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申请/专利权人：张雁

摘要：本发明提出了一种具有最短磁路的无线充电装置，用以解决电动汽车大功率无线充电过程中线圈背面磁力线无法处理而对仪表或传感器等其它设备产生影响以及在发射线圈和接收线圈的背面采用反磁材料而严重降低线圈正面磁场强度的问题，包括接收单元和发射单元，所述发射单元包括发射线圈以及发射单元高导磁结构体，接收单元包括接收线圈以及接收单元高导磁结构体，接收单元高导磁结构体与发射单元高导磁结构体之间形成磁路通道。本发明在现有的充电线圈的背面设置了磁路通道，为发射线圈正面产生的磁力线提供了磁路的闭合回路，使原来散逸在空间的磁力线汇聚在充电线圈周围，实现了最短磁路，具有更高的耦合系数，提高了无线充电效率。

主权项：1.一种具有最短磁路的无线充电装置，包括设置在电动汽车下方的接收单元和设置在地面上的发射单元，其特征在于：所述发射单元包括发射线圈3以及设置在发射线圈3下方用于接收发射线圈3下方的磁力线以避免接收发射线圈3下方的磁力线散逸到外界的发射单元高导磁结构体4，接收单元包括设置在发射线圈3上方的接收线圈1以及设置在接收线圈1上方用于接收接收线圈1上方的磁力线以避免接收线圈1上方的磁力线散逸到外界的接收单元高导磁结构体2；所述发射线圈3和接收线圈1之间设置有用于避免接收线圈1和发射线圈3之间直接形成磁场回路以使得磁场回路在接收单元高导磁结构体2和发射单元高导磁结构体4之间传输的磁场屏蔽层5；所述接收单元高导磁结构体2与发射单元高导磁结构体4之间形成用于使得通过发射线圈3和接收线圈1上下两面磁场的磁力线能够形成闭合回路并形成最短磁路的磁路通道，所述接收单元高导磁结构体2的下方从左至右依次向下凸起设置有第一凸台a22、第二凸台a23和第三凸台a24，第一凸台a22和第二凸台a23之间以及第二凸台a23和第三凸台a24之间分别形成矩形线圈存放槽a21，接收线圈1设置在两矩形线圈存放槽a21内并绕设在第二凸台a23的侧壁上，所述第一凸台a22、第二凸台a23和第三凸台a24的底端面相平齐，第一凸台a22、第二凸台a23和第三凸台a24的底端面高于接收线圈1的底端，所述发射单元高导磁结构体4的上方从左至右依次向上凸起设置有第一凸台b42、第二凸台b43和第三凸台b44，第一凸台b42和第二凸台b43之间以及第二凸台b43和第三凸台b44之间分别形成矩形线圈存放槽b41，发射线圈3设置在两矩形线圈存放槽b41内并绕设在第二凸台b43的侧壁上；所述第一凸台b42与第一凸台a22、第二凸台b43与第二凸台a23、第三凸台b44与第三凸台a24之间的距离均小于发射线圈3与接收线圈1之间的距离，所述接收单元高导磁结构体2和发射单元高导磁结构体4均为高导磁率的铁氧体，所述磁场屏蔽层5设置在发射线圈3的正上方。

全文数据：一种具有最短磁路的无线充电装置技术领域本发明涉及无线电能传输技术领域，尤其是涉及一种具有最短磁路的无线充电装置。背景技术目前的电动汽车无线充电的线圈方式基本有两种，一种是盘状的空芯结构，另外一种是内部带磁芯外部环绕线圈的结构。其它还有衍生的8字形结构、DD形绕组结构等，它们具有一个共同的特点，都是平面结构，发射线圈和接收线圈结构基本相同，发射线圈接入交流电后会在接收线圈和发射线圈之间产生磁场，利用该磁场传输能量。