專利名稱：一種無線充電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動汽車無線充電領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種無線充電裝置。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電動汽車充電技術(shù)的研究已經(jīng)成為當前電動汽車應(yīng)用的難點和科技領(lǐng)域研究的熱點。與傳統(tǒng)的接觸式充電技術(shù)相比，近幾年出現(xiàn)的無線充電技術(shù)具有非接觸、無電火花、成本低、不易進水等優(yōu)點，使得無線充電技術(shù)在汽車充電領(lǐng)域更具應(yīng)用潛力。目前，無線充電技術(shù)主要采用的磁耦合式的充電技術(shù)是近幾年出現(xiàn)的一種較新的無線供電技術(shù)，其基本思想是利用線圈中距離較近磁場中的駐波，基于磁場諧振耦合原理，實現(xiàn)能量的傳遞。與其它的無線供電技術(shù)相比，該技術(shù)可實現(xiàn)一米到兩米中等距離的無線供電。但是，在實際充電過程中，由于外界汽車金屬設(shè)備以及諧振線圈之間的影響，汽車金屬設(shè)備可能會對充電裝置產(chǎn)生電磁干擾，甚至是強耦合，諧振線圈之間也可能發(fā)生過耦合現(xiàn)象，使得諧振線圈不能以穩(wěn)定不變的諧振頻率工作，因此妨礙了整個充電裝置以不變的固有頻率進行充電，這樣供電電能就會大部分損失，充電效率降低，輻射效率增加，不利于電能的充分利用，造成浪費。并且，位于汽車底盤的無線充電裝置的接收端是由較厚的金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計而成，給實際安裝無線充電裝置帶來了不便。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種無線充電裝置，以實現(xiàn)在一定距離范圍內(nèi)高效率、低輻射、低剖面的汽車無線充電。一種無線充電裝置，包括與交流電源相連、具有第一特征指標的第一諧振線圈，所述第一諧振線圈位于發(fā)射端；罩于所述第一諧振線圈外圍、具有第一特定固有屬性的第一電磁屏蔽罩；與所述第一諧振線圈間隔預(yù)設(shè)距離、具有第一特征指標的第二諧振線圈，所述第二諧振線圈位于接收端；與所述第二諧振線圈共平面、處于所述第二諧振線圈外圍的負載線圈，所述負載線圈與外部器件相連、耦合所述第二諧振線圈攜帶的電能；罩于所述第二諧振線圈和負載線圈外圍、具有第一特定固有屬性的第二電磁屏蔽罩;其中:所述第一特征指標和第一特定固有屬性均根據(jù)所述預(yù)設(shè)距離和預(yù)設(shè)頻率計算得至IJ，所述預(yù)設(shè)頻率為第一諧振線圈和第二諧振線圈的諧振頻率。優(yōu)選地，所述無線充電裝置還包括與交流電源相連、與所述第一諧振線圈共平面并處于所述第一諧振線圈外圍的驅(qū)動線圈，所述驅(qū)動線圈耦合所述交流電源提供的電能至所述第一諧振線圈。優(yōu)選地，所述第一諧振線圈和第二諧振線圈為平面螺旋結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，所述諧振頻率為電磁波開放頻段的頻率。優(yōu)選地，所述第一諧振線圈、第二諧振線圈和負載線圈的材料為銅質(zhì)材料。優(yōu)選地，所述第一特征指 標包括線圈匝數(shù)、內(nèi)徑、外徑以及導(dǎo)線直徑。優(yōu)選地，所述第一特定固有屬性包括所述第一電磁屏蔽罩和第二電磁屏蔽罩的半徑和厚度。優(yōu)選地,所述負載線圈和驅(qū)動線圈為單匝線圈。