CN109910645A - 无线充电模组及其加工方法、车辆的无线充电装置 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供无线充电模组及其加工方法、车辆的无线充电装置，无线充电模组包括：线圈；屏蔽部件，屏蔽部件用于将线圈的磁感线限制于无线充电模组内；其中，屏蔽部件包括外屏蔽部，外屏蔽部设于线圈的外侧，且外屏蔽部用于减小无线充电模组的漏磁通。无线充电模组设置外屏蔽部后，即使泊车偏移导致发射线圈与接收线圈无法对齐，也能够通过外屏蔽部减小无线充电装置的漏磁通，从而提高发射模组与接收模组之间的耦合系数和传输效率，并降低漏磁通在外界金属中形成涡流的风险，提高充电效率，且增加多个内屏蔽部和/或外屏蔽部时，能够节省成本。通过设置该外屏蔽部，还使得无线充电装置对泊车的准确性要求降低，有助于实现更加自由的无线充电。
Description
【技术领域】
本申请涉及无线充电技术领域，尤其涉及一种无线充电模组及其加工方法、车辆的无线充电装置。
【背景技术】
近些年，新能源汽车尤其是电动汽车在技术推动和政策支持等因素作用下，快速发展。电动汽车充电时间长，必须有专业充电装置才可以实现快速充电等。为了解决电动汽车充电问题，无线充电技术便被引入电动汽车充电领域。采用无线充电功能的汽车在充电时电源和汽车间不设置物理连接，而是通过电磁场能量的转换来实现供电，可以实现快速进入充电状态，甚至可以实现车辆驱动过程中充电等功能。故此，汽车无线充电被加以广泛研究和推广。
无线供电一般采用电磁感应方式，其系统基本构成为发射端线圈模组及电路，接收端线圈模组及电路。其中，发射端线圈模组和接收端线圈模组中，一般包含有线圈，能够将电能转化为磁能。发射端线圈和接收端线圈之间传递转化能量时，两线圈之间的磁通量存在泄漏的风险，泄漏的磁通量在外界金属介质中产生涡流，引发安全风险，同时，磁通量的泄漏导致发射端线圈和接收端线圈之间的磁能传输效率较低。
【申请内容】
有鉴于此，本申请实施例提供了一种无线充电模组及其加工方法、车辆的无线充电装置，用以解决现有技术中因发射端线圈和接收端线圈之间存在磁通量泄漏导致的安全性较低以及磁能传输效率较低的问题。
本申请实施例提供了一种无线充电装置的无线充电模组，用于车辆的无线充电，所述无线充电模组包括：
线圈；
屏蔽部件，所述屏蔽部件用于将所述线圈的磁感线限制于所述无线充电模组内，以便减小所述无线充电模组的漏磁通；
其中，所述屏蔽部件包括外屏蔽部和/或内屏蔽部，所述外屏蔽部设于所述线圈的外侧，所述内屏蔽部设于所述线圈的内孔。
优选地，所述线圈的外侧设置有多个所述外屏蔽部，相邻所述外屏蔽部之间具有间隙，和/或；
所述线圈的内孔设置有多个所述内屏蔽部，相邻所述内屏蔽部之间具有间隙。
优选地，所述外屏蔽部包括外屏蔽框，所述外屏蔽框包围所述线圈。
优选地，沿厚度方向H，所述外屏蔽部具有第一上端面，所述线圈具有第二上端面；
沿所述无线充电模组的高度方向H，所述第一上端面超出所述第二上端面。
优选地，所述屏蔽部件进一步包括下屏蔽部，所述下屏蔽部设于所述线圈的下端。
优选地，所述屏蔽部件包括磁条，所述磁条由非晶金属和/或纳米晶金属制成。
优选地，所述磁条包括多层屏蔽层，各所述屏蔽层包括非晶金属层和/或纳米晶金属层；
所述屏蔽层卷绕形成所述磁条。
优选地，所述屏蔽部件中屏蔽层的屏蔽层平面与所述线圈所在的平面垂直。
优选地，所述屏蔽层的厚度为10～30μm。
同时，本申请实施例还提供一种车辆的无线充电装置，包括：
发射模组；
接收模组，设置于车辆；
其中，所述接收模组与所述发射模组中，至少一者为以上所述的无线充电模组。
另外，本申请实施例进一步提供一种无线充电模组的加工方法，所述无线充电模组为以上所述的无线充电模组，所述加工方法包括下述步骤：
S11：在所述线圈的外侧安装所述外屏蔽部，和/或，在所述线圈的内孔安装所述内屏蔽部。
优选地，所述屏蔽部件进一步包括下屏蔽部；
步骤S11中，进一步在所述线圈的下端安装所述下屏蔽部。
优选地，所述屏蔽部件包括磁条，所述磁条包括多层屏蔽层，其中，所述屏蔽层包括非晶层和/或纳米晶层；
