CN105047389A - 一种应用于电动汽车无线供电的立体工字型接收端及其实现无线供电的方法 - Google Patents

一种应用于电动汽车无线供电的立体工字型接收端及其实现无线供电的方法 Download PDF

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魏国
姜金海
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一种应用于电动汽车无线供电的立体工字型接收端及其实现无线供电的方法，涉及无线电能传输技术领域。本发明是为了解决现有的电动汽车需要频繁的停车充电，导致车载动力电池的使用量大，使用复杂，且续驶里程短的问题。本发明两个三号铁氧体磁芯并行设置，且两个三号铁氧体磁芯之间留有气隙，一号铁氧体磁芯平分为两个铁氧体磁芯，两个铁氧体磁芯为一体件，每个铁氧体磁芯的下表面中心连接一个二号铁氧体磁芯的一端中心，每个二号铁氧体磁芯的另一端中心连接一个三号铁氧体磁芯的上表面中心，每个二号铁氧体磁芯上绕制有一组线圈，两组线圈的磁极相反，用于与双极型发射导轨上相邻两个具有相反磁极的导轨配合形成磁场回路。它可用于电动汽车中。

Description

一种应用于电动汽车无线供电的立体工字型接收端及其实现无线供电的方法
技术领域
本发明涉及一种应用于电动汽车无线供电的立体工字型接收端。属于无线电能传输技术领域。
背景技术
目前电动汽车发展中存在两大瓶颈问题，一个是车上的电池问题，从近期的技术角度看，存在体积、重量、价格、材料、安全、充电速度、寿命等多方面问题，此外电池的生产过程属于高污染、耗费资源、破坏生态环境的过程，这些特点给电动汽车的产业化带来困难；另一个是地面上的充电基础设施问题，一方面，由于充电时间长，需要大量的充电或换电设施，给市政建设带来很大困难，这些设施需要占用大量的地面面积，且不利于统一管理，运营维护成本高，另一方面，电动汽车需要频繁的停车充电，给车辆使用者带来极大的不便，且续驶里程短造成了无法长途旅行。
发明内容
本发明是为了解决现有的电动汽车需要频繁的停车充电，导致车载动力电池的使用量大，使用复杂，且续驶里程短的问题。现提供一种应用于电动汽车无线供电的立体工字型接收端及其实现无线供电的方法。
一种应用于电动汽车无线供电的立体工字型接收端，它包括一号铁氧体磁芯、两个二号铁氧体磁芯、两个三号铁氧体磁芯和两组线圈，
两个三号铁氧体磁芯并行设置，且两个三号铁氧体磁芯之间留有气隙，
一号铁氧体磁芯平分为两个铁氧体磁芯，两个铁氧体磁芯为一体件，
每个铁氧体磁芯的下表面中心连接一个二号铁氧体磁芯的一端中心，
每个二号铁氧体磁芯的另一端中心连接一个三号铁氧体磁芯的上表面中心，
每个二号铁氧体磁芯上绕制有一组线圈，
两组线圈的磁极相反，两组线圈用于与双极型发射导轨上相邻两个具有相反磁极的导轨配合形成磁场回路。
根据一种应用于电动汽车无线供电的立体工字型接收端实现无线供电的方法，系统工作时，交变的电流通过供电线缆在双极型发射导轨上，双极型发射导轨相邻的磁极上产生实时相反的交变的磁场，发射端与接收端通过双极型发射导轨和线圈的磁场耦合作用即能实现电能的无线传输。
本发明的有益效果为：一种电动汽车无线供电的立体工字型接收端机构，它由铁氧体磁芯和绕制在其上的线圈构成。这种能量接收端结构与双极型发射导轨配合使用。在考虑双极型发射导轨产生的磁场分布后，设计出一种由立体工字型接收端机构与双极型发射导轨单元组成的无线电能传输结构。这种接收端结构仅由铁氧体磁芯和绕制在其上的线圈构成，结构简单，与原边耦合程度高，不易发生磁饱和，且对磁场屏蔽效果好，电磁兼容性高，还能保证电能传输的功率与效率。电动汽车工作时，交变的电流通过供电线缆在双极型发射导轨上，双极型发射导轨相邻的磁极上产生实时相反的交变的磁场，发射端与接收端通过双极型发射导轨和线圈的磁场耦合作用即能实现电能的无线传输，同比现有的采用电池进行充电的方式简单，并且续驶里程长。
电动汽车动、静态无线供电系统可以使电动汽车无论在停车场、停车位、等红灯以及在公路上行驶过程中，均可以实时供电或者为电池补充电能。该技术不仅可以大幅度甚至无限制的提高车辆的续驶里程，而且车载动力电池的数量也可以大幅度降低，变为原来用量的几分之一，地面上将不再有充电站、换电站。所有供电设施均在地面以下。而且驾驶员不需要再考虑充电问题，电能问题均由地面下的供电网络自动解决。而在实现对电动汽车无线供电中，无线电能传输结构对系统的性能及建设成本起到极其重要的作用，这些性能包括供电效率、最大传输能力、空气间隔、侧移能力、耐久度、电磁辐射强度、对环境影响程度等等多个方面。通过对供电轨道铁氧体磁芯结构以及电能接收装置的结构进行合理的设计，可以极大改善上述性能。
