能量發(fā)射器、接收器和包含二者的磁共振無線充電裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及充電技術(shù)，特別涉及用于電動(dòng)汽車的能量發(fā)射器、接收器和包含二者磁共振無線充電裝置。按照本實(shí)用新型的能量發(fā)射器（210）包括：驅(qū)動(dòng)線圈（212）；用于產(chǎn)生高頻交流功率的驅(qū)動(dòng)電路（211），其包括場效應(yīng)管（T）、第一電容器（C1）和第一電感器（L1），所述電容器（C1）并聯(lián)連接在所述場效應(yīng)管（T）的源極（S）和漏極（D）之間，所述場效應(yīng)管（T）的源極（S）連接至外部交流電源的其中一個(gè)輸出端，漏極（D）經(jīng)所述第一電感器（C1）連接至所述驅(qū)動(dòng)線圈（212），并且柵極（G）上施加脈寬調(diào)制信號(hào)；以及與所述驅(qū)動(dòng)線圈（212）感應(yīng)耦合的發(fā)射線圈（213）。
【專利說明】能量發(fā)射器、接收器和包含二者的磁共振無線充電裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及充電技術(shù)，特別涉及用于電動(dòng)汽車的能量發(fā)射器、接收器和包含二者磁共振無線充電裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]節(jié)能和環(huán)保是汽車工業(yè)發(fā)展的目標(biāo)，電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車的發(fā)展在此背景下被廣泛看好?；诖殴舱竦臒o線能量傳輸技術(shù)利用電磁諧振線圈的磁共振強(qiáng)耦合實(shí)現(xiàn)能量的長距離高效傳輸。圖1為基于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(lì)磁信號(hào)被輸入驅(qū)動(dòng)線圈110，發(fā)射線圈120借助電磁感應(yīng)作用從驅(qū)動(dòng)線圈110中獲得能量，并且與接收線圈130共振于預(yù)先確定的頻率f處，拾取線圈140將從接收線圈130感應(yīng)獲得能量輸出至負(fù)載電路(未畫出)。在上述傳輸方式中，發(fā)射線圈與接收線圈之間的磁共振強(qiáng)耦合是實(shí)現(xiàn)高效、長距離能量傳輸?shù)年P(guān)鍵。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的一個(gè)目的是提供能量發(fā)射器，其在應(yīng)用于電動(dòng)汽車充電時(shí)具有控制效率聞和靈活等優(yōu)點(diǎn)。
[0004]本實(shí)用新型的上述目的可通過下列技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0005]一種能量發(fā)射器，包括:
[0006]驅(qū)動(dòng)線圈；
[0007]用于產(chǎn)生高頻交流功率的驅(qū)動(dòng)電路，其包括場效應(yīng)管、第一電容器和第一電感器，所述電容器并聯(lián)連接在所述場效應(yīng)管的源極和漏極之間，所述場效應(yīng)管的源極連接至外部交流電源的其中一個(gè)輸出端，漏極經(jīng)所述第一電感器連接至所述驅(qū)動(dòng)線圈，并且柵極上施加脈寬調(diào)制信號(hào)；以及
[0008]與所述驅(qū)動(dòng)線圈感應(yīng)耦合的發(fā)射線圈。
[0009]優(yōu)選地，上述能量發(fā)射器進(jìn)一步包括串聯(lián)連在所述第一電感器與驅(qū)動(dòng)線圈共接端的第一電阻器和第二電容器，來自外部的調(diào)制信號(hào)經(jīng)所述第一電阻器和第二電容器輸入所述共接端。
[0010]本實(shí)用新型的還有一個(gè)目的是提供與上述能量發(fā)射器協(xié)同工作的能量接收器。
[0011]本實(shí)用新型的上述目的可通過下列技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0012]一種能量接收器，包括:
[0013]具有與所述發(fā)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(yīng)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(fā)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(shí)用新型的還有一個(gè)目的是提供一種用于電動(dòng)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(yōu)點(diǎn)。