但是由于磁力线是必须形成闭合磁路才能形成，这种平面方式的线圈产生的磁场，在接收线圈与发射线圈的正对面部分磁力线具备最短距离，但由于磁力线需要构成闭合磁路，磁力线无法切割，在线圈的正面，也就是说接收线圈与发射线圈之间有多强的磁场，那么接收线圈和发射线圈的背面一定存在对应强度的磁场。一种方案是，这些磁场散逸在空间，散逸在空中磁力线的需要与线圈之间的磁力线构成回路，那么散逸在空间的磁力线会带来两个影响，一是对其它金属物质产生影响，另一是增加了磁场磁路的长度。磁场磁路长度过长，根据磁场强度的计算公式：H＝N×ILe，式中：H为磁场强度，单位为Am；N为励磁线圈的匝数；I为励磁电流测量值，单位A；Le为有效磁路长度，单位为m，可见，磁场强度和磁路长度成反比。另外，根据磁路的基尔霍夫第二定律，磁场强度H与该段磁路平均长度Le的乘积，叫做该段磁路的磁位差或者说磁压降，也就是说，磁路长度越长，产生的磁压降越大，从而在发射线圈与接收线圈之间的磁压降会变小。因此，总磁路过长会降低发射线圈与接收线圈的能量传输效率和耦合系数。对于大功率汽车无线充电的线圈，如果不对正在充电的发射线圈和接收线圈之外空间的磁力线进行处理，会造成效率下降，并且散逸的磁力线还会对其它设备或物质产生不良影响，比如会在金属上产生涡流发热，变化的磁场会在导线上产生感应电流，会对仪表或传感器产生影响等等。为了避免线圈背面磁力线不处理会对仪表或传感器等其它设备产生影响，现有的无线充电装置采用在发射线圈和接收线圈的背面均采用反磁材料对背面的磁力线进行屏蔽。但是反磁材料在阻断线圈背面磁力线的同时，也会阻碍线圈正面磁场的磁力线形成有效闭合路径，简单地说，线圈背面用屏蔽材料屏蔽后，会严重降低线圈正面产生磁场的强度，是非常不可取的方式。因此，需要提出一种装置，以能够解决目前电动汽车大功率无线充电过程中对线圈背后的磁力线无法正确处理的问题。发明内容本发明提出一种具有最短磁路的无线充电装置，以解决电动汽车大功率无线充电过程中线圈背面磁力线无法处理而对仪表或传感器等其它设备产生影响以及在发射线圈和接收线圈的背面采用反磁材料而严重降低线圈正面磁场强度的问题，以使得发射线圈的电流产生的磁力线在线圈的正面和背面都有良好的磁场回路，以提高无线充电效率，增加线圈耦合系数，防止磁力线散逸到空中，对外部的其它物质产生的影响降到最低。本发明的技术方案是这样实现的：一种具有最短磁路的无线充电装置，包括设置在电动汽车下方的接收单元和设置在地面上的发射单元，所述发射单元包括发射线圈以及设置在发射线圈下方用于接收发射线圈下方的磁力线以避免接收发射线圈下方的磁力线散逸到外界的发射单元高导磁结构体，接收单元包括设置在发射线圈上方的接收线圈以及设置在接收线圈上方用于接收接收线圈上方的磁力线以避免接收线圈上方的磁力线散逸到外界的接收单元高导磁结构体；所述发射线圈和接收线圈之间设置有用于避免接收线圈和发射线圈之间直接形成磁场回路以使得磁场回路在接收单元高导磁结构体和发射单元高导磁结构体之间传输的磁场屏蔽层；所述接收单元高导磁结构体与发射单元高导磁结构体之间形成用于使得通过发射线圈和接收线圈上下两面磁场的磁力线能够形成闭合回路并形成最短磁路的磁路通道。进一步优化技术方案，所述发射单元高导磁结构体的下方从左至右依次向下凸起设置有第一凸台a、第二凸台a和第三凸台a，第一凸台a和第二凸台a之间以及第二凸台a和第三凸台a之间分别形成矩形线圈存放槽a，接收线圈设置在两矩形线圈存放槽a内并绕设在第二凸台a的侧壁上。进一步优化技术方案，所述第一凸台a、第二凸台a和第三凸台a的底端面相平齐，第一凸台a、第二凸台a和第三凸台a的底端面高于接收线圈的底端。