[發明專利]大功率無線供電耦合機構及其參數設計方法

有效

• 申請號: 202010646713.0
• 申請日: 2020-07-07
• 公開（公告）號: CN111756121B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 凌榮光;王漢豐;劉羽;鐘永頡;吳剛;卓璐珊;許巍;聞銘;馮天旭;何磊杰;沈寅星;王智慧;唐春森;左志平
• 申請（專利權）人: 國網浙江省電力有限公司寧波供電公司;國網浙江寧波市奉化區供電有限公司;重慶大學
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H02J50/40;H02J50/70;H01F38/14;H02J7/02
• 代理公司: 重慶敏創專利代理事務所(普通合伙) 50253
• 代理人: 陳千

本申請公開了一種大功率無線供電耦合機構及其參數設計方法，耦合機構包括發射端和接收端，所述發射端包括第一DD型線圈和第二DD型線圈，且二者相互重疊正交設置；所述接收端包括第三DD型線圈和第四DD型線圈，且二者相互重疊正交設置。其效果是:結構簡單，參數設計方便，線圈之間解耦，功率密度高，可應用于雙發射雙拾取系統以提升功率容量，從而滿足大功率無線供電應用。

技術領域

本發明涉及無線充電技術領域，具體來講，涉及一種大功率無線供電耦合機構及其參數設計方法。

背景技術

磁耦合無線電能傳輸(Magnetic Coupling Wireless Power Transfer,MC-WPT)是指利用磁場耦合原理實現電能從電源端到用電設備端的無電氣連接傳輸。該技術在電子設備、醫療植入設備、機器人、水下設備以及電動汽車無線供電等領域得到了廣泛的應用。

耦合機構是MC-WPT系統能量傳輸的關鍵部分。環形線圈結構簡單和繞制方便等優點，是MC-WPT系統較早廣泛使用的一種線圈結構，但環形線圈存在傳能距離較近和抗偏移能力較弱等缺點。為提升傳能距離，有學者采用長為3米的偶極子(或螺線管)線圈在5米的傳能距離下傳輸功率為209W，但這種線圈的銅損和鐵損較大，不適用于大功率無線電能傳輸的應用。為增強耦合機構的抗偏移能力和減小磁場泄露，也有人提出了一種具有雙磁極的DD線圈。具體可參考文獻：Budhia M,Boys J T,Covic G A,et al.Development of aSingle-Sided Flux Magnetic Coupler for Electric Vehicle IPT Charging Systems[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,2013,60(1):318～328.但DD-DD耦合機構僅在抗垂直方向的偏移能力較好，在水平方向偏移時存在耦合零點。該文獻還在拾取DD線圈的基礎上增加一個環形線圈構成DD-DDQ耦合機構，可消除DD-DD耦合機構在水平方向偏移時的耦合零點。但當DD-DDQ耦合機構沒有偏移時，拾取端的Q線圈沒有參與能量傳輸，存在功率密度低的問題。還有人在DD線圈的基礎上提出了一種消除交叉耦合的BPP線圈，相對于DD線圈減小了用線量，但這種BPP線圈需要將兩個線圈重疊區域的面積調整到合適的值才能解耦，重疊區域面積控制不精確將會使兩個線圈具有較大的耦合。也有人提出了一種雙層DD線圈，對比于環形線圈增大了充電區域。該雙層DD線圈由一根導線繞制成一個線圈，其電感量較大，大功率應用時會使線圈端口電壓過高，系統損耗增加。

面向大功率無線電能傳輸的應用，由于高頻大功率電力電子器件在功率容量及頻率方面的限制，傳統的單發射單拾取系統往往不能滿足大功率方面的應用。因此對于大功率無線傳能，需考慮多發射多拾取以提升功率容量。對于多發射多拾取系統，首先需要需使發射線圈間解耦以及拾取線圈間解耦。其次需要提升耦合機構的功率密度，盡量使耦合機構小體積、輕量化以及低成本。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明提供了一種面向大功率無線供電應用的耦合機構，可以簡稱為BLQDD線圈，該線圈之間可以解耦，功率密度高，可應用于雙發射雙拾取系統以提升功率容量。

為實現上述目的，所采用的技術方案如下：

一種大功率無線供電耦合機構，其特征在于：包括發射端和接收端，所述發射端包括第一DD型線圈和第二DD型線圈，且二者相互重疊正交設置；所述接收端包括第三DD型線圈和第四DD型線圈，且二者相互重疊正交設置。

可選地，當四個線圈按照第一DD型線圈、第二DD型線圈、第三DD型線圈和第四DD型線圈依次排列時，所述第一DD型線圈和所述第三DD型線圈的結構和布置方向相同，所述第二DD型線圈和所述第四DD型線圈的結構和布置方向相同。

可選地，在所述發射端設置有第一屏蔽鋁板和第一鐵氧體磁芯，在所述接收端設置有第二屏蔽鋁板和第二鐵氧體磁芯；