模块化磁通量控制的制作方法

本专利申请描述了通过使用磁感应执行无线充电的无线电力传送线圈系统。无线电力传送线圈系统包括允许产生的总磁通量的控制的模块化线圈组件。

背景技术：

1、无线电力传送(wpt)利用空气芯变压器中的磁感应。如法拉第磁感应定律所述，借助于初级(发射)线圈与次级(接收)线圈之间的磁通链将电力从发送设备发送至接收设备。

2、经由磁感应的无线电力传输于19世纪引入，但由于对大气形成适合长距离电力传输的导电通道的能力的误解，在商业上失败。用于无线电力传送的露天变压器由尼古拉·特斯拉(nikola tesla)在1900年5月15日发布的美国专利第649,621号“apparatus fortransmission of electrical energy”和1900年3月20日发布的美国专利第645,576号“system of transmission of electrical energy”中获得专利。

3、近年来，经由磁感应的无线电力传输已被用于为电器充电，并且最近被用于为电动车辆充电。磁通量的精确控制对于有效的电力传送以及对于泄漏到周围环境的磁通量的最小化是期望的。例如，如us 8,934,857中所描述的，寄生天线已被用于近似发射天线，以通过例如扩展小发射天线的覆盖区域或集中大发射天线的场来选择性地修改无线电力发射器的生成场的分布。

技术实现思路

1、现在描述各种示例来以简化的形式介绍一系列构思，下面在具体实施方式中进一步描述这些构思。该
技术实现要素：
不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。

2、在示例实施方式中，提供了一种线圈阵列，其包括以直线x-y网格图案布置的线圈组件的n×m阵列，其中，n≥1并且m≥2。每个线圈组件在充电会话期间以与邻近线圈组件的充电信号异相的频率生成充电信号，由此由线圈组件传输的充电信号与由邻近线圈组件传输的充电信号相消干扰，以与邻近线圈组件在充电期间同相的附加磁通量密度相比，降低充电期间的附加磁通量密度。线圈阵列可以安装在地面并且还包括与线圈阵列相关联的通信装置，该线圈阵列从与要充电的车辆相关联的通信装置接收设置参数。充电站点服务器可以使用设置参数来提供线圈阵列的充电参数。将充电参数应用于线圈阵列可能引起在充电期间生成附加磁通量密度，该磁通量密度主要保持在车辆的禁止区内。

3、每个线圈组件可以由不同的电力源驱动，并且每个线圈组件可以传输具有确定幅度的充电信号。由线圈组件传输的充电信号可以与由邻近线圈组件传输的充电信号以约180°异相，以提供相消干扰。在示例实施方式中，在充电会话期间，每个线圈组件可以以充电信号与相邻线圈组件的充电信号在25°与180°之间异相的频率生成充电信号，同时仍然产生有利的结果。

4、在线圈阵列的示例配置中，其中，n＝2并且m＝2，线圈阵列可以包括彼此相邻设置的第一对线圈组件和彼此相邻设置并且与第一对线圈组件平行的第二对线圈组件。第一对线圈组件和第二对线圈组件可以由相应的第一电力源和第二电力源供电，或者每个线圈组件可以由单独的电力源供电。第一对线圈组件和第二对线圈组件中的每一个可以共享相同的传输频率和电力水平，但是在每对线圈组件的线圈组件之间具有设定的相位差，以提供期望的相消干扰。

5、在线圈阵列的其他配置中，其中，n＝2并且m＝2，线圈阵列可以包括彼此对角设置的第一对线圈组件和彼此对角设置并且在x-y方向上与第一对线圈组件并排的第二对线圈组件。第一对线圈组件和第二对线圈组件可以由相应的第一电力源和第二电力源供电，或者每个线圈组件可以由单独的电力源供电。第一对线圈组件可以共享第一频率和电力水平，并且第二对线圈组件可以共享第二频率和电力水平，第一频率和第二频率不同，由此在充电期间每个线圈组件与在x-y方向上的相邻线圈组件具有设定的相位差。

