CN203840066U - 能量发射器、接收器和包含二者的磁共振无线充电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及充电技术，特别涉及用于电动汽车的能量发射器、接收器和包含二者磁共振无线充电装置。按照本实用新型的能量发射器（210）包括：驱动线圈（212）；用于产生高频交流功率的驱动电路（211），其包括场效应管（T）、第一电容器（C1）和第一电感器（L1），所述电容器（C1）并联连接在所述场效应管（T）的源极（S）和漏极（D）之间，所述场效应管（T）的源极（S）连接至外部交流电源的其中一个输出端，漏极（D）经所述第一电感器（C1）连接至所述驱动线圈（212），并且栅极（G）上施加脉宽调制信号；以及与所述驱动线圈（212）感应耦合的发射线圈（213）。

Description

能量发射器、接收器和包含二者的磁共振无线充电装置

技术领域

本实用新型涉及充电技术，特别涉及用于电动汽车的能量发射器、接收器和包含二者磁共振无线充电装置。

背景技术

节能和环保是汽车工业发展的目标，电动汽车和混合动力汽车的发展在此背景下被广泛看好。基于磁共振的无线能量传输技术利用电磁谐振线圈的磁共振强耦合实现能量的长距离高效传输。图1为基于磁共振的无线能量传输方式的示意图。如图1所示，高频交流励磁信号被输入驱动线圈110，发射线圈120借助电磁感应作用从驱动线圈110中获得能量，并且与接收线圈130共振于预先确定的频率f处，拾取线圈140将从接收线圈130感应获得能量输出至负载电路（未画出）。在上述传输方式中，发射线圈与接收线圈之间的磁共振强耦合是实现高效、长距离能量传输的关键。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是提供能量发射器，其在应用于电动汽车充电时具有控制效率高和灵活等优点。

本实用新型的上述目的可通过下列技术方案实现：

一种能量发射器，包括：

驱动线圈；

用于产生高频交流功率的驱动电路，其包括场效应管、第一电容器和第一电感器，所述电容器并联连接在所述场效应管的源极和漏极之间，所述场效应管的源极连接至外部交流电源的其中一个输出端，漏极经所述第一电感器连接至所述驱动线圈，并且栅极上施加脉宽调制信号；以及

与所述驱动线圈感应耦合的发射线圈。

优选地，上述能量发射器进一步包括串联连在所述第一电感器与驱动线圈共接端的第一电阻器和第二电容器，来自外部的调制信号经所述第一电阻器和第二电容器输入所述共接端。

本实用新型的还有一个目的是提供与上述能量发射器协同工作的能量接收器。

本实用新型的上述目的可通过下列技术方案实现：

一种能量接收器，包括：

具有与所述发射线圈相同的共振频率的接收线圈；

与所述接收线圈感应耦合的拾取线圈；以及

整流滤波电路，包括与所述拾取线圈相连的整流桥堆和与所述整流桥堆相连的π形滤波电路，

其中，所述发射线圈与所述接收线圈具有相同的几何形状和尺寸。

本实用新型的还有一个目的是提供一种用于电动汽车的磁共振无线充电装置，其具有控制效率高和灵活等优点。

本实用新型的上述目的可通过下列技术方案实现：

一种用于电动汽车的磁共振无线充电装置，包括：

能量发射器，包括：

驱动线圈；

用于产生高频交流功率的驱动电路，其包括场效应管、第一电容器和第一电感器，所述电容器并联连接在所述场效应管的源极和漏极之间，所述场效应管的源极连接至外部交流电源的其中一个输出端，漏极经所述第一电感器连接至所述驱动线圈，并且栅极上施加脉宽调制信号；以及

与所述驱动线圈感应耦合的发射线圈；

能量接收器，包括：

具有与所述发射线圈相同的共振频率的接收线圈；

与所述接收线圈感应耦合的拾取线圈；以及

整流滤波电路，包括与所述拾取线圈相连的整流桥堆和与所述整流桥堆相连的π形滤波电路，

其中，所述发射线圈与所述接收线圈具有相同的几何形状和尺寸。

优选地，在上述磁共振无线充电装置中，所述能量发射器进一步包括串联连在所述第一电感器与驱动线圈共接端的第一电阻器和第二电容器，来自外部的调制信号经所述第一电阻器和第二电容器输入所述共接端，并且所述能量接收器进一步包括串联连接在所述拾取线圈两端的第二电阻器和第三电容器，所述第二电阻器和第三电容器的共接端被连接至外部的信号解调设备。

