CN106208398A - 无线充电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无线充电系统，包括：发射线圈模块，包括多个发射线圈；以及接收线圈模块，包括多个接收线圈，该多个接收线圈接收由与多个发射线圈的电磁共振产生的电力，其中多个发射线圈具有由导线形成的绕组结构，该绕组结构通过使电流在多个发射线圈中流动，从而使由多个发射线圈中的任一发射线圈产生的磁场的方向，与由与该任一发射线圈直接相邻的发射线圈产生的磁场的方向不同。

Description

无线充电系统
技术领域
本发明涉及一种无线充电系统，更具体地涉及一种即使发射线圈与接收线圈之间产生偏差仍能够防止输出和电力传输效率突然降低的无线充电系统。
背景技术
近年来，与插电式混合动力车和电动车密切相关的技术已得到迅猛发展。在混合动力车或电动车中，一部分或全部驱动力是电能。为了充入电能，人们利用将连接于充电器的有线插头插入到电源插座中的方法，以及无线充电的方法。
用于无线充电的方法可分为两种类型：电磁感应和共振。在电磁感应充电的情况下，发射线圈(例如埋在停车位中)与接收线圈(例如装配在车辆中)之间的电力传输距离非常短。因此，采用共振充电来确保比电磁感应充电更长的电力传输长度。
存在的问题在于，当发射线圈与接收线圈之间没有精确匹配时，输出和充电效率会突然降低。为了解决这个问题，人们已提出一种增大发射线圈和接收线圈的尺寸的方法，但是该方法会突然增大电磁波发射。
图1A和图1B是示出根据相关技术的发射线圈和接收线圈的结构，以及该结构中磁场方向的示意图。发射线圈和接收线圈均具有圆形形状，并且线圈之间在x方向和y方向上的公差取决于每个线圈的直径。理论上，当因线圈的直径而在发射线圈和接收线圈的x方向和y方向上发生偏差时，输出会减小到0。当线圈的直径增大时，发射线圈和接收线圈的结构不受在线圈的x方向和y方向上的偏差的影响，然而，由于尺寸和材料成本增大了，并且向环境中发射的电磁波也增大了，因而难以满足电磁波标准。
图2A和图2B是示意性地示出具有螺线管式线圈结构的无线充电系统的示意图。在发射线圈和接收线圈的y方向上的公差取决于接收线圈的芯的宽度Wo。然而，在x方向上的公差大于y方向上的公差。也就是说，图2A和图2B中示出的发射线圈和接收线圈具有在x方向上比图1A和图1B中所示的圆形发射线圈和接收线圈略有改善的公差。此外，在具有如图2A和图2B中所示形式的线圈中，在车辆的前部和后部中会产生磁场，因此，还可减小在车辆两侧产生的电磁波发射。
然而，当在y方向上仍然发生偏差时，输出和电力传输效率会降低。因此，需要开发一种无线充电系统，在该无线充电系统中，即使发射线圈和接收线圈被布置成彼此偏离，仍然能够防止输出和电力传输效率突然降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种即使发射线圈和接收线圈之间发生偏差，仍能够防止输出和电力传输效率突然降低的无线充电系统。
根据本发明的实施例，提供一种车辆的无线充电系统，包括：发射线圈模块，包括多个发射线圈；以及接收线圈模块，包括多个接收线圈，该多个接收线圈接收由与多个发射线圈的电磁共振产生的电力，其中多个发射线圈具有由导线形成的绕组结构，该绕组结构通过使电流在多个发射线圈中流动，从而使由多个发射线圈中的任一发射线圈产生的磁场的方向，与由与该任一发射线圈直接相邻的发射线圈产生的磁场的方向不同。
多个发射线圈可包括多个芯，该多个芯以沿水平方向、竖直方向或对角线方向彼此对称的方式布置在发射线圈模块上，并且导线可缠绕在多个芯上。
发射线圈模块可包括四个单元发射线圈，该四个单元发射线圈中的每个单元发射线圈包括：芯，以及缠绕在芯上的导线的一部分。