6、在线圈阵列的又一其他配置中，其中，n＝2并且m＝2，线圈阵列可以包括彼此并排设置的第一对线圈组件和彼此并排设置并且与第一对线圈组件平行的第二对线圈组件。第一对线圈组件和第二对线圈组件可以由相应的第一电力源和第二电力源供电，或者每个线圈组件可以由单独的电力源供电。第一对线圈组件可以共享第一频率和电力水平，并且第二对线圈组件可以共享第二频率和电力水平，第一频率和第二频率不同，由此在充电期间每个线圈组件与在x-y方向上的相邻线圈组件具有设定的相位差。

7、在线圈阵列的另一配置中，其中，n＝1并且m＝3，线圈阵列可以包括在一行中的相应的第一线圈组件、第二线圈组件和第三线圈组件。第一线圈组件和第三线圈组件可以输出具有第一频率、相位和电力水平的第一充电信号。第二线圈组件可以设置在第一线圈组件与第三线圈组件之间，并且被配置成输出具有第一频率和电力水平的第二充电信号，但是第二充电信号与第一充电信号异相。

8、在线圈阵列的又一配置中，其中，n＝1并且m＝3，线圈阵列可以包括在一行中的相应的第一线圈组件、第二线圈组件和第三线圈组件。第一线圈组件和第三线圈组件可以输出具有第一频率、第一相位和第一电力水平的第一充电信号。第二线圈组件可以设置在第一线圈组件与第三线圈组件之间并且被配置成输出具有第一频率的第二充电信号，但是第二充电信号与第一充电信号异相，并且第二充电信号具有与第一电力水平不同的第二电力水平，第二电力水平被设置为与第一线圈组件、第二线圈组件和第三线圈组件输出具有相同电力水平的充电信号的附加磁通量密度相比，降低附加磁通量密度。有利地，第一电力水平和第二电力水平可以被调整以将充电期间的附加磁通量密度成形为主要保持在车辆的禁止区内。

9、在示例实施方式中，第一电力水平和第二电力水平可以被设置为在曲线上出现第一充电信号与第二充电信号之间的最大磁通量抵消的区域，该曲线是第一线圈组件和第三线圈组件与第二线圈组件之间的电流比以及当第一线圈组件和第三线圈组件承载电流与由第二线圈组件承载的电流约180°异相时抵消的磁通量密度的比例的函数。第一电力水平和第二电力水平可以被设置为接近第一充电信号与第二充电信号之间的最小磁通量抵消最大化的点。

10、在线圈阵列的又一配置中，其中，n＝2并且m＝3，线圈阵列可以包括彼此相邻设置的第一对线圈组件、彼此相邻设置的第二对线圈组件和彼此相邻设置的第三线圈组件对。每对线圈组件可以彼此平行并且输出具有第一频率的第一充电信号。每对线圈组件可以由相应的第一电力源和第二电力源供电，或者每对中的每个线圈组件可以由单独的电力源供电。每对线圈组件的线圈组件在充电期间可以输出与在x-y方向上的相邻线圈组件具有设定相位差的充电信号，以提供期望的相消干扰。

11、在线圈阵列的另一配置中，其中，n＝2并且m＝3，线圈阵列可以包括彼此相邻设置的第一对线圈组件、彼此相邻设置的第二对线圈组件和彼此相邻设置的第三线圈组件对。每对线圈组件可以彼此平行并且输出具有第一频率的第一充电信号。每对线圈组件可以由相应的第一电力源和第二电力源供电，或者每对中的每个线圈组件可以由单独的电力源供电。每对线圈组件中的第一线圈组件可以与每对线圈组件中的第二线圈组件具有设定的相位差，由此每对线圈组件的线圈组件输出与由相邻的一对线圈组件的相邻线圈组件输出的充电信号具有相同相位的充电信号。