從上述的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供的一種無線充電裝置，包括罩于第一諧振線圈外圍、具有第一特定固有屬性的第一電磁屏蔽罩，以及罩于第二諧振線圈和負載線圈外圍、具有第一特定固有屬性的第二電磁屏蔽罩，電磁屏蔽罩的使用，屏蔽掉了汽車外界金屬設(shè)備對諧振線圈的電磁干擾，消除了金屬設(shè)備與線圈之間的強耦合現(xiàn)象，同時引入了諧振線圈與電磁屏蔽罩之間的互電容，降低了第一諧振線圈和第二諧振線圈之間的耦合系數(shù)，減小了發(fā)生過耦合的幾率。另外，具有第一特征指標的第一諧振線圈和第二諧振線圈以及具有第一特定固有屬性的第一電磁屏蔽罩和第二電磁屏蔽罩是根據(jù)預(yù)設(shè)距離和預(yù)設(shè)頻率計算設(shè)計的，也保證了諧振線圈在一定距離范圍內(nèi)、不受外界干擾地、以穩(wěn)定不變的諧振頻率通電，以得到系統(tǒng)電能的高傳輸率，低輻射率，保證電能的充分利用。并且，負載線圈以共平面的方式設(shè)置于所述第二諧振線圈的外圍，提高了系統(tǒng)的低剖面性能，使得該裝置在使用時不影響汽車底盤的高度，更加易于安裝。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本發(fā)明實施例公開的一種無線充電裝置結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明另一實施例公開的一種無線充電裝置結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。本發(fā)明實施例公開了一種無線充電裝置，以實現(xiàn)在一定距離范圍內(nèi)高效率、低輻射、低剖面的汽車無線充電。一種無線充電裝置，如圖I所示，包括與交流電源相連、具有第一特征指標的第一諧振線圈101，第一諧振線圈位于發(fā)射端;罩于第一諧振線圈外圍、具有第一特定固有屬性的第一電磁屏蔽罩102 ；
與第一諧振線圈間隔預(yù)設(shè)距離、具有第一特征指標的第二諧振線圈103，第二諧振線圈位于接收端；與第二諧振線圈103共平面、處于第二諧振線圈103外圍的負載線圈104，負載線圈104與外部器件相連、耦合第二諧振線圈攜帶的電能；罩于第二諧振線圈103和負載線圈104外圍、具有第一特定固有屬性的第二電磁屏蔽罩105 ;其中第一特征指標和第一特定固有屬性均根據(jù)所述預(yù)設(shè)距離和預(yù)設(shè)頻率計算得到，預(yù)設(shè)頻率為第一諧振線圈和第二諧振線圈的諧振頻率。
從上述實施例可以看出，本發(fā)明提供的一種無線充電裝置，包括罩于第一諧振線圈101外圍、具有第一特定固有屬性的第一電磁屏蔽罩102，以及罩于第二諧振線圈103和負載線圈104外圍、具有第一特定固有屬性的第二電磁屏蔽罩105，電磁屏蔽罩的使用，屏蔽掉了汽車外界金屬設(shè)備對諧振線圈的電磁干擾，消除了金屬設(shè)備與線圈之間的強耦合現(xiàn)象，同時引入了諧振線圈與電磁屏蔽罩之間的互電容，降低了第一諧振線圈101和第二諧振線圈103之間的耦合系數(shù)，減小了發(fā)生過耦合的幾率。另外，具有第一特征指標的第一諧振線圈和第二諧振線圈以及具有第一特定固有屬性的第一電磁屏蔽罩和第二電磁屏蔽罩是根據(jù)預(yù)設(shè)距離和預(yù)設(shè)頻率計算設(shè)計的，也保證了諧振線圈在一定距離范圍內(nèi)、不受外界干擾地、以穩(wěn)定不變的諧振頻率通電，以得到系統(tǒng)電能的高傳輸率，低輻射率，保證電能的充分利用。并且，負載線圈104以共平面的方式設(shè)置于第二諧振線圈103的外圍，提高了系統(tǒng)的低剖面性能，使得該裝置在使用時不影響汽車底盤的高度，更加易于安裝。