本發(fā)明涉及無(wú)線充電系統(tǒng)及其控制方法，屬于無(wú)線充電。

背景技術(shù)：

1、電動(dòng)車(chē)輛的無(wú)線充電可以避免人工操作，極大的提高了充電的便利性。無(wú)線充電原理圖如圖1所示，其中能量源1可以時(shí)電網(wǎng)、或儲(chǔ)能裝置等，提供電力源。電力變換裝置2輸入的交流電或直流電轉(zhuǎn)換為高頻交流電，包括逆變器；電力變換裝置2還包括諧振網(wǎng)絡(luò)，與耦合器產(chǎn)生諧振。第一耦合器3和第二耦合器4可以包括基于電磁感應(yīng)原理傳輸能量的線圈，也可以是基于電場(chǎng)原理傳輸能量的電容極板；耦合器還包括高磁導(dǎo)率的磁體，可以是鐵氧體，也可以是納米晶等高磁導(dǎo)率的磁體。

2、車(chē)輛停車(chē)以后，實(shí)現(xiàn)基于磁感應(yīng)耦合的無(wú)線電能傳輸，如圖2所示。但是第二耦合器4與第一耦合器3之間可能存在空間方向的距離，可以認(rèn)為xyz方向。車(chē)輛上的接收線圈與地面的發(fā)射線圈之間存在較大的間隙，造成了大量的磁泄漏，導(dǎo)致磁輻射問(wèn)題；另外發(fā)射線圈和接收線圈之間的較大距離使得兩個(gè)線圈處于弱耦合狀態(tài)，互感較小，不利于大功率的傳輸，也不利于電能傳輸效率的提升；由于接收線圈所在耦合器一般安裝在移動(dòng)設(shè)備上，要求體積和重量都盡量小，但現(xiàn)有技術(shù)中沒(méi)有這方面的技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供無(wú)線充電系統(tǒng)及其控制方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的磁泄露、弱耦合、傳輸功率小和無(wú)法降低體積重量等問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、本發(fā)明提供了無(wú)線充電系統(tǒng)，包括：供電模塊和接收模塊，所述供電模塊包括第一耦合器，接收模塊包括第二耦合器，第一耦合器和第二耦合器相互耦合；所述第一耦合器包括第一線圈、第一磁體和第三磁體；所述第二耦合器包括第二線圈和第二磁體；所述第一線圈繞設(shè)于第一磁體；所述第二線圈繞設(shè)于第二磁體；所述第三磁體連接于第一磁體內(nèi)側(cè)，用于減小第一磁體和第二磁體之間存在的豎直方向的間隙，以使得第一耦合器和第二耦合器之間形成滿(mǎn)足預(yù)設(shè)要求的閉合磁回路。

4、結(jié)合第一方面，進(jìn)一步的，第一耦合器和第二耦合器之間形成滿(mǎn)足預(yù)設(shè)要求的閉合磁回路的判斷條件是第一線圈和第二線圈之間的耦合系數(shù)大于設(shè)定值。

5、結(jié)合第一方面，進(jìn)一步的，所述第三磁體包括兩個(gè)磁體部，兩個(gè)磁體部分別設(shè)于第一磁體左右兩側(cè)的內(nèi)側(cè)，以實(shí)現(xiàn)第三磁體填充于第一磁體和第二磁體之間豎直方向的間隙。

6、結(jié)合第一方面，進(jìn)一步的，所述第一磁體、所述第二磁體和所述第三磁體為相對(duì)磁導(dǎo)率大于100的導(dǎo)磁材料，所述導(dǎo)磁材料包括錳鋅鐵氧體、非晶和納米晶。

7、結(jié)合第一方面，進(jìn)一步的，所述導(dǎo)磁材料包括若干層依次連接的帶材，所述帶材的外表面分為磁通面和非磁通面，當(dāng)兩個(gè)帶材的磁通面連接/對(duì)準(zhǔn)時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)磁回路導(dǎo)通，第三磁體和第一磁體之間通過(guò)帶材的磁通面連接，第三磁體和第二磁體對(duì)準(zhǔn)的部分為帶材的磁通面，以形成磁阻滿(mǎn)足預(yù)設(shè)要求的磁回路。