进一步优化技术方案，所述发射单元高导磁结构体的上方从左至右依次向上凸起设置有第一凸台b、第二凸台b和第三凸台b，第一凸台b和第二凸台b之间以及第二凸台b和第三凸台b之间分别形成矩形线圈存放槽b，发射线圈设置在两矩形线圈存放槽b内并绕设在第二凸台b的侧壁上；所述第一凸台b与第一凸台a、第二凸台b与第二凸台a、第三凸台b与第三凸台a之间的距离均小于发射线圈与接收线圈之间的距离。进一步优化技术方案，所述发射单元高导磁结构体和发射单元高导磁结构体均为高导磁率的铁氧体。进一步优化技术方案，所述磁场屏蔽层设置在发射线圈的正上方。进一步优化技术方案，所述磁场屏蔽层为反磁材料磁场屏蔽层。采用了上述技术方案，本发明的有益效果为：本发明在现有的充电线圈的背面设置了磁路通道，即磁路通道为发射单元高导磁结构体和接收单元高导磁结构体，为发射线圈正面产生的磁力线提供了磁路的闭合回路，使原来散逸在空间的磁力线汇聚在充电线圈周围，实现了最短磁路，具有更高的耦合系数，更高的无线能量传输效率，并且屏蔽了磁力线散逸到四周空间，更为安全，使得发射线圈的电流产生的磁力线在线圈的正面和背面都有良好的磁场回路，提高了无线充电效率。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明所述的接收单元的结构示意图；图2为本发明所述的发射单元的结构示意图；图3为本发明工作过程中磁力线最短磁路形成示意图；图4为本发明所述发射单元和接收单元横向有错位时的磁力线示意图；图5为本发明所述发射单元和接收单元发生纵向错位时的磁力线示意图。其中：1、接收线圈，2、接收单元高导磁结构体，21、矩形线圈存放槽a，22、第一凸台a，23、第二凸台a，24、第三凸台a，3、发射线圈，4、发射单元高导磁结构体，41、矩形线圈存放槽b，42、第一凸台b，43、第二凸台b，44、第三凸台b，5、磁场屏蔽层，6、上下磁力线回路结构体重合部分。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。一种具有最短磁路的无线充电装置，结合图1至图4所示，包括设置在电动汽车下方的接收单元和设置在地面上的发射单元，发射单元按汽车行驶方向设置有多个，汽车在行驶移动过程中会使得发射单元与接收单元之间出现正对应、横向错位或纵向错位的情况。发射单元包括发射线圈3和发射单元高导磁结构体4，接收单元包括接收线圈1和接收单元高导磁结构体2。接收线圈1设置在发射线圈3的上方。发射线圈3的下方设置有发射单元高导磁结构体4，发射单元高导磁结构体4用于接收发射线圈3下方的磁力线，以避免接收发射线圈3下方的磁力线散逸到外界。发射单元高导磁结构体4的上方从左至右依次向上凸起设置有第一凸台b42、第二凸台b43和第三凸台b44，第一凸台b42和第二凸台b43之间以及第二凸台b43和第三凸台b44之间分别形成矩形线圈存放槽b41，发射线圈3设置在两矩形线圈存放槽b41内并绕设在第二凸台b43的侧壁上。第一凸台b42与第一凸台a22、第二凸台b43与第二凸台a23、第三凸台b44与第三凸台a24之间的距离均小于发射线圈3与接收线圈1之间的距离。接收线圈1的上方设置有接收单元高导磁结构体2，接收单元高导磁结构体2用于接收接收线圈1上方的磁力线，以避免接收线圈1上方的磁力线散逸到外界。接收单元高导磁结构体2的下方从左至右依次向下凸起设置有第一凸台a22、第二凸台a23和第三凸台a24，第一凸台a22和第二凸台a23之间以及第二凸台a23和第三凸台a24之间分别形成矩形线圈存放槽a21，接收线圈1设置在两矩形线圈存放槽a21内并绕设在第二凸台a23的侧壁上。