無線充電磁性結構的制作方法
【專利摘要】本文涉及到無線充電磁性結構。在至少一個實施方式中，公開了包括第一底板和第二底板的用于車輛的感應充電線圈組件。第一底板包括用于傳輸磁通量的至少一個第一線圈。第二底板包括具有頂側和底側以接收磁通量用于給車輛充電的至少一個第二線圈。至少一個第二線圈界定窗口以將至少一個鐵氧體定位在至少一個第二線圈的頂側上和底側上。至少一個鐵氧體被布置成將磁通量從至少一個第二線圈的底側引導到至少一個第二線圈的頂側并回到至少一個第二線圈的底側。
【專利說明】
無線充電磁性結構
技術領域
[0001]本文所述的方面總體上涉及用于車輛的無線充電磁性結構。
[0002]背景
[0003]Khan等人的美國公布號2014/0060505提供了用于車輛的感應充電線圈組件。組件包括第一底板，第一底板包括在其上的用于接收磁通量以給車輛電池充電的至少一個第一線圈。組件還包括第二底板，第二底板包括具有其頂面的至少一個第二線圈，頂面形成升高的部分以將磁通量集中在至少一個第一線圈上。
[0004]Baarman等人的美國公布號2011/0181240公開了用于電動車輛的感應充電系統(tǒng)。特別是，Baarman公開了幫助使初級充電線圈與次級線圈對準的用于電動車輛的充電系統(tǒng)。系統(tǒng)可包括止輪塊，當輪胎進入止輪塊時，止輪塊將初級線圈升高成與次級線圈對準。系統(tǒng)可包括凹進支承車輛的表面之下并由蓋保護的初級線圈。次級線圈可由安裝到車輛的防撞擊滑板保護并支承。系統(tǒng)可包括由車庫開門器發(fā)射機或車庫開門器傳輸?shù)男盘査刂频某潆婋娐?。系統(tǒng)可包括檢測在初級線圈和次級線圈之間的空間中的動物或物體的存在的傳感器。
[0005]概述
[0006]在至少一個實施方式中，公開了包括第一底板和第二底板的用于車輛的感應充電線圈組件。第一底板包括用于發(fā)送磁通量的至少一個第一線圈。第二底板包括具有頂側和底側以接收磁通量用于給車輛充電的至少一個第二線圈。至少一個第二線圈界定窗口以將至少一個鐵氧體定位在至少一個第二線圈的頂側上和底側上。至少一個鐵氧體布置成將磁通量從至少一個第二線圈的底側引導到至少一個第二線圈的頂側并回到至少一個第二線圈的底側。
[0007]在至少一個實施方式中，公開了包括車輛底板的車輛的感應充電線圈裝置。車輛底板包括具有頂側和底側的用于從第二底板接收磁通量以給車輛充電的至少一個線圈。至少一個線圈界定窗口以接納至少一個鐵氧體來將至少一個鐵氧體定位在至少一個線圈的頂側上和底側上。至少一個鐵氧體被布置成將磁通量從至少一個線圈的底側引導到至少一個線圈的頂側并回到至少一個線圈的底側。
[0008]在至少一個實施方式中，公開了包括第一底板和第二底板的用于車輛的感應充電線圈組件。第一底板包括用于發(fā)送磁通量的至少一個第一線圈。第二底板包括具有頂側和底側以接收磁通量用于給車輛充電的至少一個第二線圈。至少一個第二線圈界定窗口以接納至少一個鐵氧體來將磁通量從至少一個第二線圈的底側引導到頂側。至少一個第二線圈界定包括至少一個鐵氧體的窗口以將磁通量從至少一個第二線圈的底側引導到至少一個第二線圈的頂側并回到至少一個第二線圈的底側。
[0009]附圖簡述
[0010]在所附權利要求中具體地指出本公開的實施方式。然而，通過結合附圖參考接下來的詳細描述，各種實施方式的其它特征將變得更明顯且將被最好地理解，附圖中:
[0011]圖1示出根據(jù)一個實施方式的無線充電磁性結構(或組件)的側視圖；
[0012]圖2示出根據(jù)一個實施方式的圖1的組件的車輛板的頂視圖；
[0013]圖3A示出根據(jù)一個實施方式的組件的車輛板的底視圖；
