一种电动汽车分段谐振无线充电耦合线圈

摘要

本发明公开了一种电动汽车分段谐振无线充电耦合线圈，耦合线圈外向内绕制，耦合线圈分割为N段，入线端连接第一电容，第i‑1段耦合线圈与第i段耦合线圈之间连接第i个补偿电容，2≤i≤N；第i段耦合线圈与第i个补偿电容谐振。各分段线圈均有串联补偿电容进行谐振补偿。该电动汽车无线充电耦合线圈通过耦合线圈分段后，能够实现系统每段线圈电压变小，在铝板的位移电流变小，铝板的感应电压变小，电磁骚扰降低，从而保证电动汽车无线充电系统安全运行。

说明书

技术领域

本发明涉及定位方法技术领域，尤其涉及一种电动汽车分段谐振无线充电耦合线圈。

背景技术

近些年，电磁耦合谐振式无线能量传输技术作为一种新兴的无线能量传输技术迅速发展起来，可以实现较远距离、大功率的能量传输，十分适用于电动汽车无线充电，可以在满足车主行驶里程的前提下实现无人充电和移动式充电。在无线充电方式中，发射线圈和接收线圈分别置于地面下和汽车底盘内，能量发射装置与能量接收装置完全隔离，能量通过发射线圈与接收线圈的气隙传递，汽车行驶至发射线圈与接收线圈对齐后便可开始充电。在充电时不需要人手动插拔，使用方便、安全，无导线裸露在外，不存在线路老化、尖端放电等因素导致火花等问题。未来电动汽车的充电方式将主要以无线充电为主。

尽管无线充电具有传统有线供电技术所未有的独特优势，但实际上有很多问题函待解决，其中一个不可忽视的问题，就是无线充电系统对系统外部的电磁骚扰问题。而无线充电系统补偿网络和线圈中因为电压高、电流大，工作频率高，存在大量高次谐波，可传导至交流电网，增大系统谐波含量，影响电网质量，另外线圈中间存在强磁场，对电磁暴露造成影响，危及人体健康。

目前，直接对磁场进行测量难度较大，高次谐波检测及消除没有很好的方法。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种电动汽车分段谐振无线充电耦合线圈，通过对耦合线圈分段后，能够实现系统每段线圈电压变小，在铝板的位移电流变小，铝板的感应电压变小，电磁骚扰降低，从而保证电动汽车无线充电系统安全运行。

为达到上述目的，本发明提供了一种电动汽车分段谐振无线充电耦合线圈，耦合线圈外向内绕制，耦合线圈分割为N段，入线端连接第一电容，第i-1段耦合线圈与第i段耦合线圈之间连接第i个补偿电容，2≤i≤N；

第i段耦合线圈与第i个补偿电容谐振。

提供另一种电动汽车分段谐振无线充电耦合线圈，耦合线圈外向内绕制，耦合线圈分割为N段，第i段耦合线圈与第i+1段耦合线圈之间连接第i个补偿电容，1≤i≤N-1；出线端连接第N个电容；

第i段耦合线圈与第i个补偿电容谐振。

进一步地，耦合线圈两端的电压峰值Vp，N的设置满足：Vp/N≤500V。

进一步地，耦合线圈分割为N段为均分。

进一步地，耦合线圈分割为N段为不均分。

进一步地，第i-1段耦合线圈与第i段耦合线圈之间的距离不超过20mm。

进一步地，第i段耦合线圈与第i+1段耦合线圈之间的距离不超过20mm。

进一步地，各个补偿电容设置在耦合线圈内部或者外部。

进一步地，分割后耦合线圈串联的总电感值与分割之前相等。

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

本发明通过耦合线圈分段设计后，能够实现系统每段线圈电压变小，在铝板的位移电流变小，铝板的感应电压变小，电磁骚扰降低，从而保证电动汽车无线充电系统安全运行。

附图说明

图1是现有无线充电原理示意图；

图2是本发明一个实施例的充电原理示意图；

图3是一个实施例的分段线圈结构示意图；

图4是本发明又一实施例的充电原理示意图；

图5是又一实施例的分段线圈结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

目前，最常用的补偿方法就是加入电容，与线圈的自感漏感构成谐振补偿结构，结合图1。电动汽车无线充电系统通常采用电容与耦合线圈串联的方式进行补偿。由于电动汽车无线充电系统耦合线圈的工作电压较高，电磁骚扰较大，为减小感应电压，采用分段式补偿方案，降低耦合线圈与串联补偿电容的电压。

