CN103683525B - 用于提供集中感应电力传输的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于提供集中感应电力传输的装置。提供用于交通工具的感应充电线圈组件。该组件包括第一基板，第一基板包括其上的至少一个第一线圈以用于接收磁通量从而给交通工具电池充电。该组件还包括第二基板，第二基板包括至少一个第二线圈，所述第二线圈具有其顶面，所述顶面形成升高部分以将磁通量集中到所述至少一个第一线圈。

Description

用于提供集中感应电力传输的装置

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年9月5日提交的第61/696,995号美国临时申请的权益，且要求2013年8月30日提交的第14/014,802号美国专利申请的优先权，这些申请的公开内容通过引用以其全文并入本文。

技术领域

本文公开的实施方式大体涉及用于提供集中感应电力传输的装置。

背景技术

已知各种感应充电形式。例如，Baarman等人（“Barraman”）的美国公布第2011/0181240号公开了用于电动交通工具的感应充电系统。特别地，Baarman公开了用于电动交通工具的辅助对齐初级充电线圈和次级线圈的充电系统。该系统可包括这样一种止轮块，当轮胎进入该止轮块时，其提高初级线圈以与次级线圈对齐。该系统可包括被凹进到支撑交通工具的表面下方且由罩保护的初级。次级线圈可被安装到交通工具的滑板保护和支撑。该系统可包括充电电路，该充电电路由通过车库门打开器传输器或车库门打开器传输的信号控制。该系统可包括检测初级线圈和次级线圈之间的空间中存在动物或物体的传感器。

另外，Boys等人（“Boys”）的国际公布第WO2010/131983A1号提供包括适于支撑摩托车的摩托车接合设备的电动摩托车支撑装置。该接合设备包括适于提供磁场以用于给由该装置支撑的摩托车感应充电的线圈。Boys还提供了电动摩托车起动和充电系统。

发明内容

在一个实施方式中，提供一种用于交通工具的感应充电线圈组件。该组件包括第一基板，第一基板包括其上的至少一个第一线圈以用于接收磁通量从而给交通工具电池充电。该组件还包括第二基板，第二基板包括至少一个第二线圈，所述第二线圈具有其顶面，所述顶面形成升高部分以将磁通量集中到所述至少一个第一线圈。

在另一实施方式中，提供一种用于交通工具的感应充电线圈组件。该组件包括第一基板，第一基板包括其上的次级线圈以用于接收磁通量从而给交通工具电池充电。该组件还包括第二基板，第二基板包括至少一个初级线圈，所述初级线圈具有其顶面，所述顶面形成升高部分以将磁通量集中到所述次级线圈。

在另一实施方式中，提供一种用于交通工具的感应充电线圈组件。该组件包括第一基板，第一基板包括其上的至少一个次级线圈以用于接收磁通量从而给交通工具电池充电。该组件还包括第二基板，第二基板包括至少一个初级线圈，所述初级线圈包括升高部分以将磁通量集中到所述至少一个第一线圈。

附图说明

本公开内容的实施方式在所附权利要求中特别指出。然而，各种实施方式的其他特征将通过参照以下详细说明连同附图而变得更加明显且将被更好地理解，在附图中：

图1描述了关于感应充电系统所使用的线圈组件的分解图；

图2描述了根据一个实施方式的用于给交通工具充电的第一线圈组件；

图3描述了平面的初级线圈和平面的次级线圈的视图；

图4描述了根据一个实施方式的用于给交通工具充电的第三线圈组件；

图5描述了根据一个实施方式的用于给交通工具充电的第四线圈组件；以及

图6描述了根据一个实施方式的用于给交通工具充电的第五线圈组件。

具体实施方式

如所需要的，本发明的详细实施方式在本文公开；然而，应理解所公开实施方式仅仅是可以以各种且可替换的形式实施的本发明的示例。附图不一定按照比例；一些特征可被放大或最小化以显示特定部件的细节。因此，本文公开的特定结构和功能细节不被解释为限制，而是仅仅作为用于教导本领域技术人员以各种方式实施本发明的代表性基础。

