CN103782356A

CN103782356A - 双导体单相感应功率传输轨道

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Publication number: CN103782356A
Application number: CN201280038877.9A
Authority: CN
Inventors: 格兰特·安东尼·科维奇; 斯蒂芬·拉伯
Original assignee: Auckland Uniservices Ltd
Current assignee: Auckland Uniservices Ltd
Priority date: 2011-07-19
Filing date: 2012-07-19
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2032-07-19
Also published as: US20210296047A1; JP6060158B2; CN103782356B; WO2013019124A1; US11869707B2; JP2014521304A; US10971300B2; KR20140046467A; EP2735006B1; EP2735006A1; US20140252870A1; KR101970762B1; EP2735006A4

Abstract

一种IPT轨道布置，包括：电源和电连接到所述电源的导体，所述导体包括位置基本相互邻近的多个回路，其中，所述回路的相邻部分的极性是相同的，并且其中，所述电源包括分担轨道负载的一个或更多个逆变器。

Description

双导体单相感应功率传输轨道

技术领域

本发明涉及感应功率传输（IPT）系统。具体地，本发明涉及改进的轨道和与轨道一起使用的拾取器。

背景技术

IPT使用变化的磁场来无物理接触地将气隙两端的功率耦合到负载。气隙存在于初级导体（诸如导电材料的细长回路（在此文档中通常称作轨道））和一个或更多个拾取装置之间，所述拾取装置具有从与轨道关联的磁场接收功率的次级线圈。系统性能不受潮湿或肮脏回路境的影响，并且在这种条件下由于组件是完全隔离的，所以不存在安全风险。与传统的插头或电刷和棒材接触型方法（诸如在电车轨道和电车上使用的那些方法）不同，IPT是可靠的且免维修的。IPT目前用于各种工业应用中，诸如材料处理和IC制造中。系统容量从1W-200kW变化，并且可以用于电动和充电机器人、自动导引车辆（AGV）、电子装置、娱乐大众运输工具、公共汽车和电动汽车（EV）。IPT系统可以划分成两种不同类型：分布式系统，由一个或更多个可放置于轨道上的任何位置的移动负载组成；集中式系统，它只允许在定义位置传输功率。

分布式系统特别适于道路供电EV（RPEV）应用，而实际的大规模RPEV系统至今还是不可行的。这是由于无导引EV需要大的水平公差（～700mm）和离地净高（150-200mm）。在此文档中提出的轨道拓扑结构通过用最小的系统成本增加达到增大的水平公差，提供对以前设计的显著改进。本领域技术人员会认识到此文档主要指的是本发明在AGV背景下的应用，但本发明可应用于许多其它的IPT系统应用。例如，如果铁磁材料（诸如铁氧体）与本文中公开的轨道布置关联，则本发明适合于EV和RPEV的IPT系统。

EV有助于减小对化石燃料的依赖、降低温室气体的排放和污染物的排放。因此，自二十世纪90年代以来EV的研究一直在上升，然而，市场渗透率一直很低，原因是EV不如传统车辆一样成本有效。目前的EV市场由混合车辆主导，混合车辆从内燃发动机得到能量，然而，插电式EV（PHEV）最近已经被引入，能够从电网获得能量，减轻汽油消耗。为了使EV得到广泛使用，需要在电池寿命和成本以及电网连接上有大的改进。后者允许在每次行驶之后找时机充电，而不是在每天结束之后进行长时间充电。结果，通过最小化放电深度电池损耗被显著地降低，由于需要较小的电池，所以EV具有更低的成本。使EV比汽油车辆更加成本有效的优选方案是通过负载给EV供电和充电。应当指出，用于这种动态充电系统的基础设施可以相对小，原因是在州际公路上的旅程占道路英里数的1%，但承载所有车辆行驶英里数的22%。在其行驶英里数的50%连接到动态充电系统的EV会与传统的车辆一样成本有效，不会产生额外的汽油成本。