[0018]本實(shí)用新型的上述目的可通過下列技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0019]一種用于電動(dòng)汽車的磁共振無線充電裝置，包括:
[0020]能量發(fā)射器，包括:
[0021]驅(qū)動(dòng)線圈；
[0022]用于產(chǎn)生高頻交流功率的驅(qū)動(dòng)電路，其包括場效應(yīng)管、第一電容器和第一電感器，所述電容器并聯(lián)連接在所述場效應(yīng)管的源極和漏極之間，所述場效應(yīng)管的源極連接至外部交流電源的其中一個(gè)輸出端，漏極經(jīng)所述第一電感器連接至所述驅(qū)動(dòng)線圈，并且柵極上施加脈寬調(diào)制信號(hào)；以及
[0023]與所述驅(qū)動(dòng)線圈感應(yīng)耦合的發(fā)射線圈；
[0024]能量接收器，包括:
[0025]具有與所述發(fā)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(yīng)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(fā)射線圈與所述接收線圈具有相同的幾何形狀和尺寸。
[0029]優(yōu)選地，在上述磁共振無線充電裝置中，所述能量發(fā)射器進(jìn)一步包括串聯(lián)連在所述第一電感器與驅(qū)動(dòng)線圈共接端的第一電阻器和第二電容器，來自外部的調(diào)制信號(hào)經(jīng)所述第一電阻器和第二電容器輸入所述共接端，并且所述能量接收器進(jìn)一步包括串聯(lián)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(hào)解調(diào)設(shè)備。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]本實(shí)用新型的上述和/或其它方面和優(yōu)點(diǎn)將通過以下結(jié)合附圖的各個(gè)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采用相同的標(biāo)號(hào)表示，附圖包括:
[0031]圖1為基于磁共振的無線能量傳輸方式的示意圖。
[0032]圖2為按照本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的用于電動(dòng)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(shí)施方式】
[0034]下面通過參考附圖描述【具體實(shí)施方式】來闡述本實(shí)用新型。但是需要理解的是，這些【具體實(shí)施方式】僅僅是示例性的，對(duì)于本實(shí)用新型的精神和保護(hù)范圍并無限制作用。
[0035]在本說明書中，“耦合”一詞應(yīng)當(dāng)理解為包括在兩個(gè)單元之間直接傳送能量或信號(hào)的情形，或者經(jīng)一個(gè)或多個(gè)第三單元間接傳送能量或信號(hào)的情形，而且這里所稱的信號(hào)包括但不限于以電、光和磁的形式存在的信號(hào)。
[0036]“包含”和“包括”之類的用語表示除了具有在說明書和權(quán)利要求書中有直接和明確表述的單元和步驟以外，本實(shí)用新型的技術(shù)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”之類的用語并不表示單元或數(shù)值在時(shí)間、空間、大小等方面的順序而僅僅是作區(qū)分各單元或數(shù)值之用。
[0037]以下借助附圖描述本實(shí)用新型的具體實(shí)施例。
[0038]圖2為按照本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的用于電動(dòng)汽車的磁共振無線充電裝置的框圖。
[0039]如圖2所示，本實(shí)施例的磁共振無線充電裝置20包括能量發(fā)射器210和能量接收器220，以下分別作進(jìn)一步的描述。
