CN112910104A - 一种原边发射机构、无线充电电路结构和充电控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种原边发射机构、无线充电电路结构和充电控制方法，包括磁芯、第一发射线圈、第二发射线圈和第三发射线圈；磁芯由偶数块磁条按环形阵列分布而成，定义轴线位于同一直线上的磁条为一对磁条；第一发射线圈平面式绕制在磁芯上，形成中部镂空的环形平面结构或回形平面结构，且紧贴每个磁条的尾部；第二发射线圈螺旋式绕制在一对磁条的外周；第二发射线圈螺旋式绕制在另一对磁条的外周；第一发射线圈、第二发射线圈和第三发射线圈分别采用不同的导线绕制而成。本发明通过控制原边发射机构内的每个发射线圈的工作状态激发出不同方向的发射磁场，适配不同结构的副边接收线圈，实现同一原边发射机构为不同结构的副边接收线圈传输无线电能的目的。

Description

一种原边发射机构、无线充电电路结构和充电控制方法

技术领域

本发明属于无线电能传输技术领域，具体涉及一种原边发射机构、无线充电电路结构和充电控制方法。

背景技术

由于不同制造企业的无线充电系统在信息传输和能量传输上存在兼容性差、互联风险高的缺点，导致难以实现互用互通，为此，领域内对无线充电系统互操作性(互操作性即同一原边发射机构能与不同的副边接收机构进行无线电能传输)及测试方法提出了明确要求。可以看出，解决无线充电系统的互操作问题，是电动汽车无线充电系统全面迈向产业化的必备前提。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种原边发射机构、无线充电电路结构和充电控制方法，所述原边发射机构为组合式原边发射机构，具有互操作性，通过控制原边发射机构内的每个发射线圈的工作状态，来激发出不同方向的发射磁场，从而适配不同结构的副边接收线圈，实现同一原边发射机构为不同结构的副边接收线圈传输无线电能的目的。

