CN106560905A - 无线充电松耦合变压器及汽车无线充电装置 - Google Patents

无线充电松耦合变压器及汽车无线充电装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无线充电松耦合变压器、及汽车无线充电装置，其中无线充电松耦合变压器包括发射模块和接收模块，发射模块和接收模块相互耦合；其中发射模块包括第一原边磁芯、及原边线圈，原边线圈绕设于第一原边磁芯；接收模块部分包括第一副边磁芯、及副边线圈，副边线圈绕设于第一副边磁芯；原边线圈和/或副边线圈采用扁平线绕制。本发明技术方案减小无线充电松耦合变压器的损耗，提高无线充电松耦合变压器的效率。

Description

无线充电松耦合变压器及汽车无线充电装置
技术领域
本发明涉及变压器技术领域，特别涉及一种无线充电松耦合变压器及汽车无线充电装置。
背景技术
目前电动汽车充电主要采用的是有线充电和无线充电两种方式。有线充电虽然效率较高，但是充电过程不灵活，需要反复插拔充电电缆，存在滑动磨损、导线老化及接触电火花等安全隐患。另外在场地安装方面，充电站的修建与传统加油站类似，受建设场地制约，建设成本很大。
无线充电可以克服上述缺点，采用一个原副边完全分离，无电气连接的松耦合变压器，利用原副边的互相磁场耦合实现电能透过空气在原副边之间进行传输。显然，去掉电动汽车与充电电源的直接电气连接，实现电能的无线传输，则可以使电动汽车在行进过程中频繁充电，并减少在充电过程的人工操作环节。
目前常用的松耦合变压器的线圈通常采用的是单股或多股铜线绕制的方式实现。但是单股铜线制成的线圈存在涡流损耗高的缺点，多股铜线制成的线圈则存在单位面积的铜线利用率低，电流密度高，因此损耗也比较高。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种无线充电松耦合变压器，旨在减小无线充电松耦合变压器的损耗，提高无线充电松耦合变压器的效率。
为实现上述目的，本发明提出了一种无线充电松耦合变压器，所述无线充电松耦合变压器包括发射模块和接收模块，所述发射模块和接收模块相互耦合；其中发射模块包括第一原边磁芯、及原边线圈，所述原边线圈绕设于所述第一原边磁芯；所述接收模块部分包括第一副边磁芯、及副边线圈，所述副边线圈绕设于第一副边磁芯；所述原边线圈和/或所述副边线圈采用扁平线绕制。
优选地，所述无线充电松耦合变压器包括至少两个第一原边磁芯，对应的至少设置有两个原边线圈，所述第一原边磁芯并排设置；所述无线充电松耦合变压器包括至少两个第一副边磁芯，对应的至少设置有两个副边线圈，所述第一副边磁芯并排设置。
优选地，所述发射模块还包括第二原边磁芯，所述接收模块还包括第二副边磁芯；所述第二原边磁芯设置于所述第一原边磁芯的远离所述接收模块的一侧，所述第二副边线圈设置于所述第一副边磁芯的远离所述发射模块的一侧。
优选地，所述第一原边磁芯和第一副边磁芯由多个磁芯单元拼接而成。
优选地，所述无线充电松耦合变压器还包括原边盖板及副边盖板；所述原边盖板设置于所述第二原边磁芯的远离所述第一原边磁芯的一侧；所述副边盖板设置于所述第二副边磁芯的远离所述第一副边磁芯的一侧。
优选地，所述原边盖板及所述副边盖板均为铝制盖板。
优选地，发射模块还包括原边屏蔽线圈，所述原边屏蔽线圈夹设于所述原边盖板与所述第二原边磁芯之间；所述接收模块还包括副边屏蔽线圈，所述副边屏蔽线圈夹设于所述副边盖板与所述第二副边磁芯之间。
优选地，所述原边线圈采用多股铜线绕制且所述副边线圈采用扁平线绕制。
优选地，所述第一原边磁芯及所述第一副边磁芯为铁氧体材料。
