一种具有强抗侧移性能的动态无线充电用耦合机构制造技术

本发明专利技术涉及无线充电技术领域，具体公开了一种具有强抗侧移性能的动态无线充电用耦合机构。该耦合机构包括供电发射导轨与接收机构，供电发射导轨包括发射机构，发射机构包括发射线圈，接收机构包括串联的主线圈以及关于主线圈对称设置的第一从线圈与第二从线圈，且第一从线圈与第二从线圈反向串联。当接收机构的中心正对供电发射导轨时，接收机构中第一从线圈与第二从线圈的输出电流等效为0，等效为只有主线圈进行工作；当接收机构的中心侧移供电发射导轨时，接收机构中第一从线圈与第二从线圈对主线圈进行增强补偿。本申请通过主从线圈之间的分时工作原理使耦合机构具有更好的抗侧移性能和更宽的侧移允许范围，以及相同的侧移范围情况下更小的线圈互感衰减幅度。侧移范围情况下更小的线圈互感衰减幅度。侧移范围情况下更小的线圈互感衰减幅度。

【技术实现步骤摘要】
一种具有强抗侧移性能的动态无线充电用耦合机构


[0001]本专利技术涉及无线充电
，具体是一种具有强抗侧移性能的动态无线充电用耦合机构。

技术介绍

[0002]随着科技的发展，电动汽车无线充电技术(Electric Vehicles Wireless Power Transfer，EVWPT)近年来得到了广泛关注，相比传统的有线传导式充电，无线充电有效解决了充电接口接触磨损、漏电触电以及线缆老化等问题，且具备功率兼容性高，环境适应强的特点。EVWPT包括静态无线充电(Static Wireless Charging，SWC)和动态无线充电(Dynamic Wireless Charging，DWC)两种模式。其中，SWC需要建设无线充电站和充电平台，占用大量土地，且车辆仍需停车充电，与有线充电相比并未便捷许多；而DWC模式只需对现有道路增设无线充电所需的电能发射装置，电动汽车即可实现“边跑边充”的持续充电效果，有效延长了行驶里程，可以减少电池容量和充电时间，是解决电动汽车充电不灵活、用户体验差、里程焦虑、环境适应性差、电池体积庞大等问题的关键。
[0003]现有的DWC技术通过沿道路设置的一系列电能发射线圈(即供电发射导轨)和车载电能接收线圈进行能量传输，供电发射导轨多使用两相或三相的双极型导轨结构，车载线圈则使用圆形或方形线圈。电动汽车行驶过程中，由于转弯、会车、变道等原因，很难保证车身一直位于车道的正中位置(即车道中心线处)，这种靠近车道右侧或左侧的行驶状态称为侧向偏移，简称侧移。考虑到美观和施工准确的问题，工程中供电发射导轨一般设置在车道中心线处，这使得车辆的侧移将导致无线充电装置的位置无法对准中心线，车辆并不处在最佳电能传输线路上，进而导致接收线圈与供电发射导轨的互感下降，接收电压电流、输出功率均出现下降的问题。一般地，记车辆在道路中心线处的接收信号峰值为Pmax，则接收信号≥80％Pmax的区域为DWC系统的侧移范围，此范围越大，DWC系统的抗侧移性能越强。而DWC系统的抗侧移性能主要取决于两部分：耦合机构本身的尺寸与耦合机构磁场在空间中的分布模式。前者直接影响DWC系统的建设成本，后者需要根据实际应用的诸多因素综合考虑并专门设计。根据这两部分，现有的提升DWC系统抗侧移性能的方式有两种：
[0004](1)基于控制的抗侧移技术
[0005]DWC系统架构可分为原边装置与副边装置，其中原边装置主要包含了直流电源、DC
‑
DC模块、逆变模块、原边补偿网络以及原边线圈；副边装置主要包含了副边线圈、副边补偿网络、整流模块、DC
‑
DC模块以及负载，各模块依次连至负载端。因此，各个模块功率的变化直接影响DWC系统的输出。一旦耦合机构发生侧移，若对应地调节影响各模块的可控变量，即可维持负载两端所需电流/电压/功率的恒定。目前常用的控制技术包括逆变模块控制(针对原边逆变器)、补偿网络控制(针对原/副边线圈连接方式)、副边反馈控制(针对可变电感或可变电阻)。此类技术使DWC系统在发生侧移时仍能保证输出电压或电流不发生剧烈变化，提升了系统在发生侧移时的抗干扰能力，但是并不能改善输出功率绝对下降的问题，本质上对抗侧移范围没有提升。
[0006](2)基于耦合机构设计的抗侧移技术
[0007]耦合机构即道路供电发射导轨和车载接收线圈，其形状和对应磁芯结构在更大程度上影响DWC系统的抗侧移性能。最初二者均采用圆形或方形线圈，线圈尺寸越大，磁场覆盖范围越大，抗侧移性能越好；后设计了DD、DDQ、BP、TP等多层线圈结构，利用多组线圈的相互耦合提升了能量传输密度，减小了发生侧移时的功率波动；针对供电发射导轨，分别提出了长导轨和多段导轨的绕线方案，前者多应用与铁路或生产线等固定路线场景，后者可应用于常距离公路场景，并进一步提出了占地更少的DQ导轨结构和N型、S型等磁芯结构，可以在15cm的导轨宽度下达到1m以上的磁场覆盖范围，并进一步拓展到两相、三相的供电系统；同时提出了应用在车载线圈的阵列线圈结构和螺线管结构，及其对应的网格磁芯与H桥磁芯结构。以上新型耦合机构相比传统圆/方型线圈，有效提升了DWC系统的抗侧移性能，在相同的尺寸下具有更宽的磁场覆盖面积和更高的能量传输效率。但是，多股、多层的绕线方式极大的增加了DWC系统的制作难度，且实际制作时不可避免地引入了线圈的相互耦合，使得系统传输性能与理论存在不匹配，反而导致实际提升效果不显著，且多个线圈需要多个谐振电容组和信号处理模块，占用了更大的空间。
[0008]综上所述，现有技术中提升DWC系统抗侧移性能的方案仍具有很多不足，包括制作难度大、占用空间大、控制较复杂、部分方案不具备实际应用价值等。因此，如何设计一种实施难度低，控制方法简易，空间占用小，且能针对性地提升侧移方向上的抗侧移性能的无线充电用耦合机构仍亟待解决。