导线的一端可连接到供电单元并从供电单元延伸，可以沿第一方向缠绕在多个发射线圈中的第一线圈中包含的芯上，并且缠绕在多个发射线圈中的第二线圈中包含的芯上，该第二线圈与第一线圈沿水平方向或竖直方向对称，并且第二线圈被布置成与第一线圈在第二方向上直接相邻。
导线可沿第一方向缠绕在多个发射线圈中的第三线圈中包含的芯上，并且沿第二方向缠绕在多个线圈中的第四线圈中包含的芯上，第三线圈与第一线圈沿对角线方向对称，并且第四线圈与第二线圈沿对角线方向对称。
导线的另一端可缠绕在第四线圈中包含的芯上，并且可连接到供电单元。
多个接收线圈可包括多个芯，该多个芯沿水平方向、竖直方向或对角线方向布置在接收线圈模块上。
接收线圈模块可分为多个接收线圈组，每个接收线圈组包括多个接收线圈中的一部分接收线圈，并且多个接收线圈组中的每个接收线圈组具有通过使用导线而形成的绕组结构。
接收线圈模块可包括多个单元接收线圈，每个单元接收线圈具有芯，单元接收线圈可分为多个接收线圈组，该多个接收线圈组包括多个单元接收线圈中的一部分单元接收线圈，并且包含在多个接收线圈组中的每个接收线圈组中的单元接收线圈，具有通过使用导线而形成的绕组结构。
多个单元接收线圈可由四个单元接收线圈构成，并且多个接收线圈组中的每个接收线圈组可包括四个单元接收线圈中的任意两个单元接收线圈。
多个接收线圈组中的一部分接收线圈组可包括相同的单元接收线圈。
多个接收线圈组中的每个接收线圈组可包括：接收线圈中被布置在车辆的前后方向上的一组接收线圈，以及接收线圈中被布置在车辆的两侧方向上的一组接收线圈。
该导线可以从供电单元延伸，并被配置成以8字形缠绕在包含于多个发射线圈中的芯上，其中该发射线圈被布置在车辆的前后方向上
附图说明
通过下面的详细描述，并结合附图，本发明的上述及其它目的、特征和优点将会更加显而易见，其中：
图1A和图1B是示出根据现有技术的发射线圈和接收线圈的结构、以及该结构中磁场方向的示意图；
图2A和图2B是示意性地示出具有螺线管式线圈结构的无线充电系统的示意图；
图3是示出根据本发明实施例的发射线圈的芯结构的示意图；
图4是示出根据本发明实施例的发射线圈的线圈绕组结构以及从供电单元提供的电流的方向的示意图；
图5是示出根据线圈绕组结构产生的磁场的方向以及图4所示的电流的方向的示意图；
图6A～6C是示出根据本发明实施例的接收线圈的线圈绕组结构以及连接接收线圈的输出单元的示意图；以及
图7A和图7B是曲线图，示意性地示出在根据本发明实施例的无线充电系统中，基于在发射线圈和接收线圈之间的x方向和y方向上的偏差的接收线圈侧的输出和电力传输效率。
具体实施方式
为了描述本说明书或公开文本中公开的本发明的各种实施方式，在此仅提供具体结构和功能描述。因此，本发明的实施例可以以各种形式被实施，并且本发明不应被理解为局限于本说明书或公开中所描述的实施方式。
本发明的实施方式可被各种修改，且具有各种形式，因此，在附图中示出并将在本说明书或本申请中详细描述具体实施方式。然而，应理解的是，本发明并不限于具体的示例性实施例，而是包括本发明的精神和范围中的所有修改、等同和替换。
本文所用的术语仅是为了描述特定实施例，且不意在限制本发明。如本文所用，单数形式“一”、“一种”和“该”意在也包括复数形式，除非上下文另有明确说明。还将理解的是，术语“包括”和/或“包含”在本说明书中使用时指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组的存在或添加。如本文所用，术语“和/或”包括相关联的列出项中的一个或多个的任何及全部组合。