[0014]圖3B示出根據(jù)一個實施方式的組件的車輛板的升高的底視圖；
[0015]圖4A示出根據(jù)一個實施方式的次級線圈的升高的底視圖；
[0016]圖4B示出根據(jù)一個實施方式的次級線圈的頂視圖；
[0017]圖5示出根據(jù)一個實施方式的位于底板之上的車輛板的頂視圖；
[0018]圖6不出根據(jù)一個實施方式的在組件的底板側和車輛板之間的磁親合和場分布的建模；
[0019]圖7是示出在X軸和y軸上的各種偏差處的組件的耦合系數(shù)的曲線圖。
[0020]詳細描述
[0021]如所需要的，在本文公開了本發(fā)明的詳細實施方式;然而應理解，所公開的實施方式僅僅是可體現(xiàn)在各種和可選的形式中的本發(fā)明的示例。附圖不一定按比例；一些特征可放大或最小化以示出特定部件的細節(jié)。因此，本文公開的特定結構和功能細節(jié)不應被解釋為限制性的，而是僅僅作為用于教導本領域中的技術人員多方面地使用本發(fā)明的代表性基礎。
[0022]也被稱為無線充電的感應充電利用彼此由空氣間隙間隔開的初級線圈和次級線圈。初級線圈可位于底部襯墊中，而次級線圈可放置在為了電池充電目的而接收能量的設備(例如，車輛板或車輛襯墊)上。初級線圈和次級線圈彼此組合以形成電氣變壓器。初級線圈產(chǎn)生交變電磁場或時變磁場，并將其傳輸?shù)酱渭壘€圈。次級線圈反過來響應于磁場而產(chǎn)生電壓，該電壓接著被轉(zhuǎn)換成電流。電壓和電流提供功率以給電池充電。
[0023]本文所述的方面提供提高在底部襯墊中的初級線圈與位于車輛中的次級線圈之間的耦合的無線充電磁性結構(或組件)。例如，次級線圈可成一角度以接納至少一個鐵氧體棒，至少一個鐵氧體棒用于引導或指引通過在次級線圈內(nèi)形成的至少一個窗口從初級線圈接收的磁通量。在這種情況下，至少一個鐵氧體棒的一部分可位于次級線圈的一側上，而至少一個鐵氧體棒的另一部分可位于次級線圈的另一側上。這個方面和在本文所述的那些方面除了別的事情以外還可提高在電動車輛中的無線充電的總效率，同時維持小封裝尺寸。
[0024]圖1示出根據(jù)一個實施方式的無線充電磁性結構(或組件)10的側視圖。通常結合電感地給車輛14中的一個或多個電池12充電來使用組件10。組件10包括底板(或襯墊)16和車輛底板(或襯墊)(在下文中“車輛板18”)。底板16包括初級線圈20和至少一個鐵氧體22(在下文中“鐵氧體22”)。同樣，車輛板18包括次級線圈24和至少一個鐵氧體26(在下文中“鐵氧體26”)。通常，底板16與車輛板18物理地間隔開。通常，底板16可位于諸如地板的水平表面上，且車輛板18可位于車輛14的下側上。
[0025]底板16的初級線圈20能夠經(jīng)由磁感應和在預定頻率下的共振操作來實現(xiàn)到車輛板18的次級線圈24的能量傳輸，以提供電池12的無線充電。通常，來自初級線圈20(當被通電時)和鐵氧體22的磁通量可被引導到次級線圈24和鐵氧體26，以提供有效的能量傳輸和更強的磁耦合。初級線圈20和次級線圈24可形成松散地耦合的變壓器。初級線圈20產(chǎn)生磁場(或磁通量)并將磁場(或磁通量)傳輸?shù)酱渭壘€圈24 ο反過來，次級線圈24響應于磁場而產(chǎn)生電壓，該電壓接著被轉(zhuǎn)換成電流以給電池12充電。