本发明为了减小无线充电系统耦合机构部分对系统外部的电磁骚扰，解决线圈工作电压较高的问题，提供了一种电动汽车分段谐振无线充电耦合线圈。

耦合线圈外向内顺时针或逆时针绕制，耦合线圈分割为N段，入线端连接第一电容，第i-1段耦合线圈与第i段耦合线圈之间连接第i个补偿电容，2≤i≤N；第i段耦合线圈与第i个补偿电容谐振。

另一方面，也可以采用出线端连接电容的方式，耦合线圈外向内绕制，耦合线圈分割为N段，第i段耦合线圈与第i+1段耦合线圈之间连接第i个补偿电容，1≤i≤N-1；出线端连接第N个电容；第i段耦合线圈与第i个补偿电容谐振。

每段耦合线圈两端的电压峰值Vp，N的设置满足：Vp/N≤500V。各分段线圈均有串联补偿电容进行谐振补偿，共有N个串联补偿电容。对于传统的补偿电容与耦合线圈直接串联谐振，满足谐振关系，分段之后各串联补偿电容与各分段线圈也满足谐振关系，容值为原来容值的N倍，每段线圈电压变为原来的1/N。

进一步地，对于耦合线圈分为N段，可以采用均分的方式。对于耦合线圈分为N段，各段线圈自感值不等的情况，根据分段后实际线圈自感匹配对应容值电容，各串联补偿电容与各分段线圈也满足谐振关系，各补偿电容可以置于耦合线圈内部或者外部。

进一步地，为确保线圈的耐压和绝缘，应选用合适规格的利兹线，线段末端与承接的下一段线段首端之间的距离不超过20mm。

实施例1

以分段线圈自感值相等为例，如图2所示，将线圈分为4段，每段线圈电感值相同，即每段线圈绕线长度相同，S为入线端，F为出线端，C1～C4为串联补偿电容，D1～D7为线段端点。

线圈从外向内顺时针绕制，D7为与外部电路相连的起始点，串联电容C1接到线圈入线端S，第一根导线从S端进入顺时针绕制到末端D1分割，第二根导线从首端D2开始顺时针绕制到末端D3分割，第三根导线从首端D4开始顺时针绕制到末端D5分割，第四根导线从首端D6开始顺时针绕制到最内圈，并到出线端F结束，F端与外部电路相连。电容C2串联在第一根导线的末端D1和第二根导线的首端D2之间，电容C3串联在第二根导线的末端D3和第三根导线的首端D4之间，电容C4串联在第三根导线的末端D5和第四根导线的首端D6之间。

电容C1～C4的电容值可分别与四段导线的电感值进行谐振，若四段导线电感值相同，则四个电容容值相同，可采用相同的电容设计。

实施例2

电容还可以采用连接至出线端的方式，如图4所示。

结合图5，线圈从外向内顺时针绕制，D7为与外部电路相连的终点，串联电容C4接到线圈出线端F，第一根导线从S端进入顺时针绕制到末端D1分割，第二根导线从首端D2开始顺时针绕制到末端D3分割，第三根导线从首端D4开始顺时针绕制到末端D5分割，第四根导线从首端D6开始顺时针绕制到最内圈，并到出线端F结束，F端与外部电路相连。电容C1串联在第一根导线的末端D1和第二根导线的首端D2之间，电容C2串联在第二根导线的末端D3和第三根导线的首端D4之间，电容C3串联在第三根导线的末端D5和第四根导线的首端D6之间。

综上所述，本发明公开了一种电动汽车分段谐振无线充电耦合线圈，耦合线圈外向内顺时针绕制，耦合线圈分割为N段，入线端连接第一电容，第i-1段耦合线圈与第i段耦合线圈之间连接第i个补偿电容，2≤i≤N；第i段耦合线圈与第i个补偿电容谐振。各分段线圈均有串联补偿电容进行谐振补偿。该电动汽车无线充电耦合线圈通过耦合线圈分段后，能够实现系统每段线圈电压变小，在铝板的位移电流变小，铝板的感应电压变小，电磁骚扰降低，从而保证电动汽车无线充电系统安全运行。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。