IPT系统包括三个主要组件，在图1中显示了单相系统的主要组件，其基于在道路中使用的例子。电源在感应初级导电路径或轨道中产生驱动电流（I₁）的正弦电流（通常在10-40kHz频率范围内）。尽管在图1中未显示，所述轨道包括（但不限于）LCL网络的一部分，轨道电感L₁包括网络的最后“L”。并联补偿电容器C₁允许轨道电流I₁谐振，增大了轨道附近的磁场强度。对于给定负载，这最小化了电源的VA额定值。轨道和拾取器（PU）充当松散耦合的变压器，能够在相对大的气隙上实现功率传递。IPT PU电感L₂被调谐以与C₂谐振。这补偿了相对大的PU泄露电感。C₂两端的电压被整流，开关模式控制器能够使谐振回路在定义的品质因数Q下操作，以提高功率传递，并提供可用的DC输出。IPT系统的功率输出（P_out）被PU的开路电压（V_oc）和短路电流（I_sc）及品质因数Q量化，如（1）所示：

（1）

P_su是未补偿功率，ω是轨道电流I₁的角频率，M是轨道和PU之间的互感。如（1）中所示，输出功率取决于电源(ωI₁ ²)、磁耦合(M²/L₂)和PU控制器(Q)。增大功率输出和轨道与PU之间的间隔是特别需要的，但效率受系统的操作频率（开关损耗）和电流额定值（铜耗）的限制。允许系统在高Q下操作会提高功率传递，但在实际应用中，由于组件VA额定值和公差，系统通常被设计成在4和6之间操作。由于这些限制，通过良好的磁设计，可以达到系统性能的最大提升。

为了提高水平公差，之前已经提出了如图2（a）中所示的三相轨道拓扑结构。车辆沿轨道的长度Tx（称作x-轴）驱动。系统使用电感器-电容器-电感器（LCL）阻抗转换网络，所述阻抗转换网络将电压源逆变器转换成适于驱动感应轨道的电流源。隔离变压器的泄露电感用作第一电感器，轨道形成最后一个电感器，使得只有有功功率通过变压器。大的无功电流（图1中的I₁）只在轨道和电容器中流动。每一相使用了连接成三角形-三角形配置的三个单独的隔离变压器，不过变压器的输出端子直接连接到每个轨道回路的出发点和返回点，产生六线轨道。此轨道拓扑结构在此文档中被称作“双极”，原因是PU暴露于电源的前向和返回电流。轨道相位的交叠性质在每个相邻的线中以类似于鼠笼感应电机中绕组的方式产生相差60^o的电流，这跨越轨道的宽度（Ty）产生行进场。此运动场用简单的单线圈PU产生宽阔和均匀的功率曲线。

但是，具有交叠轨道的后果是在相位之间存在互感，使得来自一个轨道相位的能量耦合到相邻相位中，类似于每个轨道导体和PU之间的功率耦合。这种交叉耦合引起逆变器的不同相臂供应大电流，DC母线电压会在能量馈送到逆变器时猛增。显示了两种方法来解决互感问题。首先，轨道回路之间的交叠区可以被改变，以降低互感-不过这会在跨越轨道的宽度上产生不均匀的影响功率曲线的平滑度的轨道间距。其次，可以使用磁通消除方法，这里变压器耦合被引入轨道的起始点，以在相位之间产生与由于几何形状产生的沿长度方向的轨道之间的耦合不同相的耦合。这是通过在起始点由回路形铁芯使轨道适当地形成回路来实现的。第一种技术最小化了相间互感的影响，但会在耦合的PU中产生更差的性能，而第二种技术具有良好的性能，但由于需要额外的磁组件增加了费用。

因此，需要提供具有提高的横向范围、具有改进的（例如更加平滑的）功率曲线的轨道。

发明内容

本发明的目的是提供一种至少改善上述问题中的一个或更多个问题的布置，或者至少给公众提供一种有用的选择。

在第一方面，本发明概括地提供一种IPT轨道布置，包括：电源和电连接到所述电源的导体装置，所述导体装置包括位置基本相互邻近的多个回路，其中，所述回路的相邻部分的极性是相同的，并且其中，所述电源包括一个或更多个逆变器。