为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

第一方面，本发明提供了一种原边发射机构，包括：包括磁芯、第一发射线圈、第二发射线圈和第三发射线圈；

所述磁芯由偶数块磁条按环形阵列分布而成，定义轴线位于同一直线上的磁条为一对磁条；

所述第一发射线圈平面式绕制在所述磁芯上，形成中部镂空的环形平面结构或回形平面结构，且紧贴每个所述磁条的尾部；

所述第二发射线圈螺旋式绕制在一对磁条的外周；

所述第二发射线圈螺旋式绕制在另一对磁条的外周；

所述第一发射线圈、所述第二发射线圈和第三发射线圈分别采用不同的导线绕制而成。

可选地，所述磁芯是由四块磁条组成的十字形磁芯。

可选地，所述第一发射线圈、第二发射线圈和第三发射线圈均由不同的励磁线绕制而成。

第二方面，本发明提供了一种无线充电电路结构，包括电源逆变单元、第一原边发射回路、第二原边发射回路和第三原边发射回路；

所述第一原边发射回路、第二原边发射回路和第三原边发射回路并联在所述电源逆变单元的输出端；

所述第一原边发射回路设有串联的开关S1和第一发射线圈；

所述第二原边发射回路设有串联的开关S2和第二发射线圈；

所述第三原边发射回路设有串联的开关S3和第三发射线圈。

可选地，所述第一发射线圈、第二发射线圈和第三发射线圈设置于同一原边发射机构上；

所述原边发射机构还包括磁芯，所述磁芯由偶数块磁条按环形阵列分布而成，定义轴线位于同一直线上的磁条为一对磁条；

所述第一发射线圈平面式绕制在所述磁芯上，形成中部镂空的环形平面结构或回形平面结构，且紧贴每个所述磁条的尾部；

所述第二发射线圈螺旋式绕制在一对磁条的外周；

所述第二发射线圈螺旋式绕制在另一对磁条的外周；

所述第一发射线圈、所述第二发射线圈和第三发射线圈分别采用不同的导线绕制而成。

可选地，所述磁芯是由四块磁条组成的十字形磁芯。

可选地，所述第一发射线圈、第二发射线圈和第三发射线圈均由不同的励磁线绕制而成。

第三方面，本发明提供了一种充电控制方法，适用于第一方面中任一项所述的无线充电电路结构，其特征在于，包括以下步骤：

根据充电指令，向电源逆变单元提供预充电的电压；

依次闭合各发射线圈所在原边发射回路的开关，检测每个发射线圈独立工作下副边电路的接收电压，得到3个接收电压；

对3个接收电压进行分析得到最大的接收电压，定义与最大的接收电压对应的发射线圈为最匹配的发射线圈；

闭合所述最匹配的发射线圈所在原边发射回路的开关，开启额定电压，进行无线充电。

可选地，所述依次闭合N个发射线圈所在原边发射回路的开关，检测每个发射线圈独立工作下副边电路的接收电压，得到N个接收电压，具体为：

仅闭合开关S1，第一发射线圈与副边电路的接收线圈耦合，检测得到副边电路的接收电压U1；

仅闭合开关S2，第二发射线圈与副边电路的接收线圈耦合，检测得到副边电路的接收电压U2；

仅闭合开关S3，第三发射线圈与副边电路的接收线圈耦合，检测得到副边电路的接收电压U3。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明中提出了一种具有互操作性的组合式原边发射机构，通过控制原边发射机构内的每个发射线圈的工作状态，来激发出不同方向的发射磁场，从而适配不同结构的副边接收线圈，实现同一原边发射机构为不同结构的副边接收线圈传输无线电能的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本实施例中原边发射机构的结构示意图；

图2为本实施例中原边发射机构拆分后的结构示意图；

图3为本实施例中原边发射机构中的第一发射线圈与平面回形接收线圈的耦合结构示意图；

图4为本实施例中原边发射机构中的第一发射线圈与竖向螺旋管接收线圈的耦合结构示意图；

图5为本实施例中原边发射机构中的第二发射线圈与横向螺线管接收线圈的耦合结构示意图；

图6为本实施例中原边发射机构中的第三发射线圈与DD型接收线圈的耦合结构示意图；

图7为本实施例中无线充电电路结构的电路原理图；

图8为本实施例中充电控制方法的流程示意图；

附图标记：

1-磁芯、11-磁条一、12-磁条二、13-磁条三、14-磁条四、2-第一发射线圈、3-第二发射线圈、4-第三发射线圈、5-接收线圈。

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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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做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。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

实施例一

本实施例提供了一种原边发射机构，如图1和图2所示，包括磁芯1、第一发射线圈2、第二发射线圈3和第三发射线圈4；

所述磁芯1由偶数块磁条按环形阵列分布而成，定义轴线位于同一直线上的磁条为一对磁条；

所述第一发射线圈2平面式绕制在所述磁芯1上，形成中部镂空的环形平面结构或回形平面结构，所述第一发射线圈2紧贴每个所述磁条的尾部；

所述第二发射线圈3螺旋式绕制在相对设置的一对磁条外周；

所述第三发射线圈4螺旋式绕制在相对设置的另一对磁条外周；

所述第一发射线圈2、所述第二发射线圈3和第三发射线圈4分别采用不同的导线绕制而成，所述导线采用励磁线。

在本发明实施例中，所述磁芯1是由四块磁条组成的十字形磁芯1，所述四块磁条分别称为磁条一11、磁条二12、磁条三13和磁条四14，其中，磁条一11和磁条三13相对设置，磁条二12和磁条四14相对设置。如图1和图2所示，本发明实施例的第一发射线圈2采用导线绕制成回形形状，中部不绕线，在达到良好的耦合效果的同时节省了导线，进而节省了成本；第一发射线圈2和磁芯1平行设置，磁芯1采用十字形结构，一方面增强了第一发射线圈2与接收线圈5的耦合，另一方面可在磁芯1的各个磁条上绕制其他发射线圈。本发明实施例中第二发射线圈3绕制在磁条一11和磁条三13上，从磁条一11向磁条三13方向螺旋绕制，且在两磁条上采用相同的顺时针或逆时针绕制。本实施例的第三发射线圈4绕制在磁条二12和磁条四14上，从磁条二12向磁条四14的方向螺旋绕制，且在两磁条上采用相同的顺时针或逆时针绕制。

本实施例中第一发射线圈2紧贴每个磁条的尾部(每个磁条包括尾部、中部和头部，所述尾部远离磁芯1中心，所述头部靠近磁芯1中心)，在进行第二发射线圈3和第三发射线圈4绕制时，绕制在各个磁条与第一发射线圈2未接触的中部和头部，从而防止两不同的发射线圈重合，影响无线充电的效率。