步骤S11之前，还包括：
S101：将所述屏蔽层绕于模具，且绕制后的厚度达到预设厚度时停止；
S102：将绕制完成的所述屏蔽层固化；
步骤S101与S102之间还包括：
S111：将绕制完成的所述屏蔽层进行热处理，且热处理过程在真空或氮气或氩气中进行。本申请中，该无线充电模组设置外屏蔽部和/或内屏蔽部(尤其是多组外屏蔽部和/或多组内屏蔽部)时，由于外屏蔽部和/或内屏蔽部磁导率很高且面积较大，当接收模组相对于发射模组偏移时，发射模组的磁感线能够进入预设的接收模组的屏蔽部件内，并最终进入预设磁通路，减小该无线充电装置的漏磁通，有效增加了无线充电装置的抗偏移能力，并提高发射模组与接收模组之间的耦合系数和传输效率，降低漏磁通在外界金属中形成涡流的风险，提高充电效率。同时，本申请中，减小无线充电装置中的漏磁通并非单纯通过增大模组常规屏蔽部的面积，而是根据需要设置外屏蔽部和/或内屏蔽部来实现，因此，减少了屏蔽材料的使用，能够节省成本，降低无线充电模组的重量。另外，通过设置该屏蔽部件，还使得该无线充电装置对泊车的准确性要求降低，有助于实现更加自由的无线充电。
【附图说明】
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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获得其它的附图。
图1为本申请所提供DD线圈设置屏蔽部件的结构示意图；
图2为本申请所述提供DDQ线圈设置屏蔽部件的结构示意图；
图3为本申请所提供BP线圈设置屏蔽部件的结构示意图；
图4为本申请所述提供圆形线圈设置屏蔽部件的结构示意图；
图5为图4的A-A向剖视图；
图6为本申请中无线充电设备设置外屏蔽部前后的磁感线对比示意图；
图7为图1～3中屏蔽部件在第一种具体实施例中的结构示意图；
图8为图1～3中屏蔽部件在第二种具体实施例中的结构示意图；
图9为图1～3中屏蔽部件在第三种具体实施例中的结构示意图；
图10为图1～3中屏蔽部件在第四种具体实施例中的结构示意图；
图11为图4中屏蔽部件的结构示意图；
图12为屏蔽部件中的磁条在第一种具体实施例中的结构示意图；
图13为屏蔽部件中的磁条在第二种具体实施例中的结构示意图。
附图标记：
1-屏蔽部件；
11-内屏蔽部；
111-第三上端面；12-外屏蔽部；
121-第一上端面；
122-第一下端面；13-下屏蔽部；2-磁条；
21-屏蔽层；
211-屏蔽层平面；
3-线圈；
31-内孔；
32-第一部分；
33-第二部分；
34-第三部分；
35-第二上端面；
A-发射模组；
B-接收模组。
【具体实施方式】
为了更好的理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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它实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
需要注意的是，本申请实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本申请实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。
请参考附图1～13，其中，图1为本申请所提供DD线圈设置屏蔽部件的结构示意图；图2为本申请所述提供DDQ线圈设置屏蔽部件的结构示意图；图3为本申请所提供BP线圈设置屏蔽部件的结构示意图；图4为本申请所述提供圆形线圈设置屏蔽部件的结构示意图；图5为图4的A-A向剖视图；图6为本申请中无线充电设备设置外屏蔽部前后的磁感线对比示意图；图7为图1～3中屏蔽部件在第一种具体实施例中的结构示意图；图8为图1～3中屏蔽部件在第二种具体实施例中的结构示意图；图9为图1～3中屏蔽部件在第三种具体实施例中的结构示意图；图10为图1～3中屏蔽部件在第四种具体实施例中的结构示意图；图11为图4中屏蔽部件的结构示意图；图12为屏蔽部件中的磁条在第一种具体实施例中的结构示意图；图13为屏蔽部件中的磁条在第二种具体实施例中的结构示意图。