附图说明
图1为具体实施方式一所述的一种应用于电动汽车无线供电的立体工字型接收端的主视图；
图2为图1的仰视图；
图3为图1的俯视图；
图4为图1的侧视图；
图5为具体实施方式一所述的一种应用于电动汽车无线供电的立体工字型接收端与一种双极型导轨传能结构示意图；
图6为图5的主视图；
图7为图5的俯视图；
图8为图5中所述的一种应用于电动汽车无线供电的立体工字型接收端的侧视图；
图9为图5中双极型发射导轨的侧视图。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1、图3至图6、图8和图9具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种应用于电动汽车无线供电的立体工字型接收端，它包括一号铁氧体磁芯1、两个二号铁氧体磁芯3、两个三号铁氧体磁芯4和两组线圈2，
两个三号铁氧体磁芯4并行设置，且两个三号铁氧体磁芯4之间留有气隙，
一号铁氧体磁芯1平分为两个铁氧体磁芯，两个铁氧体磁芯为一体件，
每个铁氧体磁芯的下表面中心连接一个二号铁氧体磁芯3的一端中心，
每个二号铁氧体磁芯3的另一端中心连接一个三号铁氧体磁芯4的上表面中心，
每个二号铁氧体磁芯3上绕制有一组线圈2，
两组线圈2的磁极相反，两组线圈2用于与双极型发射导轨上相邻两个具有相反磁极的导轨配合形成磁场回路。
本实施方式中，两个三号铁氧体磁芯4的尺寸相同，两个三号铁氧体磁芯4的底端位于双极型发射导轨上，双极型发射导轨相邻磁极上磁场方向相反，两组线圈2的磁极相反，两组线圈2分别与双极型发射导轨相邻的两个磁极配合形成磁场回路，实现电能的高效无线传输。
本实施方式中，单组线圈所依附的磁芯结构由顶端的平板磁芯、底端平板磁芯以及中间连接柱形结构磁芯构成，其前向、侧向横截面形状类似工字简称为立体工字型。每组线圈单独配接谐振电路或者在保证两组线圈工作电流实时相反的情况下串接后配接谐振电路。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种应用于电动汽车无线供电的立体工字型接收端作进一步说明，本实施方式中，一号铁氧体磁芯1和两个三号铁氧体磁芯4均为平板结构，两个二号铁氧体磁芯3为方形或者圆柱形。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种应用于电动汽车无线供电的立体工字型接收端作进一步说明，本实施方式中，两个三号铁氧体磁芯4的中心距离与双极型发射导轨相邻磁极间的中心距离7相等。
具体实施方式四：参照图2和图7具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的一种应用于电动汽车无线供电的立体工字型接收端作进一步说明，本实施方式中，三号铁氧体磁芯4沿导轨行进方向的尺寸小于双极型发射导轨相邻磁极间的中心距离7，
两个三号铁氧体磁芯4沿导轨行进方向的尺寸6为两倍双极型发射导轨相邻磁极间的中心距离7，
两个三号铁氧体磁芯4垂直导轨行进方向的尺寸9大于双极型发射导轨的宽度。
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种应用于电动汽车无线供电的立体工字型接收端作进一步说明，本实施方式中，两组线圈2由LITZ线或者多股绝缘漆包线混合绕制。
具体实施方式六：根据具体实施方式一所述的一种应用于电动汽车无线供电的立体工字型接收端实现无线供电的方法，系统工作时，交变的电流通过供电线缆在双极型发射导轨上，双极型发射导轨相邻的磁极上产生实时相反的交变的磁场，发射端与接收端通过双极型发射导轨和线圈的磁场耦合作用即能实现电能的无线传输。
工作原理：
高频交变电流通过原边导轨的供电线缆，在原边双磁极结构导轨的约束下，在导轨上方形成高频交变磁场，位于发射导轨正上方的接收端与发射端形成的磁场耦合，在接收线圈中感应出电流，通过合理的结构设计，接收端磁芯与双极型发射端的磁极形成磁回路，且减小接收端上方的漏磁，实现电能的高效无线传输。
与现有技术相比，本发明有以下优点。
1、在相同的要求下，同已知的其他类型的接收端结构相比，采用立体工字型接收端结构，原副边线圈耦合系数更高
2、由于接收端底端采用平板磁芯结构设计，使接收端相对于发射导轨的侧向偏移能力更强。
3、接收端顶端也采用平板磁芯连接，形成完整的磁回路，可以保证接收端上方磁场泄露极小，电磁兼容性好。
4、线圈在顶端与底端平板磁芯之间的连接柱体上螺旋绕制，降低了线圈的绕制难度，且相同长度的导线可以得到更大的电感量，降低了制造成本。

