具有改善效率的用于感应式功率传输的磁结构制造技术

描述了减少无线充电垫(诸如WEVC垫)附近的磁通密度的系统和方法。这些系统和方法控制WEVC垫周围空气中的峰值磁通密度，以减少受由WEVC垫的线圈生成的磁场影响的外来金属物体中产生的潜在危险热量。控制峰值磁通密度可以产生更安全的WEVC垫。各方面包括由具有预先定义的尺寸的间隙分开的铁氧体瓦片，以增加通过铁氧体瓦片的磁通路径的磁阻，其减少在线圈附近的区域中经历的峰值磁通密度。另外，铁氧体瓦片可以被布置为使得间隙组合与重叠线圈的区域对准。

Magnetic structure for inductive power transmission with improved efficiency

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有改善效率的用于感应式功率传输的磁结构相关申请的交叉引用本申请要求于2016年12月20日提交的美国临时申请序列号62/436,944的权益和优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。
本公开一般涉及无线功率传送，并且更具体地涉及无线电动车辆充电(WEVC)系统。
技术介绍
无线功率传送是在没有使用诸如互连线之类的导体的情况下将电能从电源传输到电负载。无线功率是一通用术语，其是指使用时变电场、磁场或电磁场的若干种不同的功率传输技术。在无线功率传送中，连接到电源的无线发射器跨过中间空间将场能量传输到一个或多个接收器，在该一个或多个接收器中，该场能量被转换回电流，然后被使用。在互连线不方便、危险或不太可能的情况下，无线传输用于为电气设备供电。然而，当前的无线功率传送系统遭受与控制磁通有关的效率不高的困扰。
技术实现思路
描述了用于减少功率传送结构(诸如无线电动车辆充电(WEVC)垫)周围的空气中的磁通密度的系统和方法。具体地，该文献中描述的技术减少了无线充电垫的初级线圈正上方或次级线圈正下方生成的磁通密度。减少磁通密度就是减少了受线圈所生成的磁场影响的外来金属物体中产生的热量。这包括外来物体检测(FOD)系统未检测到的但当暴露于磁场时会生成危险等级的热量的外来金属物体。因此，减少磁通密度使无线充电垫更安全。各方面包括位于垫的铁氧体瓦片之间的机械间隙。这些间隙增加了通过铁氧体瓦片的磁场的磁通路径的磁阻，其降低了线圈附近的区域(例如，空气)中(诸如处于磁场范围之内的区域中)所经历的峰值磁通密度。在示例方面中，公开了一种无线充电装置。该无线充电装置包括线圈和多个铁氧体瓦片。该线圈被配置为生成磁场，并且线圈具有一形状。多个铁氧体瓦片至少包括第一对瓦片和第二对瓦片，每个瓦片位于线圈附近。多个铁氧体瓦片被配置为提供磁场的磁通路径。第一对瓦片由具有预先定义的尺寸的第一间隙分开，以增加通过第一对瓦片的磁通路径的磁阻。第二对瓦片由具有预先定义的尺寸的第二间隙分开，以增加通过第二对瓦片的磁通路径的磁阻。第一间隙与第二间隙对准，以产生间隙组合，该间隙组合与重叠线圈的区域对准。间隙组合被配置为减少线圈附近的峰值磁通密度。在示例方面中，公开了一种无线充电系统。该无线充电系统包括线圈和铁磁层。该线圈被配置为基于流过线圈的电流来生成磁场。另外，线圈具有内边缘、外边缘、以及处于内边缘和外边缘之间的中心的中线。铁磁层被配置为提供磁场的磁通路径。铁磁层包括非铁磁部分，其设置在铁磁层内的位于线圈的中线和内边缘之间的位置处。该非铁磁部分被配置为增加通过铁磁层的磁通路径的磁阻，并且减少线圈附近的峰值磁通密度。在示例性方面中，公开了一种用于控制无线充电系统的线圈附近的峰值磁通密度的方法。该方法包括：确定无线充电系统的铁氧体层内的相应位置，以便在铁氧体层的各对铁氧体瓦片之间包括间隙。间隙组合与在线圈的内边缘和线圈的中线之间重叠线圈的区域对准。该方法还包括：确定每个间隙的尺寸以增加铁氧体层中的磁通路径的磁阻。该方法还包括：通过布置铁氧体瓦片来形成铁氧体层，以使得每个间隙具有确定的位置和确定的尺寸，以控制线圈附近的峰值磁通密度。在示例方面中，公开了一种无线功率传送装置。该无线功率传送装置包括线圈，其被配置为基于流过线圈的电流来生成磁场。线圈包括内边缘、外边缘、以及处于内边缘和外边缘之间的中心的中线。