附图说明

本实用新型的上述和/或其它方面和优点将通过以下结合附图的各个方面的描述变得更加清晰和更容易理解，附图中相同或相似的单元采用相同的标号表示，附图包括：

图1为基于磁共振的无线能量传输方式的示意图。

图2为按照本实用新型一个实施例的用于电动汽车的磁共振无线充电装置的框图。

图3为图2所示的磁共振无线充电装置的电路原理图。

具体实施方式

下面通过参考附图描述具体实施方式来阐述本实用新型。但是需要理解的是，这些具体实施方式仅仅是示例性的，对于本实用新型的精神和保护范围并无限制作用。

在本说明书中，“耦合”一词应当理解为包括在两个单元之间直接传送能量或信号的情形，或者经一个或多个第三单元间接传送能量或信号的情形，而且这里所称的信号包括但不限于以电、光和磁的形式存在的信号。

“包含”和“包括”之类的用语表示除了具有在说明书和权利要求书中有直接和明确表述的单元和步骤以外，本实用新型的技术方案也不排除具有未被直接或明确表述的其它单元和步骤的情形。再者，诸如“第一”、“第二”、“第三”和“第四”之类的用语并不表示单元或数值在时间、空间、大小等方面的顺序而仅仅是作区分各单元或数值之用。

以下借助附图描述本实用新型的具体实施例。

图2为按照本实用新型一个实施例的用于电动汽车的磁共振无线充电装置的框图。

如图2所示，本实施例的磁共振无线充电装置20包括能量发射器210和能量接收器220，以下分别作进一步的描述。

参见图2，能量发射器210包括驱动电路211、驱动线圈212和发射线圈213。驱动电路211将外部交流电变换为高频交流功率，该高频交流功率被输出至驱动线圈212。驱动线圈212与发射线圈213通过电感耦合，使得驱动线圈212中的能量经电磁感应作用被输送到发射线圈213，随后通过发射线圈213发射出去。

能量接收器220包括整流滤波电路221、拾取线圈222和接收线圈223。接收线圈223通过磁耦合作用接收发射线圈213发射的能量，随后拾取线圈222通过电感耦合作用从接收线圈223获得能量。通过调节接收线圈223和/或发射线圈213所处回路中的电气参数，可以使二者的谐振频率或特征频率相同，以下将这种相同的谐振频率称为共振频率。优选地，接收线圈223与发射线圈213具有相同的几何形状和尺寸。当接收线圈223与发射线圈213工作在共振频率下时，二者之间的磁耦合达到极值，相应地，拾取线圈222回路中将获得最大的电流。整流滤波电路221与拾取线圈222电气连接，其将高频交流功率转换为直流功率并提供给电动汽车的储能单元（例如蓄电池和超级电容器）。

继续参见图2，在本实施例中，为了实现能量和控制信息的同步传输，驱动电路211的输出端与外部的调制信号源相连以将控制信息调制到高频交流功率上。考虑到整个磁共振无线充电装置对于工作频率的变化非常敏感，因此采用振幅调制方式将控制信号调制到能量信号上。控制信号可以承载各种信息，例如计费信息、充电模式命令、充电电量等。优选地，可以在电动汽车上配置预付费卡，控制信号被用于传送修改预付费卡内计费数据的控制命令。另一方面，拾取线圈222的输出端与外部的信号解调设备连接，以将能量信号中的控制信号解调出来并由相应的设备（例如汽车电子控制器和预付费卡读写器等）处理。

需要指出的是，在上述实施例中，能量发射器210和能量接收器220可以分别设置在充电站和电动汽车上。当电动汽车停靠在设定位置上后，充电站即可开始对电动汽车进行充电。此外，设置在电动汽车上的能量接收器220也可以是可拆卸的，因此可以在电动汽车驶入充电站后再将能量接收器安装在电动汽车上。

还需要指出的是，虽然在本实施例中将调制信号源和信号解调设备设置在磁共振无线充电装置的外部，但是可选地，它们也可以集成在磁共振无线充电装置内。

图3为图2所示的磁共振无线充电装置的电路原理图。

在图3所示的磁共振无线充电装置20中，能量发射器210的驱动电路211包括场效应管T、第一电容器C1和第一电感器L1。第一电容器C1并联连接在场效应管T的源极S和漏极D之间，场效应管T的源极S接至外部交流电源的其中一个输出端，场效应管T的漏极D经第一电感器L1连接至驱动线圈212，而驱动线圈212与发射线圈213通过电感耦合。在工作时，外部交流电AC被输入驱动电路211，通过在场效应管T的栅极G上施加脉宽调制信号，第一电容器C1与第一电感器L1发生串联谐振，从而可在A端（第一电感器L1与驱动线圈212的共接端）产生高频交流功率。参见图3，调制信号源的调制信号经第一电阻器R1和第二电容器C2输入至A端，从而将调制信号叠加在高频交流功率上。