Claims (6)

1.一种应用于电动汽车无线供电的立体工字型接收端，其特征在于，它包括一号铁氧体磁芯(1)、两个二号铁氧体磁芯(3)、两个三号铁氧体磁芯(4)和两组线圈(2)，
两个三号铁氧体磁芯(4)并行设置，且两个三号铁氧体磁芯(4)之间留有气隙，
一号铁氧体磁芯(1)平分为两个铁氧体磁芯，两个铁氧体磁芯为一体件，
每个铁氧体磁芯的下表面中心连接一个二号铁氧体磁芯(3)的一端中心，
每个二号铁氧体磁芯(3)的另一端中心连接一个三号铁氧体磁芯(4)的上表面中心，
每个二号铁氧体磁芯(3)上绕制有一组线圈(2)，
两组线圈(2)的磁极相反，两组线圈(2)用于与双极型发射导轨上相邻两个具有相反磁极的导轨配合形成磁场回路。
2.根据权利要求1所述的一种应用于电动汽车无线供电的立体工字型接收端，其特征在于，一号铁氧体磁芯(1)和两个三号铁氧体磁芯(4)均为平板结构，两个二号铁氧体磁芯(3)为方形或者圆柱形。
3.根据权利要求1所述的一种应用于电动汽车无线供电的立体工字型接收端，其特征在于，两个三号铁氧体磁芯(4)的中心距离(5)与双极型发射导轨相邻磁极间的中心距离(7)相等。
4.根据权利要求1所述的一种应用于电动汽车无线供电的立体工字型接收端，其特征在于，三号铁氧体磁芯(4)沿导轨行进方向的尺寸小于双极型发射导轨相邻磁极间的中心距离(7)，
两个三号铁氧体磁芯(4)沿导轨行进方向的尺寸(6)为两倍双极型发射导轨相邻磁极间的中心距离(7)，
两个三号铁氧体磁芯(4)垂直导轨行进方向的尺寸(9)大于双极型发射导轨的宽度。
5.根据权利要求1所述的一种应用于电动汽车无线供电的立体工字型接收端，其特征在于，两组线圈(2)由LITZ线或者多股绝缘漆包线混合绕制。
6.根据权利要求1所述的一种应用于电动汽车无线供电的立体工字型接收端实现无线供电的方法，其特征在于，系统工作时，交变的电流通过供电线缆在双极型发射导轨上，双极型发射导轨相邻的磁极上产生实时相反的交变的磁场，发射端与接收端通过双极型发射导轨和线圈的磁场耦合作用即能实现电能的无线传输。
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