在本發(fā)明實施例公開的無線充電裝置中，第二諧振線圈位于接收端，接收端是指汽車底盤上用來安裝無線充電裝置的位置，第一諧振線圈位于發(fā)射端，發(fā)射端是指汽車停泊處的地面，在設(shè)計第一諧振線圈和第二諧振線圈的位置時，采用對稱結(jié)構(gòu)，這樣方便加工。一般情況下，汽車底盤距離汽車停泊處的地面應(yīng)該是10到25厘米，但是，通常汽車底盤上安裝有驅(qū)動軸突起的部分，它的厚度為5厘米，而無線充電裝置顯然不可能裝在突起的位置上，因此，底盤高度通常是指驅(qū)動軸突起部分的頂部距離地面的高度，因此接收端的高度定位于15到30厘米之間，所以，預(yù)設(shè)距離應(yīng)該取在這個范圍之內(nèi)。眾所周知，每個線圈均有其本身固有的諧振頻率，線圈的規(guī)格不同，諧振頻率也就隨之不同，在實際制作線圈的過程中，第一特征指標根據(jù)預(yù)設(shè)距離15到30厘米之間和預(yù)設(shè)頻率計算得到，預(yù)設(shè)頻率為第一諧振線圈和第二諧振線圈的諧振頻率。這里為了能量傳輸率的最大化，第一諧振線圈和第二諧振線圈都采用相同的規(guī)格，它們的諧振頻率也因此相同。正常來說，很多工業(yè)設(shè)備工作的頻率都在一定的電磁波頻段內(nèi)，這個頻段是無線頻率委員會所規(guī)定的、一般工業(yè)設(shè)備正常工作的頻段，為了不與這些工業(yè)設(shè)備形成電磁干擾，對彼此產(chǎn)生不利影響。本發(fā)明實施例公開的無線充電裝置中，工程人員采用電磁波開放頻段上的某個頻率給系統(tǒng)供電，這樣很少有其他設(shè)備工作于這個頻率段內(nèi)，因此也就不會對此無線充電裝置產(chǎn)生電磁干擾。綜合考慮制作線圈和獲取此頻率的難易程度等因素，工程人員采用13. 56兆赫茲的交流電源給此無線裝置供電，因此，就必須將諧振頻率定為13. 56兆赫茲。
在計算第一諧振線圈和第二諧振線圈的第一特征指標的時候，是根據(jù)第一諧振線圈和第二諧振線圈之間的距離范圍以及兩個線圈之間的距離在預(yù)設(shè)距離范圍內(nèi)變化，而第一諧振線圈和第二諧振線圈仍然保持以13. 56兆赫茲的諧振頻率工作，以保持系統(tǒng)的工作頻率保持不變。這樣在整個充電裝置工作的過程中，才會使得電能以高效率傳輸，輻射到空間中損失的電能達到最小值，保證了電能的充分利用。為了保證能量的傳輸效率不低于80%,福射效率不高于O. 25%,同時第一諧振線圈和第二諧振線圈在預(yù)設(shè)的距離范圍內(nèi)變化，一般是15到30厘米之間，第一諧振線圈和第二諧振線圈以不變的 諧振頻率13. 56兆赫茲通電，第一諧振線圈與第二諧振線圈可以為平面螺旋結(jié)構(gòu)，計算出諧振線圈的第一特征指標，主要包括線圈匝數(shù)、內(nèi)徑、外徑以及導(dǎo)線直徑。計算時主要根據(jù)天線原理，當線圈工作在諧振頻率時，諧振線圈中的電流成駐波特性，線圈長度約為諧振波長的一半，采用全波分析方法中的矩量法結(jié)合遺傳算法進行優(yōu)化。計算所得的線圈匝數(shù)為14. 515圈，內(nèi)徑為5厘米，外徑為15厘米，導(dǎo)線直徑為O. 3厘米，因此，在無線充電裝置的制作中就選用這種規(guī)格的線圈，以實現(xiàn)在一定距離范圍內(nèi)高效率、低輻射、低剖面的汽車無線充電。