多线圈通量衬垫制造技术

本发明专利技术至少涉及多线圈通量衬垫。本发明专利技术提供一种用于产生或接收磁通的磁通衬垫，所述磁通衬垫包括：至少三个线圈，所述至少三个线圈定位成使得其绕组基本上在相同的平面；以及电源或拾取控制器，所述电源或拾取控制器可操作于选择性给两个或更多个所述线圈通电或从其接收功率，使得由所述至少三个线圈中的多对中的至少一对产生磁场或接收磁场。在优选实施例中，三个或更多个线圈基本上是相互去耦合的、交叠的和/或彼此之间等距离间隔开。

【技术实现步骤摘要】
多线圈通量衬垫本专利技术专利申请是于2013年2月15日提交的申请号为201380019993.0的题为“多线圈通量衬垫”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及用于产生或接收磁通的设备。本专利技术具体但非唯一地应用于低矮的基本上扁平的装置(诸如用于使用感应功率传输(IPT)系统的功率传输的衬垫)。
技术介绍
IPT系统以及包括一个或多个绕组(可以包括用于感应功率传输的初级或次级绕组)的衬垫的用途在国际专利公布No.WO2008/14033中再现，其内容通过引用被并入本文。IPT功率传输衬垫的一个具体的示例应用是电动车辆充电，该应用在此部分中进行讨论以提供本专利技术的一种应用的背景。然而，电动车辆充电只是一种应用的示例，本专利技术通常应用于感应功率传输。电动车辆充电可以在车辆静止时或者替代性地在车辆沿着例如道路运动时进行。IPT功率传输衬垫可以在车辆中作为功率“拾取器(pickup)”(即IPT系统的次级侧绕组)，以及在静止位置(诸如车库地面或道路)例如作为“充电衬垫”(即初级侧绕组)来使用，由充电衬垫发出功率。IPT道路系统的目的是在不与车辆物理接触时将功率无线地传输到静止或移动的车辆。系统的发射部分包括给集中线圈(例如如上文描述的衬垫)或具有许多相似的集中线圈的轨道供电的电源，其中，这种系统被调谐以在适当的频率(通常在从10kHz到150kHz的任何频率)下操作。接收器设置于车辆下面并耦合以在车辆静止在初级发射器之上或附近(足够靠近以耦合功率)时接收功率。拾取接收器通常还包括集中线圈(诸如上文描述的衬垫)，其连接到车辆中的变换器和适当的控制器以调节功率。为了方便，可以从中感应地接收功率的道路部分在本文中称作轨道。轨道可以通过将多个衬垫沿道路中的车道的中心设置来形成。这在车辆沿紧邻轨道的道路移动时产生基本上连续地将功率供应给车辆的可能性。近年来，这些系统赢得了越来越多的关注，原因是他们允许实现可持续地无线供电的个人运输的可能性。这种系统要实用，其不应只能够通过合理尺寸(例如100-300mm)的间隙传输足够的功率，还应当对轨道和拾取器之间的任何位移提供冗余，以避免依赖于车辆到轨道的导向系统。在道路系统中，这种位移对于移动的车辆最有可能发生在横向方向(与车辆和运动方向正交)。对于静止的车辆充电，以适当的纵向位移传输可接受水平的功率的能力是特别关注的，以便确保容易停车。拾取衬垫中的功率传输曲线理想是平滑的功率曲线，其在尽可能宽的横向距离上基本上是恒定的(并且是足够的)，每一端具有平滑的陡坡。这种功率传输曲线减轻了对系统中电子(初级或次级)调节器的需求，对于通过系统的相当的耦合实现改进的操作性能，在此系统中，在操作过程中，初级和接收器衬垫之间的耦合经历明显的变化。待解决的另一问题是需要在变化的离地净高能够耦合到车辆或器械，离地净高很大程度上确定了地面上或者作为初级结构的一部分的充电衬垫(诸如垫子或其它表面)和具体车辆或其它装置的次级衬垫之间的距离。在这种应用中，两个衬垫之间的耦合会有显著的变化，这可能需要初级感应设备以基本上提高的VA操作以满足功率需求。此操作还增大了系统中存在的磁场泄露，这可能超过规程限定的允许极限。如果初级和次级感应衬垫是极化的但彼此之间以90度取向以致不存在耦合，因此没有功率传输的可能性，则会出现另一问题。由于许多不同的可能衬垫设计和操作方法，以及充电和拾取衬垫之间的潜在不匹配，产生又一问题。例如，地面上的衬垫可能具有与车辆拾取器完全不同的结构，和/或可能以单相、两相或多相系统操作，以在时变条件下，在两个耦合衬垫之间的空间内产生基本不同的场通量形状。