感應式無線電力傳輸系統的制作方法
【技術領域】
[0001]這里描述的是無線電力傳輸系統。
【背景技術】
[0002]感應式無線電力傳輸(wireless power transfer，WPT)利用兩個磁場親合單元(初級線圈和次級線圈)之間的磁耦合。WPT系統可被用于為電動車輛(EV)以及移動裝置、醫療裝置等充電。在一些示例中，次級線圈或者接收線圈可使用螺線管型繞組拓撲結構(topology)。在其它示例中，次級線圈可使用圓型繞組拓撲結構。
【發明內容】
[0003]—種無線電力傳輸系統，包括線圈組件，所述線圈組件具有鐵氧體墊和在所述鐵氧體墊上的一對分隔開的感應線圈。所述系統還包括開關網絡，所述開關網絡響應于相應的感應線圈組件配置的指示，控制流經所述線圈的每個線圈的電流的流動方向以選擇性地以兩極模式或三極模式操作所述線圈。
[0004]—種無線電力傳輸方法，包括:響應于表明次級線圈組件具有兩極配置的指示，控制在一對初級線圈的每個線圈中的電流流動，以使在所述初級線圈中的電流流動的方向相同，其中，所述一對初級線圈被分隔開并纏繞鐵氧體墊;響應于表明所述次級線圈具有三極配置的指示，控制在所述初級線圈的每個線圈中的電流流動，以使在所述初級線圈中的電流流動的方向相反。
[0005]根據本發明的一個實施例，所述方法還包括:請求所述次級線圈組件指示出所述次級線圈組件是具有兩極配置還是具有三極配置。
[0006]—種無線電力傳輸系統具有:感應線圈組件，所述感應線圈組件包括鐵氧體墊和在所述鐵氧體墊上的分隔開的不超過兩個的感應線圈；以及開關網絡，所述開關網絡控制流經所述線圈的每個線圈的電流的流動方向，以使所述線圈產生具有三個磁極的磁通分布。
[0007]根據本發明的一個實施例，其中，流經所述線圈的電流的流動方向是相反的。
[0008]根據本發明的一個實施例，其中，所述線圈纏繞所述鐵氧體墊。
[0009]根據本發明的一個實施例，其中，所述開關網絡還被配置為:響應于線圈錯位的指示，使所述線圈中的一個線圈短接。
[0010]根據本發明的一個實施例，其中，所述線圈是初級線圈。
【附圖說明】
[0011]圖1是無線電力傳輸系統的示意視圖；
[0012]圖2、圖3、圖5、圖9、圖11和圖16是初級線圈組件的示意透視圖；
[0013]圖4和圖6分別是用于兩極配置和三極配置的初級線圈組件和次級線圈組件的截面側視圖；
[0014]圖7、圖8、圖12和圖14是初級線圈組件和次級線圈組件的透視圖；
[0015]圖1O是圖9的初級線圈組件的截面側視圖；
[0016]圖13和圖15分別是用于兩極配置和三極配置的初級線圈組件和次級線圈組件的截面側視圖；
[0017]圖17是圖12和圖14的初級線圈組件的一部分的截面側視圖；
[0018]圖18是無線電力傳輸系統的框圖；
[0019]圖19、圖20和圖22是用于無線電力傳輸系統的線圈組合網絡的框圖；
[0020]圖21a至圖21f是用于圖18的系統的線圈布置的示意圖。
【具體實施方式】
[0021 ]根據需要，在此描述本發明的具體實施例；然而，應理解的是，所公開的實施例僅為本發明的示例，本發明可以以各種可替代形式實現。附圖不必按比例繪制;可夸大或最小化一些特征以示出特定部件的細節。因此，在此公開的具體結構和功能細節不應被解釋為限制，而僅為用于教導本領域技術人員以多種形式采用本發明的代表性基礎。
[0022]用于電動車輛的WPT可在公共充電站中實現。這些充電站可被安裝在停車位、公共停車場等以使能夠對電動車輛頻繁充電，從而提高電動車輛的可行駛里程和可用性。WPT系統中的磁場耦合單元的主要部件是載流導線的單圈或多圈繞組、鐵氧體塊、非磁性高導電屏蔽金屬板和塑料包裝。繞組和磁芯拓撲結構設計連同電流激勵一起確定由親合單元產生的磁場分布。當前的無線電力傳輸系統可由具有相同繞組拓撲結構但不同尺寸的耦合器組成以使車輛容納包裝限制。在一些示例中，線圈可使用產生分布于耦合器的相對兩側的一對磁極的繞組拓撲結構(線性兩極磁通分布)。這種類型的兩極拓撲結構的示例是螺線管型繞組拓撲結構。在其它示例中，線圈可產生一個中心磁極(central pole)和圍繞著親合器外圍的一個分布磁極(圓型兩極磁通分布)，例如，圓型繞組拓撲結構或者框架耦合器(frame coupler)。由于這些線圈拓撲結構的磁極位置是不同的，因此具有圓型接收線圈的車輛不能通過產生線性兩極磁通分布的線圈來進行有效的充電。這里公開的是既可產生線性兩極磁通分布又可產生線性三極磁通分布的繞組拓撲結構。提出的線圈的兩極磁通產生操作可支持螺線管型線圈(并還支持其它類似的線圈拓撲結構)，而提出的線圈的三極磁通產生操作可支持圓型線圈(以及其它三極磁通分布產生線圈)。提出的線圈可被用作初級線圈或次級線圈。