感应充电，也称为无线充电，使用彼此间隔开的初级线圈和次级线圈。初级线圈可定位在基垫中，而次级线圈可定位在接收能量用于电池充电目的的设备上。初级线圈和次级线圈彼此组合以形成电力变压器。初级线圈产生交变电磁场或时变磁场并将其传输到次级线圈。转而，次级线圈响应于磁场而产生电压，电压然后被转换成电流。电压和电流提供电力以给电池充电。

应认识到感应充电系统可包括多个初级线圈和次级线圈。一般而言，多个初级线圈可定位在基垫中，基垫是平面的，且沿着基垫所位于的平面的曲率半径大体为0。同样，次级线圈也可按平面的定向（或平的定向）定位在要被充电的设备上。虽然初级线圈和次级线圈的这种平面的定向是有用的，但是随着磁通量从初级线圈移动到次级线圈上而改善磁通量的集中的方法可改善充电效率且减少漏磁通量的影响。本文所公开的实施方式一般提供至少一个第一线圈，该至少一个第一线圈包括或形成弯曲或倾斜部分（例如，升高部分）或被升高的基垫，同时并入平面的第一线圈用于将来自其的通量集中在第二线圈上以提供从第一线圈到第二线圈的集中磁通量流。另外，应认识到本文所公开的实施方式可并入到2012年9月5日提交的题为“Multi-ModeBatteryCharger”且代理人案号为“LEAR51739PRV”的同时待审的临时申请中，该临时申请通过引用以其整体特此并入。

图1描述了关于感应充电系统使用的线圈组件10的分解图。线圈组件10一般包括初级侧12和次级侧14。初级侧12包括初级线圈16和多个铁氧体18。铁氧体18围绕延伸穿过初级线圈16的轴线径向定位。同样，次级侧14包括次级线圈20和多个铁氧体22。铁氧体22围绕延伸穿过次级线圈20的轴线径向定位。一般而言，初级侧12与次级侧14物理地间隔开。在感应线圈组件10并入交通工具13用于该一个或多个交通工具电池充电的目的的情况下，初级侧12中的一个或多个可定位在基垫15上，且次级侧14中的一个或多个可定位在交通工具（未示出）自身上。基垫15可定位在交通工具13下面且与交通工具13是分开的。

初级侧12的初级线圈16能够经由磁感应和谐振操作以预定频率将能量传输到次级侧14的次级线圈20，以提供对电池的无线充电。一般而言，来自初级线圈16（在通电时）的磁通可朝向次级线圈20引导，以实现高效的能量传输和较强的磁耦。如以上所述的，初级线圈16和次级线圈20彼此组合以形成电力变压器（例如，产生松散耦合的变压器作用）。初级线圈16产生磁场并将其传输到次级线圈20。转而，次级线圈20响应于磁场而产生电压，电压然后被转换成电流的。电压和电流用于给电池充电。

初级线圈16和次级线圈20中每个可包括任意数量的线圈或利兹线匝。初级线圈16和次级线圈20中的内径和外径可调节以增加线圈16、20之间的互感（M）且增加质量因数（Q）。关于初级线圈16定位的铁氧体18每个可以是大体均匀地且彼此成角度地间隔开。同样，关于次级线圈20定位的铁氧体22每个可以是大体均匀地且彼此成角度地间隔开。铁氧体18、22可以提供低磁阻路径且分别在初级线圈16和次级线圈20的端部引导磁通。铁氧体18、22增加每个线圈16、20的自感且辅助引导通量。

初级侧12包括用于支撑初级线圈16以及铁氧体18的第一盖24。初级侧12还包括第一环26以包围铁氧体18用于保护目的。次级侧14包括用于支撑次级线圈20以及铁氧体22的第二盖28。次级侧14还包括第二环30以包围铁氧体22用于保护目的。应认识到第一盖24、第一环26、第二盖28、第二环30中每个可由铝、导电塑料或其任意组合形成。

图2描述了根据一个实施方式的用于给交通工具42充电的初级线圈组件40。初级线圈组件40包括多个初级侧12和一个次级侧14。第一基板44被提供用于支撑多个初级侧12。第二基板46被提供以支撑次级侧14。第二基板46耦合到交通工具42。第一基板44和第二基板46以距离L隔开。第一基板44定位在离开交通工具42的结构（未示出）上。第一基板44和第二基板46中每个大体包括铝、磁性材料诸如坡莫合金或镍铁高导磁合金（具有较大的导磁率）、导电塑料或充填有磁性材料的导电塑料，以提供对低频磁场的屏蔽。第一基板44和第二基板46的铝和磁性材料可提供磁性和电力屏蔽。在第二基板46由导电塑料形成的情况下，这样的情况可减少交通工具42的总重。还应认识到，第一基板44和第二基板46可包括用于另外的通量集中的铁氧体（例如，分别的铁氧体条）或铁氧体垫。铁氧体垫可用于代替线圈和板之间的分别的铁氧体条。铁氧体垫可定位在地上且包括初级线圈16。铁氧体垫可然后定位在初级线圈16下方。在铁氧体垫定位在交通工具42上的情况下，铁氧体垫可定位在次级线圈20上方。

一般而言，初级线圈16和次级线圈20可包括任意数量的线圈且可被弯曲。第一基板44可弯曲或升高以便集中来自初级线圈16和次级线圈20的电磁通量。从初级线圈16传输的磁通量可以以大体垂直于初级线圈16的角度发射。因此，通过倾斜或弯曲初级线圈16的至少一部分和/或倾斜或弯曲第一基板44，这样的情况可允许磁通量被引导到次级线圈20，从而提供到其处的集中的磁通量流。该情况可增加初级线圈16和次级线圈20之间的互感、耦合以及能量传输。

该情况还可减少初级线圈16和次级线圈20之间的线圈对线圈的距离。然而在另一实施方式中，第一基板44可以在预定位置左右是平面的，初级线圈16可相对于第一基板44倾斜或弯曲，以将磁通量从初级线圈16集中在次级线圈20上。可考虑第一基板44和/或初级线圈16可以任何方式布置以实现其倾斜或弯曲，用于将磁通量引导到次级线圈20以增加互感。

初级线圈16和次级线圈20可包括低损耗利兹线以最小化频率依赖效应引起的AC阻抗。各种利兹线绳可绞合以进一步减少AC阻抗。通过减少AC阻抗，Q因数可增加，从而提供从初级侧12到次级侧14的改善的能量传输，因此呈现在初级线圈16和次级线圈20的各种线组中的减小的损耗。

图3描述了平面的初级侧12和平面的次级侧14。各种线圈参数被示出用于初级线圈16和次级线圈20。与线圈16和/或20相关的各种参数包括以下。例如，外径48可以是718mm，内径49可以是398mm，铁氧体距离可以是100mm，线圈对线圈距离（例如，L）可以是96mm，线圈厚度可以是2mm，40匝可以以1:1的比例提供，且铁氧体导磁率可以是1000。总数量为8的铁氧体例如可以以45度分隔放置在每个线圈之下。铁氧体尺寸可以是300x25x10mm。初级电感可以是1.60mH，次级电感可以是1.60mH，互感可以是0.9mH，且可以提供0.56的耦合因数。

图4描述了根据一个实施方式的用于给交通工具42充电的第三线圈组件60。第三线圈组件60包括初级线圈16，初级线圈16以截头体的形式成形以将通量从初级线圈16集中到次级线圈20。

如所示，初级线圈16可以以截头体的形式成形以在其顶侧52倾斜（或提供升高部分）用于将磁通量从初级线圈16集中到次级线圈20。初级线圈16具有外径48和内径49。如从图4所见，初级线圈16从外径48倾斜到内径49，或内径49相对于外径48升高。当相比于图3的平面的初级和次级侧实现（其实际上维持了第一和第二基板44和46之间的类似距离）时，截头体形状的初级线圈16（或初级线圈16的倾斜/升高部分）可增加初级线圈16和次级线圈20之间的互感、耦合和能量传输。

截头体实现中的有效的线圈对线圈的距离也可减小。然而，应认识到铁氧体18、22和第一基板44和第二基板46还可维持恒定的距离，而不管在升高的初级线圈16和次级线圈20之间的距离如何。该情况下，初级线圈16和次级线圈20之间的耦合可随着初级线圈16中每个随后的匝的放置而增加，通过匝的放置可提供N匝上的梯度。另外，使用倾斜初级线圈16的矩心，可估计相当于两个平面的线圈时的等效的耦合系数（k），其中第一和第二基板44、46定位在较近的距离。可以考虑，支撑结构（未示出）可定位在初级线圈16下面以支撑和/或维持初级线圈16的截头体结构（倾斜结构）。铁氧体18将磁通量从来自初级线圈16的倾斜或升高部分引导到次级线圈20。

如图4所示的各种与线圈16和/或20相关的参数可包括以下。例如，外径48可以是716mm，内径49可以是398mm，铁氧体距离可以是100mm，线圈对线圈距离（例如，L）可以是56.5mm，线圈厚度可以是2mm，40匝可以以1:1的比例提供，且铁氧体导磁率可以是1000。总数量为8的铁氧体例如可以以45度分隔放置在每个线圈之下。铁氧体尺寸可以是300x25x10mm。初级电感可以是1.60mH，次级电感可以是1.60mH，互感可以是0.9mH，且可以提供0.56的耦合因数。

图5描述了根据一个实施方式的用于给交通工具42充电的第四线圈组件62。如所示，初级线圈16以倒截头体的形式成形以提供在顶侧52上的升高部分，从而将磁通量从初级线圈16集中到次级线圈20并且减小初级线圈16和次级线圈20之间的线圈对线圈距离。如图5所示，初级线圈16从内径49倾斜到外径48，或外径48相对于内径49升高。关于第三线圈组件60所述的各种特性一般可适用于第四线圈组件62。关于第三线圈组件60所示的各种线圈参数可类似于或不同于第四线圈组件62的线圈参数所呈现的那些。例如，外径48可以是716mm，内径49可以是398mm，铁氧体距离可以是100mm，线圈对线圈距离（例如，L）可以是56.5mm，线圈厚度可以是2mm，40匝可以以1:1的比例提供，且铁氧体导磁率可以是1000。总数量为8的铁氧体例如可以以45度分隔放置在每个线圈之下。铁氧体尺寸可以是300x25x10mm。另外，初级电感可以是1.58mH，次级电感可以是1.62mH，互感可以是1.01mH，且可以提供0.54的耦合因数。

图6描述了根据一个实施方式的用于给交通工具42充电的第五线圈组件70。如所示，初级线圈16可包括顶侧52上的弯曲部分72（或升高部分），以将磁通量从初级线圈16集中到次级线圈20并且减小初级线圈16和次级线圈20之间的线圈对线圈距离。尽管图6示出了弯曲部分72大体朝向次级线圈20向上面向时，应认识到弯曲部分72可定向成向下面向或背向次级线圈20。弯曲部分72可围绕初级线圈16一致地延伸，或可替换地，初级线圈16可包括在顶面52的一部分处的弯曲部分72而顶面的其他部分可以以不同方式（倾斜或升高方式）实施。

一般而言，应认识到初级线圈和/或次级线圈的形状或形式可变化，只要初级线圈和/或次级线圈可呈现倾斜的、弯曲的或升高的变形以增加互感、耦合和能量传输用于给一个或多个电池充电。

虽然以上描述了示例性实施方式，但并不旨在这些实施方式描述本发明所有可能的形式。更确切的说，说明书中使用的词汇为描述性词汇而非限制性词汇，且应理解可作出各种改变而不偏离本发明精神和范围。另外，各种可实现的实施方式的特征可被组合以形成本发明另外的实施方式。

Claims (20)

1.一种用于交通工具的感应充电线圈组件，包括：

第一基板，其用于被耦合到交通工具的下侧，所述第一基板包括至少一个第一线圈和第一多个铁氧体，所述至少一个第一线圈定位在所述第一基板上以用于接收磁通量从而给交通工具电池充电，所述第一多个铁氧体径向地定位在单一平面中并径向地定位在延伸穿过所述至少一个第一线圈的轴线上；以及

