能量發射器、接收器和包含二者的磁共振無線充電裝置製造方法

2024-02-10 04:18:15

能量發射器、接收器和包含二者的磁共振無線充電裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型涉及充電技術，特別涉及用於電動汽車的能量發射器、接收器和包含二者磁共振無線充電裝置。按照本實用新型的能量發射器（210）包括：驅動線圈（212）；用於產生高頻交流功率的驅動電路（211），其包括場效應管（T）、第一電容器（C1）和第一電感器（L1），所述電容器（C1）並聯連接在所述場效應管（T）的源極（S）和漏極（D）之間，所述場效應管（T）的源極（S）連接至外部交流電源的其中一個輸出端，漏極（D）經所述第一電感器（C1）連接至所述驅動線圈（212），並且柵極（G）上施加脈寬調製信號；以及與所述驅動線圈（212）感應耦合的發射線圈（213）。
【專利說明】能量發射器、接收器和包含二者的磁共振無線充電裝置

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及充電技術，特別涉及用於電動汽車的能量發射器、接收器和包含二者磁共振無線充電裝置。

【背景技術】
[0002]節能和環保是汽車工業發展的目標，電動汽車和混合動力汽車的發展在此背景下被廣泛看好。基於磁共振的無線能量傳輸技術利用電磁諧振線圈的磁共振強耦合實現能量的長距離高效傳輸。圖1為基於磁共振的無線能量傳輸方式的示意圖。如圖1所示，高頻交流勵磁信號被輸入驅動線圈110，發射線圈120藉助電磁感應作用從驅動線圈110中獲得能量，並且與接收線圈130共振於預先確定的頻率f處，拾取線圈140將從接收線圈130感應獲得能量輸出至負載電路(未畫出)。在上述傳輸方式中，發射線圈與接收線圈之間的磁共振強耦合是實現高效、長距離能量傳輸的關鍵。
實用新型內容
[0003]本實用新型的一個目的是提供能量發射器，其在應用於電動汽車充電時具有控制效率聞和靈活等優點。
[0004]本實用新型的上述目的可通過下列技術方案實現:
[0005]一種能量發射器，包括:
[0006]驅動線圈；
[0007]用於產生高頻交流功率的驅動電路，其包括場效應管、第一電容器和第一電感器，所述電容器並聯連接在所述場效應管的源極和漏極之間，所述場效應管的源極連接至外部交流電源的其中一個輸出端，漏極經所述第一電感器連接至所述驅動線圈，並且柵極上施加脈寬調製信號；以及
[0008]與所述驅動線圈感應耦合的發射線圈。
[0009]優選地，上述能量發射器進一步包括串聯連在所述第一電感器與驅動線圈共接端的第一電阻器和第二電容器，來自外部的調製信號經所述第一電阻器和第二電容器輸入所述共接端。
[0010]本實用新型的還有一個目的是提供與上述能量發射器協同工作的能量接收器。
[0011]本實用新型的上述目的可通過下列技術方案實現:
[0012]一種能量接收器，包括:
[0013]具有與所述發射線圈相同的共振頻率的接收線圈；
[0014]與所述接收線圈感應稱合的拾取線圈；以及
[0015]整流濾波電路，包括與所述拾取線圈相連的整流橋堆和與所述整流橋堆相連的π形濾波電路，
[0016]其中，所述發射線圈與所述接收線圈具有相同的幾何形狀和尺寸。
[0017]本實用新型的還有一個目的是提供一種用於電動汽車的磁共振無線充電裝置，其具有控制效率聞和靈活等優點。
[0018]本實用新型的上述目的可通過下列技術方案實現:
[0019]一種用於電動汽車的磁共振無線充電裝置，包括:
[0020]能量發射器，包括:
[0021]驅動線圈；
[0022]用於產生高頻交流功率的驅動電路，其包括場效應管、第一電容器和第一電感器，所述電容器並聯連接在所述場效應管的源極和漏極之間，所述場效應管的源極連接至外部交流電源的其中一個輸出端，漏極經所述第一電感器連接至所述驅動線圈，並且柵極上施加脈寬調製信號；以及
[0023]與所述驅動線圈感應耦合的發射線圈；
[0024]能量接收器，包括:
[0025]具有與所述發射線圈相同的共振頻率的接收線圈；
[0026]與所述接收線圈感應稱合的拾取線圈；以及
[0027]整流濾波電路，包括與所述拾取線圈相連的整流橋堆和與所述整流橋堆相連的π形濾波電路，
[0028]其中，所述發射線圈與所述接收線圈具有相同的幾何形狀和尺寸。
[0029]優選地，在上述磁共振無線充電裝置中，所述能量發射器進一步包括串聯連在所述第一電感器與驅動線圈共接端的第一電阻器和第二電容器，來自外部的調製信號經所述第一電阻器和第二電容器輸入所述共接端，並且所述能量接收器進一步包括串聯連接在所述拾取線圈兩端的第二電阻器和第三電容器，所述第二電阻器和第三電容器的共接端被連接至外部的信號解調設備。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]本實用新型的上述和/或其它方面和優點將通過以下結合附圖的各個方面的描述變得更加清晰和更容易理解，附圖中相同或相似的單元採用相同的標號表示，附圖包括:
[0031]圖1為基於磁共振的無線能量傳輸方式的示意圖。
[0032]圖2為按照本實用新型一個實施例的用於電動汽車的磁共振無線充電裝置的框圖。
[0033]圖3為圖2所示的磁共振無線充電裝置的電路原理圖。