8、結(jié)合第一方面，進(jìn)一步的，在所述第三磁體中，與第二磁體的對(duì)準(zhǔn)部分的截面積大于非對(duì)準(zhǔn)部分的截面積。

9、結(jié)合第一方面，進(jìn)一步的，所述第三磁體設(shè)于第一磁體左右邊緣的內(nèi)側(cè)，且第三磁體和第一磁體凹陷部分的表面存在預(yù)設(shè)距離，所述預(yù)設(shè)距離用于設(shè)置第一線圈；

10、當(dāng)?shù)谌朋w升起時(shí)，所述預(yù)設(shè)距離釋放出的空間能夠使得第一磁體和第三磁體具備移動(dòng)空間，而不與第一線圈干涉。

11、結(jié)合第一方面，進(jìn)一步的，所述磁體部包括多個(gè)磁體，多個(gè)磁體間滑動(dòng)連接，以實(shí)現(xiàn)提高第三磁體在豎直方向的高度。

12、結(jié)合第一方面，進(jìn)一步的，所述第三磁體和第一磁體鉸接，所述第三磁體包括兩個(gè)磁體部，兩個(gè)磁體部分別鉸接于第一磁體的左右兩側(cè)。

13、結(jié)合第一方面，進(jìn)一步的，所述磁體部包括多個(gè)磁體，多個(gè)磁體間依次可伸縮連接，以使得第三磁體的上部與第二磁體的下部間距縮小。

14、結(jié)合第一方面，進(jìn)一步的，所述磁體部包括第一組件、第二組件和第三組件，第一組件和第一磁體鉸接，第二組件和第一組件可伸縮連接，第三組件和第二組件鉸接。

15、結(jié)合第一方面，進(jìn)一步的，所述兩個(gè)磁體部各自的第三組件分別和第一支架的兩端鉸接。

16、結(jié)合第一方面，進(jìn)一步的，所述系統(tǒng)還包括控制器和三軸移動(dòng)機(jī)構(gòu)，控制器控制三軸移動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)第三磁體在x、y和z三個(gè)方向上的移動(dòng)；其中，x方向?yàn)樗矫嬷信c第二耦合器所在車(chē)輛垂直的方向，y方向與x方向互相垂直，z方向?yàn)樨Q直方向。

17、結(jié)合第一方面，進(jìn)一步的，所述三軸移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括第一電機(jī)、第二電機(jī)和第三電機(jī)，還包括x向移動(dòng)機(jī)構(gòu)、y向移動(dòng)機(jī)構(gòu)和z向移動(dòng)機(jī)構(gòu)；

18、第一磁體分別連接x向移動(dòng)機(jī)構(gòu)和y向移動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述控制器控制第一電機(jī)運(yùn)行，從而驅(qū)動(dòng)x向移動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)第一磁體進(jìn)行x方向的移動(dòng)，從而帶動(dòng)第三磁體進(jìn)行x方向的移動(dòng)，所述控制器控制第二電機(jī)運(yùn)行，從而驅(qū)動(dòng)y向移動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)第一磁體進(jìn)行y方向的移動(dòng)，從而帶動(dòng)第三磁體進(jìn)行y方向的移動(dòng)；

19、第三磁體和z向移動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，所述控制器控制第三電機(jī)運(yùn)行，從而驅(qū)動(dòng)z向移動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)第三磁體進(jìn)行z方向的移動(dòng)。