在这种条件下，固定的磁结构捕获功率的能力被限制。至少用一些方式解决上文中的一些问题的感应功率传输设备在国际专利公布No.WO2011/16737中有描述，其内容通过引用被并入本文。WO2011/16737的实施例提供用于产生或接收磁通的磁通衬垫，所述衬垫包括导磁铁芯、与铁芯磁关联的两个基本上扁平的交叠线圈，因此两个线圈之间基本上不存在互耦合。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供出于感应功率传输目的的用于产生和/或接收磁通的改进设备，或者至少给公众或业界提供有用选择。在第一方面，本专利技术宽泛地提供一种用于产生或接收磁通的磁通衬垫，所述衬垫包括：导磁铁芯，以及与所述铁芯磁关联的至少三个交叠的线圈，所述至少三个线圈全部被定位成使得其绕组基本上在相同的平面，因此，在使用中线圈之间基本上不存在互耦合。线圈优选被定位成紧邻或邻接铁芯，使得邻接铁芯的线圈的表面基本上是平的。为了避免麻烦，线圈可以具有厚度，使线圈并不完全处于一个平面内。进一步地，如将认识到的，至少在线圈交叠的区域中，在平面外存在一些偏离。提到“基本上在相同的平面内”解释为在说明书中受到这些限制。优选地，每个线圈在使用中与所述至少三个线圈的所有其它线圈基本上去耦合。优选地，所述线圈在使用中基本上完全去磁耦合。优选地，所述线圈部分地交叠。优选地，所述线圈基本上是共面的。优选地，所述线圈提供于所述导磁铁芯的一面上，以及屏蔽装置提供于所述铁芯的另一面上。优选地，所述屏蔽装置包括由诸如铝的适当材料制成的屏蔽板。优选地，介质盖提供于所述线圈与磁芯相对的一面上。优选地，所述通量衬垫适于从电源接收彼此不同相的电流，以产生时变的空间变化的磁场。优选地，由线圈中的不同相电流产生的场产生时变磁场，该时变磁场在空间上运动并最终在磁场的电极之间。在第二方面，提供了一种用于产生磁通的磁通衬垫，所述磁通衬垫被配置成可操作于多种模式以便控制由此产生的磁通。优选地，所述磁通衬垫包括三个或更多个线圈，所述线圈中任何一个或多个线圈能够被选择性通电，从而能够实现所述控制。优选地，所述线圈彼此之间基本上去磁耦合。优选地，所述线圈中的任何一个或组合(包括所有)可以根据需要并取决于具体实现，被选择性通电。注意，在本文中使用“模式”等等时宽泛地解释为不仅表示比如说衬垫能够在两个通电的线圈和三个通电的线圈之间切换，还另外或替代性指可以给所述线圈的(相同数量的)不同线圈通电。例如，三线圈衬垫的不同线圈或不同线圈对可以被选择性通电。根据目前优选的实施例，磁通衬垫包括三个所述线圈。提供三个线圈在附加性能和灵活性(由通量的适应性提供)以及附加组件和其复杂性(具体在定位多个线圈)之间达到平衡。第二方面的进一步的特征可以从关于第一方面陈述的特征中选取。根据第三方面，提供了一种用于具有至少三个线圈的磁通衬垫的铁氧体布置，所述铁氧体布置包括多个细长的铁氧体元件，所述铁氧体元件被配置成使得这些元件与在至少两个所述线圈的中心之间延伸的虚拟直线共对齐和/或平行。优选地，提供多个元件的阵列，每个阵列与不同的线圈对之间的虚拟直线对齐。如会认识到的，不同的线圈中心之间的虚拟直线在一些布置中可以平行(例如参见图5)。结果，相同阵列(但垂直于铁氧体元件的长度的方向延本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于静止车辆的充电衬垫，所述充电衬垫包括：/n至少三个线圈，所述至少三个线圈被定位成使得其绕组基本上在相同的平面，其中所述至少三个线圈彼此之间基本上相互去耦合；以及/n电源，所述电源与所述至少三个线圈电耦合，其中所述充电衬垫被配置为以多种模式操作所述电源，所述多种模式包括：/n用于对小型车辆进行充电的第一模式，其中所述第一模式包括激活所述充电衬垫的所述至少三个线圈中的单个线圈，以将功率耦合到车辆上的接收器；以及/n用于对大型车辆进行充电或对车辆进行快速充电的第二模式，其中，所述第二模式包括将所述至少三个线圈彼此同相地激活以创建更大的静止时变场；/n其中，在第一模式中要激活的线圈取决于所述至少三个线圈中的哪个线圈与车辆上的接收器最为对准。/n

