功率传输和漏通量控制制造技术

用于无线功率传输的磁耦合结构包括使被配置成提供改进的通量图的重叠线圈。控制方法用于相对于初级磁耦合结构之间的对准来确定耦合因数的变化，以及依赖于这些耦合结构的相对对准来给该初级磁耦合结构的一个或多个线圈供能，以使耦合最大化。

Power transmission and leakage flux control

The magnetic coupling structure for wireless power transmission includes overlapping coils configured to provide improved flux maps. The control method is used to determine the change of coupling factor relative to the alignment of the primary magnetic coupling structure and to supply energy to one or more coils of the primary magnetic coupling structure depending on the relative alignment of these coupling structures so as to maximize the coupling.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】功率传输和漏通量控制
本专利技术涉及使得能够在显著气隙上实现无线功率传输的感应功率传输(IPT)磁结构、电路和系统。
技术介绍
IPT系统的重要方面是在使用中进行磁耦合以使得能够传输功率的磁结构的设计。磁结构内的形状、大小和材料决定了初级结构与次级结构之间的磁耦合以及由IPT系统生成的漏磁通量。对于IPT系统，磁耦合直接影响功率传输能力。漏磁通量是对IPT系统的功率传输没有贡献的磁通量。在缺少仔细的系统设计的情况下，人或周围物体可能暴露于漏通量，因此已经制定了指南来控制潜在的暴露。根据ICNIRP指南，来自IPT系统的漏磁通量不应超过27uT。磁结构对功率传输能力和漏磁通量的影响在电动车辆(EV)充电的环境下放大，其中不保证次级与初级完全对准。磁耦合结构可以采取很多不同形式，并且可以具备用于耦合(不论是生成还是接收)磁通量的一个或多个线圈。在很多应用中，其中一个应用是EV充电，磁耦合结构可以被提供为相对扁平模块，有时被称为衬垫。设置在系统的初级侧上的结构在本文中被称为IPT或无线初级耦合设备、或初级衬垫、或接地衬垫(对于EV充电应用)。设置在系统的次级侧上(例如设置在EV中、接收功率以用于EV操作的目的和/或对设置在车辆中的电池充电)的磁结构被称为次级耦合设备、或车辆衬垫、或次级衬垫。读者将理解，尽管本文涉及诸如EV系统等一些具体应用，但所披露的主题也总体上适用于IPT或无线功率传输系统。磁耦合结构的一种形式是具有单个“圆形”、椭圆形或多边形线圈的衬垫，诸如国际专利公布号W02008140333中所披露。此类结构或拓扑在本文中被称为圆形衬垫或CP。国际专利公布WO2011016737和WO2012018269中描述了一种用于IPT系统的磁耦合结构。这使用两个相互解耦线圈，并且可以被视作双极磁结构拓扑。为了方便起见，诸如WO2011016737和WO2012018269中披露的那些双极磁拓扑在本文中被称为双极衬垫或BPP。国际专利公布号WO2013122483中已经提出一种用于IPT系统的磁耦合结构，其由三个或更多个部分重叠的线圈组成。这三个部分重叠的线圈彼此相互解耦。为便于参考，这种结构在本文中被称为三极衬垫(TPP)。给TPP中的相互解耦线圈中的任一者供能会在相邻线圈中感应可忽略不计的电流，因此同一TPP内的这三个线圈可以被视作彼此独立。通过利用这三个TPP线圈的独立性，TPP线圈可以由三个单独电源驱动，其中每个电源可以独立地将驱动电流设置在任何幅度或相位而不影响相邻线圈中的驱动电流。如上文所述，仍然需要降低适用于TPP结构但总体上也适用于IPT磁耦合结构的漏通量。此外，存在另一磁耦合结构可以导致BPP与TPP结构中的线圈之间产生一定的互耦合，并且这对有效系统操作来说可能是个问题。这些问题以及有效功率传输的问题在磁耦合结构未对准的情况下会加重。
技术实现思路
在一个方面，提供一种用于无线功率传输的磁耦合结构，该磁耦合结构包括：多个扁平线圈，每个线圈包括多匝导电材料；每个线圈具有另一线圈重叠的重叠部分，以及非重叠部分；这些重叠部分经过选择以使得这些线圈之间存在最小互耦合；并且其中，该重叠部分中的多个匝在其之间具有比该非重叠部分中的那些匝更大的相对间隔。在另一方面，提供一种用于无线功率传输的磁耦合结构，该磁耦合结构包括：多个扁平线圈，每个线圈包括多匝导电材料；每个线圈具有另一线圈重叠的重叠部分，以及非重叠部分；这些重叠部分经过选择以使得这些线圈之间存在最小互耦合；并且其中，该非重叠部分中的多个匝在其之间具有比该重叠部分中的那些匝更小的相对间隔。在一个实例中，该多个扁平线圈设置在第一层中，并且可透磁材料设置在第二层中。在一个实例中，该可透材料可以被布置成使得由线圈生成或接收的磁通量主要背离该线圈的非重叠部分。优选地，该磁通量在使用中主要存在于该结构的中心区域中并且围绕该重叠部分延伸。