高兼容性且可灵活配置的无线充电线圈装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电磁设计领域与无线充电技术，具体地，涉及一种高兼容性且可灵活配置的无线充电线圈装置。
【背景技术】
[0002]无线充电技术由于其安全、方便、环保等特点，在人们的生活中越来越受到重视。该技术涉及了电力电子电路、线圈电磁设计、通信协议等多方面内容，其中线圈电磁设计尤为重要。近年来，电动汽车无线充电技术得到了极大的推动，国内外各大研究机构及汽车领域企业都纷纷加入到这项技术的研究中来。
[0003]电动汽车无线充电技术是对充电方式的一种革命性升级，采用无线充电技术的电动汽车不再需要车主每次插拔充电器，从而使得充电过程更加便捷、安全。此外，采用无线充电技术的充电装置减少了物理磨损从而能延长使用寿命，杜绝了金属触点从而避免了触电风险。电动汽车无线充电装置对线圈电磁兼容性有着很高的要求。现有的线圈设计根据文南犬〈〈Investigat1n of Multiple Decoupled CoiI Primary Pad Topologies inLumped IPT Systems for Interoperable Electric Vehicle Charging〉〉的总结，分为无极性设计和有极性设计，分别对应产生垂直主磁通、平行主磁通。垂直主磁通型线圈传输距离相对远一些，但耐偏移能力差;平行主磁通型线圈具有耐受平面单方向磁通偏移的能力。无极性设计通常就是平面螺旋型线圈及其变种。而有极性设计的特点是通过对磁通的引导使得其在空间中有一段平行于线圈平面的通路，常见的就是螺线管型和DD型线圈。
[0004]在实际应用中，上述两种类型的线圈各有优劣，都有可能被应用。因此兼容性是一个需要考虑的问题。此外，现有设计无法兼顾耐受平面两方向偏移的能力，以及无法兼顾产生垂直主磁通和平行主磁通，无法灵活配置与变换。
【发明内容】
[0005]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高兼容性且可灵活配置的无线充电线圈装置。
[0006]根据本发明提供的高兼容性且可灵活配置的无线充电线圈装置，包括独立的四套线圈，还包括导磁模块、线圈配置电路，所述独立的四套线圈之间交错排列并与导磁模块相配合，所述独立的四套线圈通过所述线圈配置电路连接外部电源。
[0007]优选地，所述独立的四套线圈能够根据需要进行组合，具体地，一套或者两套线圈作为被供电线圈，所述被供电线圈能够通过所述线圈配置电路匹配单电源和多电源。
[0008]优选地，所述独立的四套线圈中设置非重合的两套线圈的绕线方向相反。
[0009 ]优选地，所述导磁模块包括:N纵形式、N横形式以及N纵N横形式。
[0010]优选地，能够产生四种位置的垂直主磁通，或两种位置的平行主磁通，或四种位置的复合主磁通；
[0011]具体地，所述独立的四套线圈包括:第一线圈L1、第二线圈L2、第三线圈L3、第四线圈L4;当给第一线圈L1、第二线圈L2、第三线圈L3、第四线圈L4这4个线圈中的任意一个线圈供电时，产生相应四种位置的垂直主磁通；当给第一线圈LI与第三线圈L3这一组非重合线圈或者第二线圈L2与第四线圈L4这一组非重合线圈中任一组同时供电时，产生相应的两种平行主磁通；当给第一线圈LI与第二线圈L2这一组、第二线圈L2与第三线圈L3这一组、第三线圈L3与第四线圈L4这一组或者第四线圈L4与第一线圈LI这一组中的任一组重合线圈同时供电时，产生四种相应的复合主磁通，即同时产生部分平行主磁通和部分垂直主磁通。
[0012]优选地，根据供电线圈、受电线圈的偏移位置的不同情况，选择线圈配置电路，
[0013]具体地，在笛卡尔坐标系下，所述高兼容性且可灵活配置的无线充电装置的受电端与所述高兼容性且可灵活配置的无线充电装置的供电端放置于垂直于z轴的平面，在所述高兼容性且可灵活配置的无线充电装置的受电端与无线充电装置的供电端之间的z方向垂直直线距离D>r/2情况下，r表示所述高兼容性且可灵活配置的无线充电装置供电端尺寸的等效半径，当所述高兼容性且可灵活配置的无线充电装置的受电端与所述高兼容性且可灵活配置的无线充电装置的供电端之间的1方向和7方向偏移值(^4/2，(^4/2时，采用垂直主磁通配置;在所述高兼容性且可灵活配置的无线充电装置的受电端与所述高兼容性且可灵活配置的无线充电装置的供电端之间的z方向垂直直线距离D〈r/2的情况下，当有正向偏移时，即dx>r/2，dy〈r/2或dx〈r/2，dy>r/2时，采用对应偏移的平行主磁通配置；当有斜向偏移时，且dx>r/2且dy>r/2时，采用对应偏移的复合主磁通配置；当所述高兼容性且可灵活配置的无线充电装置的受电端与所述高兼容性且可灵活配置的无线充电装置的供电端之间的z方向垂直直线距离D〈r/2，且dx ? O且dy ? O时，采用任一平行主磁通配置。
[0014]优选地，所述线圈配置电路包括:至少二根交流母线和八个开关，能够扩展至四根交流母线和十六个开关。
[0015]优选地，