优选地，所述逆变器分担所述轨道布置上的负载。

优选地，所述逆变器并联地电连接在一起。

优选地，所述导体装置包括单导体，并且其中，在形成回路时，所述导体在多个点与自身交叠。

优选地，相邻回路之间的距离基本小于所述回路的宽度。

优选地，所述多个回路包括至少两个回路。

在另一实施例中，所述多个回路包括至少三个回路。

在第二方面，本发明概括地提供一种IPT轨道布置，所述IPT轨道布置包括电源和电连接到所述电源的导体装置，所述导体装置包括单导体，所述单导体形成位置基本相互邻近的多个回路，其中，所述回路的相邻部分的极性是相同的。

优选地，所述电源包括逆变器。

优选地，相邻回路之间的距离基本小于所述回路的宽度。

优选地，所述多个回路包括至少两个回路。

在另一实施例中，所述多个回路包括至少三个回路。

在第三方面，本发明概括地提供一种IPT拾取器，所述IPT拾取器适于与根据第一或第二方面的IPT轨道布置一起使用，其中，所述IPT拾取器适于接收由所述IPT轨道布置产生的磁通的水平和垂直分量。

优选地，所述IPT拾取器包括正交拾取器、DDP衬垫、DDPQ衬垫、BPRP衬垫中的一个或更多个。

在另一方面，本发明概括地提供一种IPT系统，所述IPT系统包括IPT轨道布置，所述IPT轨道布置具有电源和电连接到所述电源的导体装置，所述导体装置包括位置基本相互邻近的多个回路和IPT拾取器，其中，所述回路的相邻部分的极性是相同的。