[0040]參見圖2，能量發(fā)射器210包括驅(qū)動(dòng)電路211、驅(qū)動(dòng)線圈212和發(fā)射線圈213。驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)線圈212。驅(qū)動(dòng)線圈212與發(fā)射線圈213通過電感耦合，使得驅(qū)動(dòng)線圈212中的能量經(jīng)電磁感應(yīng)作用被輸送到發(fā)射線圈213，隨后通過發(fā)射線圈213發(fā)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(fā)射線圈213發(fā)射的能量，隨后拾取線圈222通過電感耦合作用從接收線圈223獲得能量。通過調(diào)節(jié)接收線圈223和/或發(fā)射線圈213所處回路中的電氣參數(shù)，可以使二者的諧振頻率或特征頻率相同，以下將這種相同的諧振頻率稱為共振頻率。優(yōu)選地，接收線圈223與發(fā)射線圈213具有相同的幾何形狀和尺寸。當(dāng)接收線圈223與發(fā)射線圈213工作在共振頻率下時(shí)，二者之間的磁耦合達(dá)到極值，相應(yīng)地，拾取線圈222回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(zhuǎn)換為直流功率并提供給電動(dòng)汽車的儲(chǔ)能單元(例如蓄電池和超級(jí)電容器)。
[0042]繼續(xù)參見圖2，在本實(shí)施例中，為了實(shí)現(xiàn)能量和控制信息的同步傳輸，驅(qū)動(dòng)電路211的輸出端與外部的調(diào)制信號(hào)源相連以將控制信息調(diào)制到高頻交流功率上。考慮到整個(gè)磁共振無線充電裝置對(duì)于工作頻率的變化非常敏感，因此采用振幅調(diào)制方式將控制信號(hào)調(diào)制到能量信號(hào)上。控制信號(hào)可以承載各種信息，例如計(jì)費(fèi)信息、充電模式命令、充電電量等。優(yōu)選地，可以在電動(dòng)汽車上配置預(yù)付費(fèi)卡，控制信號(hào)被用于傳送修改預(yù)付費(fèi)卡內(nèi)計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)的控制命令。另一方面，拾取線圈222的輸出端與外部的信號(hào)解調(diào)設(shè)備連接，以將能量信號(hào)中的控制信號(hào)解調(diào)出來并由相應(yīng)的設(shè)備(例如汽車電子控制器和預(yù)付費(fèi)卡讀寫器等)處理。
[0043]需要指出的是，在上述實(shí)施例中，能量發(fā)射器210和能量接收器220可以分別設(shè)置在充電站和電動(dòng)汽車上。當(dāng)電動(dòng)汽車停靠在設(shè)定位置上后，充電站即可開始對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行充電。此外，設(shè)置在電動(dòng)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(dòng)汽車駛?cè)氤潆娬竞笤賹⒛芰拷邮掌靼惭b在電動(dòng)汽車上。
[0044]還需要指出的是，雖然在本實(shí)施例中將調(diào)制信號(hào)源和信號(hào)解調(diào)設(shè)備設(shè)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(nèi)。
[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(fā)射器210的驅(qū)動(dòng)電路211包括場效應(yīng)管T、第一電容器Cl和第一電感器LI。第一電容器Cl并聯(lián)連接在場效應(yīng)管T的源極S和漏極D之間，場效應(yīng)管T的源極S接至外部交流電源的其中一個(gè)輸出端，場效應(yīng)管T的漏極D經(jīng)第一電感器LI連接至驅(qū)動(dòng)線圈212，而驅(qū)動(dòng)線圈212與發(fā)射線圈213通過電感耦合。在工作時(shí)，外部交流電AC被輸入驅(qū)動(dòng)電路211，通過在場效應(yīng)管T的柵極G上施加脈寬調(diào)制信號(hào)，第一電容器Cl與第一電感器LI發(fā)生串聯(lián)諧振,從而可在A端(第一電感器LI與驅(qū)動(dòng)線圈212的共接端)產(chǎn)生高頻交流功率。參見圖3，調(diào)制信號(hào)源的調(diào)制信號(hào)經(jīng)第一電阻器Rl和第二電容器C2輸入至A端，從而將調(diào)制信號(hào)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(fā)射線圈213發(fā)射的能量，隨后拾取線圈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(gòu)成的Ji形濾波電路2212，其中，整流橋堆2211的輸入端B1、B2并聯(lián)在拾取線圈223的兩端，輸出端83和財(cái)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(jīng)整流濾波電路221轉(zhuǎn)換為直流功率并提供給電動(dòng)汽車的儲(chǔ)能單元(例如蓄電池和超級(jí)電容器)。此外，第三電容器C3和第二電阻器R2串聯(lián)連接后并聯(lián)在拾取線圈223的兩端，它們的共接端B與外部的信號(hào)解調(diào)設(shè)備相連以使信號(hào)解調(diào)設(shè)備能夠從能量信號(hào)中解調(diào)出控制信息。
