一种用于电动汽车无线充电的磁屏蔽线圈组件

文档序号:36869 发布日期:2021-09-24 浏览:19次 >En<

阅读说明:本技术 一种用于电动汽车无线充电的磁屏蔽线圈组件 (Magnetic shielding coil assembly for wireless charging of electric automobile ) 是由 杨家泰 张海燕 朱仁进 吴昊楠 张冰倩 于 2021-07-14 设计创作,主要内容包括:本发明涉及一种用于电动汽车无线充电的磁屏蔽线圈组件,包括发射线圈和接收线圈,发射线圈为轴向螺旋结构,接收线圈为径向螺旋结构,发射线圈和接收线圈的背面均连接有背板双层屏蔽结构,背板双层屏蔽结构包括铁氧体板和钢板,铁氧体板的一面连接钢板,另一面连接发射线圈或接收线圈。与现有技术相比,本发明发射线圈轴向螺旋结构可以使磁能在螺旋线圈孔内密集,接收线圈径向螺旋可以更大面积的接收磁能,铁氧体板和钢板双层屏蔽结构具有高磁导率、高饱和磁通、内部磁阻极小的特性,周围空间的漏磁减少,优化了周围空间的电磁环境。(The invention relates to a magnetic shielding coil assembly for wireless charging of an electric automobile, which comprises a transmitting coil and a receiving coil, wherein the transmitting coil is of an axial spiral structure, the receiving coil is of a radial spiral structure, the back surfaces of the transmitting coil and the receiving coil are both connected with a back plate double-layer shielding structure, the back plate double-layer shielding structure comprises a ferrite plate and a steel plate, one surface of the ferrite plate is connected with the steel plate, and the other surface of the ferrite plate is connected with the transmitting coil or the receiving coil. Compared with the prior art, the transmitting coil axial spiral structure can enable magnetic energy to be concentrated in the spiral coil hole, the receiving coil radial spiral can receive the magnetic energy in a larger area, the ferrite plate and steel plate double-layer shielding structure has the characteristics of high magnetic conductivity, high saturation magnetic flux and extremely small internal magnetic resistance, the magnetic leakage of the surrounding space is reduced, and the electromagnetic environment of the surrounding space is optimized.)

一种用于电动汽车无线充电的磁屏蔽线圈组件

技术领域

本发明涉及无线充电的电磁屏蔽

技术领域

,尤其是涉及一种用于电动汽车无线充电的磁屏蔽线圈组件。

背景技术

2011年,新西兰奥克兰大学的Boys.J.T.教授所在的团队通过优化条状铁氧体的使用量,确保了电动汽车无线充电的高效率、低成本和低重量。

2014年3月,瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)电磁学和声学实验室研究了一个工作在100kHz、5W四线圈(两发射两接收)的近距离小尺寸无线传输系统,并加入76mm和50mm的铁氧体圆盘屏蔽。仿真发现,当拾起接收装置时手指即使接触了发射线圈的顶部,电场值依然符合暴露指南。

2014年,韩国高等科学技术学院(KAIST)Chun T.R.团队对逆变器、电源线模块、拾取模块、整流器和调节器均进行了优化设计,实验结果表明,在26cm气隙下100kW的功率传输效率可达80%。基于此系统,提出了被动屏蔽,将垂直地面金属板安装在地下的同时,将垂直接地板与车辆金属侧壁底部之间用金属刷连接,用于构造防护罩;还提出使用无功谐振电流环路方法通过磁场消除进行反应屏蔽的机制,用于抵消的感应磁场可以由电容值控制。

韩国高等科学技术学院(KAIST)的Jiseong Kim等人又进一步提出了一种用电容来调节无源屏蔽线圈中电流的屏蔽方法(谐振式无功屏蔽技术),使用Maxwell仿真软件对所设计的磁屏蔽传输系统进行了仿真分析,并将此技术应用于常用的电子设备,讨论了其系统效率和EMF(电场、磁场和电磁场)等相关问题,进一步提出了一种基于LC谐振线圈的主动感应式无功屏蔽的概念和设计方法,通过使用LC谐振线圈产生的磁场来抵消系统所产生的磁场,并不消耗额外的能量,能最大限度地减少入射磁场的64%。解决了屏蔽线圈电流不可控制的问题。

2015年,韩国KAIST提出了一种新型屏蔽结构,采用铁氧体和金属铝双层屏蔽结构,铝板厚度为1mm,与铁氧体屏蔽材料之间的间隙为5mm,这种新型屏蔽结构放置于无线电能传输系统中,可以有效的降低磁场强度,但是该结构面积较大,导致发射线圈以及接收线圈体积较大。

2017年,米兰理工大学能源部的A.Dolara课题组研究了随着铝板高度、半径、厚度的改变,系统自感互感的变化,以及对空间电磁场的影响,并针对圆形耦合结构设计了T型磁芯加铝板和铝环的屏蔽结构。

上述技术存在以下缺陷:

周围磁场降低有限,虽然达到了国际非电离辐射防护委员会(The InternationalCommission on Non-Ionizing Radiation Protection)制定的标准,但也是处于高位,对长期处于该等级的磁场强度下的人还是有一定的伤害;如果降低周围电磁场强度,但也会降低无线电能传输的效率;另外装置的成本、造价贵。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在周围磁场降低有限的缺陷而提供一种用于电动汽车无线充电的磁屏蔽线圈组件。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:

一种用于电动汽车无线充电的磁屏蔽线圈组件,包括发射线圈和接收线圈,所述发射线圈为轴向螺旋结构,所述接收线圈为径向螺旋结构,所述发射线圈和接收线圈的背面均连接有背板双层屏蔽结构,所述背板双层屏蔽结构包括铁氧体板和钢板,所述铁氧体板的一面连接钢板,另一面连接所述发射线圈或接收线圈。