在一个实例中，该可透材料延伸超出每个线圈。该可透材料的第一区域设置在该非重叠部分的外部，并且该可透材料的第二区域设置在该重叠部分的外部。该第二区域的面积大于该第一区域的面积。该非重叠部分中的相邻匝之间的间隔可以改变。只有该非重叠部分的子区域在其之间可以具有比该重叠部分中的那些匝更小的相对间隔。在一个实例中，在该非重叠部分的最靠近该耦合结构的端部或边缘的部分中，相邻匝或丝彼此相对更紧密地间隔。在另一方面，提供一种确定用于无线功率传输的磁耦合结构的线圈之间的互耦合的方法，该方法包括：给通量耦合结构的第一线圈供能；检测该通量耦合结构的第二线圈从该第一线圈的供能感应的电压或电流；使用检测到的电压或电流来确定该第一线圈与该第二线圈之间的互耦合。该方法可以进一步包括：检测该通量耦合结构的第三线圈从该第一线圈的供能感应的电压或电流；使用检测到的电压或电流来量化该第一线圈与该第三线圈之间的互耦合。该方法可以进一步包括：给该第二线圈供能；以及检测该通量耦合结构的第三线圈从该第一线圈的供能感应的电压或电流；使用检测到的电压或电流来量化该第二线圈与该第三线圈之间的互耦合。在另一方面，提供一种无线功率传输的方法，该方法包括以下步骤：给通量耦合结构的第一线圈供能；检测该通量耦合结构的第二线圈从该第一线圈的供能感应的电压或电流；使用检测到的电压或电流来确定该第一线圈与该第二线圈之间的互耦合；依赖于确定的互耦合来给该第一线圈和/或该第二线圈供能，以提供用于无线功率传输的磁场。在另一方面，提供一种用于控制初级IPT电路的方法，该方法包括以下步骤：以第一相位角将第一电流供应到该初级电路的第一线圈；检测由次级电路从该第一电流接收到的功率；确定有效耦合因数，以及；使用该有效耦合因数来确定给定的次级功率需求的最小初级电源。该方法可以包括以下步骤：递增或递减该第一电流和/或该第一相位角，直到该有效耦合因数被最大化。该方法可以包括以下步骤：以第二相位角将第二电流供应到该初级电路的第二线圈；检测由次级电路从该第二电流接收到的功率，以及；确定该有效耦合因数。该方法可以包括以下步骤：递增或递减该第二电流和/或该第二相位角，直到该有效耦合因数被最大化。在另一方面，提供一种用于控制初级IPT电路的方法，该方法包括以下步骤：针对次级磁耦合结构相对于与该初级电路相关联的初级磁耦合结构的多个不同相对位置来确定最佳或近似最佳有效耦合因数；检测该次级磁耦合结构相对于该初级磁耦合结构的位置，以及；依赖于检测到的位置的所确定有效耦合因数来控制初级电源。该初级磁耦合结构可以包括多个线圈。在一个实例中，该多个线圈具有最小互耦合。在另一方面，提供一种用于控制具有多线圈初级磁耦合结构的初级IPT电路的方法，该方法包括以下步骤：相对于该初级磁耦合结构与次级磁耦合结构之间的未对准来确定耦合因数的变化；依赖于该耦合结构的相对对准来给该初级磁耦合结构的一个或多个线圈供能，以使耦合最大化。该方法可以用来针对给定的未对准使功率传输最大化。该方法可以包括以极化方式给初级磁耦合结构中的线圈供能。该方法可以包括以非极化方式给初级磁耦合结构中的线圈供能。在另一方面，提供一种用于控制具有多线圈初级磁耦合结构的初级IPX电路的方法，该方法包括以下步骤：检测次级磁耦合结构相对于初级磁耦合结构之间的未对准；依赖于检测到的未本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于无线功率传输的磁耦合结构，包括：多个扁平线圈，每个线圈包括多匝导电材料；每个线圈具有与这些扁平线圈中的另一部分重叠的重叠部分，以及非重叠部分；这些重叠部分经过选择以使得这些线圈之间存在最小互耦合；并且其中，该重叠部分中的多个匝在其之间具有比该非重叠部分中的那些匝更大的相对间隔。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.01 NZ 7227711.一种用于无线功率传输的磁耦合结构，包括：多个扁平线圈，每个线圈包括多匝导电材料；每个线圈具有与这些扁平线圈中的另一部分重叠的重叠部分，以及非重叠部分；这些重叠部分经过选择以使得这些线圈之间存在最小互耦合；并且其中，该重叠部分中的多个匝在其之间具有比该非重叠部分中的那些匝更大的相对间隔。2.如权利要求1所述的结构，其中，该结构进一步包括可透磁材料。3.如权利要求2所述的结构，其中，该多个扁平线圈设置在第一层中，并且该可透磁材料设置在第二层中。4.如权利要求2或权利要求3所述的结构，其中，该可透材料被布置成使得由线圈生成或接收的磁通量主要背离该线圈的非重叠部分。5.如前述权利要求中任一项所述的结构，其中，该磁通量在使用中主要存在于该结构的中心区域中。6.如前述权利要求中任一项所述的结构，其中，该磁通量主要围绕该重叠部分延伸。7.如前述权利要求中任一项所述的结构，该可透材料延伸超出每个线圈。8.如权利要求2至7中任一项所述的结构，其中，该可透材料的第一区域设置在该非重叠部分的外部，并且该可透材料的第二区域设置在该重叠部分的外部。9.如权利要求8所述的结构，其中，该第二区域的面积大于该第一区域的面积。10.如前述权利要求中任一项所述的结构，其中，该非重叠部分的子区域具有匝，这些匝在其之间的相对间隔比该重叠部分中的那...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·A·考维克，S·金姆，林飞扬，
申请(专利权)人：奥克兰联合服务有限公司，
类型：发明
国别省市：新西兰,NZ