[发明专利]功率传输和漏通量控制

说明书

用于无线功率传输的磁耦合结构包括使被配置成提供改进的通量图的重叠线圈。控制方法用于相对于初级磁耦合结构之间的对准来确定耦合因数的变化，以及依赖于这些耦合结构的相对对准来给该初级磁耦合结构的一个或多个线圈供能，以使耦合最大化。

技术领域

本发明涉及使得能够在显著气隙上实现无线功率传输的感应功率传输(IPT)磁结构、电路和系统。

背景技术

IPT系统的重要方面是在使用中进行磁耦合以使得能够传输功率的磁结构的设计。磁结构内的形状、大小和材料决定了初级结构与次级结构之间的磁耦合以及由IPT系统生成的漏磁通量。对于IPT系统，磁耦合直接影响功率传输能力。漏磁通量是对IPT系统的功率传输没有贡献的磁通量。在缺少仔细的系统设计的情况下，人或周围物体可能暴露于漏通量，因此已经制定了指南来控制潜在的暴露。根据ICNIRP指南，来自IPT系统的漏磁通量不应超过27uT。磁结构对功率传输能力和漏磁通量的影响在电动车辆(EV)充电的环境下放大，其中不保证次级与初级完全对准。

磁耦合结构可以采取很多不同形式，并且可以具备用于耦合(不论是生成还是接收)磁通量的一个或多个线圈。在很多应用中，其中一个应用是EV充电，磁耦合结构可以被提供为相对扁平模块，有时被称为衬垫。设置在系统的初级侧上的结构在本文中被称为IPT或无线初级耦合设备、或初级衬垫、或接地衬垫(对于EV充电应用)。设置在系统的次级侧上(例如设置在EV中、接收功率以用于EV操作的目的和/或对设置在车辆中的电池充电)的磁结构被称为次级耦合设备、或车辆衬垫、或次级衬垫。读者将理解，尽管本文涉及诸如EV系统等一些具体应用，但所披露的主题也总体上适用于IPT或无线功率传输系统。

磁耦合结构的一种形式是具有单个“圆形”、椭圆形或多边形线圈的衬垫，诸如国际专利公布号W02008140333中所披露。此类结构或拓扑在本文中被称为圆形衬垫或CP。

国际专利公布WO 2011016737和WO 2012018269中描述了一种用于IPT系统的磁耦合结构。这使用两个相互解耦线圈，并且可以被视作双极磁结构拓扑。为了方便起见，诸如WO 2011016737和WO 2012018269中披露的那些双极磁拓扑在本文中被称为双极衬垫或BPP。

国际专利公布号WO 2013122483中已经提出一种用于IPT系统的磁耦合结构，其由三个或更多个部分重叠的线圈组成。这三个部分重叠的线圈彼此相互解耦。为便于参考，这种结构在本文中被称为三极衬垫(TPP)。给TPP中的相互解耦线圈中的任一者供能会在相邻线圈中感应可忽略不计的电流，因此同一TPP内的这三个线圈可以被视作彼此独立。通过利用这三个TPP线圈的独立性，TPP线圈可以由三个单独电源驱动，其中每个电源可以独立地将驱动电流设置在任何幅度或相位而不影响相邻线圈中的驱动电流。

如上文所述，仍然需要降低适用于TPP结构但总体上也适用于IPT磁耦合结构的漏通量。此外，存在另一磁耦合结构可以导致BPP与TPP结构中的线圈之间产生一定的互耦合，并且这对有效系统操作来说可能是个问题。

这些问题以及有效功率传输的问题在磁耦合结构未对准的情况下会加重。

发明内容

在一个方面，提供一种用于无线功率传输的磁耦合结构，该磁耦合结构包括：

多个扁平线圈，每个线圈包括多匝导电材料；

每个线圈具有另一线圈重叠的重叠部分，以及非重叠部分；

这些重叠部分经过选择以使得这些线圈之间存在最小互耦合；

并且其中，该重叠部分中的多个匝在其之间具有比该非重叠部分中的那些匝更大的相对间隔。

在另一方面，提供一种用于无线功率传输的磁耦合结构，该磁耦合结构包括：

多个扁平线圈，每个线圈包括多匝导电材料；