第一凸台a22、第二凸台a23和第三凸台a24的底端面相平齐，第一凸台a22、第二凸台a23和第三凸台a24的底端面高于接收线圈1的底端。发射线圈3和接收线圈1之间设置有磁场屏蔽层5，磁场屏蔽层5设置在发射线圈3的正上方，磁场屏蔽层5用于避免接收线圈1和发射线圈3之间直接形成磁场回路，以使得磁场回路在接收单元高导磁结构体2和发射单元高导磁结构体4之间传输。磁场屏蔽层5为反磁材料磁场屏蔽层，具体地磁场屏蔽层采用反磁材料构成，比如铝板或铜板等。接收单元高导磁结构体2与发射单元高导磁结构体4之间形成磁路通道，磁路通道用于使得通过发射线圈3和接收线圈1上下两面磁场的磁力线能够形成闭合回路，并形成最短磁路。接收单元高导磁结构体2和发射单元高导磁结构体4均为高导磁率的铁氧体。汽车在行驶移动过程中会使得接收单元高导磁结构体2与发射单元高导磁结构体4之间出现正对应、横向错位或纵向错位的三种情况。第一种情况，接收单元高导磁结构体2的下端与发射单元高导磁结构体4的上端正对应设置，发射线圈3与接收线圈1正对应设置。具体地，接收单元高导磁结构体2上的第一凸台a22、第二凸台a23、第三凸台a24和矩形线圈存放槽a21依次与发射单元高导磁结构体4上的第一凸台b42、第二凸台b43、第三凸台b44和矩形线圈存放槽b41正对应设置。此时，接收单元高导磁结构体2与发射单元高导磁结构体4上下重合部分较多，此时耦合系数较高。本发明中发射线圈3绕设在发射单元高导磁结构体4的矩形线圈存放槽b41内，接收线圈1绕设在接收单元高导磁结构体2的矩形线圈存放槽a21内，使得发射单元和接收单元均设置为带有高磁导率的磁芯结构的线圈，磁芯结构基本完全覆盖发射线圈3和接收线圈1的背面。又由于接收单元高导磁结构体2与发射单元高导磁结构体4之间的距离大于发射线圈3和接收线圈1之间的距离，且发射线圈3与接收线圈1相垂直的方向之间设置有磁场屏蔽层5，所以使得发射单元高导磁结构体4的第二凸台b43与接收单元高导磁结构体2的第二凸台a23、接收单元高导磁结构体2的本体、接收单元高导磁结构体2的第一凸台b42、发射单元高导磁结构体4的第一凸台a22、发射单元高导磁结构体4的本体之间形成一个磁场回路，使得发射单元高导磁结构体4的第二凸台b43与接收单元高导磁结构体2的第二凸台a23、接收单元高导磁结构体2的本体、接收单元高导磁结构体2的第三凸台a24、发射单元高导磁结构体4的第三凸台b44、发射单元高导磁结构体4的本体之间形成另一个磁场回路，形成的两个磁场回路为最短磁路。形成的最短磁路结合图3所示，虚线部分表示磁力线构成闭合回路的路径。因为有磁场屏蔽层5覆盖在接收线圈1和发射线圈3之间，使发射线圈3和接收线圈1产生的磁力线只能从磁芯内部传输，而不会从发射线圈3和接收线圈1之间直接传输，这样做的目的是当接收单元和发射单元左右有错位的情况时，不会因为发射线圈3和接收线圈1直接传输的磁场形成磁场短路，避免产生无效的磁场回路。发射线圈3产生的磁力线上方的磁场和下方的磁场都有适合的磁场通路，接收单元高导磁结构体2位于发射单元高导磁结构体4的正上方，使得发射线圈3产生的磁场构成了闭合磁路通道，并且具备最短磁路结构。第二种情况，接收单元高导磁结构体2的下端与发射单元高导磁结构体4的上端左右错位设置，发射线圈3与接收线圈1左右错位设置，结合图4所示。