[發(fā)明專利]基于正交DD型線圈的無線供電耦合機(jī)構(gòu)及其參數(shù)設(shè)計方法

有效

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• 申請日: 2021-08-12
• 公開（公告）號: CN113733942B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝詩云;楊奕;張路;周青山;李戀;熊山香
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶理工大學(xué)
• 主分類號: B60L53/12
• 分類號: B60L53/12;H02J50/12
• 代理公司: 重慶敏創(chuàng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 50253
• 代理人: 陳千

本發(fā)明涉及無線充電技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種基于正交DD型線圈的無線供電耦合機(jī)構(gòu)及其參數(shù)設(shè)計方法，耦合機(jī)構(gòu)由雙層正交排列的兩對DD型線圈組成，兩對DD型線圈的解耦易于實現(xiàn)而且所激發(fā)磁場呈周期性旋轉(zhuǎn)分布，兼具抗偏移和抗偏轉(zhuǎn)性能。參數(shù)設(shè)計方法通過分析線圈自感、互感及耦合系數(shù)的作用規(guī)律，給出了雙層DD型線圈的空間位置和鐵氧體導(dǎo)磁機(jī)構(gòu)的特征參數(shù)，可使得接收端在水平偏移、垂向偏移和垂向偏轉(zhuǎn)三種情況下，發(fā)射端與接收端保持較高的耦合系數(shù)，實現(xiàn)抗偏移和抗偏轉(zhuǎn)性能最佳。實驗表明，在水平橫向和縱向偏移±150mm，垂向偏轉(zhuǎn)0～90°范圍內(nèi)，傳輸距離為130mm時，基于該無線供電耦合機(jī)構(gòu)的傳輸系統(tǒng)，其輸出功率均不低于500W，傳輸效率不低于82.5％。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線充電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種面向電動汽車無線充電應(yīng)用場合的基于正交DD型線圈的無線供電耦合機(jī)構(gòu)及其參數(shù)設(shè)計方法。

背景技術(shù)

基于無線傳能(Wireless Power Transfer,WPT)方式的電動汽車在充電過程中具有安全、便捷、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點，因而受到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。降低泊車過程中車輛與能量發(fā)射機(jī)構(gòu)的對位精度要求，同時提升車載機(jī)構(gòu)拾取功率的穩(wěn)定性是電動汽車WPT系統(tǒng)亟待解決的關(guān)鍵問題。針對WPT系統(tǒng)的可容納偏移偏轉(zhuǎn)程度及傳輸能效性，GB/T38775、SAEJ2954、IEC61980等國內(nèi)外技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定了橫向偏移(門對門方向，即Y軸)不低于100mm、縱向偏移(行駛方向，即X軸)不低于75mm，垂向偏轉(zhuǎn)(即Z軸偏轉(zhuǎn))不低于10°，并給出了系統(tǒng)運(yùn)行頻率、效率、功率等級、發(fā)射端與車載接收端凈距等性能參數(shù)的參考范圍。在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的偏移偏轉(zhuǎn)范圍基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步提升電動汽車WPT系統(tǒng)的抗偏移偏轉(zhuǎn)性能，現(xiàn)有文獻(xiàn)主要采用了三種方式：增設(shè)能量耦合通道、優(yōu)化耦合磁場分布、采用復(fù)合型諧振電路。

增設(shè)能量耦合通道(比如單發(fā)-多收耦合形式)可有效提升電動汽車WPT系統(tǒng)的抗偏移和抗偏轉(zhuǎn)特性，卻不能同時克服以下局限性：①無法兼顧耦合機(jī)構(gòu)的抗偏移和抗偏轉(zhuǎn)性能；②難以實現(xiàn)同端線圈之間的解耦；③發(fā)射線圈所采用的激勵電流控制策略過于復(fù)雜。

優(yōu)化耦合磁場空間分布的現(xiàn)有方案均能夠改善耦合機(jī)構(gòu)的抗偏移偏轉(zhuǎn)能力，但是，相關(guān)文獻(xiàn)或是不能兼具抗偏移及抗偏轉(zhuǎn)性能，或是發(fā)射端多線圈之間的不平衡耦合造成了激勵電流控制策略過于復(fù)雜。

采用復(fù)合型諧振電路能夠在一定程度上提升耦合機(jī)構(gòu)的抗偏移性，然而，這種方式通常不能取得較高抗偏轉(zhuǎn)性能，此外在較大的偏移情況下諧振元件還需耐受很高的工作電壓或電流。

可以見得，現(xiàn)有的電動汽車WPT系統(tǒng)不能兼具抗偏移抗偏轉(zhuǎn)特性以及難以實現(xiàn)同端線圈解耦。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種基于正交DD型線圈的無線供電耦合機(jī)構(gòu)及其參數(shù)設(shè)計方法，解決的技術(shù)問題在于：如何使電動汽車WPT系統(tǒng)兼具抗偏移抗偏轉(zhuǎn)特性以及實現(xiàn)同端線圈解耦。

為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于正交DD型線圈的無線供電耦合機(jī)構(gòu)，包括發(fā)射端和接收端，所述發(fā)射端包括層級設(shè)置的第一DD型發(fā)射線圈、第二DD型發(fā)射線圈、第一鐵氧體磁芯、第一屏蔽板，所述接收端包括層級設(shè)置的第一DD型接收線圈、第二DD型接收線圈、第二鐵氧體磁芯、第二屏蔽板；

所述第一DD型發(fā)射線圈與所述第二DD型發(fā)射線圈正交疊置，所述第二DD型接收線圈與所述第二DD型接收線圈正交疊置，所述第一DD型發(fā)射線圈與所述第一DD型接收線圈同向相對；

所述第一DD型發(fā)射線圈、所述第二DD型發(fā)射線圈、所述第一DD型接收線圈、所述第二DD型接收線圈采用相同的DD型線圈，所述DD型線圈由第一D型線圈和第二D型線圈串聯(lián)而成，所述第一D型線圈和所述第二D型線圈尺寸和匝數(shù)相同、繞向相反且相距d₁，0＜d₁≤300mm。