[0023]在汽車領域中，不同的汽車制造商可在其車輛內實現不同的系統。例如，一些系統可實現使用中心磁極用于無線電力傳輸的圓型次級線圈。另一些系統可實現在車輛對稱軸上沒有磁極的螺線管型次級線圈。次級線圈組件中的這種差異可造成難以實現充電站的互操作性，和/或需要在車輛和初級墊(primary pad)之間的偏置條件，所述偏置條件可能給停車帶來問題。
[0024]這里描述的是可允許充電站有效且高效地對具有兩極配置或者三極配置的車輛進行無線充電的無線電力傳輸系統。這些無線電力傳輸系統可被配置為將電力從初級線圈組件無線傳輸至次級線圈組件。線圈組件可包括兩個線圈，其中，兩個線圈限定了它們之間的中心距。當次級線圈組件是兩極配置或者三極配置時，中心距可被優化以用于高效的電力傳輸。
[0025]圖1是示出車輛115內的初級線圈組件105和次級線圈組件110的示例性無線電力傳輸系統100。初級線圈組件105可連接至外部電源120。車輛115可包括可再充電電池125和用于與電池125通信的充電控制器135。充電控制器135可連接至整流器130。整流器130可將次級線圈組件110的交流電流(AC)轉換為直流電流(DC)。然后，整流器130可將電流從次級線圈組件110傳輸至電池125，來為電池125充電。下面更詳細地描述初級線圈105和次級線圈110。每個線圈組件可包括至少一個線圈。初級線圈組件105的線圈可耦合至次級線圈組件110的次級線圈。隨著電流流經初級線圈，從初級線圈釋放的能量可在次級線圈被接收，所述能量進而用于為電池充電。
[0026]圖2是示例性的初級線圈組件105。初級線圈組件105可包括底板(backingplate)
140、鐵氧體墊145和螺旋型繞組150。底板140可由鋁或其它一些非磁性高導電材料構成，以建立對磁場的屏蔽并幫助將磁場朝著對側線圈引導。鐵氧體墊145可包括多個鐵氧體墊。鐵氧體墊145連同底板140可通過將磁場朝著次級線圈組件110引導來幫助引導磁通量增強耦入口 ο
[0027]螺旋型線圈150可包括被布置在鐵氧體墊145頂部的銅繞組線圈。線圈150可在每個線圈的中心形成限定線圈開口 155的連續環型形狀。如圖2所示，線圈150可形成圓型，或者可具有形成四邊型的直邊。線圈150可由銅線組成，通常是利茲線。隨著電流供應至線圈150，可在初級線圈組件105和次級線圈組件110之間產生磁場。
[0028]圖3示出了流經線圈150的示例性的電流流動。在這個示例中，電流以相反方向在線圈150中流動(在一個線圈中是順時針方向，在另一個線圈中是逆時針方向)。隨著電流流經初級線圈組件105的線圈150，能量可通過磁場傳輸至次級線圈組件110。如果次級線圈組件110支持兩極配置，則在次級線圈組件110的線圈中電流可同樣以相反方向流動。
[0029]圖4示出了當電流如上所述地以相反方向流動時的針對兩極配置的對應磁通分布。如示出的，在這個示例中獲得兩極磁通分布。
[0030]圖5示出了圖2的初級線圈組件105的另一實施方式，其中，線圈150中的電流以相同方向流動(在這個示例中都是順時針方向)。然而在其它示例中，電流流動可以是逆時針方向。這種配置可產生三極磁通分布。
[0031]圖6示出了針對三極配置的對應磁通分布，其中，磁通量分布在初級線圈組件105和次級線圈組件110之間的一個中心磁極和兩個邊緣磁極(edge po I e)處。
[0032]圖7示出了在圖2的初級線圈組件105上方的示例性次級線圈組件110。次級線圈組件110可包括具有被螺線管型線圈185纏繞(wrap)的次級鐵氧體墊180。盡管未示出，但是次級線圈組件110還可包括底板。
[0033]圖8示出了在圖2的初級線圈組件105上方的具有圓型線圈190的另一示例性次級線圈組件110。在這個示例中，次級線圈組件110可包括次級圓型線圈190。線圈190可被布置在鐵氧體墊180上。盡管未示出，但是次級線圈組件110還可包括底板。
[0034]圖9示出了具有長度L和寬度W的附加尺寸的圖2的初級線圈組件105。圖10示出了包括兩個圓型線圈150的初級線圈組件105的截面圖，其中，每個圓型線圈150具有內部部分205和外部部分210。內部部分205和外部部分210之間的線圈開口 155可具有開口寬度A。內部部分205可具有內部部分寬度B，并且兩個平行線圈150之間的距離可表示為中心距C。
[0035]A、B、C、L和W的尺寸可與WPT系統100的互操作性相關。例如，可優化尺寸，使得初級線圈組件105可操作為用于兩極系統和三極系統的耦合器。線性兩極配置的最佳性能可能需要中心距C為小的值。線性三極配置的最佳性能可能需要中心距C為大的值。針對每種配置的優化可造成在C的理想值之間進行折衷。例如，C可以是鐵氧體墊145的長度L的大約10%。這種優化可允許實現兩極配置和三極配置二者。
[0036]圖11是具有兩個螺線管型線圈170的另一個示例性初級線圈組件105。線圈170可以是銅繞組，但與圖2的繞組不同，線圈170可形成螺線管型結構，該螺線管型結構具有纏繞著鐵氧體墊145的連續繞組，而不是布置