[0026]次級線圈24通常包括用于接納鐵氧體26的至少一個成角度的部分28。至少一個成角度的部分(例如，如圖1所示的28a或28b)相對于次級線圈24的另一部分形成斜面。在組件10中，次級線圈24可包括在次級線圈24的一側上的第一成角度的部分28a和在次級線圈24的另一側上的第二成角度的部分28b。如下面將更詳細示出的，次級線圈24的每側形成或界定在每個成角度的部分28a和28b上的窗口 29a和29b。次級線圈24包括第一側30和第二側32。第一側30被定向為朝著擱置底板16在其上的地板。第二側32被定向為面向上朝向車輛
14。在成角度的部分28a和28b上形成的窗口 29a和29b分別接納鐵氧體26，使得鐵氧體26的至少一個第一部分34 (見34a和34b)位于次級線圈24的第一側30之下(或在次級線圈24之下)。此外，在成角度的部分28a和28b上形成的窗口 29a和29b分別接納鐵氧體26，使得鐵氧體26的第二部分36位于次級線圈24的第二側32之上(或在次級線圈24之上)。
[0027]鐵氧體26包括用于將第一部分34a耦合到在鐵氧體26的一側上的第二部分36的第一接合部分38a。鐵氧體26包括用于將第一部分34b耦合到在鐵氧體26的相對側上的第二部分36的第二接合部分38b ο如可在圖1中看到的，鐵氧體26在第一部分34a、第一接合部分38a和鐵氧體26的第二部分36處形成大致上90度角。同樣，鐵氧體26在第一部分34b、第二接合部分38b和鐵氧體26的第二部分處形成大致上90度角。這些方面使鐵氧體26能夠位于次級線圈24的第一側30 (例如，底側)和次級線圈24的第二側32(例如，頂側)上。在這個配置中，鐵氧體26將來自底板16的磁通量在次級線圈24的第一端31處從次級線圈24的第一側30引導到次級線圈24的第二側32并在次級線圈24的第二端33處穿過次級線圈24的第一側30回來。如所示，次級線圈24的第一端31定位成與次級線圈24的第二端33相對。窗口 29a和29b被配置成分別接納第一接合部分38a和第二接合部分38b。如在圖1中所示的，在窗口 29a或29b中鐵氧體26的頂部與鐵氧體的底部重疊(例如，其中鐵氧體26相對于成角度的部分28a或28b位于窗口 29a或29b中)。
[0028]通過使鐵氧體26的第一部分34a和/或34b定向成位于次級線圈24之下并使鐵氧體26的第二部分36定向成位于次級線圈24之上，這個條件使鐵氧體26能夠從初級線圈20收集磁通量并循環(huán)、引導或指引磁通量穿過在次級線圈24中形成的窗口 29a和29b(以及穿過如上所述的次級線圈24的第一端31和第二端33)，以增加在初級線圈20和次級線圈24之間的磁耦合。通常，穿過窗口 29a和29b行進的磁通量的數(shù)量確定在初級線圈20和次級線圈24之間的磁耦合的量。因此，因為鐵氧體26增加穿過次級線圈24的窗口 29a和29b的磁通量的數(shù)量，初級線圈20和次級線圈24顯示更大水平的磁耦合。
[0029]圖2示出根據(jù)一個實施方式的組件10的車輛板18的頂視圖。通常，次級線圈24的第二側32面向車輛14，且次級線圈24的第一側30面向底板16。因此，如圖2中所示的車輛板18的頂視圖向下朝向底板16。車輛板18被附接到車輛14 ο底板16從車輛(即從車輛板18)垂直地移動，并可位于在車輛14之下的平坦表面上。圖2還示出次級線圈24被布置成接納兩個鐵氧體26。每個鐵氧體26可以彼此分離，或可彼此組合以形成單個零件。應認識到，次級線圈24可被布置成接納任何數(shù)量的鐵氧體26。如所示，次級線圈24包括可以附接或可以不附接到彼此的兩個大致上D形的線圈24a、24b。鐵氧體26的特定形狀可基于特定實現(xiàn)的期望標準而改變。這將在下面更詳細地討論。