本实施例的三个发射线圈采用不同的励磁线绕制而成，三个发射线圈分别位于不同的原边发射回路中，三个发射线圈可独立工作，可根据接收线圈5的结构控制与之相适配的发射线圈工作。当接收线圈5为平面矩形回形接收线圈5时，控制第一发射线圈2独立工作，如图3所示，为第一发射线圈2与平面回形接收线圈5的耦合结构示意图。当接收线圈5为竖向螺旋管接收线圈5时，也控制第一发射线圈2独立工作，如图4所示，为第一发射线圈2与竖向螺旋管接收线圈5的耦合结构示意图。当接收线圈5为与横向螺线管接收线圈5时(接收线圈5的螺旋方向与第二发射线圈3的螺旋方向同向)，控制第二发射线圈3独立工作，如图5所示，为第二发射线圈3与横向螺线管接收线圈5的耦合结构示意图。当接收线圈5为DD型接收线圈5时(接收线圈5的DD方向与第三发射线圈4的螺旋方向同向)，控制第三发射线圈4独立工作，如图6所示，为第三发射线圈4与DD型接收线圈5的耦合结构示意图。

综上所述，本实施例设计了具有互操作性的组合式原边发射机构，原边发射机构内的每个发射线圈由不同的导线绕制而成，每个发射线圈可独立工作，不同的发射线圈可激发出不同方向的发射磁场，从而适配不同结构的副边接收线圈5，实现同一原边发射机构为不同结构的副边接收线圈5传输无线电能的目的。

实施例二

本实施例提供了一种无线充电电路结构，如图7所示，包括电源逆变单元、第一原边发射回路、第二原边发射回路和第三原边发射回路，

所述第一原边发射回路、第二原边发射回路和第三原边发射回路并联在所述电源逆变单元的输出端；

所述第一原边发射回路设有串联的开关S1和第一发射线圈2；

所述第二原边发射回路设有串联的开关S2和第二发射线圈3；

所述第三原边发射回路设有串联的开关S3和第三发射线圈4。

本发明实施例的图7为无线充电电路结构的简略示意图，电源逆变单元包括：高频逆变后的电压源Uac，初级串联补偿电感L0，初级串联补偿电感内阻R0，以及初级并联补偿电容C0。所述第一原边发射回路包括依次串联连接的开关S1、串联补偿电容C1、串联电阻R1和第一发射线圈2；所述第二原边发射回路包括依次串联连接的开关S2、串联电容C2、串联电阻R2和第二发射线圈3；所述第三原边发射回路包括开关S3、串联电容C3、串联电阻R3和第三发射线圈4。仅开关S1闭合时，第一发射线圈2独立工作；仅开关S2闭合时，第二发射线圈3独立工作；仅开关S3闭合时，第三发射线圈4独立工作。

本发明实施例的第一发射线圈2、第二发射线圈3和第三发射线圈4设置于同一原边发射机构上；

所述原边发射机构还包括磁芯1，所述磁芯1由偶数块磁条按环形阵列分布而成；

所述第一发射线圈2平面式绕制在所述磁芯1上，形成中部镂空的环形平面结构或回形平面结构，所述第一发射线圈2紧贴每个所述磁条的尾部；

所述第二发射线圈3螺旋式绕制在相对设置的一对磁条外周，所述第三发射线圈4螺旋式绕制在相对设置的另一对磁条外周；

所述第一发射线圈2、所述第二发射线圈3和第三发射线圈4分别采用不同的导线绕制而成，所述导线采用励磁线。

本实施例中的所述磁芯1是由四块磁条组成的十字形磁芯1，四块磁条包括了磁条一11、磁条二12、磁条三13和磁条四14，磁条一11和磁条三13相对设置，磁条二12和磁条四14相对设置。如图1和图2所示，本实施例的第一发射线圈2采用导线绕制成回形形状，中部不绕线，在达到良好的耦合效果的同时节省了导线，进而节省了成本；第一发射线圈2和磁芯1平行设置，磁芯1采用十字形结构，一方面增强了第一发射线圈2与接收线圈5的耦合，另一方面可在磁芯1的各个磁条上绕制其他发射线圈。本实施例中第二发射线圈3绕制在磁条一11和磁条三13上，从磁条一11向磁条三13方向螺旋绕制，且在两磁条上采用相同的顺时针或逆时针绕制。本实施例的第三发射线圈4绕制在磁条二12和磁条四14上，从磁条二12向磁条四14的方向螺旋绕制，且在两磁条上采用相同的顺时针或逆时针绕制。

