[發明專利]功率傳輸和漏通量控制

有效

• 申請號: 201780060430.4
• 申請日: 2017-08-01
• 公開（公告）號: CN109874367B
• 公開（公告）日: 2023-08-11
• 發明（設計）人: G·A·考維克;S·金姆;林飛揚
• 申請（專利權）人: 奧克蘭聯合服務有限公司
• 主分類號: H02J50/10
• 分類號: H02J50/10;H02J50/70;H02J50/90;H01F5/00;H01F38/14
• 代理公司: 中國貿促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 曹瑾

用于無線功率傳輸的磁耦合結構包括使被配置成提供改進的通量圖的重疊線圈。控制方法用于相對于初級磁耦合結構之間的對準來確定耦合因數的變化，以及依賴于這些耦合結構的相對對準來給該初級磁耦合結構的一個或多個線圈供能，以使耦合最大化。

技術領域

本發明涉及使得能夠在顯著氣隙上實現無線功率傳輸的感應功率傳輸(IPT)磁結構、電路和系統。

背景技術

IPT系統的重要方面是在使用中進行磁耦合以使得能夠傳輸功率的磁結構的設計。磁結構內的形狀、大小和材料決定了初級結構與次級結構之間的磁耦合以及由IPT系統生成的漏磁通量。對于IPT系統，磁耦合直接影響功率傳輸能力。漏磁通量是對IPT系統的功率傳輸沒有貢獻的磁通量。在缺少仔細的系統設計的情況下，人或周圍物體可能暴露于漏通量，因此已經制定了指南來控制潛在的暴露。根據ICNIRP指南，來自IPT系統的漏磁通量不應超過27uT。磁結構對功率傳輸能力和漏磁通量的影響在電動車輛(EV)充電的環境下放大，其中不保證次級與初級完全對準。

磁耦合結構可以采取很多不同形式，并且可以具備用于耦合(不論是生成還是接收)磁通量的一個或多個線圈。在很多應用中，其中一個應用是EV充電，磁耦合結構可以被提供為相對扁平模塊，有時被稱為襯墊。設置在系統的初級側上的結構在本文中被稱為IPT或無線初級耦合設備、或初級襯墊、或接地襯墊(對于EV充電應用)。設置在系統的次級側上(例如設置在EV中、接收功率以用于EV操作的目的和/或對設置在車輛中的電池充電)的磁結構被稱為次級耦合設備、或車輛襯墊、或次級襯墊。讀者將理解，盡管本文涉及諸如EV系統等一些具體應用，但所披露的主題也總體上適用于IPT或無線功率傳輸系統。

磁耦合結構的一種形式是具有單個“圓形”、橢圓形或多邊形線圈的襯墊，諸如國際專利公布號W02008140333中所披露。此類結構或拓撲在本文中被稱為圓形襯墊或CP。

國際專利公布WO?2011016737和WO?2012018269中描述了一種用于IPT系統的磁耦合結構。這使用兩個相互解耦線圈，并且可以被視作雙極磁結構拓撲。為了方便起見，諸如WO?2011016737和WO?2012018269中披露的那些雙極磁拓撲在本文中被稱為雙極襯墊或BPP。

國際專利公布號WO?2013122483中已經提出一種用于IPT系統的磁耦合結構，其由三個或更多個部分重疊的線圈組成。這三個部分重疊的線圈彼此相互解耦。為便于參考，這種結構在本文中被稱為三極襯墊(TPP)。給TPP中的相互解耦線圈中的任一者供能會在相鄰線圈中感應可忽略不計的電流，因此同一TPP內的這三個線圈可以被視作彼此獨立。通過利用這三個TPP線圈的獨立性，TPP線圈可以由三個單獨電源驅動，其中每個電源可以獨立地將驅動電流設置在任何幅度或相位而不影響相鄰線圈中的驅動電流。

如上文所述，仍然需要降低適用于TPP結構但總體上也適用于IPT磁耦合結構的漏通量。此外，存在另一磁耦合結構可以導致BPP與TPP結構中的線圈之間產生一定的互耦合，并且這對有效系統操作來說可能是個問題。

這些問題以及有效功率傳輸的問題在磁耦合結構未對準的情況下會加重。

發明內容

在一個方面，提供一種用于無線功率傳輸的磁耦合結構，該磁耦合結構包括：

多個扁平線圈，每個線圈包括多匝導電材料；

每個線圈具有另一線圈重疊的重疊部分，以及非重疊部分；

這些重疊部分經過選擇以使得這些線圈之間存在最小互耦合；

并且其中，該重疊部分中的多個匝在其之間具有比該非重疊部分中的那些匝更大的相對間隔。

在另一方面，提供一種用于無線功率傳輸的磁耦合結構，該磁耦合結構包括：

多個扁平線圈，每個線圈包括多匝導電材料；