技术实现思路

[0009]本专利技术公开了一种具有强抗侧移性能的动态无线充电用耦合机构，通过分时工作原理使耦合机构具有更好的抗侧移性能和更宽的侧移允许范围。
[0010]为达到上述目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0011]一种具有强抗侧移性能的动态无线充电用耦合机构，包括：供电发射导轨与接收机构，所述供电发射导轨包括发射机构，所述发射机构包括发射线圈，所述接收机构包括串联的主线圈以及关于所述主线圈对称设置的第一从线圈与第二从线圈，且所述第一从线圈与所述第二从线圈反向串联；
[0012]当所述接收机构的中心正对所述供电发射导轨时，所述接收机构中所述第一从线圈与所述第二从线圈的输出电流等效为0，等效为只有所述主线圈进行工作；
[0013]当所述接收机构的中心侧移所述供电发射导轨时，所述接收机构中所述第一从线圈与所述第二从线圈对所述主线圈进行增强补偿。
[0014]可选地，所述发射线圈与所述主线圈之间构成主传输通道，所述发射线圈与所述第一从线圈之间构成第一传输通道，所述发射线圈与所述第二从线圈之间构成第二传输通道。
[0015]可选地，所述主线圈、所述第一从线圈以及所述从线圈的排列方向与所述供电发射导轨的设置方向垂直。
[0016]可选地，所述供电发射导轨为使用N型磁芯的双极型供电发射导轨。
[0017]可选地，所述主线圈、所述第一从线圈以及所述第二从线圈为方形线圈。
[0018]根据所述的具有强抗侧移性能的动态无线充电用耦合机构，还包括与所述发射机
构对应的发射电路，以及与所述接收机构对应的接收电路。
[0019]可选地，所述发射电路包括顺序串联在逆变电源两侧的发射补偿电容、发射电感以及一次侧总电阻。
[0020]可选地，所述接收电路包括顺序串联在二次侧等效负载电阻两侧的接收主电感、第一从电感以及第二从电感，所述第一从电感与所述第二从电感反向串联，所述接收主电感两侧串联有第一补偿电容与第一滤波电容，所述第一从电感与所述第二从电感两侧串联有第二补偿电容、第三补偿电容以及第二滤波电容，且所述二次侧等效负载电阻、所述第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有强抗侧移性能的动态无线充电用耦合机构，其特征在于，包括：供电发射导轨与接收机构，所述供电发射导轨包括发射机构，所述发射机构包括发射线圈，所述接收机构包括串联的主线圈以及关于所述主线圈对称设置的第一从线圈与第二从线圈，且所述第一从线圈与所述第二从线圈反向串联；当所述接收机构的中心正对所述供电发射导轨时，所述接收机构中所述第一从线圈与所述第二从线圈的输出电流等效为0，等效为只有所述主线圈进行工作；当所述接收机构的中心侧移所述供电发射导轨时，所述接收机构中所述第一从线圈与所述第二从线圈对所述主线圈进行增强补偿。2.根据权利要求1所述的具有强抗侧移性能的动态无线充电用耦合机构，其特征在于，所述发射线圈与所述主线圈之间构成主传输通道，所述发射线圈与所述第一从线圈之间构成第一传输通道，所述发射线圈与所述第二从线圈之间构成第二传输通道。3.根据权利要求1所述的具有强抗侧移性能的动态无线充电用耦合机构，其特征在于，所述主线圈、所述第一从线圈以及所述从线圈的排列方向与所述供电发射导轨的设置方向垂直。4.根据权利要求1所述的具有强抗侧移性能的动态无线充电用耦合机构，其特征在于，所述供电发射导轨为使用N型磁芯的双极型供电发射导轨。5.根据权利要求1所述的具有强抗侧移性能的动态无线充电用耦合机构，其特征在于，所述主线圈、所述第一从线圈以及所述第二从线圈为方形线圈。6.根据权利要求1
‑
5中任一项所述的具有强抗侧移性能的动态无线充电用耦合机构，其特征在于，还包括与所述发射机构对应的发射电路，以及与所述接收机构对应的接收电路。7.根据权利要求6所述的具有强抗侧移性能...

【专利技术属性】
技术研发人员：李振杰，杨学智，柯敬禹，班明飞，刘一琦，
申请(专利权)人：东北林业大学，
类型：发明
国别省市：