车辆的无线充电装置通常包括两部分，即供电部分和受电部分，其中，供电部分包括交流电源、整流和功率因数校正与功放电路、一次侧调谐电路、发射模组A，受电部分包括接收模组B、二次侧调谐电路、整流和车载能量管理电路、蓄电池等部件。充电时，供电部分与受电部分相互靠近，供电部分中的发射模组A流过一定频率的交变电流，通过电磁感应作用，发射模组A周围产生交变磁场，接收模组B处于交变磁场内时，能够在其中产生感应电流，从而将电能从供电部分转移到受电部分，实现无线充电。
然而，发射模组A产生的磁感线并非全部经过接收模组B，因此，并未同时通过发射模组A和接收模组B的磁通称为漏磁通。显然，漏磁通因未经过接收模组B而无法在接收模组B中产生感应电流，导致发射模组A与接收模组B之间的磁能传输效率较低。同时，漏磁通经过外界金属介质时产生涡流，引发安全风险。
如图6a所示，在充电过程中，发射模组A与接收模组B对齐(二者的耦合系数较高)时，发射模组A与接收模组B之间的漏磁通较少，二者之间的磁通传输效率较高，且能够降低漏磁通在外界金属介质中产生涡流的风险。但是，在实际情况下，存在因泊车偏移导致的接收模组B相对于发射模组A偏移的问题，如图6b所示，此时，发射模组A与接收模组B之间的漏磁通较大，不利于磁能传输，且具有较高的安全风险。
现有技术中，为了实现足够的传输功率，通常采用增大发射模组A的面积、或者增加输入电压的方法，但是，上述两种方式成本较高，且增大发射模组A的面积时，导致发射模组A的重量较大，不利于轻量化。
本申请中，通过增设外屏蔽部来减小发射模组A与接模组B之间的漏磁通，从而提高传输效率和安全性。
具体地，本申请实施例提供一种无线充电装置的无线充电模组，用于车辆的无线充电，且在该无线充电装置中，其发射模组A和接收模组B中的至少一者采用本申请所述的无线充电模组。其中，如图1～3所示，该无线充电模组包括：线圈3，当该无线充电模组用作发射模组A时，该线圈3中通入交变电流，并形成交变磁场，当该无线充电模组用作接收模组B时，该线圈3中能够产生感应电流。同时，该无线充电模组还包括屏蔽部件1，该屏蔽部件1用于将磁感线限制于该无线充电装置内。
通常情况下，该屏蔽部件1的材质为为软磁铁氧体，且其与空气的磁导率不同，当屏蔽部件1与空气均处于感应磁场中时，在二者的交界面(屏蔽部件1的表面)上磁导率发生突变，磁感线被强烈地汇聚于磁导率更高的材质中，从而在该屏蔽部件1处形成磁屏蔽。
其中，如图1～6所示，该屏蔽部件1包括外屏蔽部12和/或内屏蔽部11，该外屏蔽部12设于线圈3的外侧，该内屏蔽部11设于线圈3的内孔，且该外屏蔽部12和/或内屏蔽部11用于减小该无线充电模组的漏磁通。
本申请中，该无线充电模组设置外屏蔽部12和/或内屏蔽部11(尤其是多组外屏蔽部12和/或多组内屏蔽部11)时，对比图6b和图6c可知，由于外屏蔽部12和/或内屏蔽部11磁导率很高且面积较大，当接收模组B相对于发射模组A偏移时，发射模组A的磁感线能够进入预设的接收模组B的屏蔽部件1内，并最终进入预设磁通路，减小该无线充电装置的漏磁通，有效增加了无线充电装置的抗偏移能力，并提高发射模组A与接收模组B之间的耦合系数和传输效率，降低漏磁通在外界金属中形成涡流的风险，提高充电效率。同时，本申请中，减小无线充电装置中的漏磁通并非单纯通过增大模组常规屏蔽部的面积，而是根据需要设置外屏蔽部12和/或内屏蔽部11来实现，因此，减少了屏蔽材料的使用，能够节省成本，降低无线充电模组的重量。另外，通过设置该屏蔽部件1，还使得该无线充电装置对泊车的准确性要求降低，有助于实现更加自由的无线充电。进一步地，本申请中，线圈3的外侧设置有多个外屏蔽部12，相邻外屏蔽部12之间具有间隙，和/或；线圈3的内孔设置有多个内屏蔽部11，相邻内屏蔽部11之间具有间隙。
因此，本实施例中，能够进一步增大该屏蔽部件1的覆盖面积，从而进一步减小无线充电模组的漏磁通，且各相邻外屏蔽部12之间具有间隔、相邻内屏蔽部11之间具有间隔还能够减小屏蔽部件1的材料用量，从而降低成本，减小无线充电模组的重量。