优选地，所述拾取器包括多个线圈。

优选地，所述IPT拾取器适于接收由所述IPT轨道布置产生的空间正交的磁通分量。

优选地，所述电源包括多个逆变器，所述多个逆变器并联地电连接在一起。

优选地，所述导体装置包括形成所述多个回路的单导体。

优选地，在形成所述的回路时，所述导体在多个点与自身交叠。

优选地，相邻回路之间的距离基本小于所述回路的宽度。

优选地，所述多个回路包括至少两个回路。

在另一实施例中，所述多个回路包括至少三个回路。

在另一方面，本发明提供了一种IPT系统轨道布置，包括多个导电材料的细长回路，其中，所述回路的相邻部分的极性是相同的，并具有基本如图12或图20中所示的横截面。

在其它方面，本发明概括地提供基本上如本文中描述的IPT轨道布置、IPT拾取器和/或IPT系统。

通过下面的描述本发明的更多方面将变得明显。

附图说明

参照附图只通过例子描述本发明的实施例，其中：

图1是显示单相轨道系统的IPT系统组件的已知布置的图；

图2是三相IPT轨道拓扑结构的图，其中（a）是双极，（b）是单极；

图3是三相双极轨道的图；

图4是沿直线4-4’截取的图3轨道的极性图；

图4A显示用于实现图3的轨道的逆变器和LCL网络布置；

图5是重复的单相轨道的图；

图6是沿直线6-6’截取的图5轨道的极性图；

图7是双导体重复的单相轨道的图；

图8是沿直线8-8’截取的图7轨道的极性图；

图8A显示了图7的重复的单相轨道的逆变器和LCL网络的布置；

图9是两相双极轨道的图；

图9A是显示两相双极轨道的布置（逆变器被相差90^o地同步）连同每个逆变器和LCL网络的布置的图；

图10是沿直线10-10’截取的图9轨道的极性图；

图11是具有两个导体的双导体重复的单相轨道的图；

图11A显示了图11的双导体重复的单相轨道的逆变器和LCL网络的布置；

图12是沿直线12-12’截取的图11轨道的极性图；

图13是显示图3中所示轨道的（a）开路电压（V_oc）、（b）短路电流（I_sc）和（c）未补偿功率（S_U）的一组图形；

图14是显示图5中所示轨道的（a）开路电压（V_oc）、（b）短路电流（I_sc）和（c）未补偿功率（S_U）的一组图形；

图15是显示图7中所示轨道的（a）开路电压（V_oc）、（b）短路电流（I_sc）和（c）未补偿功率（S_U）的一组图形；

图16是显示图9中所示轨道的（a）开路电压（V_oc）、（b）短路电流（I_sc）和（c）未补偿功率（S_U）的一组图形；

图17是显示图11中所示轨道的（a）开路电压（V_oc）、（b）短路电流（I_sc）和（c）未补偿功率（S_U）的一组图形；

图18A是显示图7中所示的串联调谐轨道的（a）PTotal、（b）VARTotal和（c）STotal的一组图形；

图18B是显示图7中所示的并联调谐轨道的（a）PTotal、（b）VARTotal和（c）STotal的一组图形；

图18C是显示图11的四线双导体重复的单相轨道和具有0.29交叠的诸如图9的轨道的两相双极轨道之间的比较的图形；

图18D是显示由每个逆变器供应到并联调谐正交拾取器（包括铁氧体效应）的（a）有功、（b）无功和（c）总功率的一组图形，所述拾取器在具有120mm轨道间距0.29交叠的两相双极轨道上以2千瓦操作（即，对应于图9中所示的布置的轨道布置）；

图18E是显示由每个逆变器供应到并联调谐正交拾取器（包括铁氧体效应）的（a）有功、（b）无功和（c）总功率的一组图形，所述拾取器在具有120mm轨道间距（双导体之间有20mm）的四线双导体重复的单相轨道上以2千瓦操作（即，对应于图11中所示的轨道）；

图19显示了根据本发明的一个实施例的轨道；

图19A显示与图19中所示的轨道关联的三个逆变器和LCL网络的布置；

图19B显示了单相双导体重复的轨道的替代性布置以及逆变器和LCL网络；

图20显示了沿直线20-20’截取的图19中所示轨道的极性；

图21是扁平-E拾取器的图；

图22是扁平拾取器的图；

图23是磁通接收器衬垫的侧面图和平面图；

图24是图23的衬垫包括正交线圈的侧面图和平面图；

图25是磁通接收器衬垫的一种替代形式的侧面图和平面图。

具体实施方式

在本说明书中，词语“轨道”用来指IPT布置的初级电路。不过，这不应解读为将本发明限制用在车辆或类似物中。

轨道布置

首先参照图19，显示了轨道200，包括连接到电源208的导体202。导体202被排列成以便形成基本在一个平面内的三个回路，不过本领域技术人员会认识到在不偏离本发明的情况下可以提供更多或更少的回路。回路由在不同的点204和206与自身交叠的导体202形成，使得三个回路中的每个回路基本上相同形状和大小，几个回路基本上彼此邻近。相邻的侧面之间的距离减小，并且可以是0，或者是相对于回路的宽度的另一更低值。

为了安全地操作，导体202对于额定轨道电流必须具有足够大的横截面积，最终的电缆直径限制了相邻电缆之间的间距。此外，电缆绝缘和任何支撑材料将向电缆增加另外的厚度。例如，大约15mm直径的利兹（litz）电缆可以用于125A的轨道电流。结果，相邻的电缆之间可以使用20mm的间距。然而，选择适当的导体和相邻导体之间的适当间距对本领域技术人员是显然的，因此在这里不需要研究任何进一步的细节。

在所示的实施例中，回路形成基本上类似圆角矩形的形状，具有两个基本细长的直边和两个大致的圆边，这里回路在其直边彼此邻近。点204和206位于更靠近直边的圆边。应认识到图19中所示的轨道布局是示意性例子。可以使用其它配置。

电源208可以包括单个逆变器，其被标定为使用LCL网络供应轨道200的总功率。

在替代性实施例（如图19中描绘的）中，例如，电源208可以包括并联地电连接在一起的多个逆变器。再一次，LCL网络可以如图19A中所示的使用。优选地，逆变器是相同的，并被同步，以便相互同相。逆变器通常由公共市电电源来供电。如所示的，可以为每个逆变器提供各自的整流器，如果需要，整流器可以连接在一起形成公共DC母线。替代性地，单个整流器可以用来提供为逆变器供电的公共DC母线。

轨道200的极性在图8中显示，是沿图19的直线8-8’截取的。具体地，可以看到回路的相邻部分享有相同的极性。这避免或减少由相邻部分的相反磁通引起的缺点，诸如0点或低功率区域。