本發(fā)明另一實施例還公開了一種無線充電裝置，如圖2所示，除了包括與交流電源相連、具有第一特征指標的第一諧振線圈101，第一諧振線圈101位于發(fā)射端；罩于第一諧振線圈101外圍、具有第一特定固有屬性的第一電磁屏蔽罩102 ；與第一諧振線圈101間隔預(yù)設(shè)距離、具有第一特征指標的第二諧振線圈103，第二諧振線圈103位于接收端；與第二諧振線圈103共平面、處于第二諧振線圈103外圍的負載線圈104，負載線圈與外部器件相連、耦合第二諧振線圈103攜帶的電能；罩于第二諧振線圈103和負載線圈104外圍、具有第一特定固有屬性的第二電磁屏蔽罩105 ;其中第一特征指標和第一特定固有屬性均根據(jù)預(yù)設(shè)距離和預(yù)設(shè)頻率計算得到，預(yù)設(shè)頻率為第一諧振線圈101和第二諧振線圈103的諧振頻率。還包括與交流電源相連、與第一諧振線圈101共平面并處于第一諧振線圈外圍的驅(qū)動線圈106，驅(qū)動線圈106耦合交流電源提供的電能至所述第一諧振線圈101。從本發(fā)明另一實施例公開的無線充電裝置中可以看出，電磁屏蔽罩的使用，屏蔽掉了汽車外界金屬設(shè)備對諧振線圈的電磁干擾，消除了金屬設(shè)備與線圈之間的強耦合現(xiàn)象，同時引入了諧振線圈與電磁屏蔽罩之間的互電容，降低了第一諧振線圈101和第二諧振線圈103之間的耦合系數(shù)，減小了發(fā)生過耦合的幾率。另外，具有第一特征指標的第一諧振線圈和第二諧振線圈以及具有第一特定固有屬性的第一電磁屏蔽罩和第二電磁屏蔽罩是根據(jù)預(yù)設(shè)距離和預(yù)設(shè)頻率計算設(shè)計的，也保證了諧振線圈在一定距離范圍內(nèi)、不受外界干擾地、以穩(wěn)定不變的諧振頻率通電，以得到系統(tǒng)電能的高傳輸率，低輻射率，保證電能的充分利用。并且，負載線圈104以共平面的方式設(shè)置于第二諧振線圈103的外圍，以及驅(qū)動線圈106與第一諧振線圈101共平面并處于第一諧振線圈外圍同時提高了系統(tǒng)的低剖面性能，使得該裝置在使用時不影響汽車底盤的高度，更加易于安裝。第一電磁屏蔽罩102和第二電磁屏蔽罩105所具有的第一特定固有屬性也是根據(jù)第一諧振線圈和第二諧振線圈之間的距離范圍以及兩個線圈之間的距離在預(yù)設(shè)距離范圍內(nèi)變化，而第一諧振線圈和第二諧振線圈的工作頻率仍然保持不變計算得到的，如果工程人員仍然選用13. 56兆赫茲，安裝于距離地面高度為15到30厘米之間的汽車底盤上，在設(shè)計第一電磁屏蔽罩和第二電磁屏蔽罩時，計算的第一特定固有屬性主要包括有第一電磁屏蔽罩和第二電磁屏蔽罩的半徑和厚度，根據(jù)特定的算法計算屏蔽罩的半徑為20厘米，厚度為I. 5厘米。在本發(fā)明另一實施例公開的無線充電裝置中，交流電源也可以先給驅(qū)動線圈供電，利用磁耦合技術(shù)和麥克斯韋電磁理論，驅(qū)動線圈耦合電源電能至第一諧振線圈，這里采用的驅(qū)動線圈和第一諧振線圈共平面，以起到低剖面的作用。諧振線圈采用平面螺旋結(jié)構(gòu)，其自身分布電感、分布電容及與屏蔽罩互電容構(gòu)成諧振回路，以實現(xiàn)耦合驅(qū)動線圈電能及將諧振線圈中的電能耦合至負載線圈的目的。
在上述實施例公開的無線充電裝置中，為了保證能量可以高效率、低輻射的傳輸，第一諧振線圈置于驅(qū)動線圈內(nèi)部和第二諧振線圈置于負載線圈內(nèi)部，使得次級線圈產(chǎn)生的磁場完全通過初級線圈的鏈路，提高了能量的傳輸效率。同時，工程人員在選用驅(qū)動線圈和負載線圈時，均采用單匝線圈，置于諧振線圈外，并且選用諧振頻率與諧振線圈諧振頻率相差較大的線圈，這樣在通電過程中，不易與諧振線圈形成干擾。實際選用線圈時，第一諧振線圈、第二諧振線圈、驅(qū)動線圈與負載線圈的材料可采用銅質(zhì)材料，負載線圈直接與外置整流負載電路相連，實現(xiàn)給汽車的充電。本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