本申请中，该无线充电模组是电动汽车无线充电系统中实现电能与磁能相互转化的原件，通常由高电导率部件(线圈3)和高磁导率部件(屏蔽部件1)组成，其中，高电导率部件是电能的导体，通常选择铜丝或利兹线绕制形成，高磁导率部件是磁能的载体，构成磁路的一部分，可提高发射模组A与接收模组B之间的耦合系数，降低磁场在汽车内金属部件引起的涡流损耗，增强无线充电装置的功率密度。
需要说明的是，上述高电导率部件(线圈3)可为本领域常用的各种类型的线圈，包括圆环形线圈、DD线圈、DDQ线圈和BP线圈，其中，圆环形线圈为金属丝绕制形成的圆环形结构，具有绕制简单的优点；如图1所示，DD线圈由两个环形线圈(第一部分32和第二部分33)反向串联形成，能够产生方向相反的磁场，该DD线圈的耦合系数和损耗大于上述圆环形线圈；如图2所示，DDQ线圈是在DD线圈(包括第一部分32和第二部分33)的基础上增加一个Q线圈(第三部分34)，且该Q线圈与DD线圈正交，产生互不影响的磁场，Q线圈与DD线圈分别输出电压，且二者输出的电压经过整流后并联。BP线圈由两个环形线圈(第一部分32和第二部分33)交错反向串联形成，且两环形线圈之间的互感为零，二者互不影响。
以上所述仅为本申请中线圈3的一部分实施例，该线圈3还可为本领域的其他线圈3，只要能够实现电磁感应产生感应电流即可。
具体地，如图1～5所示，该外屏蔽部12包括一个或多个外屏蔽框，该外屏蔽框能够从外侧包围线圈3。
本实施例中，当外屏蔽部12为封闭的外屏蔽框结构时，能够从各个方向对线圈3进行屏蔽，从而能够减小线圈3各方向的漏磁通，进一步提高该无线充电模组的传输效率，减小涡流损耗。
当然，该外屏蔽部件12并非必须为包围线圈3的封闭结构，可根据需要设置，例如，图1～3中，当该线圈3沿长度方向L的两端漏磁通较大时，而沿宽度方向W的两端无漏磁通或漏磁通很小时，可仅在线圈3中沿长度方向L的两端增设该外屏蔽部12，沿宽度方向W的两端无需设置外屏蔽部12。此时，该屏蔽部件1仍然能够有效减小该无线充电模组的漏磁通。
为了进一步减小无线充电模组的漏磁通，该外屏蔽部12还可包括多个外屏蔽框，如图1～3所示的实施例中，在线圈3的外侧设置有两层外屏蔽框。
另外，图1为DD线圈，图2为DDQ线圈，图3为BP线圈，上述三种线圈3的外屏蔽部12为封闭的外屏蔽框时，该外屏蔽框为与线圈3的外轮廓相适配的矩形。图4和图5为圆形线圈，当该圆形线圈的外屏蔽部12为封闭的外屏蔽框时，其屏蔽部件如图11所示，该外屏蔽框为与线圈3的外轮廓相适配的圆形，该形状的外屏蔽框能够在减小漏磁通的同时，减小该外屏蔽部12所占据的面积。
以上所述的外屏蔽部12能够减小无线充电模组外侧的漏磁通，同时，该屏蔽部件1还可包括内屏蔽部11，如图1～11所示，该屏蔽部件1还包括内屏蔽部11，该内屏蔽部11设于线圈3的内孔31。
如图1所示的DD线圈中，第一部分32和第二部分33串联，且该第一部分32和第二部分33均为环形线圈，因此，二者均具有内孔31，磁感线在该内孔31中传递时，存在泄漏的风险，因此，本实施例中，在两环形线圈的内孔31内设置内屏蔽部11，从而减小磁能在该内孔31传递时的漏磁通。
如图2所示的DDQ线圈中，第一部分32与第二部分33均具有内孔31，同时，第三部分34与第一部分32和第二部分33正交后，其与第一部分32和第二部分33之间也形成内孔31，即该线圈3可形成4个内孔31，磁感线在该各内孔31传递时，存在泄漏的风险，因此，本实施例中，在线圈3的各内孔31内设置内屏蔽部11，从而减小磁能在内孔31传递时的漏磁通。
如图3所示的BP线圈中，第一部分32与第二部分33均具有内孔31，同时，第一部分32与第二部分33交错后，二者之间也形成内孔31，且随第一部分32与第二部分33相对位置的差异，该内孔31的大小存在差异，当第一部分32与第二部分33之间形成的内孔31较大时，也可在该内孔31设置内屏蔽部11。
对于圆环形线圈，如图4和图11所示，在该圆环形线圈的中部形成圆环形的内孔，为了减小磁感线在该内孔内传递时的漏磁通，该圆形内孔设置有内屏蔽部11，且该内屏蔽部11为与该内孔的形状相适配的圆形。因此，该线圈3中，内屏蔽部11与外屏蔽部12可为同心圆结构。
进一步地，如图1～3所示，该屏蔽部件1中，还包括下屏蔽部13，沿高度方向H，该下屏蔽部13位于线圈3的下端，即该下屏蔽部13设于线圈3的外侧，该下屏蔽部13具有较高的磁导率，用于实现线圈3的磁屏蔽。
需要说明的是，如图6所示，发射模组A与接收模组B的分布方向定义为该无线充电模组的高度方向H，同时，沿高度方向H，发射模组A靠近接收模组B的一端为“上端”，发射模组A远离接收模组B的一端为“下端”，同理，接收模组B靠近发射模组A的一端为“上端”，接收模组B远离发射模组A的一端为“下端”。因此，发射模组A与接收模组B相对的一端均为“上端”，二者相互远离的一端均为“下端”。基于此，以下所述的“上端面”和“下端面”的定义方式与此相同。
现有技术的无线充电模组中，通常也包括该下屏蔽部13，如图6a和图6b所示，且该下屏蔽部13位于线圈3的外侧，从而能够将磁感线限制在发射模组A与接收模组B的下屏蔽部13之间。但是，现有技术中的屏蔽部件1不包括上述外屏蔽部12和内屏蔽部11，因此，当泊车偏移时，发射模组A与接收模组B之间存在漏磁通，且为了减小该漏磁通，通常采取的方法是增大该下屏蔽部13的面积。而本申请中，通过在线圈3外侧增设外屏蔽部12、在线圈3内部增设内屏蔽部11，能够有效减小发射模组A与接收模组B存在偏移时二者之间的漏磁通。
具体地，如图6c所示，沿该无线充电模组的高度方向H，该外屏蔽部12具有相对设置的第一上端面121和第一下端面122，线圈3具有第二上端面35和第二下端面，内屏蔽部11具有相对设置的第三上端面111和第三下端面，下屏蔽部13具有相对设置的第四上端面和第四下端面。
沿高度方向H，如图6c所示，该无线充电模组中，下屏蔽部13安装于线圈3的第三下端面，内屏蔽部11位于该线圈3的内孔中，外屏蔽部12位于线圈3的外侧，且该内屏蔽部11的第三下端面、外屏蔽部12的第一下端面122均可与下屏蔽部13的下端面平齐，同时，该内屏蔽部11的上端面111、外屏蔽部12的上端面121均超出线圈3的第二上端面35。
因此，该无线充电装置中，沿高度方向H，发射模组A与接收模组B中的两外屏蔽部12之间的距离小于两线圈3之间的距离、两内屏蔽部11之间的距离小于两线圈3之间的距离，且两内屏蔽部11之间、两外屏蔽部12之间的距离越小，发射模组A与接收模组B之间的耦合系数越高，二者之间的传输效率越高。
同时，本申请中的屏蔽部件1中，内屏蔽部11、外屏蔽部12和下屏蔽部13为分体式结构，即三者相对独立，可单独加工，并分别安装于线圈3。
当然，上述内屏蔽部11、外屏蔽部12与下屏蔽部13也可为一体式结构，同时满足内屏蔽部11和外屏蔽部12相对于下屏蔽部13向上凸出，本实施例中，当上述三个屏蔽部相对独立时，可实现三者具有不同的厚度，且能够降低加工难度。
以上各实施例中，当线圈3为DD线圈、DDQ线圈、BP线圈时，其屏蔽部件1的结构如图7～10所示，其中，该屏蔽部件1中，外屏蔽部12为封闭的外屏蔽框，下屏蔽部13为条形结构，内屏蔽部11为封闭的内屏蔽框，或者为条形结构。
如图7和图8所示，该内屏蔽部11与下屏蔽部13处于同一平面时，在设置内屏蔽部11的位置，下屏蔽部13断开，以避让内屏蔽部11。如图8和图9所示，该内屏蔽部11与下屏蔽部13不处于同一平面时，即内屏蔽部11位于下屏蔽部13的上方或下方时，该下屏蔽部13为完整的结构，二者空间上错开。
另一方面，如图7和图9所示的实施例中，其内屏蔽部11为条状结构，当线圈3的内孔31尺寸较小时，可采用该实施例中的结构。如图7和图9所示的实施例中，其内屏蔽部11为一个或多个封闭的内屏蔽框，当线圈3的内孔31尺寸较大时，可采用该实施例中的结构，且可根据内孔31的大小设置内屏蔽框的尺寸和个数。
如图4和图11所示，当线圈3为圆环形线圈时，其内屏蔽部11与外屏蔽部12为同心的圆形结构，下屏蔽部13为条状结构，且各下屏蔽部13沿圆环线圈3的直径方向分布。
对于电动车辆的无线充电装置，发射模组A与接收模组B之间不仅具有较高的耦合系数，还需具有较低涡流损耗，由于软磁铁氧体材料在100kHz时具有较低的损耗，现有技术中，下屏蔽部通常采用铁氧体材料制成，即上述各实施例中的内屏蔽部11、外屏蔽部12和下屏蔽部13均可为铁氧体材料制成。
但是，该铁氧体的饱和磁感应强度较低，一般只有0.4～0.5T，为了使得大功率高磁感应强度时的下屏蔽部13不饱和，该下屏蔽部13需具有较大的体积，从而导致该无线充电模组的重量较大，不利于实现轻量化。其中，饱和磁感应强度指的是输入的交变电流增加到某个值时产生的磁通不再增加的现象，当达到线圈的饱和磁感应强度时，容易导致无线充电模组发热。
因此，本申请中，在保证无线充电模组具有较大的饱和磁感应强度的前提下，尽量减小无线充电模组的体积，主要通过采用饱和磁感应强度较大的材料实现。
具体地，以上各实施例中，屏蔽部件1中的内屏蔽部11、外屏蔽部12和下屏蔽部13均可包括一个或多个磁条2，且该磁条2可为非晶金属和/或纳米晶金属，其中，非晶和纳米晶为金属所处的两个状态。
金属在制备的过程中，从液态到固态是个自然冷却慢慢凝固的过程，这个过程中原子会自行、重新有规则地排列，这时形成的结构为晶体，实际上是多晶的结构。如果在液态金属的凝固过程中用一个超快的冷却速度冷却，此时原子处于杂乱无序的状态，还来不及重新排列就会瞬间被冻结，形成的结构就是非晶态。纳米晶是在非晶态的基础上通过特殊的热处理，使金属形成晶核并长大，并控制晶粒大小在纳米级别，此时形成的结构为纳米晶。
非晶金属和纳米晶金属均具有较高的饱和磁感应强度，与现有技术中的铁氧体相比，当损耗在100kHz时，非晶金属和纳米晶金属的饱和磁感应强度可达1.2～1.7T，远高于铁氧体的0.4～0.5T。同时，非晶金属和纳米晶金属的磁导率、激磁电流和铁损均较小。另外，纳米晶还能够实现定向控制磁导率和抗饱和磁场，其磁导率可在1000～30000内调节，且其可调抗饱和磁场可达30～350A/m，因此，除上述优势外，纳米晶还能够实现特殊的设计，具有较高的适用性。
本申请中，当屏蔽部件1采用非晶金属和/或纳米晶金属时，与采用传统的铁氧体材质相比，相同体积下，能够大大提高屏蔽部件1的饱和磁感应强度，从而有助于减小屏蔽部件1的体积，相较于现有的铁氧体屏蔽部件1，采用纳米晶时屏蔽部件1的体积能够减小一半以上，从而减小该屏蔽部件1和无线充电模组的重量。同时，纳米晶的磁导率比铁氧体高5～15倍，从而能够进一步减小无线充电模组的体积和重量。
其中，上述非晶金属可为铁基非晶合金、铁镍基非晶合金等，对于铁基非晶合金，其组成为：以铁元素为主，加入少量的Si、B等。纳米晶金属可为铁基纳米晶合金等，对于铁基纳米晶合金，其组成为：以铁元素为主，加入少量的Nb、Cu、Si、B等。当然，还可采用其他类型的非晶金属、纳米晶金属。
具体地，如图12和图13所示，形成上述屏蔽部件1的磁条2中，包括多层屏蔽层21，且各屏蔽层21为非晶层和/或纳米晶层，且各屏蔽层21卷绕形成上述磁条2。
如图12所示的实施例中，该磁条2为跑道形结构，如图13所示的实施例中，该磁条2为椭圆形结构，且该磁条2中的各屏蔽层2还可为不封闭结构，例如，磁条2可为图12所示的一部分。本申请中，对磁条2的具体结构和形状不做限定，只要能够形成屏蔽部件1即可。
更具体地，该屏蔽层21的厚度为10～30μm，例如，可为20μm。当该屏蔽层21厚度较小时，在该屏蔽层21中产生的涡流较小，从而能够减小该无线充电模组中屏蔽部件1的涡流损耗。
更具体地，如图4和图5所示，以圆形线圈为例，屏蔽部件1中各屏蔽件的屏蔽层21所在的屏蔽层平面211与线圈3所在的平面垂直。其中，“屏蔽层平面211”指的是内屏蔽件11、外屏蔽件12、下屏蔽件13中屏蔽层21所在的平面，如图5所示的实施例中，屏蔽层平面211与长度方向L垂直，同时，“线圈3所在的平面”指的是线圈3的卷绕方向所在的平面，如图5所示的实施例中，线圈3所在的平面与高度方向H垂直，因此，屏蔽层平面211与线圈3所在的平面垂直或大致垂直。
如此设置，通过线圈3的磁感线与屏蔽层21所在的平面平行或近似平行，从而使得该屏蔽层21中的磁感线方向与线圈3的卷绕方向平行，在屏蔽部件1中产生的涡流被限制在该屏蔽层21内，从而进一步减小该屏蔽部件1的涡流损耗。
综上，本申请中，通过在线圈3中增设外屏蔽部12，并将外屏蔽部12设置为非晶和/或纳米晶材质的结构，使得该无线充电模组漏磁通较小，从而使得无线充电装置的发射模组A和吸收模组B之间具有较高的耦合系数，提高充电效率。同时，该无线充电模组的屏蔽部件1还具有较大的饱和磁感应强度，从而能够减小无线充电模组的体积和重量，有助于实现轻量化。另外，该屏蔽部件1中屏蔽层21垂直于线圈3的平面，能够起到抑制涡流的作用，从而减小该无线充电模组的涡流损耗。
同时，本申请实施例还提供一种车辆的无线充电装置，包括：
发射模组A；
接收模组B，设置于车辆；
其中，该接收模组B与发射模组A中，至少一者为以上任一实施例中所述的无线充电模组。
由于该无线充电模组具有上述技术效果，包括该无线充电模组的无线充电装置也应具有相应的技术效果，此次不再赘述。
另外，需要说明的是，该无线充电装置中，发射模组A位于车辆的外部，因此，对体积和重量的要求不严格，因此，当上述无线发电模组用于发射模组A时，屏蔽部件1可采用传统的铁氧体材料，以降低成本。当发射模组A与接收模组B均设置外屏蔽部件12时，如图6c所示，二者的外屏蔽部件12相互配合，使得该无线发电装置具有更高的抗偏移能力。
另外，本申请实施例进一步提供一种无线充电模组的加工方法，其中，该无线充电模组为以上所述的无线充电模组，该无线充电模组的加工方法包括下述步骤：
所述加工方法包括下述步骤S11：在线圈3的外侧安装外屏蔽部12，和/或，在线圈3的内孔31安装内屏蔽部11。
如上所述，通过在线圈3的外侧安装外屏蔽部12，和/或，在线圈3的内孔31安装内屏蔽部11，能够提高该无线充电模组的抗偏移能力，减小其漏磁通。
同时，该屏蔽部件1还包括下屏蔽部13，因此，上述步骤具体为S11：在线圈3的外侧安装外屏蔽部12，并在线圈3的内孔31安装内屏蔽部11，同时，在线圈3的下端安装下屏蔽部13。
可以理解，步骤S11中，安装外屏蔽部12、安装内屏蔽部11以及安装下屏蔽部13没有严格的先后顺序，可根据实际情况任意选择。
具体地，该屏蔽部件1中的内屏蔽部11、外屏蔽部12、下屏蔽部13包括一个或多个磁条2，且该磁条2包括多层屏蔽层21，其中，该屏蔽层21为非晶层和/或纳米晶层。
基于该结构，步骤S11之前，还包括下述步骤：
S101：将屏蔽层21绕于模具，且绕制后的厚度达到预设厚度时停止。
其中，该步骤中的模具可根据实际情况选择，且屏蔽层21绕制的厚度也可跟实际情况选择。
S102：将绕制完成的屏蔽部件1固化。
固化时，可采用环氧树脂浸渍固化的方式进行。
进一步地，步骤S101与S102之间还可包括下述步骤S111：将绕制完成的屏蔽部件1进行热处理，且热处理过程在真空或氮气或氩气中进行，能够防止热处理后的屏蔽部件1氧化。
具体地，当屏蔽层21为非晶层时，热处理的温度为350～450℃、预设时间为0.5～5h，热处理后，能够消除或减小非晶层中的应力；由于非晶态具有良好的加工性能，上述纳米晶层在成型前处于非晶态，将该非晶态材料卷绕固定后进行热处理，热处理温度为500～600℃、预设时间为0.5～5h时，该非晶层能够处于纳米晶态，然后进行浸渍固定。
以包括圆环形线圈的无线充电模组为例，其加工方法可包括下述步骤：
(1)分别将18～20μm的1k107B(型号)非晶层(宽度10mm)在扁平模具上绕制跑道状长条磁体2，模具宽度140mm，厚度1mm，且单侧绕制厚度为5mm。
(2)使用圆形模具绕制圆环状磁体，材料规格同上。且模具直径400mm，单侧绕制厚度5mm，形成外屏蔽部12；
(3)使用圆形模具绕制圆环状磁体，材料规格同上。且模具直径80mm，单侧绕制厚度5mm，形成内屏蔽部11；
(4)将以上各磁条2使用夹具固定，然后在500～600℃高温环境下热处理，该热处理过程在在真空或者氮气或者氩气气氛中进行，且热处理时间为0.5～5h；
(5)热处理完毕的磁条2经过环氧树脂浸渍固化后，拆除夹具；
(6)将6个步骤(1)中的磁条2、1个步骤(2)中的磁条2以及1个步骤(3)中的磁条2进行组合，形成图12所示的屏蔽部件1；
(7)将0.08mm×2500股丝包线(直径5.6mm)绕制形成圆环形线圈，内径180mm；
(7)使用环氧树脂将圆环形线圈与上述屏蔽部件1进行固定。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。
Claims (13)
1.无线充电装置的无线充电模组，其特征在于，用于车辆的无线充电，所述无线充电模组包括：
线圈；
屏蔽部件，所述屏蔽部件用于将所述线圈的磁感线限制于所述无线充电模组内，以便减小所述无线充电模组的漏磁通；
其中，所述屏蔽部件包括外屏蔽部和/或内屏蔽部，所述外屏蔽部设于所述线圈的外侧，所述内屏蔽部设于所述线圈的内孔。
2.根据权利要求1所述的无线充电模组，其特征在于，所述线圈的外侧设置有多个所述外屏蔽部，相邻所述外屏蔽部之间具有间隙，和/或；
所述线圈的内孔设置有多个所述内屏蔽部，相邻所述内屏蔽部之间具有间隙。
3.根据权利要求1所述的无线充电模组，其特征在于，所述外屏蔽部包括外屏蔽框，所述外屏蔽框包围所述线圈。
4.根据权利要求1所述的无线充电模组，其特征在于，沿厚度方向H，所述外屏蔽部具有第一上端面，所述线圈具有第二上端面；
沿所述无线充电模组的高度方向H，所述第一上端面超出所述第二上端面。
5.根据权利要求1所述的无线充电模组，其特征在于，所述屏蔽部件进一步包括下屏蔽部，所述下屏蔽部设于所述线圈的下端。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的无线充电模组，其特征在于，所述屏蔽部件包括磁条，所述磁条由非晶金属和/或纳米晶金属制成。
7.根据权利要求6所述的无线充电模组，其特征在于，所述磁条包括多层屏蔽层，各所述屏蔽层包括非晶金属层和/或纳米晶金属层；
所述屏蔽层卷绕形成所述磁条。
8.根据权利要求7所述的无线充电模组，其特征在于，所述屏蔽部件中屏蔽层的屏蔽层平面与所述线圈所在的平面垂直。
9.根据权利要求7所述的无线充电模组，其特征在于，所述屏蔽层的厚度为10～30μm。
10.车辆的无线充电装置，其特征在于，包括：
发射模组；
接收模组，设置于车辆；
其中，所述接收模组与所述发射模组中，至少一者为权利要求1～9中任一项所述的无线充电模组。
11.无线充电模组的加工方法，所述无线充电模组为权利要求1～9中任一项所述的无线充电模组，所述加工方法包括下述步骤：
S11：在所述线圈的外侧安装所述外屏蔽部，和/或，在所述线圈的内孔安装所述内屏蔽部。
12.根据权利要求11所述的加工方法，其特征在于，所述屏蔽部件进一步包括下屏蔽部；
步骤S11中，进一步在所述线圈的下端安装所述下屏蔽部。
13.根据权利要求12所述的加工方法，其特征在于，所述屏蔽部件包括磁条，所述磁条包括多层屏蔽层，其中，所述屏蔽层包括非晶层和/或纳米晶层；
步骤S11之前，还包括：
S101：将所述屏蔽层绕于模具，且绕制后的厚度达到预设厚度时停止；
S102：将绕制完成的所述屏蔽层固化；
步骤S101与S102之间还包括：
S111：将绕制完成的所述屏蔽层进行热处理，且热处理过程在真空或氮气或氩气中进行。
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| CN110276141A (zh) * | 2019-06-26 | 2019-09-24 | 中国人民解放军陆军装甲兵学院 | 一种螺线管线圈磁场的优化方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109910645B (zh) | 2024-10-29 |
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