【具體實施方式】
[0034]下面通過參考附圖描述【具體實施方式】來闡述本實用新型。但是需要理解的是，這些【具體實施方式】僅僅是示例性的，對於本實用新型的精神和保護範圍並無限制作用。
[0035]在本說明書中，「耦合」一詞應當理解為包括在兩個單元之間直接傳送能量或信號的情形，或者經一個或多個第三單元間接傳送能量或信號的情形，而且這裡所稱的信號包括但不限於以電、光和磁的形式存在的信號。
[0036]「包含」和「包括」之類的用語表示除了具有在說明書和權利要求書中有直接和明確表述的單元和步驟以外，本實用新型的技術方案也不排除具有未被直接或明確表述的其它單元和步驟的情形。再者，諸如「第一」、「第二」、「第三」和「第四」之類的用語並不表示單元或數值在時間、空間、大小等方面的順序而僅僅是作區分各單元或數值之用。
[0037]以下藉助附圖描述本實用新型的具體實施例。
[0038]圖2為按照本實用新型一個實施例的用於電動汽車的磁共振無線充電裝置的框圖。
[0039]如圖2所示，本實施例的磁共振無線充電裝置20包括能量發射器210和能量接收器220，以下分別作進一步的描述。
[0040]參見圖2，能量發射器210包括驅動電路211、驅動線圈212和發射線圈213。驅動電路211將外部交流電變換為高頻交流功率，該高頻交流功率被輸出至驅動線圈212。驅動線圈212與發射線圈213通過電感耦合，使得驅動線圈212中的能量經電磁感應作用被輸送到發射線圈213，隨後通過發射線圈213發射出去。
[0041]能量接收器220包括整流濾波電路221、拾取線圈222和接收線圈223。接收線圈223通過磁耦合作用接收發射線圈213發射的能量，隨後拾取線圈222通過電感耦合作用從接收線圈223獲得能量。通過調節接收線圈223和/或發射線圈213所處迴路中的電氣參數，可以使二者的諧振頻率或特徵頻率相同，以下將這種相同的諧振頻率稱為共振頻率。優選地，接收線圈223與發射線圈213具有相同的幾何形狀和尺寸。當接收線圈223與發射線圈213工作在共振頻率下時，二者之間的磁耦合達到極值，相應地，拾取線圈222迴路中將獲得最大的電流。整流濾波電路221與拾取線圈222電氣連接，其將高頻交流功率轉換為直流功率並提供給電動汽車的儲能單元(例如蓄電池和超級電容器)。
[0042]繼續參見圖2，在本實施例中，為了實現能量和控制信息的同步傳輸，驅動電路211的輸出端與外部的調製信號源相連以將控制信息調製到高頻交流功率上。考慮到整個磁共振無線充電裝置對於工作頻率的變化非常敏感，因此採用振幅調製方式將控制信號調製到能量信號上。控制信號可以承載各種信息，例如計費信息、充電模式命令、充電電量等。優選地，可以在電動汽車上配置預付費卡，控制信號被用於傳送修改預付費卡內計費數據的控制命令。另一方面，拾取線圈222的輸出端與外部的信號解調設備連接，以將能量信號中的控制信號解調出來並由相應的設備(例如汽車電子控制器和預付費卡讀寫器等)處理。
[0043]需要指出的是，在上述實施例中，能量發射器210和能量接收器220可以分別設置在充電站和電動汽車上。當電動汽車停靠在設定位置上後，充電站即可開始對電動汽車進行充電。此外，設置在電動汽車上的能量接收器220也可以是可拆卸的，因此可以在電動汽車駛入充電站後再將能量接收器安裝在電動汽車上。
[0044]還需要指出的是，雖然在本實施例中將調製信號源和信號解調設備設置在磁共振無線充電裝置的外部，但是可選地，它們也可以集成在磁共振無線充電裝置內。
[0045]圖3為圖2所示的磁共振無線充電裝置的電路原理圖。
[0046]在圖3所示的磁共振無線充電裝置20中，能量發射器210的驅動電路211包括場效應管T、第一電容器Cl和第一電感器LI。第一電容器Cl並聯連接在場效應管T的源極S和漏極D之間，場效應管T的源極S接至外部交流電源的其中一個輸出端，場效應管T的漏極D經第一電感器LI連接至驅動線圈212，而驅動線圈212與發射線圈213通過電感耦合。在工作時，外部交流電AC被輸入驅動電路211，通過在場效應管T的柵極G上施加脈寬調製信號，第一電容器Cl與第一電感器LI發生串聯諧振,從而可在A端(第一電感器LI與驅動線圈212的共接端)產生高頻交流功率。參見圖3，調製信號源的調製信號經第一電阻器Rl和第二電容器C2輸入至A端，從而將調製信號疊加在高頻交流功率上。