该无线功率传送装置还包括引导器件，其用于引导由磁场感应的磁通，并且基于重叠线圈的预先确定的位置处的通过引导器件的磁通路径的增加的磁阻来控制线圈附近的峰值磁通密度。增加的磁阻的预先确定的位置近似线圈的内边缘和线圈的中线之间的线圈的形状的较小版本的一部分。附图说明图1图示了无线功率传送系统的示例实现方式。图2更详细地图示了图1的功率传送结构的示例实现方式。图3图示了图1的功率传送结构的示例实现方式的剖视图。图4图示了用于减少功率传送结构附近的磁通密度的结构的示例实现方式的平面图。图5图示了用于减少功率传送结构附近的磁通密度的结构的示例实现方式的平面图。图6图示了图5的功率传送结构的外部条带的备选瓦片布置的示例实现方式。图7图示了用于减少功率传送结构的磁通密度的结构的示例实现方式。图8图示了用于减少功率传送结构附近的磁通密度的结构的示例实现方式。图9图示了表示具有间隙的功率传送结构上方的磁通密度与没有间隙的功率传送结构上方的磁通密度之间的比较的图。图10描绘了用于减少功率传送结构(诸如WEVC垫)附近的磁通密度的示例过程的流程图。图11是用于对电动车辆充电的示例性无线功率传送系统的图。图12是图11的无线功率传送系统的示例性部件的示意图。图13是示出了图11的无线功率传送系统的示例性部件的功能框图。具体实施方式无线传送功率牵涉到将能量通过电场、磁场、电磁场或以其他方式从发射器传送到接收器，而不使用物理电导体(例如，可以通过自由空间传送功率)。输出到无线场(例如，磁场)的功率可以通过“功率传送元件”传输、接收、捕获或耦合以实现功率传送。WEVC初级线圈上方和WEVC次级线圈下方的磁通密度可以非常高。为此，可以实施异物检测(FOD)以检测受线圈生成的磁场影响的外来金属物体。然而，FOD系统可能无法检测到受磁场影响的所有外来物体，这就引起了安全问题。例如，受磁场的高磁通密度区影响的外来金属物体的温度会升高。图1图示了无线功率传送系统102的示例实现方式100。无线功率传送系统102将能量从电源传送到远程系统。无线功率传送系统102包括功率转换器104和功率传送结构106。功率转换器104将来自电源的功率转换为合适的工作频率，以供经由功率传送结构106进行无线高功率传送，或者功率转换器104将经由功率传送结构106接收的功率转换为诸如电池之类的负载的合适电压电平。功率传送结构106(本文中也称为“垫”)无线地传输或接收功率。在所图示的示例中，功率传送结构106包括双D(DD)拓扑结构，其包括彼此接近设置的两个导电线圈108、110。在一个示例中，线圈108与线圈110相邻并共面。线圈108、110被配置为通过使电流流过线圈108、110来生成磁场112。通常，垫的中心中的电流沿同一方向运行。例如，线圈108中的电流可以沿顺时针方向运行，而线圈110中的电流可以沿逆时针方向运行。这样，在垫的中心生成高磁场强度(例如，可以在垫上方的极/开口之间沿水平方向拱起)。虽然功率传送结构106被示出为包括单独的线圈，但是DD线圈拓扑结构可以包括两个单独的导体或单个导体，其缠绕以形成DD线圈拓扑结构(例如，如关于图8所描述的)，并且在各种应用中设想了多个匝。其他线圈拓扑结构也可适用于本文中所描述的技术，其包括多线圈拓扑结构(例如，双极、双D加正交(DDQ))或单线圈拓扑结构(例如，圆形线圈)。在所图示的示例中，由磁场112感应的磁通114穿过设置在线圈附近的铁氧体116。本文中，铁氧体116与垫中心的线圈108、110基本上正交，导致磁通114沿直线穿过垫的长度。在理想情况下，将使用单片铁氧体板坯(其中100％的体积用于铁氧体)。然而，使用当前的制造技术或由于成本制造或使用大尺寸的这种板坯可能是不实际的。例如，铁氧体通常使用牵涉到烧结的工艺生产，该工艺通过加热或压力压实并形成固体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线充电装置，包括：线圈，被配置为生成磁场，所述线圈具有一形状；以及多个铁氧体瓦片，至少包括第一对瓦片和第二对瓦片，每个瓦片位于所述线圈附近，所述多个铁氧体瓦片被配置为提供所述磁场的磁通路径，所述第一对瓦片由具有预先定义的尺寸的第一间隙分开，以增加通过所述第一对瓦片的所述磁通路径的磁阻，所述第二对瓦片由具有预先定义的尺寸的第二间隙分开，以增加通过所述第二对瓦片的所述磁通路径的磁阻，所述第一间隙与所述第二间隙对准，以产生间隙组合，所述间隙组合被对准至与所述线圈重叠的区域，所述间隙组合被配置为减少所述线圈附近的峰值磁通密度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.20 US 62/436,944;2017.09.08 US 15/700,0241.