1.一種無線充電裝置，其特征在于，包括 與交流電源相連、具有第一特征指標的第一諧振線圈，所述第一諧振線圈位于發(fā)射端; 罩于所述第一諧振線圈外圍、具有第一特定固有屬性的第一電磁屏蔽罩； 與所述第一諧振線圈間隔預(yù)設(shè)距離、具有第一特征指標的第二諧振線圈，所述第二諧振線圈位于接收端； 與所述第二諧振線圈共平面、處于所述第二諧振線圈外圍的負載線圈，所述負載線圈與外部器件相連、耦合所述第二諧振線圈攜帶的電能； 罩于所述第二諧振線圈和負載線圈外圍、具有第一特定固有屬性的第二電磁屏蔽罩；其中 所述第一特征指標和第一特定固有屬性均根據(jù)所述預(yù)設(shè)距離和預(yù)設(shè)頻率計算得到，所述預(yù)設(shè)頻率為第一諧振線圈和第二諧振線圈的諧振頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無線充電裝置，其特征在于，還包括 與交流電源相連、與所述第一諧振線圈共平面并處于所述第一諧振線圈外圍的驅(qū)動線圈，所述驅(qū)動線圈耦合所述交流電源提供的電能至所述第一諧振線圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無線充電裝置，其特征在于，所述第一諧振線圈和第二諧振線圈為平面螺旋結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無線充電裝置，其特征在于，所述諧振頻率為電磁波開放頻段的頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無線充電裝置，其特征在于，所述第一諧振線圈、第二諧振線圈和負載線圈的材料為銅質(zhì)材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無線充電裝置，其特征在于，所述第一特征指標包括線圈匝數(shù)、內(nèi)徑、外徑以及導(dǎo)線直徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無線充電裝置，其特征在于，所述第一特定固有屬性包括所述第一電磁屏蔽罩和第二電磁屏蔽罩的半徑和厚度。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線充電裝置，其特征在于，所述負載線圈和驅(qū)動線圈為單匝線圈。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無線充電裝置，包括具有第一特征指標、位于發(fā)射端的第一諧振線圈和與第一諧振線圈間隔預(yù)設(shè)距離、具有第一特征指標且位于接收端的第二諧振線圈，罩于所述第一諧振線圈外圍、具有第一特定固有屬性的第一電磁屏蔽罩及罩于所述第二諧振線圈和負載線圈外圍、具有第一特定固有屬性的第二電磁屏蔽罩，與所述第二諧振線圈共平面、處于所述第二諧振線圈外圍的負載線圈，所述負載線圈與外部器件相連、耦合所述第二諧振線圈攜帶的電能，所述第一特征指標和第一特定固有屬性均根據(jù)所述預(yù)設(shè)距離和預(yù)設(shè)頻率計算得到，預(yù)設(shè)頻率為第一諧振線圈和第二諧振線圈的諧振頻率，該裝置可實現(xiàn)在一定距離范圍內(nèi)高效率、低輻射、低剖面的汽車無線充電。
文檔編號H05K9/00GK102820714SQ20121032318
公開日2012年12月12日 申請日期2012年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月3日
發(fā)明者劉永相, 周全, 李林霞, 鄭可, 歐習洋, 孫洪亮, 馮凌, 楊澤偉 申請人:重慶市電力公司電力科學研究院