此时，磁场屏蔽层5的设置使得在发射线圈3和接收线圈1发生错位时避免发射线圈3和接收线圈1直接传输的磁场形成磁场短路。由于线圈外部有磁场屏蔽层5的存在，发射线圈3和接收线圈1之间基本不会有直接的磁力线传输。即使接收单元高导磁结构体2和发射单元高导磁结构体4之间发生允许范围内横向错位，磁力线也会按照最短路径在发射单元高导磁结构体4和接收单元高导磁结构体2的内部进行传输。第三种情况，接收单元高导磁结构体2的下端与发射单元高导磁结构体4的上端前后错位设置，发射线圈3与接收线圈1前后错位设置，结合图5所示。当接收单元和发射单元产生纵向错位时，上下磁力线回路结构体重合部分6仍可以对线圈的磁力线构成闭合回路，完成无线能量传输过程，同时也为最短磁路结构。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种具有最短磁路的无线充电装置，包括设置在电动汽车下方的接收单元和设置在地面上的发射单元，其特征在于：所述发射单元包括发射线圈3以及设置在发射线圈3下方用于接收发射线圈3下方的磁力线以避免接收发射线圈3下方的磁力线散逸到外界的发射单元高导磁结构体4，接收单元包括设置在发射线圈3上方的接收线圈1以及设置在接收线圈1上方用于接收接收线圈1上方的磁力线以避免接收线圈1上方的磁力线散逸到外界的接收单元高导磁结构体2；所述发射线圈3和接收线圈1之间设置有用于避免接收线圈1和发射线圈3之间直接形成磁场回路以使得磁场回路在接收单元高导磁结构体2和发射单元高导磁结构体4之间传输的磁场屏蔽层5；所述接收单元高导磁结构体2与发射单元高导磁结构体4之间形成用于使得通过发射线圈3和接收线圈1上下两面磁场的磁力线能够形成闭合回路并形成最短磁路的磁路通道。2.根据权利要求1所述的一种具有最短磁路的无线充电装置，其特征在于：所述接收单元高导磁结构体2的下方从左至右依次向下凸起设置有第一凸台a22、第二凸台a23和第三凸台a24，第一凸台a22和第二凸台a23之间以及第二凸台a23和第三凸台a24之间分别形成矩形线圈存放槽a21，接收线圈1设置在两矩形线圈存放槽a21内并绕设在第二凸台a23的侧壁上。3.根据权利要求2所述的一种具有最短磁路的无线充电装置，其特征在于：所述第一凸台a22、第二凸台a23和第三凸台a24的底端面相平齐，第一凸台a22、第二凸台a23和第三凸台a24的底端面高于接收线圈1的底端。4.根据权利要求2所述的一种具有最短磁路的无线充电装置，其特征在于：所述发射单元高导磁结构体4的上方从左至右依次向上凸起设置有第一凸台b42、第二凸台b43和第三凸台b44，第一凸台b42和第二凸台b43之间以及第二凸台b43和第三凸台b44之间分别形成矩形线圈存放槽b41，发射线圈3设置在两矩形线圈存放槽b41内并绕设在第二凸台b43的侧壁上；所述第一凸台b42与第一凸台a22、第二凸台b43与第二凸台a23、第三凸台b44与第三凸台a24之间的距离均小于发射线圈3与接收线圈1之间的距离。5.根据权利要求1所述的一种具有最短磁路的无线充电装置，其特征在于：所述接收单元高导磁结构体2和发射单元高导磁结构体4均为高导磁率的铁氧体。6.根据权利要求1所述的一种具有最短磁路的无线充电装置，其特征在于：所述磁场屏蔽层5设置在发射线圈3的正上方。7.根据权利要求1或6所述的一种具有最短磁路的无线充电装置，其特征在于：所述磁场屏蔽层5为反磁材料磁场屏蔽层。

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