诸如“第一”和/或“第二”等术语可用于描述各种组件，但所述组件不应理解为限于所述术语。所述术语仅用于区分一个组件与另一个组件。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，“第一”组件可命名为“第二”组件且“第二”组件也可类似地命名为“第一”组件。
应当理解的是当一个组件被称为“连接到”或“联接到”另一元件时，它可直接连接到或直接联接到另一元件，或者连接到或联接到另一元件，具有其他元件介入其间。另一方面，应当理解的是当一个与那件被称为“直接连接到”或“直接联接到”另一元件时，它可连接到或联接到另一元件，而无其他元件介入其间。描述组件之间关系的其他表达式，也就是，“在两者间”、“直接在两者间”或“相邻”、“直接相邻”等应该类似地加以解释。
为了描述具体实施例而不是限制本发明，仅使用本说明书中使用的术语。单数形式意在包括复数形式，除非上下文另有明确说明。还将理解的是，本说明书中使用的术语“包括”或“具有”指定所陈述的特征、步骤、数字、操作、组件、部件或它们的组合的存在，但不排除一个或多个其他特征、数字、步骤、操作、组件、部件或它们的组合的存在或添加。
可以理解的是，本文中所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似的术语包括一般而言的机动车辆，比如包含运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、货车，各种商用车辆的客车、包含各种轮船和舰船的船只、飞行器等等，并且包括混合动力车辆、电动汽车、混合动力电动汽车、氢动力汽车和其它替代燃料汽车(例如，从除了石油以外的资源中取得的燃料)。如在本文中所引用的，混合动力车辆是具有两种或多种动力来源的车辆，例如汽油动力车辆和电动动力车辆二者。
除非另有说明，应当理解的是，本说明书中所用的包括技术术语和科学术语的全部术语具有与由本领域的技术人员理解的那些相同的意义。必须理解的是，词典定义的术语与在相关技术的上下文内的意义相同，并且不应当被理想地或过于正式地定义，除非上下文另有明确说明。
在下文中，将参考附图详细描述本发明的实施例。每个图中提出的相同附图标记表示相同的组件。
图3是示出根据本发明实施例的发射线圈的芯结构的示意图。图4是示出根据本发明实施例的发射线圈的线圈绕组结构、以及从供电单元供给的电流的方向的示意图。图5是示出由线圈绕组结构产生的磁场的方向，以及在图4所示的电流的方向的示意图。
根据本发明实施例的无线充电系统包括：发射线圈模块100和接收线圈模块，该发射线圈模块100包括多个发射线圈110、120、130和140，该接收线圈模块包括多个接收线圈，用于接收由与发射线圈110、120、130和140的电磁共振产生的电力，其中多个发射线圈110、120、130和140具有绕组结构，该绕组结构通过利用一根导线150而形成，以通过使电流在多个发射线圈110、120、130和140中流动，从而使在多个发射线圈110、120、130和140中的任一发射线圈中产生的磁场的方向，不同于在与该任一发射线圈直接相邻的发射线圈中产生的磁场的方向。
具体地，发射线圈模块100包括多个发射线圈110、120、130和140，其中多个发射线圈110、120、130和140中的每个线圈可包括芯112、122、132和142，并且包括导线150的一部分。
当电流如图4所示流动时，如图5所示，在第一发射线圈110中产生的磁场的方向是磁场向上从线圈出来的方向，在第二发射线圈120中产生的磁场的方向是磁场向下进入线圈的方向，在第三发射线圈130中产生的磁场的方向是磁场向上从线圈出来的方向，在第四发射线圈140中产生的磁场的方向是磁场向下进入线圈的方向。也就是说，在第一发射线圈110中产生的磁场的方向，与在与第一发射线圈110相邻的发射线圈，即第二发射线圈120和第四发射线圈140中产生的磁场的方向相反。
