CN111845389A - 一种能量传输装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种能量传输装置，包括能量发射装置和能量接收装置，所述能量发射装置包括互感抑制线圈、能量发射线圈和互感补偿线圈；所述能量发射线圈至少为2个；所述互感抑制线圈和所述互感补偿线圈成对设置在相邻两个能量发射线圈的分段区，所述互感抑制线圈设置在所述能量发射线圈的下方，所述互感补偿线圈设置有所述能量发射线圈上方；所述能量发射装置通过所述能量发射线圈发射能量，所述能量接收通过能量接收线圈接收能量。具有能够提高能量发射线圈和能量接收线圈在充电过程中的稳定性，以及能量接收线圈经过能量发射线圈分段区是互感的稳定性等优点。

Description

一种能量传输装置
技术领域
本发明涉及无线充电技术领域，尤其涉及一种能量传输装置，特别是用于电动车辆的无线能量传输装置。
背景技术
随着电动车辆技术的不断发展，无线充电***（无线能量传输***）也越来越受到重视，传统的无线能量传输装置的电磁耦合参数会随着车辆的移动不断发生变化，导致原本处于谐振状态下的***失谐，这样不但增加了开关器件的损耗，缩短了它的寿命，也减小了***输出功率，降低了***效率。如图1所示，当车辆移动经过发射线圈分段区时，发射线圈自感和互感会逐渐减小，逆变器的输出电流增大，接收线圈感应电压减小，导致开关管的导通和截止损耗均增大，***的输出功率和效率降低。同时，现有技术中的无线能量传输装置还存在原边线圈结构复杂，工程化难度大，原边线圈自感会随着电动汽车的位置变化发生变化，导致***失谐，***效率降低等不足。
专利申请号为201510216700.9，名称为《用于电动汽车动态无线供电的渗透型导轨结构》的专利申请，专利申请号为201510502810.1，名称为《一种无线能量传输***的磁场屏蔽装置》的专利申请是本申请的背景技术文献。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种能够提高能量发射线圈和能量接收线圈在充电过程中的稳定性，以及能量接收线圈经过能量发射线圈分段区是互感的稳定性的能量传输装置。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种能量传输装置，包括能量发射装置和能量接收装置，所述能量发射装置包括互感抑制线圈、能量发射线圈和互感补偿线圈；
所述能量发射线圈至少为2个；
所述互感抑制线圈和所述互感补偿线圈成对设置在相邻两个能量发射线圈的分段区，所述互感抑制线圈设置在所述能量发射线圈的下方，所述互感补偿线圈设置有所述能量发射线圈上方；
所述能量发射装置通过所述能量发射线圈发射能量，所述能量接收通过能量接收线圈接收能量。
进一步地，所述互感抑制线圈和所述互感补偿线圈的大小相同，重叠设置。
进一步地，所述能量发射装置还包括第一磁芯；所述第一磁芯设置在所述互感抑制线圈的下方；所述第一磁芯在水平面上的投影面积大于等于所述能量发射线圈在水平面上的投影面积。
进一步地，所述能量接收装置包括能量接收线圈、第二磁芯；
所述第二磁芯设置在所述能量接收线圈上方。
进一步地，在所述第二磁芯和所述能量接收线圈之间还设置有屏蔽板；
所述第二磁芯和所述屏蔽板成对设置，所述第二磁芯和所述屏蔽板在竖直方向上重叠设置。
进一步地，所述屏蔽板在水平面上的投影大于等于所述第二磁芯在所述水平面上的投影。
进一步地，所述第二磁芯和所述屏蔽板的对数为4至12对，呈圆周阵列设置。
进一步地，所述互感抑制线圈、所述互感补偿线圈和所述能量接收线圈的大小相同。
进一步地，所述第二磁芯和所述屏蔽板之在竖直方向的间隔距离大于等于5毫米。