[0030]圖3A示出根據(jù)一個實施方式的組件10的車輛板18的底視圖。通常，底側(或次級線圈2的第一側30)面向底板16。如在圖3A中示出的組件10示出兩個鐵氧體26由次級線圈24接納。在這個實現(xiàn)中，鐵氧體26在次級線圈24的第二側32(或頂側)上被連接在一起。應認識至IJ，鐵氧體26可彼此連接或可彼此分離。圖3B示出根據(jù)一個實施方式的組件10的車輛板18的升高的底視圖。
[0031]圖4A示出次級線圈24的頂視圖。如上面提到的，次級線圈24的第一側30(或頂側)被布置成面向底板16。次級線圈24通常包括可以附接或可以不附接到彼此的兩個大致上D形的線圈24a、24b。每個線圈24a和24b分別界定用于接納至少一個鐵氧體26的相應的窗口29a和29b。圖4B示出次級線圈24的頂視圖。如上面提到的，次級線圈24的第二側32被布置成面向車輛14。
[0032]圖5示出根據(jù)一個實施方式的位于底板16之上的車輛板18的頂視圖。這個圖示通常是當車輛14正經(jīng)歷充電操作時車輛板18相對于底板16的位置的表示。初級線圈20也可包括可在X方向上彼此間隔開間隙G的兩個D形線圈16a和16b。在一個例子中，間隙G可以是100mm。每個線圈16a和16b也分別界定相應的窗口 40a和40b。底板16的鐵氧體26位于每個線圈16a和16b之下。如所示，初級線圈20的總長度和寬度大于次級線圈24的總長度和寬度。這個條件被提供以確保車輛板18位于底板16之上(例如，在穿過頁面延伸的z軸上)以應對當車輛14為了給電池12充電的目的而停放在底板16之上時在X和/或y方向(或軸)上的可能的未對準。
[0033]通常，如在初級線圈20中形成的每個窗口40a和40b可具有相應的長度1PC，其還包括位置容限或位置長度1Ρι。在初級線圈20中包括位置長度Ip^加了初級線圈20的總尺寸。次級線圈24的總長度可由Is。定義。因此，在這種情況下，將車輛板18全部放置在長度1PC2上并與窗口40a和/或40b重合的某個地方并是合乎需要的。通常，在感應充電的情況下，應認識到，需要長度的某個程度(或容限1Ρι)來應對在底板16之上的車輛板18的不同位置(SP當車輛14被停放時在底板16之上的車輛板18的不同位置)。因此，在這個方面中，窗口 40a和40b的長度Ip。被布置成等于或大于次級線圈的總長度(例如，ls。)和位置長度Ipl。當車輛14在充電操作期間停放在底板16之上時，這個條件確保車輛板18和底板16得到大致一致的耦合系數(shù)響應。通常，為了確保最佳充電性能，組件10通常考慮車輛位置相對于充電襯墊(或底板16)的可變性的量。車輛12可以不對準的量是未對準容限。位置長度丨^可以是車輛側對側未對準容限。
[0034]圖6示出在組件10的底板16和車輛板18之間的磁耦合和場耦合的建模。如可看到的，建模示出在次級線圈24上的窗口 29a-29b和在初級線圈20上的窗口 40a-40b之間的磁通量密度在1.5104x 10—3和5.8122 10—3之間的某處。自然地，對于位于更遠離在次級線圈24上的窗口 29a-29b和在初級線圈20上的窗口 40a_40b的位置，磁通量密度降低。
[0035]圖7是示出在z軸和X軸(對于z軸和X軸，見圖5)上的各種偏差處的組件10的耦合系數(shù)的曲線圖。通常，對不利用位置容限Ipl的實現(xiàn)(例如，沒有額外的容限在組件10中被利用，這減小底板16的總尺寸一一這個條件在車輛充電期間需要在底板16和車輛板18之間的較緊密的放置或較小的偏差)和對利用如結合圖5討論的位置容限Ipl的實現(xiàn)(其中，增加底板16的總尺寸以確保當車輛14在充電操作期間停放在底板16之上時底板16和車輛板18得到一致的耦合系數(shù)響應)，示出在底板16和車輛板18之間的耦合系數(shù)。圖7的曲線圖大致上示出在諸如一側到另一側、在駕駛方向上的前到后和在車輛駕駛高度上的差別的三個可能的方向上有未對準的組件10的性能。