[0047]在圖3所示的磁共振無線充電裝置20中，接收線圈223通過磁耦合作用接收發射線圈213發射的能量，隨後拾取線圈222通過電感耦合作用從接收線圈223獲得能量。能量接收器220的整流濾波電路221包括整流橋堆2211和由第二電感器L2、第四電容器C4和第五電容器C5構成的Ji形濾波電路2212，其中，整流橋堆2211的輸入端B1、B2並聯在拾取線圈223的兩端，輸出端83和財與Ji形濾波電路2212相連。輸入拾取線圈223的高頻交流功率經整流濾波電路221轉換為直流功率並提供給電動汽車的儲能單元(例如蓄電池和超級電容器)。此外，第三電容器C3和第二電阻器R2串聯連接後並聯在拾取線圈223的兩端，它們的共接端B與外部的信號解調設備相連以使信號解調設備能夠從能量信號中解調出控制信息。
[0048]雖然已經展現和討論了本實用新型的一些方面，但是本領域內的技術人員應該意識到:可以在不背離本實用新型原理和精神的條件下對上述方面進行改變，因此本實用新型的範圍將由權利要求以及等同的內容所限定。
【權利要求】
1.一種能量發射器(210)，其特徵在於，包括: 驅動線圈(212)； 用於產生高頻交流功率的驅動電路(211)，其包括場效應管(T)、第一電容器(Cl)和第一電感器(LI)，所述電容器(Cl)並聯連接在所述場效應管(T)的源極(S)和漏極(D)之間，所述場效應管(T)的源極(S)連接至外部交流電源的其中一個輸出端，漏極(D)經所述第一電感器(Cl)連接至所述驅動線圈(212)，並且柵極(G)上施加脈寬調製信號；以及與所述驅動線圈(212)感應耦合的發射線圈(213)。
2.如權利要求1所述的能量發射器(210)，其中，進一步包括串聯連在所述第一電感器(LI)與驅動線圈(212)共接端(A)的第一電阻器(Rl)和第二電容器(C2)，來自外部的調製信號經所述第一電阻器(Rl)和第二電容器(C2)輸入所述共接端(A)。
3.一種與權利要求1所述的能量發射器協同工作的能量接收器(220)，其特徵在於，包括: 具有與所述發射線圈(213 )相同的共振頻率的接收線圈(223 ); 與所述接收線圈(223)感應耦合的拾取線圈(222);以及 整流濾波電路(221 )，包括與所述拾取線圈(222)相連的整流橋堆(2211)和與所述整流橋堆(2211)相連的形濾波電路(2212)， 其中，所述發射線圈(213 )與所述接收線圈(223 )具有相同的幾何形狀和尺寸。
4.一種用於電動汽車的磁共振無線充電裝置，其特徵在於，包括: 能量發射器，包括: 驅動線圈(212)； 用於產生高頻交流功率的驅動電路(211)，其包括場效應管(T)、第一電容器(Cl)和第一電感器(LI)，所述電容器(Cl)並聯連接在所述場效應管(T)的源極(S)和漏極(D)之間，所述場效應管(T)的源極(S)連接至外部交流電源的其中一個輸出端，漏極(D)經所述第一電感器(Cl)連接至所述驅動線圈(212)，並且柵極(G)上施加脈寬調製信號；以及與所述驅動線圈(212)感應耦合的發射線圈(213);能量接收器(220)，包括: 具有與所述發射線圈(213)相同的共振頻率的接收線圈(223); 與所述接收線圈(223)感應耦合的拾取線圈(222)；以及 整流濾波電路(221)，包括與所述拾取線圈(222)相連的整流橋堆(2211)和與所述整流橋堆(2211)相連的形濾波電路(2212)， 其中，所述發射線圈(213 )與所述接收線圈(223 )具有相同的幾何形狀和尺寸。
5.如權利要求4所述的用於電動汽車的磁共振無線充電裝置，其中，所述能量發射器(210)進一步包括串聯連在所述第一電感器(LI)與驅動線圈(212)共接端(A)的第一電阻器(Rl)和第二電容器(C2)，來自外部的調製信號經所述第一電阻器(Rl)和第二電容器(C2)輸入所述共接端(A)，並且所述能量接收器(220)進一步包括串聯連接在所述拾取線圈(222)兩端的第二電阻器(R2)和第三電容器(C5)，所述第二電阻器(R2)和第三電容器(C5)的共接端(B)被連接至外部的信號解調設備。
【文檔編號】H02J7/02GK203840066SQ201420156213
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年4月1日 優先權日:2014年4月1日
【發明者】鄧恆, 趙雲飛, 周超 申請人:上海汽車集團股份有限公司