为了显示轨道200的有益属性，模拟并测试了许多个已知的轨道布置。在下文将详细地描述这些布置和结果。

其它布置

图3显示了三相双极轨道。轨道100由三个延长的回路102A、102B和102C组成，包括6个导体，每个回路与其它两个回路在靠近远端相交，再在近端相交。回路102A、102B和102C分别由独立的逆变器104A、104B和104C驱动，并运送频率和幅值相等但相位相隔120^o的电流。整流器可以用来提供公共DC母线。三个逆变器除相移之外是相等的，所有这三相用如图4A所示的LCL网络调谐，LCL网络提供与该相位上的负载无关的恒定轨道电流。由于由每相承载的总负载的一部分会随着拾取器在轨道的宽度上的位置的变化而变化，所以这是期望的。每相中的电流通常是相等的并由电源以及操作频率保持至少标称上恒定。在一些情况下，相位可以被单独地控制，例如进行微小调节来适应组件公差。

图4显示了通过图3的直线4-4’截取的轨道100的导体的极性。具体地，标记108a和108b对应于处于第一相位的导体102，标记110a和110b对应于处于第二相位的导体104，标记112a和112b对应于处于第三相位的导体106。标记108a、110a和112a有共同的极性，同样，标记108b、110b和112b有共同的极性。矢量图114图示了各个相位之间的相对关系。

图5显示了重复的单相轨道。类似于图3中所示的轨道100，轨道120由三个延长的回路122、124和126组成，包括6个导体。轨道回路分别由单独的逆变器128、130和132驱动，并运送频率和幅值相等且基本上同相的电流。与轨道100不同，回路122、124和126不相交，由轨道间距134隔开，轨道间距可以与其中的一个回路的宽度相同。

图6显示了如通过图5的直线6-6’截取的轨道120的导体的极性。标记122a和122b对应于导体122的长度，类似地，标记124a和124b，及标记126a和126b分别对应于导体124和126。具体地，应当注意，122b和124a，124b和126a各自对应于回路的相邻侧，共享相同的极性。如之前关于轨道200指出的，这避免或减少了由磁通的相反引起的缺点，诸如0点或低功率区域。

图7示出了双导体重复的单相轨道。尽管轨道140与图5中所示的轨道120相似，轨道间距148基本上小于轨道间距134，并且实际上为0或者为相对于轨道的宽度大约小的值。轨道回路是使用LCL网络驱动的，如图8A中所示的。

图8示出了通过图7的直线8-8’截取的轨道140的极性。标记142a和142b对应于导体142的长度，类似地，标记144a和144b及标记146a和146b分别对应于导体144和146的长度。

应当注意，与轨道120不同，轨道140的相邻回路的长度的极性是相同的，也就是说，142b和144a分别对应于回路142和144的相邻长度，对应于回路144和146的相邻长度的144b和146a有共同的极性。这是要防止由于降低的轨道间距148造成的互耦合，然而，设想轨道140也具有与轨道120相似的极性，因此轨道的相邻部分具有不同的极性。

图9显示了两相双极轨道。轨道160由两个延长的回路162和164组成，包括4个导体，回路在远端相交。回路162和164分别由独立的逆变器166和168驱动，并运送频率和幅值相等但相位相隔180^o的电流。整流器可以用来提供公共DC母线。逆变器166和168除了相移是相等的，两个相位都是用LCL网络谐调的，LCL网络提供与该相上的负载无关的恒定轨道电流。由于由每相承载的一部分总负载会随着拾取器在轨道的宽度上的位置的变化而变化，所以这是期望的。每相中的电流是相等的，并由电源以及操作频率保持恒定。这些相由图9A所示的LCL网络驱动。

图10示出了沿通过图10的直线10-10’截取的轨道160的极性。标记170a和170b对应于导体162，标记172a和172b对应于导体164。矢量图174显示了轨道160的相位的关系。再一次，回路是使用如图11A所示的LCL网络驱动的。

为了更好地与轨道160比较，双回路双导体重复的单相轨道显示于图11中。轨道180基本上类似于轨道140，除了只有两个导体182和184形成两个回路以外。

图12示出了沿通过图11的直线12-12’截取的轨道180的极性。标记182a和182b对应于导体182的长度，标记184a和184b对应于导体184的长度。

比较

现在参照图13至17，图中分别显示了对于每个轨道100、120、140、160和180示出了沿轨道宽度的变化的开路电压（V_oc）、短路电流（I_sc）和未补偿功率（S_U）。为了达到比较的目的，在轨道上20mm的高度使用正交拾取器结构（参见图21和22）。拾取器结构在下文中进一步讨论。