进一步地,所述铁氧体板和钢板间留有间隙。

进一步地,所述发射线圈和接收线圈均采用利兹线圈绕制。

进一步地,所述磁屏蔽线圈组件还包括主动感应线圈,该主动感应线圈串联有可调电容,所述发射线圈和接收线圈的外侧均包围有至少一个所述主动感应线圈。

进一步地,所述主动感应线圈与发射线圈或接收线圈间留有间隙。

进一步地,所述主动感应线圈包括两个半圆环子线圈,每个半圆环子线圈均串联有可调电容,所述半圆环子线圈包括圆心相同的第一半圆部和第二半圆部,所述第一半圆部的半径大于第二半圆部的半径,所述第一半圆部和第二半圆部同一侧的一端通过直导线连接。

进一步地,所述发射线圈和主动感应线圈整体的外侧还安装有环形屏蔽板。

进一步地,所述环形屏蔽板的材质为钢。

进一步地,所述环形屏蔽板的高度与发射线圈的高度相同。

进一步地,所述环形屏蔽板的厚度在4-6毫米范围以内。

与现有技术相比,本发明具有以下优点:

(1)本发明采用发射线圈轴向螺旋结构可以使磁能在螺旋线圈孔内密集,接收线圈径向螺旋可以更大面积的接收磁能,铁氧体板和钢板双层屏蔽结构具有高磁导率、高饱和磁通、内部磁阻极小的特性,磁通将趋向于低磁阻存在的路径通过,通过磁通分流使磁力线大部分流入磁性材料,周围空间的漏磁减少,优化了周围空间的电磁环境。

(2)本发明在发射线圈和接收线圈外侧设置主动感应线圈,主动感应线圈采用无源模式,基于安培环路定理,主动感应线圈受主线圈产生磁场影响,电路中会产生与主线圈电路中电流相位相差180°的感应电流,通过调节电容使主动感应线圈电路谐振,主动感应线圈产生的磁场来抵消系统主线圈所产生的磁场,并不消耗额外的能量,减小漏磁。

(3)本发明在发射线圈和主动感应线圈整体的外侧还安装有钢材的环形屏蔽板,能进一步的对磁能屏蔽,减小漏磁,改善电磁环境。

附图说明

图1为本发明实施例中提供的一种磁屏蔽线圈组件中发射线圈部分的结构示意图;

图2为本发明实施例中提供的一种磁屏蔽线圈组件中接收线圈部分的结构示意图;

图中,1、发射线圈,2、接收线圈,3、铁氧体板,4、钢板,5、主动感应线圈,51、半圆环子线圈,511、第一半圆部,512、第二半圆部,513、直导线,6、环形屏蔽板。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。

此外,术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂,而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平,并不是表示该结构一定要完全水平,而是可以稍微倾斜。

实施例1

如图1和图2所示,本实施例提供一种用于电动汽车无线充电的磁屏蔽线圈组件,包括发射线圈1和接收线圈2,发射线圈1为轴向螺旋结构,接收线圈2为径向螺旋结构,发射线圈1和接收线圈2的背面均连接有背板双层屏蔽结构,背板双层屏蔽结构包括铁氧体板3和钢板4,铁氧体板3的一面连接钢板4,另一面连接发射线圈1或接收线圈2,铁氧体板3和钢板4间留有间隙。

发射线圈1轴向螺旋结构可以使磁能在螺旋线圈孔内密集,接收线圈2径向螺旋可以更大面积的接收磁能,铁氧体板3和钢板4双层屏蔽结构具有高磁导率、高饱和磁通、内部磁阻极小的特性,磁通将趋向于低磁阻存在的路径通过,通过磁通分流使磁力线大部分流入磁性材料,周围空间的漏磁减少,优化了周围空间的电磁环境。

作为一种优选的实施方式,发射线圈1和接收线圈2均采用利兹线圈绕制。

利兹线是对多股漆包线进行绞合成一股线,每根漆包线的直径很小,其趋肤效应和邻近效应基本可以忽略不计。而将多根漆包线绞合在一起,它的总电阻相当于同样直径单根线圈的电阻,则交流电阻大大降低,从而减小了趋肤效应和邻近效应的影响。

作为一种优选的实施方式,磁屏蔽线圈组件还包括主动感应线圈5,该主动感应线圈5串联有可调电容,发射线圈1和接收线圈2的外侧均包围有至少一个主动感应线圈5,主动感应线圈5与发射线圈1或接收线圈2间留有间隙。

具体地,主动感应线圈5包括两个半圆环子线圈51,每个半圆环子线圈51均串联有可调电容,半圆环子线圈51包括圆心相同的第一半圆部511和第二半圆部512,第一半圆部511的半径大于第二半圆部512的半径,第一半圆部511和第二半圆部512同一侧的一端通过直导线513连接。

主动感应线圈5采用无源模式,基于安培环路定理,主动感应线圈5受主线圈产生磁场影响,电路中会产生与主线圈电路中电流相位相差180°的感应电流,通过调节电容使主动感应线圈5电路谐振,主动感应线圈5产生的磁场来抵消系统主线圈所产生的磁场,并不消耗额外的能量,减小漏磁。

作为一种优选的实施方式,发射线圈1和主动感应线圈5整体的外侧还安装有环形屏蔽板6,环形屏蔽板6的材质为钢,环形屏蔽板6的高度与发射线圈1的高度相同,环形屏蔽板6的厚度在4-6毫米范围以内,优选为5毫米。

发射线圈周围的钢材的环形屏蔽板6能进一步的对磁能屏蔽,减小漏磁,改善电磁环境。

将上述优选的实施方式进行任意组合,可以得到更优的实施方式。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解,本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此,凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案,皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

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