【技术特征摘要】
20120216 NZ 5982531.一种用于静止车辆的充电衬垫，所述充电衬垫包括：
至少三个线圈，所述至少三个线圈被定位成使得其绕组基本上在相同的平面，其中所述至少三个线圈彼此之间基本上相互去耦合；以及
电源，所述电源与所述至少三个线圈电耦合，其中所述充电衬垫被配置为以多种模式操作所述电源，所述多种模式包括：
用于对小型车辆进行充电的第一模式，其中所述第一模式包括激活所述充电衬垫的所述至少三个线圈中的单个线圈，以将功率耦合到车辆上的接收器；以及
用于对大型车辆进行充电或对车辆进行快速充电的第二模式，其中，所述第二模式包括将所述至少三个线圈彼此同相地激活以创建更大的静止时变场；
其中，在第一模式中要激活的线圈取决于所述至少三个线圈中的哪个线圈与车辆上的接收器最为对准。


2.根据权利要求1所述的充电衬垫，其中，所述充电衬垫包括彼此基本等距离间隔的三个线圈以及在三个线圈的电极之间提供低磁阻路径的导磁材料。


3.根据权利要求1或权利要求2所述的充电衬垫，其中，所述充电衬垫包括用于检测在衬垫附近需要场或不需要场的地方，并且作为响应调整所述线圈中至少一个线圈中的电流的相位和/或幅值。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的充电衬垫，其中，所述充电衬垫被配置为以另一模式操作，所述另一模式包括基于被充电的车辆上的接收器衬垫的取向来激活充电衬垫的所述至少三个线圈。


5.根据权利要求4所述的充电衬垫，其中，所述充电衬垫被配置为以双极子配置激活充电衬垫的所述至少三个线圈的子集。


6.根据权利要求1-5中任一项所述的充电衬垫，其中所述充电衬垫被配置为在至少两个维度中感测车辆的位置，并实现至少部分取决于车辆的位置的充电方案。


7.根据权利要求6所述的充电衬垫，其中所述充电衬垫被配置为实现针对车辆的位置被最优化的充电方案。


8.一种利用具有至少三个线圈的充电衬垫对静止车辆进行充电的方法，所述方法包括：
充电衬垫以用于对小型车辆进行充电的第一模式操作，其中所述第一模式包括激活所述充电衬垫的所述至少三个线圈中的单个线圈，以将功率耦合到车辆上的接收器；以及
充电衬垫以用于对大型车辆进行充电或对车辆进行快速充电的第二模式操作，其中，所述第二模式包括将所述至少三个线圈彼此同相地激活以创建更大的静止时变场；
其中，在第一模式中要激活的线圈取决于所述至少三个线圈中的哪个线圈与车辆上的接收器最为对准。


9.根据权利要求8所述的方法，其中所述方法包括：所述充电衬垫以另一模式操作，所述另一模式包括在三相系统中操作所述至少三个线圈，其中线圈120度异相地操作，从而创建滑动的空间变化和时变的场。


10.根据权利要求8或9所述的方法，其中所述方法包括：所述充电衬垫以另一模式操作，所述另一模式包括在单相系统中操作线圈的子集以创建静止的时变场。


11.根据权利要求8-10中任一项所述的方法，其中所述方法包括：所述充电衬垫以另一模式操作，所述另一模式包括基于被充电的车辆上的接收器衬垫的取向激活充电衬垫的所述至少三个线圈。


12.根据权利要求11所述的方法，其中所述方法包括：以双极子配置激活充电衬垫的所述至少三个线圈的子集。


13.根据权利要求8-12中任一项所述的方法，其中所述方法包括：所述充电衬垫以另一模式操作，所述另一模式包括操纵由充电衬垫生成的场以适应充电衬垫与被充电的车辆的未对准。


14.根据权利要求8-13中任一项所述的方法，其中所述方法包括：所述充电衬垫在至少两个维度中感测车辆的位置，并实现至少部分取决于车辆的位置的充电方案。


15.根据权利要求14所述的方法，其中所述方法包括：实现针对车辆的位置被最优化的充电方案。


16.一种方法，包括：
激励多线圈感应功率传输初级侧的多个线圈，
确定所述多个线圈中的每一个线圈上的负载，
响应于确定的所述多个线圈中的每一个线圈上的负载，从多个功率传输方案中选择功率传输方案，以及
根据所选择的感应功率传输方案将功率感应地传输至感应功率拾取器，
其中所述多个感应功率传输方案中的至少一个感应功率传输方案包括去激活包括多线圈感应功率传输初级侧的线圈的子集，并利用多线圈感应功率传输初级侧的没有被去激活的一个或多个线圈将功率传输至感应功率拾取器。


17.如权利要求16所述的方法，其中所述方法包括：经由同时且同相操作的至少两个线圈将功率从多线圈感应功率传输初级侧传输至感应功率拾取器。

【专利技术属性】
技术研发人员：G·A·考维克，J·T·博伊斯，
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