CN112865331B - 实现双排同边线圈解耦的模块化无线充电系统 - Google Patents

实现双排同边线圈解耦的模块化无线充电系统 Download PDF

Info

Publication number
CN112865331B
CN112865331B CN202110079867.0A CN202110079867A CN112865331B CN 112865331 B CN112865331 B CN 112865331B CN 202110079867 A CN202110079867 A CN 202110079867A CN 112865331 B CN112865331 B CN 112865331B
Authority
CN
China
Prior art keywords
coils
winding
mutual inductance
coil
magnetic core
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110079867.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112865331A (zh
Inventor
钟文兴
朱晨
徐德鸿
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang University ZJU
Original Assignee
Zhejiang University ZJU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University ZJU filed Critical Zhejiang University ZJU
Priority to CN202110079867.0A priority Critical patent/CN112865331B/zh
Publication of CN112865331A publication Critical patent/CN112865331A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112865331B publication Critical patent/CN112865331B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/12—Inductive energy transfer
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/40—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using two or more transmitting or receiving devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Abstract

本发明公开了一种实现双排同边线圈解耦的模块化无线充电系统，该系统包括两个以上的功率发射器或者功率接收器，所述的功率发射器包含有驱动电源、发射补偿网络和发射线圈，所述的功率接收器包含有接收线圈、接收补偿网络和整流器，所述的接收线圈或发射线圈采取双排放置的摆放方法，通过每一个接收线圈和/或发射线圈对应连接一个或两个多绕组解耦器，用以消除同边的接收线圈或发射线圈之间的互感影响，实现接收线圈和/或发射线圈的解耦；本发明可以用于消除同边线圈之间的互感影响，从而对提高模块化无线充电系统传输效率、降低系统控制难度具有重要意义。