20、第二方面，本發(fā)明還提供了根據(jù)第一方面任一項(xiàng)所述系統(tǒng)的控制方法，包括：

21、s1、當(dāng)安裝有第二耦合器的車(chē)輛停車(chē)到安裝有第一耦合器的停車(chē)位，進(jìn)入步驟s2；

22、s2、定位裝置檢測(cè)第二耦合器中的第二磁體的空間位置，并傳輸給控制器；

23、s3、控制器根據(jù)獲得的第二磁體的空間位置計(jì)算出x、y和z三軸需要移動(dòng)的距離；

24、s4、控制器驅(qū)動(dòng)三軸移動(dòng)機(jī)構(gòu)中的各個(gè)電機(jī)，利用三軸移動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)到第三磁體，最終移動(dòng)第三磁體使得第一磁體、第二磁體和第三磁體構(gòu)成滿(mǎn)足預(yù)設(shè)條件的磁回路；

25、s5、定位裝置檢測(cè)第二磁體和第三磁體之間的相對(duì)距離；

26、s6、根據(jù)檢測(cè)到的相對(duì)距離判斷第二磁體和第三磁體是否對(duì)準(zhǔn)，若沒(méi)有對(duì)準(zhǔn)，則返回步驟s2，若對(duì)準(zhǔn)，則進(jìn)入步驟s7；

27、s7、檢測(cè)是否滿(mǎn)足充電條件并等待充放電指令；

28、s8、若滿(mǎn)足充電條件，根據(jù)接收到的充電指令，設(shè)置連接電源的電力變換裝置為逆變器，設(shè)置連接電池的電力變換裝置為整流器，開(kāi)始充電；根據(jù)接收到的放電指令，設(shè)置連接電源的電力變換裝置為整流器，設(shè)置連接電池的電力變換裝置為逆變器，開(kāi)始放電。

29、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的有益效果是：

30、本發(fā)明提供的無(wú)線充電系統(tǒng)及其控制方法，通過(guò)在第一磁體和第二磁體之間加設(shè)第三磁體，縮小兩者之間的間隙，避免磁泄露，構(gòu)成一個(gè)空氣間隙較小的閉合磁回路，提高耦合程度，進(jìn)而提高電力傳輸功率，并且將第三磁體設(shè)置在第一磁體的內(nèi)側(cè)，通過(guò)第三磁體和第二磁體進(jìn)行耦合，使得第二磁體的寬度上限能夠減小至第三磁體的外側(cè)邊緣距離，降低了第二磁體的體積和重量，滿(mǎn)足更高的輕量化要求。

技術(shù)特征：

1.無(wú)線充電系統(tǒng)，其特征在于，包括：供電模塊和接收模塊，所述供電模塊包括第一耦合器，接收模塊包括第二耦合器，第一耦合器和第二耦合器相互耦合；所述第一耦合器包括第一線圈、第一磁體和第三磁體；所述第二耦合器包括第二線圈和第二磁體；所述第一線圈繞設(shè)于第一磁體；所述第二線圈繞設(shè)于第二磁體；所述第三磁體連接于第一磁體內(nèi)側(cè)，用于減小第一磁體和第二磁體之間存在的豎直方向的間隙，以使得第一耦合器和第二耦合器之間形成滿(mǎn)足預(yù)設(shè)要求的閉合磁回路。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線充電系統(tǒng)，其特征在于，第一耦合器和第二耦合器之間形成滿(mǎn)足預(yù)設(shè)要求的閉合磁回路的判斷條件是第一線圈和第二線圈之間的耦合系數(shù)大于設(shè)定值。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線充電系統(tǒng)，其特征在于，所述第三磁體包括兩個(gè)磁體部，兩個(gè)磁體部分別設(shè)于第一磁體左右兩側(cè)的內(nèi)側(cè)，以實(shí)現(xiàn)第三磁體填充于第一磁體和第二磁體之間豎直方向的間隙。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線充電系統(tǒng)，其特征在于，所述第一磁體、所述第二磁體和所述第三磁體為相對(duì)磁導(dǎo)率大于100的導(dǎo)磁材料，所述導(dǎo)磁材料包括錳鋅鐵氧體、非晶和納米晶。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無(wú)線充電系統(tǒng)，其特征在于，所述導(dǎo)磁材料包括若干層依次連接的帶材，所述帶材的外表面分為磁通面和非磁通面，當(dāng)兩個(gè)帶材的磁通面連接/對(duì)準(zhǔn)時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)磁回路導(dǎo)通，第三磁體和第一磁體之間通過(guò)帶材的磁通面連接，第三磁體和第二磁體對(duì)準(zhǔn)的部分為帶材的磁通面，以形成磁阻滿(mǎn)足預(yù)設(shè)要求的磁回路。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線充電系統(tǒng)，其特征在于，在所述第三磁體中，與第二磁體的對(duì)準(zhǔn)部分的截面積大于非對(duì)準(zhǔn)部分的截面積。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線充電系統(tǒng)，其特征在于，所述第三磁體設(shè)于第一磁體左右邊緣的內(nèi)側(cè)，且第三磁體和第一磁體凹陷部分的表面存在預(yù)設(shè)距離，所述預(yù)設(shè)距離用于設(shè)置第一線圈；