12、在其他示例实施方式中，提供了一种无线电力传送系统，其包括车辆线圈阵列和地面线圈阵列。车辆线圈阵列可以包括以直线x-y网格图案布置的车辆线圈组件的n×m阵列，其中，n≥1并且m≥2。每个车辆线圈组件可以在充电会话期间以与相邻车辆线圈组件的充电信号异相的频率接收充电信号，由此由每个车辆线圈组件接收的充电信号与由在x-y方向上的相邻车辆线圈组件接收的充电信号相消干扰，以与在充电期间在x-y方向上的相邻车辆线圈组件同相的附加磁通量密度相比，降低充电期间的附加磁通量密度。类似地，地面线圈阵列可以包括以直线x-y网格图案布置的线圈组件的r×s阵列，其中，r≥n并且s≥m。每个地面线圈组件可以以该频率生成充电信号，由此充电信号在充电会话期间与相邻地面线圈组件的充电信号异相，并且由此由每个地面线圈组件生成的充电信号与由在x-y方向上的相邻地面线圈组件生成的充电信号相消干扰，以与在充电期间在x-y方向上的相邻地面线圈组件同相的附加磁通量密度相比，降低充电期间的附加磁通量密度。

13、在无线电力传送系统的示例实施方式中，地面线圈阵列可以检测车辆线圈组件何时不操作，并且仅激活与操作的车辆线圈组件对准的地面线圈组件来发送充电信号。还可以提供数据存储库，该数据存储库可由车辆线圈阵列和/或地面线圈阵列在充电会话期间访问，以访问每个车辆线圈组件的默认和历史测量的充电配置文件。充电配置文件可以包括用于在充电会话期间设置充电参数的频率响应和充电模型。

14、在无线电力传送系统的示例实施方式中，充电配置文件可以包括：车辆线圈组件频率偏移；地面线圈组件的品牌、型号和制造商；车辆线圈组件的数目；车辆线圈组件的定位；车辆线圈组件的最小和最大电流以及电压支持；车辆线圈组件的健康状态；车辆线圈组件的温度限制；车辆线圈组件的温度读数；和/或车辆线圈组件的冷却可用性。地面线圈阵列还可以从要充电的车辆的充电配置文件中获得要充电的车辆的车辆线圈组件的数目和位置，并且为了发送充电信号，从线圈组件的r×s阵列中选择与要充电的车辆的车辆线圈组件的数目和位置对应的地面线圈组件的图案。

15、在无线电力传送系统的其他示例实施方式中，数据存储库还可以存储地面线圈组件的充电参数，该充电参数包括基于对准的车辆线圈组件或车辆线圈组件对的每个地面线圈组件或地面线圈组件对的磁信号特征。地面线圈组件的充电参数可以包括充电会话期间的瞬时电力水平、充电信号频率、频率漂移、信号相位偏移和/或标称线圈间间隙。地面线圈组件的充电参数还可以包括电力可用性、环境因素、和/或地面线圈组件条件，该地面线圈组件条件包括内部温度、使用、每个地面线圈组件的线圈数目、每个地面线圈组件的匝数和/或地面线圈组件是表面安装还是齐平安装。地面线圈组件的充电参数还可以包括：地面线圈组件的品牌、型号和制造商；地面线圈组件的自主对准能力；地面线圈组件的最小和最大电流以及电压支持；地面线圈组件可用的通信协议；和/或地面线圈组件的通信带宽。