Description

实现双排同边线圈解耦的模块化无线充电系统
技术领域
本发明涉及无线电能传输技术领域，特别涉及一种实现双排同边线圈解耦的模块化无线充电系统。
背景技术
无线电能传输技术因其安全便捷的特性而被广泛应用于各种用电设备，比如移动终端、医疗设备以及电动汽车等等。作为无线充电大功率应用的代表，电动汽车无线充电技术，由于具有高效便利、维护成本低、不受环境影响等一系列优点备受关注。虽然目前中低功率无线充电技术已经得到一定发展，但大功率无线快充仍在研究当中。多线圈的无线传能技术有利于突破传统单通道无线充电的局限性，由于同边线圈之间存在的互感导致同边功率器中电流受到影响，不仅仅会降低系统的效率，同时使得系统的控制存在较大难度，所以目前还没有实际应用
发明内容
本发明的目的在于，提供一种实现双排同边线圈解耦的模块化无线充电系统。本发明可以消除双排排列同边线圈之间的互感影响，大大提高了系统的无线电能传输效率和降低了系统的控制难度。
本发明的技术方案：实现双排同边线圈解耦的模块化无线充电系统，该系统包括两个以上的功率发射器或功率接收器，所述的功率发射器包含有驱动电源、发射补偿网络和发射线圈，所述的功率接收器包含有接收线圈、接收补偿网络和整流器，所述的接收线圈或发射线圈采取双排放置的摆放方法，通过同边的接收线圈和/或发射线圈连接多绕组解耦器，用以消除同边的接收线圈和/或发射线圈之间的互感影响，实现接收线圈和/或发射线圈的解耦。
上述的实现双排同边线圈解耦的模块化无线充电系统，当同边的接收线圈和/或发射线圈数量为四个时，所连接的多绕组解耦器为一个，用于消除同边的接收线圈和/或发射线圈的互感；当同边的接收线圈和/或发射线圈大于四个时，所连接的多绕组解耦器包括一个主要的多绕组解耦器和一个辅助的多绕组解耦电感器；主要的多绕组解耦器用于消除同边的接收线圈和/或发射线圈的互感，辅助的解耦电感器用于进一步消除中间同列的发射线圈和/或接收线圈的互感。
前述的实现双排同边线圈解耦的模块化无线充电系统，所述的多绕组解耦器包括一主磁回路，主磁回路包括一主磁芯，主磁芯的外部设置有与对应的接收线圈或发射线圈相连接的绕组，通过调整相邻绕组之间的互感值，使该互感值与对应接收线圈或发射线圈间的互感值大小相等，极性相反，用于消除同边线圈之间的互感影响。
前述的实现双排同边线圈解耦的模块化无线充电系统，所述的主磁芯的外部还设有用于调整不同绕组间的互感值的辅助磁回路，所述的辅助磁回路包括设置在主磁芯侧部的辅助磁芯，辅助磁芯覆盖在相邻的绕组上，且辅助磁芯的两端设有磁条，磁条与主磁芯之间存在气隙，通过调整磁条尺寸以及位置和/或调整辅助磁芯的数量、尺寸以及位置，也即调整辅助磁回路中磁条与主磁芯之间气隙，来对相邻绕组的互感值进行调整。
前述的实现双排同边线圈解耦的模块化无线充电系统，所述辅助磁芯的中部开通孔形成两根孔柱，孔柱上设有与对角分布的两个发射线圈或两个接收线圈对应绕制在主磁芯上的绕组连接的次绕组。
前述的实现双排同边线圈解耦的模块化无线充电系统，相邻绕组上覆盖的辅助磁芯与另外相邻绕组上覆盖的辅助磁芯处于主磁芯的不同侧面。
前述的实现双排同边线圈解耦的模块化无线充电系统，对于任意双排放置的接收线圈或发射线圈，同边的接收线圈或发射线圈间互感均为负值，所配置的多绕组解耦器的绕组间互感均为正值，使其与对应接收线圈或发射线圈间的互感值大小相等，极性相反，用于消除互感。
前述的实现双排同边线圈解耦的模块化无线充电系统，所述主磁芯为磁柱、不闭合磁环、空气磁芯或一不闭合的多边形磁芯。
前述的实现双排同边线圈解耦的模块化无线充电系统，多绕组解耦器产生新的自感，将新的自感与接收线圈或发射线圈自感相加后作为总的自感求解得到补偿电容。
前述的实现双排同边线圈解耦的模块化无线充电系统，相隔多个线圈的两个接收线圈或发射线圈和相隔多个绕组的两个绕组之间的互感与气隙长度间满足安培环路定理，用于抵消相隔多个线圈间的两个接收线圈或发射线圈的互感。