尽管对本领域技术人员很显然跨越轨道的宽度具有平滑的S_U以允许拾取器被定位在与中心有一些偏移是有益的。这可以与EV中使用的拾取器特别相关，而且更广泛。

应当进一步指出，每个图形示出了由图21和22的正交拾取器结构接收的磁通的不同的空间分量。为了方便，因此将这些分量称作磁场的水平、垂直分量。这些分量在每个图中单独显示并总体显示（即最高曲线）。拾取器能够拾取两种分量可能是有益的，这将在下文变得更明显，因此通常参照总输出而不是水平或垂直输出。将在下面描述利用水平和垂直分量的拾取器。

具体转到图13至15，可以看出与轨道120相比，轨道100和轨道140总体显示了的较好的功率曲线，在此意义上轨道120的最大S_U被限制为小于300VA，而轨道100和轨道140具有更大的S_U，不过是以一些横向范围为代价的。

在单相轨道（诸如轨道140）中，此降低的横向范围可以通过例如增加附加的回路来补偿，只增加一点复杂性。因此可以看出，通过使用轨道120可以获得相比使用轨道100或轨道140的一点好处。

轨道100和轨道140的输出曲线基本是相似的。由于多相轨道（诸如轨道100）要求额外补偿相位之间的互感，因此单相布局对许多应用是优选的。轨道140因此显示了明显的好处。

现在转到图16和17的图形，可以看出，轨道180显示了比轨道160总体更优的功率曲线，并且有稍微大的横向范围。因此，使用单相轨道180而不是两相轨道160显然有好处。

因此，总之，可以看出，单相轨道通常表现出总体上更优的功率曲线，改进的S_U和更加灵活的宽度。而且，在单相轨道内，双导体重复的单相布置（诸如轨道140和轨道180）可以在总体上比替代方式更优。这在图18C中显示，图18C显示了四线双导体（即两个回路）重复的单相轨道和具有0.29交叠的两相双极轨道的比较。

电源

如图7中所示，每个回路142、144和146可以分别连接到单独的逆变器150、152和154。

然而，现在参照示出了串联调谐拾取器（这反映了轨道上的电感负载）的结果的图18A和示出了并联调谐拾取器（这反映了轨道上的电容负载）的结果的图18B。这些轨道布置各自具有三个单独的逆变器。从图中可以看出，使用单独的逆变器不是优选的。具体地，可以看出，特别是在横向范围的边缘，逆变器150和154可能需要被标定为比总输出更大的输出，这可能导致制造系统时成本增加。进一步地，由于每个回路是由单独的逆变器供电的，任何一个逆变器故障都可能会通过引入0区域总体上损坏系统。图18D示出了由每个逆变器供应到两相双极轨道上的并联调谐正交拾取器的有功、无功和总功率；图18E示出了由每个逆变器供应到四线双导体重复的单相轨道上的并联调谐正交拾取器的有功、无功和总功率。可以看出，电容负载在一个逆变器上，电感负载在另一逆变器上，两相轨道上的VAR负载是特别不期望的，在+或-50mm操作范围上达到+或-300VAR。相比较，双导体重复的单相轨道上的VAR负载是-200VAR/每轨道回路的平滑的电容负载曲线。显然，双导体重复的单相轨道比四导体的轨道更优。

一种替代性的轨道布置示于图19中。轨道200由单个导体202形成。导体202排列为形成三个回路（不过，可以使用更多或更少的回路，这对本领域技术人员是显然的）。这是通过导体202在点204和206与自身交叠来实现的，不过点204和206的位置是不固定的，可以在导体202上的任何适当位置。由于交叠必然会增加轨道在这些点的高度，轨道200可能需要另外的垂直空隙。导体的相邻部分之间的距离可以被减小为较小值，以便保留如之前详述的双导体重复的单相轨道的好处。

导体202在其端部附连到电源208。电源208优选包括许多个并联连接的逆变器。这增加了系统的适应力，原因是如果逆变器中有一个故障，剩余起作用的逆变器能够承担更大的负载以避免系统被损坏。