一种无线充电装置，包括：线圈，被配置为生成磁场，所述线圈具有一形状；以及多个铁氧体瓦片，至少包括第一对瓦片和第二对瓦片，每个瓦片位于所述线圈附近，所述多个铁氧体瓦片被配置为提供所述磁场的磁通路径，所述第一对瓦片由具有预先定义的尺寸的第一间隙分开，以增加通过所述第一对瓦片的所述磁通路径的磁阻，所述第二对瓦片由具有预先定义的尺寸的第二间隙分开，以增加通过所述第二对瓦片的所述磁通路径的磁阻，所述第一间隙与所述第二间隙对准，以产生间隙组合，所述间隙组合被对准至与所述线圈重叠的区域，所述间隙组合被配置为减少所述线圈附近的峰值磁通密度。2.根据权利要求1所述的无线充电装置，其中所述第一对瓦片被定位为使得所述第一间隙被设置在所述线圈的内边缘和所述线圈的中线之间的位置处。3.根据权利要求1所述的无线充电装置，其中所述第一对瓦片被布置为使得所述第一间隙与所述磁场的方向基本上正交。4.根据权利要求1所述的无线充电装置，其中所述第一间隙的所述预先定义的尺寸大于所述第一对瓦片的每个瓦片的制造公差。5.根据权利要求1所述的无线充电装置，其中所述多个铁氧体瓦片包括沿着纵轴被定位的瓦片子集，所述纵轴基本上平行于所述磁场的方向。6.根据权利要求1所述的无线充电装置，其中所述第一对瓦片被布置为使得所述第一间隙近似所述线圈的形状的曲率。7.根据权利要求1所述的无线充电装置，其中所述线圈附近的所述峰值磁通密度处于所述线圈的与所述多个铁氧体瓦片相对的一侧上的所述线圈附近的空气中。8.根据权利要求1所述的无线充电装置，其中所述多个铁氧体瓦片被布置成排，所述排至少包括内排和外排；所述内排包括由所述第一间隙分开的所述第一对瓦片；以及所述外排包括第一方向上的至少一个附加间隙，所述第一方向和与所述内排中的所述第一间隙相对应的第二方向不同。9.根据权利要求1所述的无线充电装置，还包括附加线圈，所述附加线圈与所述线圈相邻并共面，其中所述多个铁氧体瓦片由沿着所述线圈和所述附加线圈设置的间隙分开。10.一种无线充电系统，包括：线圈，被配置为基于流过所述线圈的电流来生成磁场，所述线圈具有内边缘、外边缘、以及处于所述内边缘和所述外边缘之间的中心的中线；以及铁磁层，被配置为提供所述磁场的磁通路径，所述铁磁层包括非铁磁部分，所述非铁磁部分被设置在所述铁磁层内的位于所述线圈的所述中线和所述内边缘之间的位置处，所述非铁磁部分被配置为增加通过所述铁磁层的所述磁通路径的磁阻并且减少所述线圈附近的峰值磁通密度。11.根据权利要求10所述的无线充电系统，其中所述铁磁层包括多个排列成排的铁氧体瓦片，每个铁氧体瓦片具有基本上平行于所述磁场的方向的纵轴。12.根据权利要求11所述的无线充电系统，其中每排包括非铁磁部分，所述非铁磁部分被设置在所述多个铁氧体瓦片中的成对瓦片之间，使得每排的所述非铁磁部分与所述磁场的所述方向正交。13.根据权利要求10所述的无线充电系统，其中所述铁磁层包括第一铁氧体部分和第二铁氧体部分；所述第一铁氧体部分通过所述非铁磁部分与所述第二铁氧体部分分开；以及所述非铁磁部分基本上近似所述线圈的所述中线的形状的一部分的较小版本。14.根据权利要求10所述的无线充电系统，其中所述铁磁层被设置在所述线圈的第一侧上，并且被配置为减少所述线圈的第二侧上的所述峰值磁通密度，所述第二侧与所述第一侧相对。15.根据权利要求10所述的无线充电系统，其中所述非铁磁部分基本上平行于所述线圈的所述中线。16.根据权利要求10所述的无线充电系统，其中所述非铁磁部分近似所述线圈的形状的至少一部分的较小版本。17.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·皮尔瑟博，D·库施纳，M·B·布迪亚，
申请(专利权)人：韦特里西提公司，
类型：发明
国别省市：美国,US