[0048]雖然已經(jīng)展現(xiàn)和討論了本實(shí)用新型的一些方面，但是本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)該意識(shí)到:可以在不背離本實(shí)用新型原理和精神的條件下對(duì)上述方面進(jìn)行改變，因此本實(shí)用新型的范圍將由權(quán)利要求以及等同的內(nèi)容所限定。
【權(quán)利要求】
1.一種能量發(fā)射器(210)，其特征在于，包括: 驅(qū)動(dòng)線圈(212)； 用于產(chǎn)生高頻交流功率的驅(qū)動(dòng)電路(211)，其包括場效應(yīng)管(T)、第一電容器(Cl)和第一電感器(LI)，所述電容器(Cl)并聯(lián)連接在所述場效應(yīng)管(T)的源極(S)和漏極(D)之間，所述場效應(yīng)管(T)的源極(S)連接至外部交流電源的其中一個(gè)輸出端，漏極(D)經(jīng)所述第一電感器(Cl)連接至所述驅(qū)動(dòng)線圈(212)，并且柵極(G)上施加脈寬調(diào)制信號(hào)；以及與所述驅(qū)動(dòng)線圈(212)感應(yīng)耦合的發(fā)射線圈(213)。
2.如權(quán)利要求1所述的能量發(fā)射器(210)，其中，進(jìn)一步包括串聯(lián)連在所述第一電感器(LI)與驅(qū)動(dòng)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(diào)制信號(hào)經(jīng)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(quán)利要求1所述的能量發(fā)射器協(xié)同工作的能量接收器(220)，其特征在于，包括: 具有與所述發(fā)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(yīng)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(fā)射線圈(213 )與所述接收線圈(223 )具有相同的幾何形狀和尺寸。
4.一種用于電動(dòng)汽車的磁共振無線充電裝置，其特征在于，包括: 能量發(fā)射器，包括: 驅(qū)動(dòng)線圈(212)； 用于產(chǎn)生高頻交流功率的驅(qū)動(dòng)電路(211)，其包括場效應(yīng)管(T)、第一電容器(Cl)和第一電感器(LI)，所述電容器(Cl)并聯(lián)連接在所述場效應(yīng)管(T)的源極(S)和漏極(D)之間，所述場效應(yīng)管(T)的源極(S)連接至外部交流電源的其中一個(gè)輸出端，漏極(D)經(jīng)所述第一電感器(Cl)連接至所述驅(qū)動(dòng)線圈(212)，并且柵極(G)上施加脈寬調(diào)制信號(hào)；以及與所述驅(qū)動(dòng)線圈(212)感應(yīng)耦合的發(fā)射線圈(213);能量接收器(220)，包括: 具有與所述發(fā)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(yīng)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(fā)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(quán)利要求4所述的用于電動(dòng)汽車的磁共振無線充電裝置，其中，所述能量發(fā)射器(210)進(jìn)一步包括串聯(lián)連在所述第一電感器(LI)與驅(qū)動(dòng)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(diào)制信號(hào)經(jīng)所述第一電阻器(Rl)和第二電容器(C2)輸入所述共接端(A)，并且所述能量接收器(220)進(jìn)一步包括串聯(lián)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(hào)解調(diào)設(shè)備。
【文檔編號(hào)】H02J7/02GK203840066SQ201420156213
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月1日
【發(fā)明者】鄧恒, 趙云飛, 周超 申請人:上海汽車集團(tuán)股份有限公司