进一步地，所述屏蔽板为铝板。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明的能量传输装置能够在能量接收装置通过能量发射装置的充电过程中，提高能量发射线圈和能量接收线圈的自感的稳定性，使之处于基本不变的状态，保证能量传输***处于稳定的谐振状态，从而也可以延长无线充电***中开关器件的寿命，增大无线充电***的效率。
2、本发明能够在能量接收装置通过能量发射线圈的分段区时互感的稳定性，保证无线充电***的充电输出功率处于一个相对稳定的状态。
3、本发明的能量接收装置设置有第二磁芯和屏蔽板，能够有效减小安装能量接收装置的载车的底部受到的磁辐射。
附图说明
图1为现有技术中无线能量传输***的补偿拓扑结构示意图。
图2为本发明的能量传输装置结构示意图。
图3为本发明的图2中局部结构放大示意图。
图4为本发明的能量接收装置结构示意图。
图5为本发明的能量传输装置在充电过程中的电感变化趋势图。
图6为本发明的能量传输装置在充电过程中的互感变化趋势图。
图7为本发明的能量传输装置在充电过程中互感抑制线圈作用示意图。
图8为本发明的能量传输装置在充电过程中能量接收装置电磁屏蔽效果对比示意图。
图例说明：1、第一磁芯；2、互感抑制线圈；3、能量发射线圈；4、互感补偿线圈；5、第二磁芯；6、屏蔽板；7、能量接收线圈。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
如图2和图3所示，本实施例的能量传输装置，包括能量发射装置和能量接收装置，能量发射装置包括互感抑制线圈、能量发射线圈和互感补偿线圈；能量发射线圈至少为2个；互感抑制线圈和互感补偿线圈成对设置在相邻两个能量发射线圈的分段区，互感抑制线圈设置在能量发射线圈的下方，互感补偿线圈设置有能量发射线圈上方；能量发射装置通过能量发射线圈发射能量，能量接收通过能量接收线圈接收能量。互感抑制线圈和互感补偿线圈的大小相同，重叠设置。能量发射装置还包括第一磁芯；第一磁芯设置在互感抑制线圈的下方；第一磁芯在水平面上的投影面积大于等于能量发射线圈在水平面上的投影面积。
在本实施例中，第一磁芯通过改变磁路来增大能量发射线圈与能量接收线圈之间的互感。能量发射线圈优选采用长导轨模式，排布在第一磁芯上方，当然，能量发射线圈还可以采用其它形状，如矩形、圆形等。
在本实施例中，如图2和图3中所示，以具有两个能量发射线圈的情形为例进行说明。两个能量发射线圈处于同一水平面，并排设置有第一磁芯上方。两个能量发射线圈相互靠近的区域即为分段区。互感抑制线圈位于分段区的下方，即在能量发射线圈与第一磁芯之间，互感补偿线圈位于分段区的上方。互感抑制线圈与互感补偿线圈在竖直方向上重叠。优选互感抑制线圈与互感补偿线圈具有相同的大小；进一步优选线圈绕线圈数等型号数一致。互感补偿线圈内的电流方向与能量发射线圈中的电流方向相同。当能量接收装置中的能量接收线圈随着其载车（对于采用无线充电方式的电动车辆）移动，当能量接收线圈经过能量发射线圈的分段区时，即经过互感补偿线圈的区域时，能量接收线圈与能量发射线圈的互感会逐渐变小，当能量接收线圈处于两个能量发射线圈分段区的正上方时，互感降到最小，而互感补偿线圈与接收线圈之间的互感则逐渐增大，以维持能量接收线圈的互感稳定。互感抑制线圈内的电流方向与能量发射线圈相反，其作用是消除互感补偿线圈对能量发射线圈的影响。
在本实施例中，如图4所示，能量接收装置包括能量接收线圈、第二磁芯；第二磁芯设置在能量接收线圈上方。能量接收线圈优选采用螺旋式线圈，以增大它与发射线圈之间的互感；进一步优选，在第二磁芯和能量接收线圈之间还设置有屏蔽板；第二磁芯和屏蔽板成对设置，第二磁芯和屏蔽板在竖直方向上重叠设置。即第二磁芯位于屏蔽板的正上方，使得屏蔽板处于能量接收线圈和能量发射线圈的主要磁力线回路上，从而有效降低磁辐射。进一步地，屏蔽板在水平面上的投影大于等于第二磁芯在水平面上的投影。即屏蔽板的大小大于等于第二磁芯的大小，优选屏蔽板的大小等于第二磁芯的大小。