[0036]對于不利用位置容限Ipl(其反過來減小初級線圈20的總尺寸)的組件10，數(shù)據(jù)組80通常相應于具有(10mm(例如，在z方向上)、64mm(例如，在x方向上))的偏差的親合系數(shù)。對于不利用位置容限1Ρι(其反過來減小初級線圈20的總尺寸)的組件10，數(shù)據(jù)組82通常相應于具有(100mm(例如，在z方向上)、104mm(例如，在X方向上))的偏差的親合系數(shù)。對于利用位置容限1Ρι的組件10，數(shù)據(jù)組84通常相應于具有(100mm(例如，在z方向上)、64mm(例如，在X方向上))的偏差的耦合系數(shù)。
[0037]如所示，數(shù)據(jù)組84通常比數(shù)據(jù)組80更一致(即數(shù)據(jù)組84不包括具有耦合系數(shù)的下沉的變化水平，其反過來提供在初級線圈20和次級線圈24之間的一致的耦合系數(shù))。這個條件由于長度1Ρι大于如結合圖5所述的次級線圈24的長度Is。的和位置長度Ipt而實現(xiàn)。對于利用位置容限1Ρι的組件10，數(shù)據(jù)組86通常相應于具有(100mm(例如，在z方向上)、104mm(例如，在X方向上))的偏差的耦合系數(shù)。如所示，數(shù)據(jù)組86通常比數(shù)據(jù)組82更一致(即數(shù)據(jù)組86不包括具有耦合系數(shù)的下沉的變化水平)。由于在數(shù)據(jù)組80和82中存在的下沉的變化水平，組件10可能需要在車輛充電期間消耗更多的電流以應對這些下沉，以確保來自其的電流輸出不響應于下沉而下降。
[0038]如本文所述的組件10可提高車輛14的無線充電的效率，同時維持小封裝尺寸。通常，通過從在附接到車輛14的次級線圈24處接納從初級線圈20產(chǎn)生例如85kHz的磁場來執(zhí)行無線充電。初級線圈20和次級線圈24中的每個形成分別用于磁場的傳輸和磁能的接收的兩個大致上“D”形的線圈。
[0039]穿過次級線圈24的窗口29a和29b的中心行進的通量的數(shù)量確定在初級線圈20和次級線圈24之間的耦合的量。以前的技術可利用在接收線圈中的大窗口區(qū)域以收集來自基本線圈的更多的通量。然而，這個條件產(chǎn)生相當大和重的初級線圈和次級線圈。次級線圈24包括面向下朝著初級線圈20的至少一個鐵氧體26以收集或接收來自較大區(qū)域的磁通量并引導磁通量穿過在次級線圈24上的窗口 29a和29b。這個方面比常規(guī)實現(xiàn)提供更大的有效窗口區(qū)域，同時減小在車輛14上的封裝空間。
[0040]雖然上面描述了示例性實施方式，其不旨在這些實施方式描述本發(fā)明的所有可能的形式。而是，在說明書中使用的詞是描述而不是限制的詞，且應理解，可做出各種變化而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。此外，各種實現(xiàn)實施方式的特征可被組合以形成本發(fā)明的另外的實施方式。
【主權項】