本发明还提出一种汽车无线充电装置，所述汽车无线充电装置包括装置电源、发射电路、接收电路、电池、及如上所述的无线充电松耦合变压器；其中，所述发射电路将所述装置电源输出的电能进行转换后通过无线充电松耦合变压器传输至所述接收电路，所述接收电路将输入的电能转换成电池所需电能，对电池进行充电；所述无线充电松耦合变压器包括发射模块和接收模块，所述发射模块和接收模块相互耦合；其中发射模块包括第一原边磁芯、及原边线圈，所述原边线圈绕设于所述第一原边磁芯；所述接收模块部分包括第一副边磁芯、及副边线圈，所述副边线圈绕设于第一副边磁芯；所述原边线圈或/与所述副边线圈采用扁平线绕制。
本发明技术方案通过设置第一原边线圈、第一原边磁芯、第一副边线圈及第一副边磁芯，形成了一种无线充电松耦合变压器。所述原边线圈绕设于所述第一原边磁芯，所述副边线圈绕设于第一副边磁芯。其中，所述原边线圈或/与所述副边线圈采用扁平线绕制，取代了传统的单股铜线或多股铜线绕制成的线圈，降低了线圈损耗，从而提高了无线充电松耦合变压器的传输效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明无线充电松耦合变压器一实施例的结构示意图；
图2为本发明扁平线一实施例的结构示意图；
图3为本发明汽车无线充电装置一实施例的结构示意图。
附图标号说明：
标号 名称 标号 名称
100 发射模块 230 第二副边磁芯
200 接收模块 240 副边屏蔽线圈
110 第一原边磁芯 250 副边盖板
120 原边线圈 10 装置电源
130 第二原边磁芯 20 发射电路
140 原边屏蔽线圈 30 无线充电松耦合变压器
150 原边盖板 40 接收电路
210 第一副边磁芯 50 电池
220 副边线圈
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种无线充电松耦合变压器，应用于电动汽车无线充电装置。
参照图1，在本发明实施例中，该无线充电松耦合变压器包括发射模块100和接收模块200，所述发射模块100和接收模块200相互耦合；其中发射模块100包括第一原边磁芯110、及原边线圈120，所述原边线圈120绕设于所述第一原边磁芯110；所述接收模块200部分包括第一副边磁芯210、及副边线圈220，所述副边线圈220绕设于第一副边磁芯210；所述原边线圈120和/或所述副边线圈220采用扁平线绕制。
在本实施例中，第一原边磁芯110、第一副边磁芯210均成板状。原边线圈120沿着第一原边磁芯110的侧边绕设成长方形，副边线圈220沿着第一副边线圈220的侧边绕设成长方形。
原边线圈120和副边线圈220中至少有一边线圈是采用扁平线绕制的。扁平线的外侧套设有绝缘层。
参照图2，本实施例中，扁平线采用金属铜材料，扁平线呈带状。扁平线的长度△y远大于扁平线的高度△z，且扁平线的高度△z远大于扁平线的宽度△x。
在进行绕制时，原边线圈120或副边线圈220可采用单根扁平线进行多层绕设。进一步地还可以采用多个扁平线并联后，同时进行绕设，以减少漏磁损耗。
本发明技术方案通过设置第一原边线圈120、第一原边磁芯110、第一副边线圈220及第一副边磁芯210，形成了一种无线充电松耦合变压器。所述原边线圈120绕设于所述第一原边磁芯110，所述副边线圈220绕设于第一副边磁芯210。其中，所述原边线圈120或/与所述副边线圈220采用扁平线绕制，取代了传统的单股铜线或多股铜芯绕制成的线圈，降低了线圈损耗，从而提高了无线充电松耦合变压器的传输效率。
进一步地，所述无线充电松耦合变压器包括至少两个第一原边磁芯110，对应的至少设置有两个原边线圈120，两个所述第一原边磁芯110并排设置；所述无线充电松耦合变压器包括至少两个第一副边磁芯210，对应的至少设置有两个副边线圈220，所述第一副边磁芯210并排设置。
需要说明的是，扁平线的刚性较强，为简化绕设线圈时的工艺，对应的可设置多个第一原边磁芯110，以替代单个较大的磁芯。类似的，接收模块200设置有多个第一副边磁芯210，第一副边磁芯210的数量与第一原边磁芯110的数量可以相同也可不同，是具体情况而灵活设置。
进一步地，所述发射模块100还包括第二原边磁芯130，所述接收模块200还包括第二副边磁芯230；所述第二原边磁芯130设置于所述第一原边磁芯110的远离所述接收模块200的一侧，所述第二副边线圈220设置于所述第一副边磁芯210的远离所述发射模块100的一侧。
第二原边磁芯130及第二副边磁芯230采用非晶材料制成，做成较大整块磁芯，通过将第二原边磁芯130贴合设置于第一原边磁芯110的一侧，能够减小第二原边磁芯130缝隙之间的漏磁。同理，通过将第二副边磁芯230贴合设置于第一副边磁芯210的一侧，能够减小第二副边磁芯230缝隙之间的漏磁。
本实施例中，所述第一原边磁芯110及所述第一副边磁芯210为铁氧体材料。
具体地，所述第一原边磁芯110和第一副边磁芯210由多个磁芯单元拼接而成。
但是由于材料特性，铁氧体材料只能做成小块方形磁芯，可以通过小块方形磁芯单元拼接成所需要的磁芯形状。
进一步地，所述无线充电松耦合变压器还包括原边盖板150及副边盖板250；所述原边盖板150设置于所述第二原边磁芯130的远离所述第一原边磁芯110的一侧；所述副边盖板250设置于所述第二副边磁芯230的远离所述第一副边磁芯210的一侧。
本实施例中，所述原边盖板150及所述副边盖板250均为铝制盖板。通过设置盖板，屏蔽了磁场所产生的漏磁，盖板的材料还可以采用其它高电导率、低磁导率的材料构成，例如铜、银等。
进一步地，发射模块100还包括原边屏蔽线圈140，所述原边屏蔽线圈140夹设于所述原边盖板150与所述第二原边磁芯130之间；所述接收模块200还包括副边屏蔽线圈240，所述副边屏蔽线圈240夹设于所述副边盖板250与所述第二副边磁芯230之间。
需要说明的是，通过设置原边屏蔽线圈140和副边屏蔽线圈240，进一步的将磁场所产生的漏磁屏蔽掉。本实施例中，原边盖板150和第二原边磁芯130之间设有两个原边屏蔽线圈140，两个原边屏蔽线圈140靠近无线充电松耦合变压器的外侧并呈对称设置，两个原边屏蔽线圈140由一根导线绕制而成。易于理解的是，副边盖板250和第二副边边磁芯之间设有两个副边屏蔽线圈240，副边屏蔽线圈240的与原边屏蔽线圈140呈对称设置，两个副边屏蔽线圈240也由一根导线绕制而成。
具体地，所述原边线圈120采用多股铜线绕制且所述副边线圈220采用扁平线绕制。
本发明原边线圈120和副边线圈220可以均采用扁平线绕制线圈，原边线圈120和副边线圈220也可以采用不同的线圈绕制。例如原边线圈120采用多股铜线绕制线圈，副边线圈220采用扁平线绕制线圈；也可以是原边线圈120采用扁平线绕制线圈，副边线圈220采用多股线绕制线圈。本实施例中，采用原边线圈120为多股线绕制、副边线圈220采用扁平线绕制的方式。
本发明技术方案中，发射模块100中的第一原边磁芯110、第二原边磁芯130、原边屏蔽线圈140、及原边盖板150依次堆叠设置；接收模块200中的第一副边磁芯210、第二副边磁芯230、副边屏蔽线圈240、及副边盖板250依次堆叠设置；采用多股线制成的原边线圈120沿第一原边磁芯110侧边进行绕设，并采用扁平线制成的副边线圈220沿第一副边磁芯210绕设，该无线充电松耦合变压器具有转换效率较高的优点。
参照图3，本发明还提出一种汽车无线充电装置，所述汽车无线充电装置包括装置电源10、发射电路20、接收电路40、电池50、及如上所述的无线充电松耦合变压器30；其中，所述发射电路20将所述装置电源10输出电能进行转换后通过无线充电松耦合变压器30传输至所述接收电路40，所述接收电路40将输入的电能转换成电池50所需电能，对电池50进行充电。
其中，装置电源10、发射电路20及无线充电松耦合变压器的发射模块(图3中未标示)设置于地表下，无线充电松耦合变压器的接收模块(图3中未标示)、接收电路40及电池50设置于点动汽车上。在电动汽车需要进行充电时，将电动汽车行驶至指定位置，使得发射模块和接收模块相互耦合，便可进行充电。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种无线充电松耦合变压器，其特征在于，所述无线充电松耦合变压器包括发射模块和接收模块，所述发射模块和接收模块相互耦合；其中发射模块包括第一原边磁芯、及原边线圈，所述原边线圈绕设于所述第一原边磁芯；所述接收模块包括第一副边磁芯、及副边线圈，所述副边线圈绕设于第一副边磁芯；所述原边线圈和/或所述副边线圈采用扁平线绕制。
2.如权利要求1所述的无线充电松耦合变压器，其特征在于，所述无线充电松耦合变压器包括至少两个第一原边磁芯，对应的至少设置有两个原边线圈，所述第一原边磁芯并排设置；所述无线充电松耦合变压器包括至少两个第一副边磁芯，对应的至少设置有两个副边线圈，所述第一副边磁芯并排设置。
3.如权利要求2所述的无线充电松耦合变压器，其特征在于，所述发射模块还包括第二原边磁芯，所述接收模块还包括第二副边磁芯；所述第二原边磁芯设置于所述第一原边磁芯的远离所述接收模块的一侧，所述第二副边线圈设置于所述第一副边磁芯的远离所述发射模块的一侧。
4.如权利要求1-3任意一项所述的无线充电松耦合变压器，其特征在于，所述第一原边磁芯和第一副边磁芯均由多个磁芯单元拼接而成。
5.如权利要求4所述的无线充电松耦合变压器，其特征在于，所述无线充电松耦合变压器还包括原边盖板及副边盖板；所述原边盖板设置于所述第二原边磁芯的远离所述第一原边磁芯的一侧；所述副边盖板设置于所述第二副边磁芯的远离所述第一副边磁芯的一侧。
6.如权利要求5所述的无线充电松耦合变压器，其特征在于，所述原边盖板及所述副边盖板均为铝制盖板。
7.如权利要求6所述的无线充电松耦合变压器，其特征在于，发射模块还包括原边屏蔽线圈，所述原边屏蔽线圈夹设于所述原边盖板与所述第二原边磁芯之间；所述接收模块还包括副边屏蔽线圈，所述副边屏蔽线圈夹设于所述副边盖板与所述第二副边磁芯之间。
8.如权利要求7所述的无线充电松耦合变压器，其特征在于，所述原边线圈采用多股铜线绕制且所述副边线圈采用扁平线绕制。
9.如权利要求8所述的无线充电松耦合变压器，其特征在于，所述第一原边磁芯及所述第一副边磁芯为铁氧体材料。
10.一种汽车无线充电装置，其特征在于，所述汽车无线充电装置包括装置电源、发射电路、接收电路、电池、及如权利要求1-9任意一项所述的无线充电松耦合变压器；其中，
所述发射电路将所述装置电源输出的电能进行转换后通过无线充电松耦合变压器传输至所述接收电路，所述接收电路将输入的电能转换成电池所需电能，对电池进行充电。
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