侧极板结构以及固定在能量接收设备上的接收侧板结构，能量发射设备提供的能量作用于发射侧极板结构，由发射侧极板结构将能量传输至接收侧板结构，通过接收侧板结构为能量接收设备充电；在所述容性无线充电系统的电路拓扑中：发射侧极板结构等效为系统的自电容C

当发射侧极板结构和接收侧极板结构间发生水平位置偏移时，若偏移距离小于阈值x时，则发射侧极板结构在接收侧极板结构上的投影面积不变；当发射侧极板结构和接收侧极板结构间发生以中心为轴的水平旋转偏移时，发射侧极板结构在接收侧极板结构上的投影面积不变。

优选地，通过对所述发射侧极板结构以及所述接收侧极板结构的设计，使得在所述容性无线充电系统的电路拓扑中：所述自电容C

优选地，所述发射侧极板结构包括圆形发射侧金属极板子结构以及围绕圆形发射侧金属极板子结构的圆环形发射侧金属极板子结构；所述接收侧极板结构包括圆形接收侧金属极板子结构以及围绕圆形接收侧金属极板子结构的圆环形接收侧金属极板子结构，且有：

R

W

式中，R

优选地，所述圆形发射侧金属极板子结构为一块圆形发射侧金属极板，所述圆环形发射侧金属极板子结构为一块圆环形发射侧金属极板，所述圆形接收侧金属极板子结构为一块圆形接收侧金属极板，所述圆环形接收侧金属极板子结构为一块圆环形接收侧金属极板。

优选地，所述圆形发射侧金属极板子结构、所述圆环形发射侧金属极板子结构、所述圆形接收侧金属极板子结构以及所述圆环形接收侧金属极板子结构为由导线相连的N层叠加结构，N≥2。

优选地，所述圆环形接收侧金属极板子结构以及所述圆形接收侧金属极板子结构均为双层结构；所述圆环形接收侧金属极板子结构包括上层圆环形接收侧金属极板以及下层圆环形接收侧金属极板，所述圆形接收侧金属极板子结构包括上层圆形接收侧金属极板以及下层圆形接收侧金属极板；上层圆环形接收侧金属极板与下层圆形接收侧金属极板通过导线相连，下层圆环形接收侧金属极板与上层圆形接收侧金属极板通过导线相连；

所述圆形发射侧金属极板子结构以及所述圆环形发射侧金属极板子结构均为多层结构；所述圆环形发射侧金属极板子结构包括上层圆环形发射侧金属极板、中层圆环形发射侧金属极板以及下层圆环形发射侧金属极板，上层圆环形发射侧金属极板与中层圆环形发射侧金属极板之间有电介质一，中层圆环形发射侧金属极板与下层圆环形发射侧金属极板之间有电介质二；所述圆形发射侧金属极板子结构包括上层圆形发射侧金属极板、中层圆形发射侧金属极板以及下层圆形发射侧金属极板，上层圆形发射侧金属极板与中层圆形发射侧金属极板之间有电介质三，中层圆形发射侧金属极板与下层圆形发射侧金属极板之间有电介质四；上层圆环形发射侧金属极板与中层圆形发射侧金属极板之间通过导线一相连，中层圆形发射侧金属极板与下层圆环形发射侧金属极板之间通过导线二相连。

相比于现有技术，本发明具有如下优点：

在接收侧和发射侧间发生水平位置偏移或者以中心为轴的水平旋转偏移时，本发明提供的容性无线充电系统的电路参数依然能够保持稳定，从而使得本发明具有高偏移容忍度。更进一步，本发明能够提供极大的自电容，使得无需在本发明提供的容性无线充电系统的电路拓扑中在自电容上并联额外的电容，也能够确保本发明提供的容性无线充电系统有效工作。

附图说明

图1为实施例1中使用的发射侧极板结构以及接收侧极板结构的立体示意图；

图2为图1的平面示意图；

图3为实施例2中使用的发射侧极板结构以及接收侧极板结构的立体示意图，图中，wire表示导线；

图4为图3的剖视图，图中，dielectric表示电介质；

图5示意了本发明提供的具有高偏移容忍度的容性无线充电系统的电路拓扑；

图6A及图6B示意了系统输出电流与位置偏移关系。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

图5示意了容性无线充电系统的典型电路拓扑，直流源V

实施例1

本实施例中，发射侧极板结构以及接收侧极板结构如图1以及图2所示。发射侧极板结构由一块圆形发射侧金属极板P

本实施例中，发射侧极板结构以及接收侧极板结构的设计要求如下表1所示，具体尺寸参数如下表2所示。

表1设计要求

表2极板参数

在接收侧和发射侧间发生水平位置偏移时，当偏移距离小于x时，圆形发射侧金属极板P

实施例2

如图3以及图4所示，本实施例中，圆环形接收侧金属极板P

圆环形发射侧金属极板P

本实施例中，通过对圆环形接收侧金属极板P

本实施例的其他部分参考实施例1，此处不再赘述。