[0016]当匹配单电源时，所述线圈配置电路包括:两根交流母线和八个开关，所述两根交流母线分别连接至单电源的两个输出端;所述八个开关两两分组，每一组开关控制一套线圈；即将一套线圈的一端通过对应组开关中的一个开关连接至一根交流母线上，一套线圈另一端通过对应组开关的另一个开关连接至另一根交流母线上；
[0017]当单电源与两种非重合双线圈以及四种重合双线圈的组合模式时，所述线圈配置电路包括四根交流母线和十六个开关，每两根交流母线对应八个开关构成一个控制线路；其中一控制线路中的两根交流母线分别连接至单电源的两个输出端，每一套线圈对应一组四个开关，实现组合控制；即将一套线圈的一端分别通过两个开关连接至两根不同控制线路的交流母线上，一套线圈另一端分别通过对应组开关的另两个开关连接至另两根不同控制线路的相应交流母线上；
[0018]当匹配双电源与两种非重合双线圈以及四种重合双线圈的组合模式时，所述线圈配置电路包括四根交流母线和十六个开关，每两根交流母线对应八个开关构成一个控制线路;每一个控制线路中的两根交流母线分别连接至双电源相应电源的两个输出端;每一套独立线圈对应四个开关，实现组合控制；即将一套线圈的一端分别通过两个开关连接至两根不同控制线路的交流母线上，一套线圈另一端分别通过对应组开关的另两个开关连接至另两根不同控制线路的相应交流母线上。
[0019]与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:
[0020]1、本发明提供的高兼容性且可灵活配置的无线充电线圈装置具备兼顾耐受平面两方向偏移的能力。
[0021]2、本发明提供的高兼容性且可灵活配置的无线充电线圈装置可以兼顾产生垂直主磁通和平行主磁通;并且通过配置电路进行灵活配置与变换。
【附图说明】
[0022]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0023]图1为典型的垂直主磁通型线圈结构图；
[0024]图2为典型的平行主磁通型线圈的一种，即螺线管型结构图；
[0025]图3为典型的平行主磁通型线圈的一种，S卩DD型结构图；
[0026]图4为本发明提供的高兼容性且可灵活配置的无线充电线圈(简称QDP型线圈)的结构示意图；
[0027]图5为本发明提供的单电源供电方案配合4种单线圈的电路结构图；
[0028]图6为本发明提供的单电源供电方案配合2种非重合双线圈以及4种重合双线圈的电路结构图；
[0029]图7为本发明提供的双电源供电方案配合4种单线圈的电路结构图；
[0030]图8为本发明提供的QDP型单线圈供电方式原理示意图；
[0031]图9为本发明提供的QDP型非重合双线圈供电方式原理示意图；
[0032]图10为本发明提供的QDP型重合双线圈供电原理示意图；
[0033]图11为本发明提供的双电源供电条件下调整两个电源输出相位差的电压示意图。
[0034]图12为典型的无线充电线圈偏移示意图。
[0035]图中:
[0036]1-第一线圈LI;
[0037]2-第一线圈 L2;
[0038]3-第一线圈 L3;
[0039]4-第一线圈 L4。
【具体实施方式】
[0040]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0041]根据本发明提供图4所示的独立的四套线圈、导磁模块、线圈配置电路，以及独立的四套线圈之间交错排列并与导磁模块相配合的方式，结合图5、图6、图7的线圈配置电路连接外部电源，可以实现一套或者两套线圈作为被供电线圈，且被供电线圈能够通过所述线圈配置电路匹配单电源和多电源。导磁模块如图4所示可以是N纵N横的排列方式，但不仅限于此。
[0042]如图9所示，本发明设计的四套线圈中，设置非重合的两套线圈的绕线方向相反。按照这种原则绕线后，重合位置的线圈将会有两组是绕线方向相同的，而另外两组是绕线方向相反的。
[0043]本发明设计的线圈能够产生四种位置的垂直主磁通，或两种位置的平行主磁通，或四种位置的复合主磁通;具体地，如图4，当给LI?L4四个线圈中的任意单独线圈供电时，产生垂直主磁通，共计4种位置；当给(第一线圈L1、第三线圈L3)或者(第二线圈L2、第四线圈L4)两组非重合线圈同时供电时，产生平行主磁通，共计2种位置；当给(第一线圈L1、第二线圈L2)或(第二线圈L2、第三线圈L3)或(第三线圈L3、第四线圈L4)或(第四线圈L4、第一线圈LI)四组重合线圈同时供电时，产生复合主磁通，即同时产生部分平行主磁通和部分垂直主磁通。
[0044]本发明设计的线圈产生复合主磁通的情况有两种，分别是绕线方向相同的和绕线方向相反的。绕线方向相同的情况下，如果输入电流是同相位的情况下，复合主磁通中垂直磁通部分是增强的，平行磁通部分是削弱的；绕线方向相反的情况下，如果输入电流是同相位的情况下，复合主磁通中垂直磁通部分是削弱的，平行磁通部分是增强的。实际上，可以通过图11的相位角控制来控制生成的磁通强度。
[0045]本发明设计的线圈可以根据副边偏移位置的不同情况，选择线圈配置电路，根据图12，当距离远(0>1'/2)，偏移不大时((11〈17/2，(17〈17/2)，采用垂直主磁通配置;距离近(D〈r/2