轨道200具有与轨道120相同的功率输出，然而由于逆变器是并联连接的，每个逆变器只需要被标定为承担总负载的一部分。例如，如果有三个逆变器（通过例子如图19中所示），每个逆变器只需要被标定为承担总负载的三分之一。这可以通过使用更低额定值的组件来降低制造系统的成本。因此，一个或更多个逆变器可以用来分担形成重复的单相轨道布置的回路两端的负载（不管回路是使用单导体还是多个导体形成的）。

电源208还可以限制为单个逆变器，其只需要被标定为承担全部负载，避免轨道120存在的问题。由两个回路形成的类似轨道示于图19B中。

拾取器

如之前指出的，与只利用一个分量的标准拾取器不同，使用适于利用由IPT轨道生成的空间正交的磁通的分量（为了方便起见在本文中称为磁通的水平和垂直分量）的拾取器是有益的。

这些当中最简单的是正交拾取器，这是通过在拾取器铁芯上缠绕两个线圈实现的。

有两种方式实现正交线圈。第一种是缠绕物理上与第一线圈正交的第二线圈，这要求使用扁平-E铁芯5，如图21中显示的。第二种选择是在标准扁平铁芯6上缠绕两个单独的线圈，在每端缠绕一个，如图22中所示的。如果这些线圈是串联但相差180^o连接的，它们也允许捕获垂直方向的磁通。不管选择哪种拓扑结构，正交线圈中的每一个都可以被单独地调谐，它们的输出组合，且输出是用单开关模式控制器控制的。

参照图23，示出了以前由Boys, Covic, Huang和Budhia公开的磁通衬垫构造，这种构造具有适用于车辆应用的极好的特性。图23的构造已经在国际专利公布WO2010/090539A1中描述。为了方便起见，这种总体构造在本文中被称作DDP衬垫。

图23中所示的DDP衬垫大致包括两个基本上共面的标记为52和53的线圈，线圈与铁芯54关联并位于铁芯54上。衬垫实际上被颠倒以便线圈面对初级轨道。从图23中可以看出，铁芯54可以包括多个各种长度的导磁材料，诸如铁氧条或棒55，铁氧条或棒55彼此平行地排列但间隔开。衬垫构造可以包括隔板56和隔板下面的板57，铁芯位于隔板上。在一些实施例中，盖子58可以提供于扁平线圈52和53的另一表面上。衬垫59可以提供于衬垫的周界周围。可以看出，线圈52和53分别各自限定电极区60和61。如图23中所示的这种DDP衬垫构造可以用作磁通接收器，此磁通接收器可以用在此文档中描述的轨道拓扑结构的PU中。

现在转到图24，示出了图23的DDP构造不过还包括正交线圈62（在本文中称作DDPQ衬垫）。此构造在专利公布WO2010/090539A1中也有描述。当图24中所示的构造由适当的逆变器加电相对于磁通发生器（诸如图23的DDP衬垫）有横向运动时，正交线圈扩展了功率传递曲线。正交线圈允许从接收器衬垫拦截的磁场的“垂直”分量中提取功率，同时其它线圈52、53便于从拦截的磁通的“水平”分量中提取功率。因此，图24的构造适合作为磁通接收器，此磁通接收器可以用在此文档中描述的轨道拓扑结构的PU中。

现在转到图25，示出了另一磁通接收器构造，这种构造在此文档中被称作双极接收器衬垫，或者替代性地称作BPRP。BPRP衬垫具有与上文参照图23和24讨论的DDP类似的构造。在一个实施例中，BPRP衬垫由从下向上包括铝板57、介电隔板56、包括四排铁氧体棒55（在本文中称作铁氧体）的铁芯54、在横向方向上展开的两个扁平的基本共面又交叠的理想“矩形”形状的线圈52、53（尽管实际上由于缠绕利兹线的容易度更多是椭圆形的）和介电盖58。铁芯54充当屏蔽，使得理想上所有磁通通过衬垫上部传导通过铁芯54。板57只用来a）消除在某些环境中可能存在于铁芯4上的小的杂散或寄生场，和b）提供附加的结构强度。