1.一種用于車輛的感應充電線圈組件，包括: 第一底板，其包括用于發(fā)送磁通量的至少一個第一線圈；以及 第二底板，其包括至少一個第二線圈，所述至少一個第二線圈具有頂側和底側以接收所述磁通量用于給車輛充電， 其中，所述至少一個第二線圈界定窗口以將至少一個鐵氧體定位在所述至少一個第二線圈的所述頂側上和所述底側上，以及 其中，所述至少一個鐵氧體被布置成將所述磁通量從所述至少一個第二線圈的所述底側引導到所述至少一個第二線圈的所述頂側并回到所述至少一個第二線圈的所述底側。2.如權利要求1所述的組件，其中，所述至少一個第一線圈是初級線圈。3.如權利要求2所述的組件，其中，所述至少一個第二線圈是次級線圈。4.如權利要求1所述的組件，其中，所述至少一個第二線圈包括界定所述窗口的成角度的部分。5.如權利要求4所述的組件，其中，所述成角度的部分接納所述至少一個鐵氧體的接合部分，以將所述至少一個鐵氧體定位在所述至少一個第二線圈的所述頂側上和所述底側上。6.如權利要求4所述的組件，其中，所述成角度的部分相對于所述至少一個第二線圈的剩余部分形成斜面。7.如權利要求1所述的組件，其中，所述第二底板位于所述車輛上用于從所述第一底板接收所述磁通量。8.如權利要求1所述的組件，其中，所述第一底板與所述第二底板水平地間隔開。9.如權利要求1所述的組件，其中，所述第一底板的總尺寸大于所述第二底板的總尺寸，以提供在所述第一底板和所述第二底板之間的一致的耦合系數(shù)。10.如權利要求1所述的組件，其中，所述至少一個鐵氧體包括頂部部分和底部部分，以及其中所述頂部部分與所述底部部分重疊。11.一種用于車輛的感應充電線圈裝置，包括: 車輛底板，其包括具有頂側和底側的用于從第二底板接收磁通量以給車輛充電的至少一個線圈， 其中，所述至少一個線圈界定窗口以接納至少一個鐵氧體來將所述至少一個鐵氧體定位在所述至少一個線圈的頂側上和底側上，以及 其中，所述至少一個鐵氧體被布置成將所述磁通量從所述至少一個線圈的所述底側引導到所述至少一個線圈的所述頂側并回到所述至少一個線圈的所述底側。12.如權利要求11所述的裝置，其中，所述至少一個線圈是用于從位于所述第二底板上的初級線圈接收所述磁通量的次級線圈。13.如權利要求11所述的裝置，其中，所述至少一個線圈包括界定所述窗口的成角度的部分。14.如權利要求13所述的裝置，其中，所述成角度的部分接納所述至少一個鐵氧體的接合部分以將所述至少一個鐵氧體定位在所述至少一個線圈的所述頂側上和所述底側上。15.如權利要求13所述的裝置，其中，所述成角度的部分相對于所述至少一個線圈的剩余部分形成斜面。16.如權利要求11所述的裝置，其中，所述車輛底板位于所述車輛上用于從所述第二底板接收所述磁通量。17.如權利要求11所述的裝置，其中，所述至少一個鐵氧體包括頂部部分和底部部分，以及其中，所述頂部部分位于所述底部部分的正上方。18.—種用于車輛的感應充電線圈組件，包括: 第一底板，其包括用于發(fā)送磁通量的至少一個第一線圈；以及 第二底板，其包括具有頂側和底側以接收所述磁通量用于給車輛充電的至少一個第二線圈， 其中，所述至少一個第二線圈界定窗口，所述窗口包括至少一個鐵氧體以將所述磁通量從所述至少一個第二線圈的所述底側引導到所述至少一個第二線圈的所述頂側并回到所述至少一個第二線圈的所述底側。19.如權利要求18所述的組件，其中，所述至少一個第二線圈將所述至少一個鐵氧體接納在所述窗口處，以將所述至少一個鐵氧體定位在所述至少一個第二線圈的所述頂側和所述底側上。20.如權利要求18所述的組件，其中，所述第一底板與所述第二底板水平地間隔開。
【文檔編號】H02J50/12GK106058953SQ201610237441
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年4月15日
【發(fā)明人】艾瑞伯特·諾伊曼, 大衛(wèi)·A·海恩, 馬度爾·巴塔查里亞
【申請人】李爾公司