本实施例中第一发射线圈2紧贴每个磁条的尾部(每个磁条包括尾部、中部和头部，所述尾部远离磁芯1中心，所述头部靠近磁芯1中心)，在进行第二发射线圈3和第三发射线圈4绕制时，绕制在各个磁条与第一发射线圈2未接触的中部和头部，从而防止两不同的发射线圈重合，影响无线充电的效率。

本实施例的三个发射线圈采用不同的励磁线绕制而成，三个发射线圈分别位于不同的原边发射回路中，三个发射线圈可独立工作，可根据接收线圈5的结构控制与之相适配的发射线圈工作。当接收线圈5为平面矩形回形接收线圈5时，控制第一发射线圈2独立工作，如图3所示，为第一发射线圈2与平面回形接收线圈5的耦合结构示意图。当接收线圈5为竖向螺旋管接收线圈5时，也控制第一发射线圈2独立工作，如图4所示，为第一发射线圈2与竖向螺旋管接收线圈5的耦合结构示意图。当接收线圈5为与横向螺线管接收线圈5时(接收线圈5的螺旋方向与第二发射线圈3的螺旋方向同向)，控制第二发射线圈3独立工作，如图5所示，为第二发射线圈3与横向螺线管接收线圈5的耦合结构示意图。当接收线圈5为DD型接收线圈5时(接收线圈5的DD方向与第三发射线圈4的螺旋方向同向)，控制第三发射线圈4独立工作，如图6所示，为第三发射线圈4与DD型接收线圈5的耦合结构示意图。

综上所述，本实施例设计了具有互操作性的组合式原边发射机构，通过开关控制原边发射机构内的每个发射线圈的工作状态，每个发射线圈可独立工作，不同的发射线圈可激发出不同方向的发射磁场，从而适配不同结构的副边接收线圈5，实现同一原边发射机构为不同结构的副边接收线圈5传输无线电能的目的。

实施例三

本实施例提供了一种充电控制方法，适用于实施例二所述的无线充电电路结构，包括以下步骤：

根据充电指令，向电源逆变单元提供预充电的电压，该预充电的电压小于正常的充电电压；

依次闭合三个发射线圈所在回路的开关，检测每个发射线圈独立工作下副边电路的接收电压，得到三个接收电压；

对三个接收电压进行分析得到最大的接收电压，根据最大的接收电压得到对应的最匹配的发射线圈；

闭合最匹配的发射线圈所在回路的开关，开启额定电压，进行无线充电。

本实施例的所述原边发射线圈设有三个，包括第一发射线圈2、第二发射线圈3和第三发射线圈4。所述开关设有三个，包括第一发射线圈2所在回路的开关S1、第二发射线圈3所在回路的开关S2和第三发射线圈4所在回路的开关S3。如图1和图2所示，三发射线圈设置于同一原边发射机构内，如图7所示，开关S1、开关S2和开关S3分别控制第一发射线圈2、第二发射线圈3和第三发射线圈4的工作状态。

本实施例中，当携带未知结构的接收线圈5的电动汽车停靠在充电区域时，发射端电路以小电压或小功率供电进行预充电，(即打开电压源，以较小电压进行供电或预充电)，并检测接收端的接收电压，根据接收电压来确定与未知结构的接收线圈5最匹配的发射线圈，在确定发射线圈后，开启额定电压或额定功率进行无线充电。

本实施例中，仅闭合开关S1，第一发射线圈2与副边电路的接收线圈5耦合，检测到副边电路的接收电压U1；仅闭合开关S2，第二发射线圈3与副边电路的接收线圈5耦合，检测到副边电路的接收电压U2；仅闭合开关S3，第三发射线圈4与副边电路的接收线圈5耦合，检测到副边电路的接收电压U3；得到三个发射线圈独立工作下的接收电压U1、接收电压U2和接收电压U3。然后比较接收电压U1、接收电压U2和接收电压U3的大小。如果接收电压U1最大，则与接收线圈5最匹配的是第一发射线圈2，在正常无线充电时仅闭合开关S1，通过第一发射线圈2为接收线圈5传输无线电能。如果接收电压U2最大，则与接收线圈5最匹配的是第二发射线圈3，在正常无线充电时仅闭合开关S2，通过第二发射线圈3为接收线圈5传输无线电能。如果接收电压U3最大，则与接收线圈5最匹配的是第三发射线圈4，在正常无线充电时仅闭合开关S3，通过第三发射线圈4为接收线圈5传输无线电能。

