[實用新型]一種用于磁耦合無線電能傳輸的多線并繞線圈盤

有效

• 申請號: 201721597703.2
• 申請日: 2017-11-25
• 公開（公告）號: CN208061818U
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發明（設計）人: 張朝輝
• 申請（專利權）人: 張朝輝
• 主分類號: H01F27/24
• 分類號: H01F27/24;H01F27/28;H01F27/36;H01F38/14;H02J50/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本實用新型涉及一種用于磁耦合無線電能傳輸的多線并繞線圈盤，包括耦合線圈、高頻軟磁體、屏蔽鋁板等組件。耦合線圈為平面型，由多根導線緊密并繞而成，可以是單線圈或多線圈。當為單線圈時，并繞的多根導線的起繞點和終繞點，旋轉對稱的分布在線圈平面內，即每根導線所繞成的單根線圈具有旋轉對稱性，且具有相同的電感量和電阻值，直接并聯則能均衡每根導線的電流。當為多線圈時，構成該多線圈的各個線圈的環繞部分，以整個耦合線圈的中心旋轉對稱的分布在多線圈的平面內。本實用新型在滿足電流密度的同時，實現線圈的最佳覆蓋寬度和多線緊密并繞，有效提高耦合系數、減少電磁暴露；還可隨意調整線圈匝數(可以是非整數)，得到精確的電感量。

技術領域

本實用新型涉及一種用于磁耦合無線電能傳輸的多線并繞線圈盤，屬于電源/無線電能傳輸技術領域。

背景技術

近年來，無線電能傳輸(wireless power transfer,WPT)技術受到越來越廣泛的關注。根據傳輸機理不同，無線電能傳輸有多種形式。當前電氣領域中較成熟的無線電能傳輸技術是磁場耦合式；磁場耦合式又分為磁感應式和磁諧振式兩種，都是通過發射線圈和接收線圈之間的交變耦合磁場實現電能傳遞。

2008年無線充電聯盟(WPC)成立，并在國際上推出基于磁感應的Qi標準。2015年A4PW和PMA合并成立國際無線充電行業聯盟(AirFuel Alliance)，擬兼容磁感應式和磁共振式的標準。至此，用于中小功率電子產品的無線電能傳輸技術加快了商業化步伐。2017年SAE(Society of Automotive Engineers)發布了SAE J2954_August 2017《輕型插入式/電動車的無線電力傳輸、自動充電和校準方法》。我國也在2017年開始制定電動汽車無線充電的國家標準，正式拉開了電動汽車無線充電產業化進程的序幕。

磁場耦合式無線電能傳輸系統，主要由(驅動磁場的)原邊裝置、磁耦合機構和(接收能量的)副邊裝置等部分組成。其中，磁耦合機構(包括耦合線圈物理結構和諧振補償電路拓撲)是系統實現遠距離電能傳輸的最關鍵部分，直接影響傳輸系統的功率和效率。

根據SAE J2954的描述(SAE J2954_August 2017的第8節)，耦合線圈可以設計成多種拓撲結構：非極化的、極化的或多線圈拓撲。線圈盤通過適當使用鐵氧體或鋁背襯來確保磁通量僅存在于一側。1、非極化拓撲在線圈盤的中心有一個極柱，在外部周圍有相反的極柱，可導致磁通量離開線圈盤中心并返回其所有外部邊緣而形成閉合環路；當用作接收線圈時主要對空間中的垂直磁場敏感。2、極化拓撲在線圈盤的兩端有N極和S極，可導致磁通量從N極到S極而形成閉合環路；當用作接收線圈時主要對水平磁場敏感。3、多線圈拓撲通常將極化和非極化兩種結構組合，并且使用解耦線圈，以在作為發射端時能夠產生極化或非極化場，而作為接收端時自然地捕獲水平磁場和垂直磁場。SAE J2954列舉推薦了五種線圈拓撲結構：(a)圓/方形非極化；(b)電磁極化；(c)DD極化；(d)多線圈DDQ；(e)多線圈雙極。另外，無線電能傳輸系統的發射線圈和接收線圈可能是或不是由同一個制造商生產的；為確保互操作性的測試評價，SAE J2954的附錄中規定了所有適用的主‐接收線圈(M-VA)和參考‐發射線圈(R-GAs)的機械與電氣設計規格。

SAE推薦的線圈拓撲結構、機械和電氣設計規格，以及現有的其他設計中，線圈的導線大都采用單根導線。這種單導線繞制設計在一定繞線匝數和線徑情況下，不能滿足線圈最佳覆蓋寬度并且緊密繞線的要求。匝數由電感量要求決定，線徑由電流要求決定；緊密繞線能減少漏磁并更好地符合制作工藝，而最佳覆蓋寬度是為了高耦合系數。提高磁耦合線圈的耦合系數具有重要意義，不但提高了電能傳輸效率而且減少了電磁暴露，這是磁耦合無線電能傳輸技術產業化推廣的關鍵性要求之一。為了同時滿足最佳覆蓋寬度和緊密繞線，提出了多線并繞的技術路線，但現有的多線并繞都是多根導線的起繞點在同一處和終繞點也在同一處，這樣就出現了內圈導線的電感量小而外圈導線的電感量大的情況，這種電感量的差異導致并聯后流過不同導線的電流不均衡。為了補償這種電感量的差異，又出現了內圈導線串聯補償電感后再與外圈導線并聯的設計方案，但這增加了成本、重量、損耗和設計復雜性。