BPRP的磁结构被设计成使得在初级的任一线圈52、53之间基本不存在互耦合。这允许线圈在任何幅值或相位被独立地调谐，而不会将电压耦合到其它线圈，如果耦合到其它线圈，则会对抗此线圈的功率输出。每个线圈都可以被独立地调谐和调节，而不影响另一线圈的磁通捕获和功率传递。因此，BPRP适于用作磁通接收器，此磁通接收器可以用在此文档中描述的轨道拓扑结构中的PU中。

尽管上文参照图23至25描述的拾取器结构使用铁磁材料的条，但要认识到铁磁材料的量和布置可以根据所需应用而变化很大。例如，在一些实施例中，可能没有铁氧体，而在其它实施例中，则可能有整条铁氧体。

除非上下文清楚地要求为相反，在描述中，词语“包括”等应在与排它或详尽意义相反的包含的意义上解读，也就是说，在“包括但不限于”的意义上解读。

在上文和下文引用的所有申请、专利和公布的整个公开如有有的话，通过引用被并入本文。

在本说明书中对现有技术的引用不是也不应理解为对现有技术形成在世界上任何国家的技术领域中的公知常识的一部分的承认或任何形式的暗示。

本发明还可以被概括地描述为包括在本申请的说明书中单独地或共同地提到或指出的部件、元件和特征，两个或多个所述部件、元件或特征的任何组合或所有组合。

文中已经参照具有本发明的已知等同物的整体或组件，如果被单独地列出，则这些整体并入本文中。

应当注意，对本文中描述的目前优选实施例的变化和改进对本领域技术人员是显然的。可以在不偏离本发明的范围和精神下并且在不减小其潜在优点的情况下进行这些变化和改进。因此，想要使这些变化和改进包括于本发明的范围内。

Claims

1.一种IPT轨道布置，包括：电源和电连接到所述电源的导体装置，所述导体装置包括位置基本相互邻近的多个回路，其中，所述回路的相邻部分的极性是相同的，并且其中，所述电源包括一个或更多个逆变器。

2.根据权利要求1所述的IPT轨道布置，其中，所述电源包括多个逆变器，所述逆变器设置成分担所述轨道布置上的负载。

3.根据权利要求2所述的IPT轨道布置，其中，所述逆变器并联地电连接在一起。

4.根据前述权利要求中任一所述的IPT轨道布置，其中，所述导体装置包括单导体，并且其中，在形成回路时，所述导体在多个点与自身交叠。

5.根据前述权利要求中任一所述的IPT轨道布置，其中，相邻回路之间的距离基本小于所述回路的宽度。

6.根据前述权利要求中任一所述的IPT轨道布置，其中，所述多个回路包括至少两个回路。

7.根据权利要求1-5中任一所述的IPT轨道布置，其中，所述多个回路包括至少三个回路。

8.一种IPT系统，所述IPT系统包括IPT轨道布置，所述IPT轨道布置具有电源和电连接到所述电源的导体装置，所述导体装置包括位置基本相互邻近的多个回路和IPT拾取器，其中，所述回路的相邻部分的极性是相同的。

9.根据权利要求8所述的IPT系统，其中，所述IPT拾取器包括多个线圈。

10.根据权利要求8所述的IPT系统，其中，所述IPT拾取器适于接收由所述IPT轨道布置产生的空间正交的磁通分量。

11.根据权利要求9所述的IPT系统，其中，一个线圈适于接收由所述IPT轨道布置产生的磁通的第一分量，另一线圈适于接收由所述IPT轨道布置产生的磁通的第二分量，所述的分量处于空间正交。

12.根据权利要求11所述的IPT系统，其中，两个线圈适于接收所述第一分量，一个线圈适于接收所述第二分量。

13.根据权利要求9所述的IPT系统，其中，所述线圈是互相去耦合的。

14.根据权利要求8-13中任一所述的IPT系统，其中，所述电源包括多个逆变器，所述逆变器设置成分担所述轨道布置上的负载。

15.根据权利要求8-14中任一所述的IPT系统，其中，所述导体装置包括单导体，并且其中，在形成回路时，所述导体在多个点与自身交叠。

16.一种基本如本文中描述的IPT系统轨道布置。