在图3所示的磁共振无线充电装置20中，接收线圈223通过磁耦合作用接收发射线圈213发射的能量，随后拾取线圈222通过电感耦合作用从接收线圈223获得能量。能量接收器220的整流滤波电路221包括整流桥堆2211和由第二电感器L2、第四电容器C4和第五电容器C5构成的π形滤波电路2212，其中，整流桥堆2211的输入端B1、B2并联在拾取线圈223的两端，输出端B3和B4与π形滤波电路2212相连。输入拾取线圈223的高频交流功率经整流滤波电路221转换为直流功率并提供给电动汽车的储能单元（例如蓄电池和超级电容器）。此外，第三电容器C3和第二电阻器R2串联连接后并联在拾取线圈223的两端，它们的共接端B与外部的信号解调设备相连以使信号解调设备能够从能量信号中解调出控制信息。

虽然已经展现和讨论了本实用新型的一些方面，但是本领域内的技术人员应该意识到：可以在不背离本实用新型原理和精神的条件下对上述方面进行改变，因此本实用新型的范围将由权利要求以及等同的内容所限定。

Claims (5)

1.一种能量发射器（210），其特征在于，包括：

驱动线圈（212）；

用于产生高频交流功率的驱动电路（211），其包括场效应管（T）、第一电容器（C1）和第一电感器（L1），所述电容器（C1）并联连接在所述场效应管（T）的源极（S）和漏极（D）之间，所述场效应管（T）的源极（S）连接至外部交流电源的其中一个输出端，漏极（D）经所述第一电感器（C1）连接至所述驱动线圈（212），并且栅极（G）上施加脉宽调制信号；以及

与所述驱动线圈（212）感应耦合的发射线圈（213）。

2.如权利要求1所述的能量发射器（210），其中，进一步包括串联连在所述第一电感器（L1）与驱动线圈（212）共接端（A）的第一电阻器（R1）和第二电容器（C2），来自外部的调制信号经所述第一电阻器（R1）和第二电容器（C2）输入所述共接端（A）。

3.一种与权利要求1所述的能量发射器协同工作的能量接收器（220），其特征在于，包括：

具有与所述发射线圈（213）相同的共振频率的接收线圈（223）；

与所述接收线圈（223）感应耦合的拾取线圈（222）；以及

整流滤波电路（221），包括与所述拾取线圈（222）相连的整流桥堆（2211）和与所述整流桥堆（2211）相连的π形滤波电路（2212），

其中，所述发射线圈（213）与所述接收线圈（223）具有相同的几何形状和尺寸。

4.一种用于电动汽车的磁共振无线充电装置，其特征在于，包括：

能量发射器，包括：

驱动线圈（212）；

用于产生高频交流功率的驱动电路（211），其包括场效应管（T）、第一电容器（C1）和第一电感器（L1），所述电容器（C1）并联连接在所述场效应管（T）的源极（S）和漏极（D）之间，所述场效应管（T）的源极（S）连接至外部交流电源的其中一个输出端，漏极（D）经所述第一电感器（C1）连接至所述驱动线圈（212），并且栅极（G）上施加脉宽调制信号；以及

与所述驱动线圈（212）感应耦合的发射线圈（213）；能量接收器（220），包括：

具有与所述发射线圈（213）相同的共振频率的接收线圈（223）；

与所述接收线圈（223）感应耦合的拾取线圈（222）；以及

整流滤波电路（221），包括与所述拾取线圈（222）相连的整流桥堆（2211）和与所述整流桥堆（2211）相连的π形滤波电路（2212），

其中，所述发射线圈（213）与所述接收线圈（223）具有相同的几何形状和尺寸。

5.如权利要求4所述的用于电动汽车的磁共振无线充电装置，其中，所述能量发射器（210）进一步包括串联连在所述第一电感器（L1）与驱动线圈（212）共接端（A）的第一电阻器（R1）和第二电容器（C2），来自外部的调制信号经所述第一电阻器（R1）和第二电容器（C2）输入所述共接端（A），并且所述能量接收器（220）进一步包括串联连接在所述拾取线圈（222）两端的第二电阻器（R2）和第三电容器（C5），所述第二电阻器（R2）和第三电容器（C5）的共接端（B）被连接至外部的信号解调设备。