与现有技术相比，本发明通过同边的接收线圈和/或发射线圈连接一个或两个多绕组解耦器，用以消除同边的接收线圈和/或发射线圈之间的互感影响，此处的同边线圈互感影响不仅仅指相邻的两个同边线圈互感的影响，也包括相隔了一个线圈的两个同边线圈互感的影响，并且本发明对相隔多个同边线圈的两个同边线圈互感的影响也有一定抵消作用。由此本发明可以消除同边线圈之间的互感影响，从而对提高模块化无线充电系统传输效率、降低系统控制难度具有重要意义。此外，本发明进一步地提出了多绕组解耦器的设置结构，通过将多个绕组构成的主磁回路，在主磁回路的外部设置辅助磁芯构成多个辅助磁回路，辅助磁芯与主磁芯之间设有磁条；在辅助磁芯的中部开通孔形成两根孔柱，将对角分布的两个发射线圈或两个接收线圈对应绕制在主磁芯绕组通过出线的方式再同向绕制在孔柱上，由此可以通过调整磁条尺寸以及位置和/或调整辅助磁芯的数量、尺寸以及位置，也即调整辅助磁回路中磁条与主磁芯之间气隙，来对相邻绕组的互感值进行调整，具有极好的电感调整效果，达到更好的解耦效果。本发明不会在不同功率发射器或功率接收器之间建立电气连接，在功率接收器的负载端或功率发射器的输入端并联情况下不会通过全桥电路产生新的回路，不存在实现问题。本发明相隔多个线圈的两个接收线圈或发射线圈和相隔多个绕组的两个绕组之间的互感与气隙长度间满足安培环路定理，还能抵消相隔多个线圈间的两个接收线圈或发射线圈的互感，具有良好的延伸性。
附图说明
图1是单通道无线电能传输系统的功能结构框图；
图2是单排多线圈系统示意图；
图3是根据一个实施例的示范性四个同边线圈系统的平面示意图；
图4是本发明的解耦电路图；
图5是实施例中多绕组解耦器的平面结构示意图；
图6是实施例中多绕组解耦器的立体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例：实现双排同边线圈解耦的模块化无线充电系统，如图1所示，该系统包括由多个功率发射器109将电能无线传输至一个或者多个功率接收器110，每个所述的功率发射器109包含有驱动电源101、发射补偿网络102和发射线圈103，驱动电源101输出高频交流电，加在发射补偿网络102和发射线圈103上，从而使得功率发射器109产生高频交变磁场，发射补偿网络102可包含电容器和/或电感器，常用补偿电容与发射线圈串联补偿的形式，可以抵消功率发射器109中的无功功率；每个所述的功率接收器110包含有接收线圈104、接收补偿网络105和整流器106，整流器106连接有负载107，接收线圈104因功率发射器109产生的高频交变磁场而产生高频交流电，经过接收补偿网络105之后将高频交流电输入整流器106补偿网络105可包含电容器和/或电感器，常用补偿电容与发射线圈串联补偿的形式，可以抵消功率接收器110中的无功功率。整流器106将高频交流电整流为直流电，并将电能提供给负载107，从而实现电能的无线传输。发射线圈103和接收线圈104可配置为包含空芯或实芯，例如铁氧体磁芯。含有铁氧体磁芯的线圈可更好地将能量从功率发射器109传输至功率接收器110。
为了提高无线电能传输的传输距离以及提升无线电能传输系统的偏位能力，在某些实施例中，无线电能传输系统可包含多个功率发射器或多个功率接收器，图2为单排多线圈系统示意图。在一些实施例中，多个同边的接收线圈或发射线圈可单个并排等距放置。在一些实施例中，多个同边的接收线圈或发射线圈可单个并排非等距放置。在一些实施例中，当多个同边的接收线圈或发射线圈单个并排放置时，同边的接收线圈或发射线圈之间存在耦合，尤其是不仅相邻的同边的接收线圈或发射线圈存在耦合，相隔一个线圈之间也存在较强耦合，此情况下不利于无线电能传输系统的控制，并且会一定程度降低系统效率。
图3为根据一个实施例的示范性六个同边线圈系统的平面示意图。如图所示，包含第一功率同边线圈201、第二功率同边线圈202、第三功率同边线圈203、第四功率同边线圈204、第五功率同边线圈205和第六功率同边线圈206。在某一些常见实施例中，功率器中的同边线圈包含磁芯。在这种情况下，主要考虑抵消相邻和对角排布的两线圈或相隔一个线圈的两线圈之间互感的影响，对相隔多个线圈，例如第一功率同边线圈201与第四功率同边线圈204之间的互感的影响仅抵消一部分。此外，六个功率器中的同边线圈双排等距或不等距布置。六个功率器中的同边线圈所有参数均相同，有利于功率同边器的模块化。在一些实施例中，同边线圈可改变为其他形状，如圆形、椭圆形等。