16、在另一示例实施方式中，提供了一种无线电力传送系统，其包括车辆线圈阵列和地面线圈阵列，其中车辆线圈阵列向地面线圈阵列传输能量。车辆线圈阵列包括以直线x-y网格图案布置的车辆线圈组件的n×m阵列，其中，n≥1并且m≥2。每个车辆线圈组件可以以一定频率生成充电信号，由此充电信号在充电会话期间与相邻车辆线圈组件的充电信号异相，并且由此由每个车辆线圈组件生成的充电信号与由在x-y方向上的相邻车辆线圈组件生成的充电信号相消干扰，以与在充电期间在x-y方向上的相邻车辆线圈组件同相的附加磁通量密度相比，降低充电期间的附加磁通量密度。地面线圈阵列可以包括以全等的直线x-y网格图案布置的地面线圈组件的r×s阵列，其中，r≥n并且s≥m。每个地面线圈组件可以以该频率接收充电信号，由此充电信号在充电会话期间与相邻地面线圈组件的充电信号异相，并且由此由每个地面线圈组件接收的充电信号与由在x-y方向上的相邻地面线圈组件接收的充电信号相消干扰，以与在充电期间在x-y方向上的相邻地面线圈组件同相的附加磁通量密度相比，降低充电期间的附加磁通量密度。

17、在无线电力传送系统的另一示例实施方式中，车辆线圈阵列大于地面线圈阵列。该实施方式包括地面线圈阵列，该地面线圈阵列包括以直线x-y网格图案布置的地面线圈组件的n×m阵列，其中，n≥1并且m≥2。每个地面线圈组件可以以一定频率生成充电信号，由此充电信号在充电会话期间与相邻地面线圈组件的充电信号异相，并且由此由每个地面线圈组件生成的充电信号与由在x-y方向上的相邻地面线圈组件生成的充电信号相消干扰，以与在充电期间在x-y方向上的相邻地面线圈组件同相的附加磁通量密度相比，降低充电期间的附加磁通量密度。车辆线圈阵列可以包括以直线x-y网格图案布置的车辆线圈组件的r×s阵列，其中，r≥n并且s≥m。每个车辆线圈组件可以以该频率接收充电信号，由此充电信号在充电会话期间与相邻车辆线圈组件的充电信号异相，并且由此由每个车辆线圈组件接收的充电信号与由在x-y方向上的相邻车辆线圈组件接收的充电信号相消干扰，以与在充电期间在x-y方向上的相邻车辆线圈组件同相的附加磁通量密度相比，降低充电期间的附加磁通量密度。

18、还提供了一种电动车辆充电系统，其包括多个线圈阵列，其中每个线圈阵列包括以设定频率生成充电信号的至少一个线圈组件。还提供至少一个传感器来测量由线圈阵列生成的充电信号生成的总磁通量。还提供了用于识别磁通量密度的附加热点以及用于调整在磁通量密度的附加热点附近的线圈阵列中的至少一个的电力、相位和/或频率偏移以降低磁通量密度的附加热点处的磁通量密度的装置。

19、还描述了一种对电动车辆进行充电的方法，其中充电点和电动车辆彼此发起通信，并且充电点从电动车辆接收用于设置充电点以对电动车辆进行充电的设置数据。设置数据可以包括电动车辆的制造商、电动车辆的型号和/或禁止区。然后，充电点基于设置数据激活地面初级线圈和所激活的地面初级线圈的相关联的电力水平，以产生具有不延伸超出禁止区的磁通量密度的充电信号。例如，电动车辆的制造商或型号可以用于在数据库中查找激活哪个地面初级线圈以及所激活的地面初级线圈的电力水平。充电点可以根据如从接收的设置数据确定的电动车辆的次级线圈的确定布局来激活地面初级线圈。充电点还可以根据需要基于设置数据来调整充电信号的参数，以将由充电信号生成的磁通量适配在禁止区内。

20、在示例实施方式中，充电点和电动车辆可以通过充电点在处于待机状态时发射感应通信信标并且从电动车辆接收响应来彼此发起通信，以确定电动车辆正在接近充电点。

21、提供本发明内容部分来以简化的形式介绍本发明主题的方面，后面在具体实施方式的正文中进一步说明本发明主题。本发明内容部分中列出的元素的特定组合和顺序不旨在对所要求保护的主题的元素提供限制。相反，将理解，本部分提供了在下面的具体实施方式中描述的一些实施方式的概括示例。