在本实施例中，第二磁芯和屏蔽板的对数为4至12对，呈圆周阵列设置。优选为8对。互感抑制线圈、互感补偿线圈和能量接收线圈的大小相同。进一步优选，第二磁芯和屏蔽板之在竖直方向的间隔距离大于等于5毫米。屏蔽板优选为铝板。
在本实施例中，进一步通过具体的实验过程及实验数据分析本发明的技术效果。如图2所示，当能量接收装置由图2中所示位置沿能量发射装置移动到另一端时，能量发射线圈（发射线圈）和能量接收线圈（接收线圈）的自感及互感变化如图5所示，从图5中可以看出，当能量接收装置经过能量发射装置的分段区的时候，能量发射线圈的自感和能量接收线圈的自感能够保持稳定，但是两者间的互感出现了减小的情况，当在发射线圈分段区加上互感补偿线圈后，能量接收装置的互感仿真结果如图6所示。从图6可以看到，当有能量接收装置经过未加入互感补偿线头的能量发射线圈分段区时，互感将会出现较大的跌落，如果分段区的间隔较大，互感甚至会减小为0；但在能量发射线圈分段区加入了互感补偿线圈以后，能够保证能量接收线圈的互感稳定，从而实现能量接收线圈能够持续接收能量，为被充电装置（如电动车、有轨电车）持续充电。
为了消除互感补偿线圈对能量发射线圈的影响，本申请中加入了互感抑制线圈，其效果如图7所示，通过图7可以看出互感抑制线圈在保证不影响互感补偿线圈对能量接收线圈的互感补偿的情况下，很好的减小了互感补偿线圈对能量发射线圈的影响。
由于在实际应用场景中，能量发射装置一般安装在地面，能量接收装置一般安装在电动车的车底，以实现电动车在通过能量发射装置时可以无线充电。如果磁屏蔽结构，那么，电动车的车底部分将会受到较强的磁辐射，而通过本申请的方案，增加屏蔽板后，电动车车底受到的磁辐射将会有大幅度降低。
本申请中加了磁屏蔽结构和未加磁屏蔽结构，能量接收装置上方的磁感应强度，对比如图8所示，可以看出在加了磁屏蔽结构后，可以有效的减小能量耦合装置对周围环境的辐射。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种能量传输装置，包括能量发射装置和能量接收装置，其特征在于：所述能量发射装置包括互感抑制线圈、能量发射线圈和互感补偿线圈；
所述能量发射线圈至少为2个；
所述互感抑制线圈和所述互感补偿线圈成对设置在相邻两个能量发射线圈的分段区，所述互感抑制线圈设置在所述能量发射线圈的下方，所述互感补偿线圈设置有所述能量发射线圈上方；
所述能量发射装置通过所述能量发射线圈发射能量，所述能量接收通过能量接收线圈接收能量。
2.根据权利要求1所述的能量传输装置，其特征在于：所述互感抑制线圈和所述互感补偿线圈的大小相同，重叠设置。
3.根据权利要求1所述的能量传输装置，其特征在于：所述能量发射装置还包括第一磁芯；所述第一磁芯设置在所述互感抑制线圈的下方；所述第一磁芯在水平面上的投影面积大于等于所述能量发射线圈在水平面上的投影面积。
4.根据权利要求1至3任一项所述的能量传输装置，其特征在于：所述能量接收装置包括能量接收线圈、第二磁芯；
所述第二磁芯设置在所述能量接收线圈上方。
5.根据权利要求4所述的能量传输装置，其特征在于：在所述第二磁芯和所述能量接收线圈之间还设置有屏蔽板；
所述第二磁芯和所述屏蔽板成对设置，所述第二磁芯和所述屏蔽板在竖直方向上重叠设置。
6.根据权利要求5所述的能量传输装置，其特征在于：所述屏蔽板在水平面上的投影大于等于所述第二磁芯在所述水平面上的投影。
7.根据权利要求6所述的能量传输装置，其特征在于：所述第二磁芯和所述屏蔽板的对数为4至12对，呈圆周阵列设置。
8.根据权利要求7所述的能量传输装置，其特征在于：所述互感抑制线圈、所述互感补偿线圈和所述能量接收线圈的大小相同。
9.根据权利要求8所述的能量传输装置，其特征在于：所述第二磁芯和所述屏蔽板之在竖直方向的间隔距离大于等于5毫米。
10.根据权利要求9所述的能量传输装置，其特征在于：所述屏蔽板为铝板。
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