如图4所示采用本发明的解耦电路图，该系统中四个及以上同边的接收线圈或发射线圈采取双排放置的摆放方法，本次实施例中以六个同边的接收线圈或发射线圈(以下部分内容简称同边线圈，是指同一边的接收线圈和/或同一边的发射线圈)为例。通过同边的接收线圈或发射线圈连接一个或两个多绕组解耦器，用以消除同边的接收线圈或发射线圈之间的互感影响，实现接收线圈和/或发射线圈的解耦。
为了得到满足上述步骤的多绕组解耦器，需要找到一个使所有绕组间互感均为正的方法并且要得到相互解耦的两个设计参数，分别配置使相邻或相隔一个绕组的两绕组间互感值大小与相邻或相隔一个线圈的两线圈间互感值大小相等，本次实施例具体所述多绕组解耦器包括一主磁回路，所述主磁回路如图5-6所示，主磁柱(即主磁芯，在其他实施例中，也可以是一个不闭合的多边形磁芯或者一个C型磁芯)或者空气磁芯上的绕组自下而上设有绕组，根据仿真得到的互感系数和实际线圈间的互感值决定绕组匝数，绕组按照绕组1、绕组2的顺序依次排列，则在绕组1、绕组2、绕组3和绕组4的侧面添加两根或数根新的辅助磁芯，并在辅助磁芯与主磁柱间添加磁条对辅助磁回路气隙大小进行调整，磁条采用不导磁材料制成；在绕主磁柱旋转一定角度后的位置在绕组3、绕组4、绕组5、绕组6的侧面添加两根或数根新的磁芯并添加磁条；以此类推。所添加的侧面磁芯中部开长条形的通孔，将对角分布的两个发射线圈或两个接收线圈对应绕制在主磁芯绕组通过出线的方式再同向绕制在孔柱上，例如绕组1和绕组3的出线分别在其中一个辅助磁芯的通孔的左侧和右侧同向绕制一定圈数后引出；同样的，绕组2和绕组4的出线分别同向绕制在另一片侧面辅助磁芯的通孔的左侧和右侧，以此类推。为了方便表示，将绕组1、绕组2在侧面磁芯上的绕组分别记为绕组1*，绕组2*等。需要注意，绕组1与绕组1*为同一个绕组，该绕组的出线一端从绕组1*引出，另一端从绕组1引出。需要说明的是，绕组间互感正负关系(更改绕制方向进行调整)配置为主磁回路中绕组互感均为正，主磁回路绕组与辅助磁芯绕组间互感均为负，同一个辅助磁芯上的两个绕组互感均为负。通过调整绕组间的间距使相隔一个绕组的两绕组间的互感符合要求并使绕组间的互感分布基本对称(由于边缘效应，磁柱两端绕组的间距要更近)，通过改变磁条长度更改辅助磁回路中气隙的长度对相邻绕组的互感值进行调整。在其他实施例中，还可以通过调整磁条尺寸以及位置和/或调整辅助磁芯的数量、尺寸以及位置，来对相邻绕组的互感值进行调整。相隔多个线圈的两个接收线圈或发射线圈和相隔多个绕组的两个绕组之间的互感与气隙长度间满足安培环路定理，用于抵消相隔多个线圈间的两个接收线圈或发射线圈的互感。
以下进行互感值调整的具体说明，定义多绕组解耦器中任意互感系数与绕组1和绕组2间的互感系数的比值为该互感系数的归一值，首先调整主磁回路的绕组间距以及主磁柱与侧面辅助磁芯间的磁条长度，对互感系数进行粗略配置，确保应配置相等的互感系数基本对称。然后，假设主磁回路中绕组匝数均为N1，侧面辅助磁芯中绕组匝数均为N2，通过仿真得到互感系数，分别列写相邻和对角分布两线圈的互感、所对应绕组间的互感系数、匝数N1和N2的方程组如下：
Figure BDA0002908771690000081
式中：M1T2T表示线圈1与线圈2之间的互感，M12表示绕组1与绕组2之间的互感，M1*2表示绕组1*与绕组2之间的互感，M12*表示绕组1与绕组2*之间的互感，M1T3T表示线圈1与线圈3之间的互感，M1*3*表示绕组1*与绕组3*之间的互感；对方程组求解得N1与N2的值。
列写相邻和相隔一个线圈的互感比值、对应绕组间的互感系数归一值和匝数比
Figure BDA0002908771690000082
的表达式如下：
Figure BDA0002908771690000091
式中的各参数含义与前式类似。