综上所述，本实施例设计了具有互操作性的组合式原边发射机构，通过开关控制原边发射机构内的每个发射线圈的工作状态，每个发射线圈可独立工作，不同的发射线圈可激发出不同方向的发射磁场，从而适配不同结构的副边接收线圈，实现同一原边发射机构为不同结构的副边接收线圈传输无线电能的目的。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种原边发射机构，其特征在于，包括：包括磁芯、第一发射线圈、第二发射线圈和第三发射线圈；

所述磁芯由偶数块磁条按环形阵列分布而成，定义轴线位于同一直线上的磁条为一对磁条；

所述第一发射线圈平面式绕制在所述磁芯上，形成中部镂空的环形平面结构或回形平面结构，且紧贴每个所述磁条的尾部；

所述第二发射线圈螺旋式绕制在一对磁条的外周；

所述第二发射线圈螺旋式绕制在另一对磁条的外周；

所述第一发射线圈、所述第二发射线圈和第三发射线圈分别采用不同的导线绕制而成。

2.根据权利要求1所述的一种原边发射机构，其特征在于：所述磁芯是由四块磁条组成的十字形磁芯。

3.根据权利要求1所述的一种原边发射机构，其特征在于：所述第一发射线圈、第二发射线圈和第三发射线圈均由不同的励磁线绕制而成。

4.一种无线充电电路结构，其特征在于，包括电源逆变单元、第一原边发射回路、第二原边发射回路和第三原边发射回路；

所述第一原边发射回路、第二原边发射回路和第三原边发射回路并联在所述电源逆变单元的输出端；

所述第一原边发射回路设有串联的开关S1和第一发射线圈；

所述第二原边发射回路设有串联的开关S2和第二发射线圈；

所述第三原边发射回路设有串联的开关S3和第三发射线圈。

5.根据权利要求4所述的一种无线充电电路结构，其特征在于：所述第一发射线圈、第二发射线圈和第三发射线圈设置于同一原边发射机构上；

所述原边发射机构还包括磁芯，所述磁芯由偶数块磁条按环形阵列分布而成，定义轴线位于同一直线上的磁条为一对磁条；

所述第一发射线圈平面式绕制在所述磁芯上，形成中部镂空的环形平面结构或回形平面结构，且紧贴每个所述磁条的尾部；

所述第二发射线圈螺旋式绕制在一对磁条的外周；

所述第二发射线圈螺旋式绕制在另一对磁条的外周；

所述第一发射线圈、所述第二发射线圈和第三发射线圈分别采用不同的导线绕制而成。

6.根据权利要求4所述的一种无线充电电路结构，其特征在于：所述第一发射线圈、第二发射线圈和第三发射线圈均由不同的励磁线绕制而成。

7.根据权利要求4所述的一种无线充电电路结构，其特征在于：所述第一发射线圈、第二发射线圈和第三发射线圈均由不同的励磁线绕制而成。

8.一种充电控制方法，其特征在于，适用于权利要求4-7任一项所述的无线充电电路结构，其特征在于，包括以下步骤：

根据充电指令，向电源逆变单元提供预充电的电压；

依次闭合各发射线圈所在原边发射回路的开关，检测每个发射线圈独立工作下副边电路的接收电压，得到3个接收电压；

对3个接收电压进行分析得到最大的接收电压，定义与最大的接收电压对应的发射线圈为最匹配的发射线圈；

闭合所述最匹配的发射线圈所在原边发射回路的开关，开启额定电压，进行无线充电。

9.根据权利要求8所述的一种充电控制方法，其特征在于，所述依次闭合N个发射线圈所在原边发射回路的开关，检测每个发射线圈独立工作下副边电路的接收电压，得到N个接收电压，具体为：

仅闭合开关S1，第一发射线圈与副边电路的接收线圈耦合，检测得到副边电路的接收电压U1；

仅闭合开关S2，第二发射线圈与副边电路的接收线圈耦合，检测得到副边电路的接收电压U2；

仅闭合开关S3，第三发射线圈与副边电路的接收线圈耦合，检测得到副边电路的接收电压U3。

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