包括用于无线电力传输的线圈结构的无线电力传输装置和方法与流程

本公开涉及用于无线电力传输(wpt)的无线电力发射设备/垫和无线电力接收设备/垫，以及使用无线电力发射设备/垫和无线电力接收设备/垫的无线电力传输方法。更具体地，本公开涉及一种线圈结构，该线圈结构确保各种发射设备与接收设备之间的兼容性，并且提高无线电力传输期间的电力传输效率，以及一种使用该线圈结构的无线电力传输方法。

背景技术：

1、电动车辆(ev)由电动机通过存储在电池中的电力驱动，并且与常规的汽油发动机车辆相比产生更少的污染，诸如废气和噪音，并且具有更少的故障、更长的寿命和简化的驾驶操作的优势。

2、根据驱动电源，ev可被分为混合动力电动车辆(hev)、插电式混合动力电动车辆(phev)和电动车辆(ev)。hev具有作为初级动力源的发动机和作为主要动力源的电机。phev具有作为主要动力源的电机和电池以及当电池放电时使用的发动机。ev具有电机，但是没有发动机。

3、电动车辆充电系统可被定义为使用从商业电网获得的或存储在能量存储设备中的电力对安装在电动车辆中的电池进行充电的系统。根据电动车辆的类型，这类电动车辆充电系统可具有各种形式。例如，电动车辆充电系统可包括使用电缆的导电充电系统或者非接触式无线电力传输系统。

4、在充电期间，安装在电动车辆上的车辆组装件(va)的接收垫可与安装在充电站或充电点的地面组装件(ga)的发射垫形成感应谐振耦合，并且可使用通过感应谐振耦合从地面组装件传输的电力对ev的电池充电。

5、同时，在磁共振型无线电力传输系统中，发射垫和接收垫的结构可为确保高电力传输效率的关键因素。具体地，在包括促进无线电力传输的铁氧体结构和缠绕在铁氧体结构周围的线圈的发射垫或接收垫的典型配置中，电力传输效率可根据铁氧体结构和/或线圈结构而变化。

6、因此，需要一种可提高无线电力传输系统中的电力传输效率的线圈结构。

技术实现思路

1、技术问题

2、一般而言，用于电动车辆的无线电力传输的线圈的结构和形状，包括尺寸和单相或三相感应方案，可根据充电容量来确定。在常规的无线电力传输系统中，根据va系统的类型和充电容量，车辆组装件(va)系统需要与适当的地面组装件(ga)系统相匹配。

3、特别地，适用于低容量无线充电的单相感应线圈和优选用于高容量无线充电的三相感应线圈通常具有彼此不同的形状，并且对于正常操作生成非常不同的磁场分布。结果，单相感应线圈可与三相感应线圈不兼容，并且必须在充电站中单独准备多个充电器，以分别向配备有单相感应线圈和三相感应线圈的车辆提供充电服务。

4、为了解决上述问题，本公开的一个目的是提供一种混合充电线圈结构，该混合充电线圈结构能够基于单个硬件选择性地生成用于低容量无线充电的单相线圈的磁场分布图案或者用于高容量无线充电的三相线圈的磁场分布图案。

5、本公开的另一个目的是提供一种用于无线电力传输的初级线圈结构，该初级线圈结构与车辆上的次级线圈仅支持单相操作的情况、次级线圈仅支持三相操作的情况以及次级线圈支持单相操作和三相操作的情况高度兼容。

6、本公开的另一个目的是提供一种用于无线电力传输的次级线圈结构，该次级线圈结构与充电站中的初级线圈仅支持单相操作的情况、初级线圈仅支持三相操作的情况以及初级线圈支持单相操作和三相操作的情况高度兼容。

7、本公开的另一个目的是提供一种初级/次级线圈结构，该初级/次级线圈结构基于施加到初级线圈的输入电力的相位并且考虑到充电容量，可选择性地在单相操作模式和三相操作模式下操作，以及提供一种使用该线圈结构的无线电力传输方法。

8、本公开的另一个目的是提供一种无线电力传输设备，该无线电力传输设备具有新颖的线圈结构的优化布置，并且显示出高电力传输效率。

9、技术解决方案

10、根据示例性实施例的一方面，一种无线电力发射垫，该无线电力发射垫被设置为将电力无线传输到包括次级线圈的电力接收垫，无线电力发射垫包括：第一初级线圈，该第一初级线圈被布置为围绕中心空间中参考点(例如，原点)附近的第一中心；第二初级线圈，该第二初级线圈被布置为围绕中心空间中参考点附近的第二中心；第三初级线圈，该第三初级线圈被布置为围绕中心空间中参考点附近的第三中心；以及外壳，该外壳被配置为支撑第一初级线圈、第二初级线圈和第三初级线圈。第一初级线圈、第二初级线圈和第三初级线圈被布置为使得第一中心、第二中心和第三中心的重心位于参考点处。

11、第一初级线圈、第二初级线圈和第三初级线圈可被布置在以参考点为中心的圆内，并且用作设计准则。

12、第一初级线圈、第二初级线圈和第三初级线圈可被布置为使得：在穿过第一中心、第二中心和第三中心的xy-平面上的任何点处，最多两个线圈在z轴方向上重叠。

13、第一初级线圈、第二初级线圈和第三初级线圈中的每一个可由缠绕至少一圈的扁平线形成。

14、第一初级线圈、第二初级线圈和第三初级线圈中的每一个可由缠绕至少一圈的李兹线形成。

15、第一初级线圈、第二初级线圈和第三初级线圈可被控制为：根据第一初级线圈至第三初级线圈之间的输入电力的相位差来执行单相操作或三相操作。

16、当相同相位的输入电力被施加到第一初级线圈至第三初级线圈中的每一个时，第一初级线圈、第二初级线圈和第三初级线圈可被控制为执行单相操作。

17、如权利要求6的无线电力发射垫，其中当具有特定相位差的输入电力被施加到第一初级线圈至第三初级线圈中的每一个时，第一初级线圈、第二初级线圈和第三初级线圈可被控制为执行三相操作即。

18、第一初级线圈、第二初级线圈和第三初级线圈可被控制为基于电力接收垫的次级线圈中允许的操作模式来执行单相操作或三相操作。

19、当电力接收垫的次级线圈包括第一次级线圈、第二次级线圈和第三次级线圈时，第一次级线圈、第二次级线圈和第三次级线圈可被设置为使得：第一次级线圈的第四中心的重心、第二次级线圈的第五中心的重心和第三次级线圈的第六中心的重心可位于中心轴线上，该中心轴线垂直于穿过第一中心、第二中心和第三中心的xy-平面，并且穿过参考点。

20、根据示例性实施例的另一方面，无线电力接收垫被设置为从包括初级线圈的电力发射垫无线地接收电力，该无线电力接收垫包括：第一次级线圈，该第一次级线圈被布置为围绕中心空间中参考点附近的第四中心；第二次级线圈，该第二次级线圈被布置为围绕中心空间中参考点附近的第五中心；第三次级线圈，该第三次级线圈被布置为围绕中心空间中参考点附近的第六中心；以及外壳，该外壳被配置为支撑第一次级线圈、第二次级线圈和第三次级线圈。第一次级线圈、第二次级线圈和第三次级线圈被设置为使得第四中心的重心、第五中心的重心和第六中心的重心位于参考点处。

21、第一次级线圈、第二次级线圈和第三次级线圈可被布置在以参考点为中心的圆内，并且用作设计准则。

22、第一次级线圈、第二次级线圈和第三次级线圈可被布置为使得：在穿过第四中心、第五中心和第六中心的xy-平面上的任何点处，最多两个线圈在z轴方向上重叠。

23、第一次级线圈、第二次级线圈和第三次级线圈中的每一个可由缠绕至少一圈的扁平线形成。

24、第一次级线圈、第二次级线圈和第三次级线圈中的每一个可由缠绕至少一圈的李兹线形成。

25、根据示例性实施例的另一方面，提供了一种从发射垫向电力接收垫无线传输电力的方法，发射垫包括初级线圈，电力接收垫包括次级线圈。该方法包括：提供第一初级线圈，该第一初级线圈被布置为围绕中心空间中参考点附近的第一中心；提供第二初级线圈，该第二初级线圈被布置为围绕中心空间中参考点附近的第二中心；以及提供第三初级线圈，该第三初级线圈被布置为围绕中心空间中参考点附近的第三中心，使得第一中心的重心、第二中心的重心和第三中心的重心位于原点处；以及控制对第一初级线圈、第二初级线圈和第三初级线圈的输入电力的供应，以通过单相操作或三相操作向电力接收垫的无线电力传输。

26、控制输入电力的供应的操作可包括：使相同相位的输入电力能够被供应给第一初级线圈、第二初级线圈和第三初级线圈，使得通过单相操作执行到电力接收垫的无线电力传输。

27、控制输入电力的供应的操作可包括：使得彼此具有特定相位差的输入电力能够被供应给第一初级线圈、第二初级线圈和第三初级线圈中的相应一个，使得通过三相操作执行到电力接收垫的无线电力传输。

28、在控制输入电力的供应的操作中，控制输入电力的供应，使得第一初级线圈、第二初级线圈和第三初级线圈基于电力接收垫的次级线圈中允许的操作模式，通过单相操作或三相操作执行到电力接收垫的无线电力传输。

29、当电力接收垫的次级线圈包括第一次级线圈、第二次级线圈和第三次级线圈时，该方法还包括：提供第一次级线圈、第二次级线圈和第三次级线圈，使得第一次级线圈的第四中心的重心、第二次级线圈的第五中心的重心和第三次级线圈的第六中心的重心位于中心轴线上，该中心轴线垂直于穿过第一中心、第二中心和第三中心的xy-平面，并且穿过参考点。

30、有益效果

31、根据本公开的示例性实施例，无线电力传输系统的制造商可通过统一必须根据充电容量和/或操作模式准备的多个无线充电线圈的形状来降低系统的制造成本，并且无线电力传输系统的运营商也可相应地降低系统的安装成本和维护成本。

32、本公开的示例性实施例可有助于增加充电站的数目，从而减轻ev用户必须选择或寻找充电站的不便，减少对无线充电的心理阻力，并且降低购买电动车辆的准入门槛。

33、根据本公开的示例性实施例，提供了一种高度兼容的发射/接收线圈设备，无论线圈结构安装在充电站的初级线圈和车辆侧的次级线圈的哪一侧上，该发射/接收线圈设备均与常规线圈设备兼容。

34、根据本公开的示例性实施例，提供了一种初级/次级线圈结构，该初级/次级线圈结构基于施加到初级线圈的输入电力的相位并且考虑到充电容量，可选择性地在单相操作模式和三相操作模式下操作，以及一种使用该线圈结构的无线电力传输方法。

35、根据本公开的示例性实施例，提供了一种无线电力传输设备，该无线电力传输设备具有新颖线圈结构的优化布置，并且显示出高电力传输效率。