将N1与N2的比值代入，得到相隔一个线圈对应的绕组应配置的互感系数归一值；同步调整侧面辅助磁芯和磁条的宽度，此处宽度的变化几乎不会对主磁回路绕组与侧面辅助磁芯绕组间的互感系数归一值以及同一侧面辅助磁芯的通孔两侧绕组的互感系数归一值产生影响，但对相隔一个线圈的两线圈所对应的两个绕组的互感系数归一值影响很大，所以通过更改宽度可以在不影响相邻或对角分布线圈所对应绕组的互感系数归一值的情况下调整相隔一个线圈的两线圈所对应的两个绕组的互感系数归一值。调整结束后，根据此时绕组1与绕组2间的互感系数反算N1与N2的值(N1与N2的比值维持不变)。另外，由于绕组的宽度几乎不会对互感系数产生影响，所以可以认为绕组匝数的更改不影响绕组间的互感系数。
主要的多绕组电感器配置完成后，由于模块化系统中间的同列线圈需要同时与两侧的同列线圈通过侧面辅助磁芯构造辅助磁回路，例如对于6个绕组的解耦电感器，中间同列的两绕组3和4需要同时与绕组1、2以及绕组5、6构造辅助磁回路，侧面辅助磁芯的面积为两侧同列绕组(绕组1与绕组2、绕组5与绕组6)的两倍，所以在等效磁回路中的等效磁阻近似变为一半。此时需要再添加一个辅助的多绕组电感器对中间同列的绕组互感进行配置，使中间同列两绕组的互感与相应线圈间的互感对应。当需要通过辅助多绕组电感器对多组同列绕组进行解耦，假设将绕组自下而上按照的绕组3、绕组4、绕组5、绕组6等的顺序连接在同一个主磁柱上，在绕组3和绕组4侧面添加一个侧面磁芯，绕组5和绕组6的侧面添加一个侧面磁芯，以此类推。因此，绕组3和绕组4的磁路与绕组5和绕组6的磁路基本是解耦的，可以单独对互感进行调整。
进一步地，对于双排不等距排列的模块化无线电能传输系统，一排中相邻的线圈互感可能不相等，但与另一排线圈的互感分布仍然对称。通过调整磁条长度将侧面辅助磁芯所包围的四个绕组互感值调整为同排中相邻两个线圈(例如线圈1和线圈4、线圈2和线圈3)间的互感值。重复前述实施例的步骤，此时的归一值重新定义为多绕组电感器中任意互感系数与绕组1和绕组4间的互感系数的比值。完成主要的多绕组电感器配置后，再辅助磁回路中自下而上按照绕组1、绕组2的顺序将全部绕组绕制在同一个主磁柱上，在绕组1和绕组2侧面添加一个侧面磁芯，绕组3和绕组4的侧面添加一个侧面磁芯，以此类推。因此，绕组1和绕组2的磁路与绕组3和绕组4的磁路基本是解耦的，可以单独对互感进行调整。
本发明中的方法可以推广到双排放置的四个及以上任意线圈数量的模块化无线充电系统的同边解耦，并且本发明不会在不同功率发射器的回路之间建立电气连接，在负载端或输入端并联情况下不会通过全桥电路产生新的回路，不存在实现问题。由于多绕组解耦器产生新的自感，将新的自感与接收线圈或发射线圈自感相加后作为总的自感求解得到补偿电容。
进一步地，申请人以双排等距八线圈系统为例进行仿真试验，通过软件可以仿真得到八线圈间的自感和互感参数如表1所示(考虑到互感参数的对称性，此处仅列写第一个线圈与其余线圈的互感)：
Figure BDA0002908771690000101
Figure BDA0002908771690000111
表1
对应的多绕组解耦器的示意图如图5-6所示，其中磁芯的材料为PC95。通过上述方法进行参数调整，主磁柱尺寸为100*100*500mm，侧面辅助磁芯尺寸为195*30*5mm，通孔尺寸为100*15*5mm，磁条与主磁柱完全贴合，主绕组匝数为4.5匝，通孔孔柱绕组匝数为7.5匝(最后一匝仅绕制180°)，可以得到如表2所示的绕组互感：
Figure BDA0002908771690000112
表2
从表2可以看出，上述所设计的多绕组解耦器的互感参数与单排线圈互感参数基本大小一致，符号相反，互感差值基本维持在2μH之内，M1T4T差距最大为4.1μH，同匝数的正对线圈正对互感值为77.67μH，误差约为正对互感的5。3％。通过上述实验可以证明本发明可以消除同边线圈之间的互感影响，实现同边线圈解耦。
进一步的，在除本实施例中采用一根磁柱作为主磁回路的情况，还可以选用不闭合的多边形或圆环状磁芯等，也可以不需要主磁芯或主磁。当然，其中绕组间的气隙可以根据实际需要选择添加与否。
综上，本发明的方法可扩展推广至无限多个双排排布放置的同边线圈的情况，可以用于消除同边线圈之间的互感影响，从而对提高模块化无线充电系统传输效率、降低系统控制难度具有重要意义。