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)線充電系統(tǒng)，其特征在于，所述磁體部包括多個(gè)磁體，多個(gè)磁體間滑動(dòng)連接，以實(shí)現(xiàn)提高第三磁體在豎直方向的高度。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線充電系統(tǒng)，其特征在于，所述第三磁體和第一磁體鉸接，所述第三磁體包括兩個(gè)磁體部，兩個(gè)磁體部分別鉸接于第一磁體的左右兩側(cè)。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的無(wú)線充電系統(tǒng)，其特征在于，所述磁體部包括多個(gè)磁體，多個(gè)磁體間依次可伸縮連接，以使得第三磁體的上部與第二磁體的下部間距縮小。

11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的無(wú)線充電系統(tǒng)，其特征在于，所述磁體部包括第一組件、第二組件和第三組件，第一組件和第一磁體鉸接，第二組件和第一組件可伸縮連接，第三組件和第二組件鉸接。

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的無(wú)線充電系統(tǒng)，其特征在于，所述兩個(gè)磁體部各自的第三組件分別和第一支架的兩端鉸接。

13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線充電系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括控制器和三軸移動(dòng)機(jī)構(gòu)，控制器控制三軸移動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)第三磁體在x、y和z三個(gè)方向上的移動(dòng)；其中，x方向?yàn)樗矫嬷信c第二耦合器所在車(chē)輛垂直的方向，y方向與x方向互相垂直，z方向?yàn)樨Q直方向。

14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的無(wú)線充電系統(tǒng)，其特征在于，所述三軸移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括第一電機(jī)、第二電機(jī)和第三電機(jī)，還包括x向移動(dòng)機(jī)構(gòu)、y向移動(dòng)機(jī)構(gòu)和z向移動(dòng)機(jī)構(gòu)；

15.根據(jù)權(quán)利要求1至11任一項(xiàng)所述系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了無(wú)線充電系統(tǒng)及其控制方法，屬于無(wú)線充電技術(shù)領(lǐng)域，包括供電模塊和接收模塊，所述供電模塊包括第一耦合器，接收模塊包括第二耦合器，第一耦合器和第二耦合器相互耦合；所述第一耦合器包括第一線圈、第一磁體和第三磁體；所述第二耦合器包括第二線圈和第二磁體；所述第一線圈繞設(shè)于第一磁體；所述第二線圈繞設(shè)于第二磁體；所述第三磁體連接于第一磁體內(nèi)側(cè)，用于減小第一磁體和第二磁體之間存在的豎直方向的間隙，以使得第一耦合器和第二耦合器之間形成滿(mǎn)足預(yù)設(shè)要求的閉合磁回路；本發(fā)明能夠避免磁泄露，提高耦合程度，提高電力傳輸功率，降低第二磁體的體積和重量，滿(mǎn)足更高的輕量化要求。

技術(shù)研發(fā)人員：李建廷
受保護(hù)的技術(shù)使用者：爻新科技（上海）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17