多个发射线圈110、120、130和140可包括多个芯112、122、132和142，这些芯以沿水平方向、垂直方向或对角线方向彼此对称的方式布置在发射线圈模块100上；以及一根导线150，缠绕在多个芯112、122、132和142上。发射线圈模块100包括四个单元发射线圈110、120、130和140，其中四个单元发射线圈110、120、130和140中的每一个可包括芯112、122、132和142，以及缠绕在芯112、122、132和142上的导线150的一部分。
发射线圈模块100埋在停车位中，并且可基于车辆的前方、后方以及侧方而形成。也就是说，第一线圈110和第二线圈120与第三线圈130和第四线圈140可被布置成与车辆的前后方向相对应，而第二线圈120和第三线圈130与第一线圈110和第四线圈140可被布置成与车辆的侧方相对应。当图4所示的发射线圈模块100以如上方式被埋藏时，泄漏到车辆侧方的电磁波的量会减少。
导线150的一端从供电单元160延伸，被连接到供电单元160，并且可沿第一方向缠绕在芯112、122、132和142中的包含在第一线圈110中的芯112上，并且可沿第二方向缠绕在包含在第二线圈120中的芯上，该第二线圈120与第一线圈110在水平方向或垂直方向上对称，且被布置成与第一线圈110直接相邻。也就是说，为了使磁场的方向彼此反向(该磁场通过使电流在被布置成直接彼此相邻的发射线圈中流动而产生)，将从供电单元160延伸的导线穿过包含在第一线圈110中的芯112的内部方向的一个表面，穿过包含在第二线圈120中的芯122的外部方向的一个表面，在缠绕第二线圈120之后再次穿过包含在第一线圈110中的芯112的外部方向的一个表面，并且延伸到第四线圈140侧。
接着，导线150穿过包含在第四线圈140中的芯142的内部方向的一个表面，穿过包含在第三线圈130中的芯132的外部方向的一个表面，在缠绕第三线圈130之后再次穿过包含在第四线圈140中的芯142的外部方向的一个表面，并且连接到供电单元160。也就是说，导线150从供电单元160延伸，因此可被配置成以8字形的形状来缠绕被布置在车辆前后方向上的多个发射线圈110与120和130与140中包括的芯112与122和132与142。
例如，导线150可沿第一方向(例如，逆时针方向)缠绕在芯112和132上，其中芯132包含在与第一线圈110沿对角线方向对称的第三线圈130中，并且可沿第二方向(例如，顺时针方向)缠绕在芯122和142上，其中芯142包含在被布置成与第二线圈120沿对角线方向对称的第四线圈140中。缠绕在第四线圈140所包含的芯142上的导线150的另一端，可被连接到供电单元160。
图6A-6C是示意图，示出根据本发明实施例的接收线圈的线圈绕组结构，以及连接到接收线圈的输出单元。图7A和图7B是曲线图，示意性地示出在根据本发明实施例的无线充电系统中，在发射线圈和接收线圈之间的x方向和y方向上存在偏差的情况下，接收线圈侧的输出和电力传输效率。
多个接收线圈205、215、225和235可包括多个芯212、222、232和242，以水平方向、竖直方向、或对角线方向对称的方式布置在接收线圈模块200上。接收线圈模块200可分成多个接收线圈组210、220、230和240，这些接收线圈组包括多个接收线圈205、215、225和235中的一部分接收线圈，其中多个接收线圈组210、220、230和240中的每一个具有通过利用导线260、270、280和290之一形成的绕组结构。
接收线圈模块200包括多个单元接收线圈205、215、225和235，每一个接收线圈具有芯212、222、232和242，其中单元接收线圈205、215、225和235被分成多个接收线圈组210、220、230和240，每个接收线圈组包括多个单元接收线圈205、215、225和235中的一部分单元接收线圈，并且每个接收线圈组的接收线圈具有通过使用一根导线形成的绕组结构。
具体地，多个单元接收线圈包括四个单元接收线圈205、215、225和235，并且接收线圈组210、220、230和240可包括单元接收线圈205、215、225和235中的任何两个单元接收线圈。
参考图6A和图6B，接收线圈205、215、225和235可被分成包含第一接收线圈205和第二接收线圈215的第一组210、包含第三接收线圈225和第四接收线圈235的第二组220、包含第一接收线圈205和第三接收线圈225的第三组230、以及包含第二接收线圈215和第四接收线圈235的第四组240。此外，每个组利用同一导线缠绕。例如，利用第一导线260缠绕构成第一组210的第一接收线圈205和第二接收线圈215，利用第二导线270缠绕构成第二组220的第三接收线圈225和第四接收线圈235。此外，利用第三导线280缠绕构成第三组230的第一接收线圈205和第三接收线圈225，并且利用第四导线290缠绕构成第四组240的第二接收线圈215和第四接收线圈235。
多个接收线圈组210、220、230和240中的一部分接收线圈组可包括相同的单元接收线圈。例如，第一组210和第三组230都包括第一接收线圈205，第二组220和第四组240都包括第四接收线圈235。接收线圈组210、220、230和240可包括接收线圈205、215、225和235中、布置在车辆前后方向上(例如，图中的y方向)的接收线圈组210和220，以及接收线圈205、215、225和235中、布置在车辆两侧方向上的接收线圈组230和240。
参考图7A和图7B，x方向是指车辆的两侧方向，y方向是指车辆的前后方向。也就是说，发射线圈和接收线圈在车辆两侧方向上的对准偏差是左右偏差，发射线圈和接收线圈在车辆前后方向上的对准偏差是前后偏差。如图6C所示，接收线圈被形成使得，即使在任何一个方向上发生偏差，由于在另一个方向上已形成绕组，因此可确保接收线圈的输出和电力传输效率。
如图7A和图7B所示，输出1是指图6A所示的输出单元250的输出，输出2是指图6B所示的输出单元250的输出。也就是说，当在车辆的前后方向(例如，y方向)上发生发射线圈和接收线圈的对准偏差时，输出1突然减小，并且当发射线圈和接收线圈在车辆的两侧方向上的对准偏差增大时，输出2突然减小。然而，可以理解，即使在两侧方向(例如，x方向)上的对准偏差增大时，对于接收线圈的输出，在输出1的情况下比在输出2的情况下更缓慢地减小。此外，可以理解，即使在前后方向(例如，y方向)上的对准偏差增大时，对于接收线圈的输出，在输出2的情况下比在输出1的情况下更缓慢地减小。因此，即使对准偏差在所有方向上都增大，输出1或输出2中的任一输出也能缓慢地减小，因此即使在发射线圈和接收线圈之间在前后方向和两侧方向上都发生偏差，也可以防止输出和电力传输效率突然降低。
根据依照本发明实施例的无线充电系统，甚至在发射线圈和接收线圈对准以彼此匹配时，发射线圈和接收线圈基于x轴和y轴的精确位置彼此偏离，仍然可以防止接收线圈侧的输出以及从发射线圈侧传输到接收线圈侧的电力传输效率突然降低。
此外，可以在不增大线圈尺寸的情况下，通过获得接收线圈侧的输出量以及从发射线圈侧传输到接收线圈侧的电力传输效率，来获得现有技术中需通过增大线圈尺寸才能获得的效果，因此本发明可减小线圈的尺寸，减少所产生的电磁波，并节约成本。
尽管已参照附图中所示的实施方式对本发明进行了描述，然而这些实施方式仅仅是示例。本领域的技术人员应该理解的是，本发明还具有各种变型和等同的实施方式。因此，本发明的实际技术保护范围由所附权利要求限定。

Claims (13)

1.一种车辆的无线充电系统，包括：
发射线圈模块，包括多个发射线圈；以及
接收线圈模块，包括多个接收线圈，所述多个接收线圈接收由与所述多个发射线圈的电磁共振产生的电力，
其中所述多个发射线圈具有由导线形成的绕组结构，所述绕组结构通过使电流在所述多个发射线圈中流动，从而使由所述多个发射线圈中的任一发射线圈产生的磁场的方向，与由与所述任一发射线圈直接相邻的发射线圈产生的磁场的方向不同。
2.如权利要求1所述的无线充电系统，其中：
所述多个发射线圈包括多个芯，所述多个芯以沿水平方向、竖直方向或对角线方向彼此对称的方式布置在所述发射线圈模块上，并且
所述导线缠绕在所述多个芯上。
3.如权利要求2所述的无线充电系统，其中：
所述发射线圈模块包括四个单元发射线圈，所述四个单元发射线圈中的每个单元发射线圈包括：芯，以及缠绕在所述芯上的所述导线的一部分。
4.如权利要求3所述的无线充电系统，其中所述导线的一端连接到供电单元并从所述供电单元延伸，沿第一方向缠绕在所述多个发射线圈中的第一线圈中包含的芯上，并且缠绕在所述多个发射线圈中的第二线圈中包含的芯上，所述第二线圈与所述第一线圈沿水平方向或竖直方向对称，并且所述第二线圈被布置成与所述第一线圈在第二方向上直接相邻。
5.如权利要求4所述的无线充电系统，其中所述导线沿所述第一方向缠绕在所述多个发射线圈中的第三线圈中包含的芯上，并且沿所述第二方向缠绕在所述多个线圈中的第四线圈中包含的芯上，所述第三线圈与所述第一线圈沿对角线方向对称，并且所述第四线圈与所述第二线圈沿对角线方向对称。
6.如权利要求5所述的无线充电系统，其中所述导线的另一端缠绕在所述第四线圈中包含的芯上，并且连接到所述供电单元。
7.如权利要求1所述的无线充电系统，其中所述多个接收线圈包括多个芯，所述多个芯沿水平方向、竖直方向或对角线方向布置在所述接收线圈模块上。
8.如权利要求1所述的无线充电系统，其中：
所述接收线圈模块分为多个接收线圈组，每个所述接收线圈组包括所述多个接收线圈中的一部分接收线圈，并且
所述多个接收线圈组中的每个接收线圈组具有通过使用导线而形成的绕组结构。
9.如权利要求1所述的无线充电系统，其中：
所述接收线圈模块包括多个单元接收线圈，每个所述单元接收线圈具有芯，
所述单元接收线圈分为多个接收线圈组，所述多个接收线圈组包括所述多个单元接收线圈中的一部分单元接收线圈，并且
包含在所述多个接收线圈组中的每个接收线圈组中的单元接收线圈，具有通过使用导线而形成的绕组结构。
10.如权利要求9所述的无线充电系统，其中：
所述多个单元接收线圈由四个单元接收线圈构成，并且
所述多个接收线圈组中的每个接收线圈组包括所述四个单元接收线圈中的任意两个单元接收线圈。
11.如权利要求9所述的无线充电系统，其中所述多个接收线圈组中的一部分接收线圈组包括相同的单元接收线圈。
12.如权利要求9所述的无线充电系统，其中所述多个接收线圈组中的每个接收线圈组包括：所述接收线圈中被布置在所述车辆的前后方向上的一组接收线圈，以及所述接收线圈中被布置在所述车辆的两侧方向上的一组接收线圈。
13.如权利要求2所述的无线充电系统，其中所述导线从供电单元延伸，并被配置成以8字形缠绕在包含于所述多个发射线圈中的芯上，其中所述发射线圈被布置在所述车辆的前后方向上。
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