Claims (7)

1.实现双排同边线圈解耦的模块化无线充电系统，该系统包括两个以上功率发射器或功率接收器，所述的功率发射器包含有驱动电源、发射补偿网络和发射线圈，所述的功率接收器包含有接收线圈、接收补偿网络和整流器，其特征在于：所述的接收线圈或发射线圈采取双排放置的摆放方法，通过同边的接收线圈和/或发射线圈连接多绕组解耦器，用以消除同边的接收线圈和/或发射线圈之间的互感影响，实现接收线圈和/或发射线圈的解耦；
当同边的接收线圈和/或发射线圈数量为四个时，所连接的多绕组解耦器为一个，用于消除同边的接收线圈和/或发射线圈的互感；当同边的接收线圈和/或发射线圈大于四个时，所连接的多绕组解耦器包括一个主要的多绕组解耦器和一个辅助的多绕组解耦电感器；主要的多绕组解耦器用于消除同边的接收线圈和/或发射线圈的互感，辅助的解耦电感器用于进一步消除中间同列的发射线圈和/或接收线圈的互感；
所述的多绕组解耦器包括一主磁回路，主磁回路包括一主磁芯，主磁芯的外部设置有与对应的接收线圈或发射线圈相连接的绕组，通过调整相邻绕组之间的互感值，使该互感值与对应接收线圈或发射线圈间的互感值大小相等，极性相反，用于消除同边线圈之间的互感影响；
所述的主磁芯的外部还设有用于调整不同绕组间的互感值的辅助磁回路，所述的辅助磁回路包括设置在主磁芯侧部的辅助磁芯，辅助磁芯覆盖在相邻的绕组上，且辅助磁芯的两端设有磁条，磁条与主磁芯之间存在气隙，通过调整磁条尺寸以及位置和/或调整辅助磁芯的数量、尺寸以及位置，来对相邻绕组的互感值进行调整。
2.根据权利要求1所述的实现双排同边线圈解耦的模块化无线充电系统，其特征在于：所述辅助磁芯的中部开通孔形成两根孔柱，孔柱上设有与对角分布的两个发射线圈或两个接收线圈对应绕制在主磁芯上的绕组连接的次绕组。
3.根据权利要求1所述的实现双排同边线圈解耦的模块化无线充电系统，其特征在于：相邻绕组上覆盖的辅助磁芯与另外相邻绕组上覆盖的辅助磁芯处于主磁芯的不同侧面。
4.根据权利要求1所述的实现双排同边线圈解耦的模块化无线充电系统，其特征在于：对于任意双排放置的接收线圈或发射线圈，同边的接收线圈或发射线圈间互感均为负值，所配置的多绕组解耦器的绕组间互感均为正值，使其与对应接收线圈或发射线圈间的互感值大小相等，极性相反，用于消除互感。
5.根据权利要求1所述的实现双排同边线圈解耦的模块化无线充电系统，其特征在于：所述主磁芯为磁柱、不闭合的磁环、空气磁芯或一不闭合的多边形磁芯。
6.根据权利要求1所述的实现双排同边线圈解耦的模块化无线充电系统，其特征在于：多绕组解耦器产生新的自感，将新的自感与接收线圈或发射线圈自感相加后作为总的自感求解得到补偿电容。
7.根据权利要求1所述的实现双排同边线圈解耦的模块化无线充电系统，其特征在于：相隔多个线圈的两个接收线圈或发射线圈和相隔多个绕组的两个绕组之间的互感与气隙长度间满足安培环路定理，用于抵消相隔多个线圈间的两个接收线圈或发射线圈的互感。
CN202110079867.0A 2021-01-21 2021-01-21 实现双排同边线圈解耦的模块化无线充电系统 Active CN112865331B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110079867.0A CN112865331B (zh) 2021-01-21 2021-01-21 实现双排同边线圈解耦的模块化无线充电系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110079867.0A CN112865331B (zh) 2021-01-21 2021-01-21 实现双排同边线圈解耦的模块化无线充电系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112865331A CN112865331A (zh) 2021-05-28
CN112865331B true CN112865331B (zh) 2022-05-27