第二基板，其用于被定位在远离所述交通工具的结构上，所述第二基板包括至少一个第二线圈，所述至少一个第二线圈具有其顶面，所述顶面形成升高部分以将磁通量集中到所述至少一个第一线圈，

其中所述至少一个第二线圈的所述升高部分在其顶侧上形成平面表面，所述平面表面被平行于所述第一基板和所述第二基板定向。

2.根据权利要求1所述的组件，其中所述至少一个第一线圈是次级线圈。

3.根据权利要求1所述的组件，其中所述至少一个第二线圈是初级线圈。

4.根据权利要求1所述的组件，其中所述至少一个第二线圈包括内径和外径。

5.根据权利要求4所述的组件，其中所述内径相对于所述外径被升高从而形成所述升高部分。

6.根据权利要求4所述的组件，其中所述外径相对于所述内径被升高从而形成所述升高部分。

7.根据权利要求1所述的组件，其中所述升高部分是弯曲部分。

8.根据权利要求1所述的组件，还包括第二多个铁氧体，所述第二多个铁氧体关于所述至少一个第二线圈定位以用于将磁通量从所述升高部分引导到所述至少一个第一线圈。

9.根据权利要求1所述的组件，其中所述第一基板和所述第二基板各自由铝、第一磁性材料、第一导电塑料以及含有第二磁性材料的第二导电塑料中的一种形成。

10.一种用于交通工具的感应充电线圈组件，包括：

第一基板，其用于被耦合到交通工具的下侧，所述第一基板包括次级线圈和第一多个铁氧体，所述次级线圈定位在所述第一基板上以用于接收磁通量从而给交通工具电池充电，所述第一多个铁氧体径向地定位在单一平面中并径向地定位在延伸穿过所述次级线圈的轴线上；以及

第二基板，其用于被定位在远离所述交通工具的结构上，所述第二基板包括至少一个初级线圈，所述至少一个初级线圈具有其顶面，所述顶面形成升高部分以将磁通量集中到所述次级线圈，

其中所述至少一个初级线圈的所述升高部分在其顶侧上形成平面表面，所述平面表面被平行于所述第一基板和所述第二基板定向。

11.根据权利要求10所述的组件，其中至少一个初级线圈包括内径和外径。

12.根据权利要求11所述的组件，其中所述内径相对于所述外径被升高从而形成所述升高部分。

13.根据权利要求11所述的组件，其中所述外径相对于所述内径被升高从而形成所述升高部分。

14.根据权利要求10所述的组件，其中所述升高部分是弯曲部分。

15.根据权利要求10所述的组件，还包括第二多个铁氧体，所述第二多个铁氧体关于所述至少一个初级线圈定位以用于将磁通量从所述升高部分引导到所述次级线圈。

16.根据权利要求10所述的组件，其中所述第一基板和所述第二基板各自由铝、第一磁性材料、第一导电塑料以及含有第二磁性材料的第二导电塑料中的一种形成。

17.一种用于交通工具的感应充电线圈组件，包括：

第一基板，其用于被耦合到交通工具的下侧，所述第一基板包括次级线圈和多个铁氧体，所述次级线圈定位在所述第一基板上以用于接收磁通量从而给交通工具电池充电，所述多个铁氧体径向地定位在单一平面中并径向地定位在延伸穿过所述次级线圈的轴线上；以及

第二基板，其用于被定位在远离所述交通工具的结构上，所述第二基板包括至少一个初级线圈，所述至少一个初级线圈包括升高部分以将磁通量集中到所述次级线圈，

其中所述至少一个初级线圈的所述升高部分在其顶侧上形成平面表面，所述平面表面被平行于所述第一基板和所述第二基板定向。

18.根据权利要求17所述的组件，其中所述至少一个初级线圈包括内径和外径。

19.根据权利要求18所述的组件，其中所述内径相对于所述外径被升高从而形成所述升高部分。

20.根据权利要求18所述的组件，其中所述外径相对于所述内径被升高从而形成所述升高部分。