[发明专利]基于正交DD型线圈的无线供电耦合机构及其参数设计方法

说明书

本发明涉及无线充电技术领域，具体公开了一种基于正交DD型线圈的无线供电耦合机构及其参数设计方法，耦合机构由双层正交排列的两对DD型线圈组成，两对DD型线圈的解耦易于实现而且所激发磁场呈周期性旋转分布，兼具抗偏移和抗偏转性能。参数设计方法通过分析线圈自感、互感及耦合系数的作用规律，给出了双层DD型线圈的空间位置和铁氧体导磁机构的特征参数，可使得接收端在水平偏移、垂向偏移和垂向偏转三种情况下，发射端与接收端保持较高的耦合系数，实现抗偏移和抗偏转性能最佳。实验表明，在水平横向和纵向偏移±150mm，垂向偏转0～90°范围内，传输距离为130mm时，基于该无线供电耦合机构的传输系统，其输出功率均不低于500W，传输效率不低于82.5％。

技术领域

本发明涉及无线充电技术领域，尤其涉及一种面向电动汽车无线充电应用场合的基于正交DD型线圈的无线供电耦合机构及其参数设计方法。

背景技术

基于无线传能(Wireless Power Transfer,WPT)方式的电动汽车在充电过程中具有安全、便捷、环境适应性强等优点，因而受到了国内外学者的广泛关注。降低泊车过程中车辆与能量发射机构的对位精度要求，同时提升车载机构拾取功率的稳定性是电动汽车WPT系统亟待解决的关键问题。针对WPT系统的可容纳偏移偏转程度及传输能效性，GB/T38775、SAEJ2954、IEC61980等国内外技术标准设定了横向偏移(门对门方向，即Y轴)不低于100mm、纵向偏移(行驶方向，即X轴)不低于75mm，垂向偏转(即Z轴偏转)不低于10°，并给出了系统运行频率、效率、功率等级、发射端与车载接收端净距等性能参数的参考范围。在现有标准设定的偏移偏转范围基础上，为了进一步提升电动汽车WPT系统的抗偏移偏转性能，现有文献主要采用了三种方式：增设能量耦合通道、优化耦合磁场分布、采用复合型谐振电路。

增设能量耦合通道(比如单发-多收耦合形式)可有效提升电动汽车WPT系统的抗偏移和抗偏转特性，却不能同时克服以下局限性：①无法兼顾耦合机构的抗偏移和抗偏转性能；②难以实现同端线圈之间的解耦；③发射线圈所采用的激励电流控制策略过于复杂。

优化耦合磁场空间分布的现有方案均能够改善耦合机构的抗偏移偏转能力，但是，相关文献或是不能兼具抗偏移及抗偏转性能，或是发射端多线圈之间的不平衡耦合造成了激励电流控制策略过于复杂。

采用复合型谐振电路能够在一定程度上提升耦合机构的抗偏移性，然而，这种方式通常不能取得较高抗偏转性能，此外在较大的偏移情况下谐振元件还需耐受很高的工作电压或电流。

可以见得，现有的电动汽车WPT系统不能兼具抗偏移抗偏转特性以及难以实现同端线圈解耦。

发明内容

本发明提供一种基于正交DD型线圈的无线供电耦合机构及其参数设计方法，解决的技术问题在于：如何使电动汽车WPT系统兼具抗偏移抗偏转特性以及实现同端线圈解耦。

为解决以上技术问题，本发明提供一种基于正交DD型线圈的无线供电耦合机构，包括发射端和接收端，所述发射端包括层级设置的第一DD型发射线圈、第二DD型发射线圈、第一铁氧体磁芯、第一屏蔽板，所述接收端包括层级设置的第一DD型接收线圈、第二DD型接收线圈、第二铁氧体磁芯、第二屏蔽板；

所述第一DD型发射线圈与所述第二DD型发射线圈正交叠置，所述第二DD型接收线圈与所述第二DD型接收线圈正交叠置，所述第一DD型发射线圈与所述第一DD型接收线圈同向相对；

所述第一DD型发射线圈、所述第二DD型发射线圈、所述第一DD型接收线圈、所述第二DD型接收线圈采用相同的DD型线圈，所述DD型线圈由第一D型线圈和第二D型线圈串联而成，所述第一D型线圈和所述第二D型线圈尺寸和匝数相同、绕向相反且相距d₁，0＜d₁≤300mm。