Family

ID=76008528

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110079867.0A Active CN112865331B (zh) 2021-01-21 2021-01-21 实现双排同边线圈解耦的模块化无线充电系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112865331B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109904934A (zh) * 2019-03-25 2019-06-18 浙江大学 一种实现无线电能传输系统中双排等距放置多发射线圈解耦的方法
CN109980756A (zh) * 2019-03-25 2019-07-05 浙江大学 一种实现无线电能传输系统中多发射线圈全解耦的装置
CN110146760A (zh) * 2019-05-30 2019-08-20 上海瞳鳗智能科技有限公司 检测无线充电耦合度的方法及系统
CN110380518A (zh) * 2019-07-08 2019-10-25 浙江大学 一种可用于模块化无线电能传输系统的非对称双极性线圈

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9912171B2 (en) * 2015-06-11 2018-03-06 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd Wireless power transmitter and methods for use therewith

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109904934A (zh) * 2019-03-25 2019-06-18 浙江大学 一种实现无线电能传输系统中双排等距放置多发射线圈解耦的方法
CN109980756A (zh) * 2019-03-25 2019-07-05 浙江大学 一种实现无线电能传输系统中多发射线圈全解耦的装置
CN110146760A (zh) * 2019-05-30 2019-08-20 上海瞳鳗智能科技有限公司 检测无线充电耦合度的方法及系统
CN110380518A (zh) * 2019-07-08 2019-10-25 浙江大学 一种可用于模块化无线电能传输系统的非对称双极性线圈

Also Published As

Publication number Publication date
CN112865331A (zh) 2021-05-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10141105B2 (en) Wireless power transmission system for free-position wireless charging of multiple devices
CN111756121B (zh) 大功率无线供电耦合机构及其参数设计方法
EP2689433B1 (en) An integrated inductor and a method for reduction of losses in an integrated inductor
CN108141063A (zh) 混合感应电力传输系统
US9548664B2 (en) Gate-power-supply device and semiconductor circuit breaker using same
CN210074889U (zh) 一种具有高抗偏移特性的无线电能传输系统
CN110581003A (zh) 一种变压器和电感磁集成结构
CN109510328B (zh) 一种偏移自适应的可重构无线电能传输系统
CN112652439A (zh) 一种变压器和电感混合磁集成结构
US11908616B2 (en) Coil unit for inductively charging a vehicle
CN109904934B (zh) 一种实现无线电能传输系统中双排等距放置多发射线圈解耦的方法
Yao et al. A novel misalignment tolerant magnetic coupler for electric vehicle wireless charging
CN112583134B (zh) 一种可切换无线电能传输线圈与补偿电容的可变电路拓扑
CN108028549A (zh) 非接触供电装置
US20160028242A1 (en) Primary-side coil assembly for inductive energy transfer using quadrupoles
CN104021922A (zh) 一种可实现绕组非正交解耦的变压器
CN111312490A (zh) 一种pcb有源平面变压器及制作方法
CN112865331B (zh) 实现双排同边线圈解耦的模块化无线充电系统
CN110380518B (zh) 一种可用于模块化无线电能传输系统的非对称双极性线圈
CN112865330B (zh) 实现同边线圈解耦的模块化无线充电系统
CN109980756B (zh) 一种实现无线电能传输系统中多发射线圈全解耦的装置
KR20120046027A (ko) 공진형 무선전력전송 시스템을 위한 커패시티브 및 트랜스포머 커플링 방법
CN113793746B (zh) 一种具有高偏移性能的十字螺线管磁耦合机构
CN111953083B (zh) 一种用于无线电能传输系统的可抗偏移耦合器
CN112152334B (zh) 无线电能传输的抗偏移耦合机构

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant