CN105047390A - 一种应用于电动汽车无线供电的桥臂连接型多相立体工字接收端 - Google Patents

Abstract

一种应用于电动汽车无线供电的桥臂连接型多相立体工字接收端，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采用电池充电，造成电池用量大、节能性差的问题。本发明第n组桥臂磁芯中的每一块桥臂磁芯依次跨接在第n块一号平板磁芯、第2n块一号平板磁芯、第3n块一号平板磁芯，……，及第m×n块一号平板磁芯之间；每个一号平板磁芯的下表面中心连接一个柱体磁芯的一端中心，每个柱体磁芯的另一端中心连接一个二号平板磁芯的上表面中心，每个柱体磁芯上绕制有一个接收线圈，且该接收端的侧面为立体工字型结构，每块桥臂磁芯与搭接的平板磁芯构成一相接收单元，每相接收单元中的相邻两个接收线圈产生的磁场方向相反。它用于电动汽车上。

Description

一种应用于电动汽车无线供电的桥臂连接型多相立体工字接收端

技术领域

本发明涉及一种应用于电动汽车无线供电的桥臂连接型多相立体工字接收端。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。而电动汽车无线供电技术刚好解决了这两大瓶颈问题。

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。

发明内容

本发明是为了解决现有的电动汽车采用电池充电，造成电池用量大、节能性差的问题。现提供一种应用于电动汽车无线供电的桥臂连接型多相立体工字接收端。

一种应用于电动汽车无线供电的桥臂连接型多相立体工字接收端，它包括m×n块一号平板磁芯、n组桥臂磁芯、m×n块二号平板磁芯、n个柱形磁芯、n个接收线圈，m和n均为大于1的整数，

每组桥臂磁芯包括a块桥臂磁芯，a为大于或等于1的正整数；

m×n块一号平板磁芯和m×n块二号平板磁芯一一相对应放置，

m×n块一号平板磁芯依次相并行等间距放置，第一组桥臂磁芯中的每一块桥臂磁芯依次跨接在第一块一号平板磁芯、第n+1块一号平板磁芯、第2n+1块一号平板磁芯，……，及第(m-1)×n+1块一号平板磁芯之间；第二组桥臂磁芯中的每一块桥臂磁芯依次跨接在第二块一号平板磁芯、第n+2块一号平板磁芯、第2n+2块一号平板磁芯，……，及第(m-1)×n+2块一号平板磁芯之间；……；第n组桥臂磁芯中的每一块桥臂磁芯依次跨接在第n块一号平板磁芯、第2n块一号平板磁芯、第3n块一号平板磁芯，……，及第m×n块一号平板磁芯之间；

所有桥臂磁芯在一号平板磁芯上依次相平行布置；

一号平板磁芯上n组桥臂磁芯的排布顺序依次为：第一组桥臂磁芯中第一块桥臂磁芯，第二组桥臂磁芯中第一块桥臂磁芯，……，第n组桥臂磁芯中第一块桥臂磁芯；第一组桥臂磁芯中第二块桥臂磁芯，第二组桥臂磁芯中第二块桥臂磁芯，……，第n组桥臂磁芯中第二块桥臂磁芯；……；第一组桥臂磁芯中第a块桥臂磁芯，第二组桥臂磁芯中第a块桥臂磁芯，……，第n组桥臂磁芯中第a块桥臂磁芯；

每个一号平板磁芯的下表面中心连接一个柱形磁芯的一端中心，

每个柱形磁芯的另一端中心连接一个二号平板磁芯的上表面中心，

每个柱形磁芯上绕制有一个接收线圈，

每块桥臂磁芯、该桥臂磁芯所跨接的一号平板磁芯、与所述一号平板磁芯相对应的二号平板磁芯及连接于所述一号平板磁芯和所述二号平板磁芯之间的柱形磁芯构成一相接收单元，

每相接收单元中的相邻两个柱形磁芯上所绕制的两个接收线圈产生的磁场方向相反。

本发明的有益效果为：本发明的接收端的侧面成立体工字型结构，每个柱体磁芯上绕制有一个接收线圈，这种能量接收端结构与双极型发射导轨配合使用。双极型发射导轨中的相邻两个轨道的磁极磁性相反，该立体工字接收端机构与双极型发射导轨单元组成无线电能传输结构。这种接收端结构简单、轻薄，与原边导轨耦合程度高，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。同比现有的采用电池供电的方式节能性好。

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，采用多相立体工字接收端机构结构，与导轨之间的耦合系数更高；

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、接收线圈在顶端与底端平板磁芯之间的柱体磁芯上螺旋绕制，降低了接收线圈的绕制难度，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；

5、多相电能接收单元一方面能够接收更大的功率，另一方面保证了电能接收的稳定性。

附图说明

图1为两块桥臂磁芯连接型两相立体工字接收端机构示意图；

图2为图1的主视图；

图3为图1的仰视图；

图4为图1的侧视图；

图5为两块桥臂连接型两相立体工字接收端与一种双极型发射导轨传能结构示意图；

图6为图5中接收端的侧视图；

图7为图5中双极型发射导轨的侧视图；

图8为3组桥臂磁芯连接型两相立体工字接收端机构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：参照图1至图8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桥臂连接型多相立体工字接收端，它包括m×n块一号平板磁芯1、n组桥臂磁芯2、m×n块二号平板磁芯3、n个柱形磁芯4、n个接收线圈5，m和n均为大于1的整数，

每组桥臂磁芯2包括a块桥臂磁芯2，a为大于或等于1的正整数；

m×n块一号平板磁芯1和m×n块二号平板磁芯3一一相对应放置，

m×n块一号平板磁芯1依次相并行等间距放置，第一组桥臂磁芯2中的每一块桥臂磁芯2依次跨接在第一块一号平板磁芯1、第n+1块一号平板磁芯1、第2n+1块一号平板磁芯1，……，及第(m-1)×n+1块一号平板磁芯1之间；第二组桥臂磁芯2中的每一块桥臂磁芯2依次跨接在第二块一号平板磁芯1、第n+2块一号平板磁芯1、第2n+2块一号平板磁芯1，……，及第(m-1)×n+2块一号平板磁芯1之间；……；第n组桥臂磁芯2中的每一块桥臂磁芯2依次跨接在第n块一号平板磁芯1、第2n块一号平板磁芯1、第3n块一号平板磁芯1，……，及第m×n块一号平板磁芯1之间；

所有桥臂磁芯2在一号平板磁芯1上依次相平行布置；

一号平板磁芯1上n组桥臂磁芯2的排布顺序依次为：第一组桥臂磁芯2中第一块桥臂磁芯2，第二组桥臂磁芯2中第一块桥臂磁芯2，……，第n组桥臂磁芯2中第一块桥臂磁芯2；第一组桥臂磁芯2中第二块桥臂磁芯2，第二组桥臂磁芯2中第二块桥臂磁芯2，……，第n组桥臂磁芯2中第二块桥臂磁芯2；……；第一组桥臂磁芯2中第a块桥臂磁芯2，第二组桥臂磁芯2中第a块桥臂磁芯2，……，第n组桥臂磁芯2中第a块桥臂磁芯2；

每个一号平板磁芯1的下表面中心连接一个柱形磁芯4的一端中心，

每个柱形磁芯4的另一端中心连接一个二号平板磁芯3的上表面中心，

每个柱形磁芯4上绕制有一个接收线圈5，

每块桥臂磁芯2、该桥臂磁芯2所跨接的一号平板磁芯1、与所述一号平板磁芯1相对应的二号平板磁芯3及连接于所述一号平板磁芯1和所述二号平板磁芯3之间的柱形磁芯4构成一相接收单元，

每相接收单元中的相邻两个柱形磁芯上所绕制的两个接收线圈5产生的磁场方向相反。

本实施方式中，系统工作时，每一相接收单元上的柱体磁芯上所绕制的接收线圈串接使用，接收线圈需要将一组同名端连接，另一组同名端连接谐振电路。

对于单相电能接收单元，正常工作时，从一侧看去，该单相接收端的两组线圈中电流走向(顺时针或逆时针)相反。当单相电能接收单元接收线圈中心与供电轨道磁极中心对齐时，该单相电能接收单元具有最大的传输功率。

接收端针对双极型发射导轨结构，要求导轨相邻磁极上磁场方向相反，多相接收端由多对线圈共同构成，每对线圈组成一相，当多相接收端中其中一相与发射导轨相邻的两个磁极正对时，其他相中的线圈恰好处于发射导轨的相邻磁极之间的某个位置。系统工作时，交变的电流通过供电线缆在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磁场耦合作用即能实现电能的无线传输。

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桥臂连接型多相立体工字接收端作进一步说明，本实施方式中，每相接收单元中相邻两个二号平板磁芯3的中心间隔6等于双极型发射导轨磁极中心间隔。

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桥臂连接型多相立体工字接收端作进一步说明，本实施方式中，接收线圈3采用LITZ线或者多股绝缘漆包线绕制。

具体实施方式四：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桥臂连接型多相立体工字接收端作进一步说明，本实施方式中每相接收单元中的相邻两个二号平板磁芯3的中心间距6等于双极型发射导轨上相邻两个轨道磁极的中心间距10。

本实施方式中，一个一号平板磁芯1宽度小于双极型发射导轨的相邻两个磁极的中心间距的1/n，一个一号平板磁芯1宽度为沿导轨行进方向的宽度。以二相四线圈电能接收单元为例，平板磁芯的宽度为小于轨道磁极中心间隔的1/2，保证相邻平板型铁氧体磁芯存留气隙。

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桥臂连接型多相立体工字接收端作进一步说明，本实施方式中，二号平板磁芯3长度大于双极型发射导轨的宽度。

工作原理为：

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。

Claims (5)

1.一种应用于电动汽车无线供电的桥臂连接型多相立体工字接收端，其特征在于，它包括m×n块一号平板磁芯(1)、n组桥臂磁芯(2)、m×n块二号平板磁芯(3)、n个柱形磁芯(4)、n个接收线圈(5)，m和n均为大于1的整数，

每组桥臂磁芯(2)包括a块桥臂磁芯(2)，a为大于或等于1的正整数；

m×n块一号平板磁芯(1)和m×n块二号平板磁芯(3)一一相对应放置，

m×n块一号平板磁芯(1)依次相并行等间距放置，第一组桥臂磁芯(2)中的每一块桥臂磁芯(2)依次跨接在第一块一号平板磁芯(1)、第n+1块一号平板磁芯(1)、第2n+1块一号平板磁芯(1)，……，及第(m-1)×n+1块一号平板磁芯(1)之间；第二组桥臂磁芯(2)中的每一块桥臂磁芯(2)依次跨接在第二块一号平板磁芯(1)、第n+2块一号平板磁芯(1)、第2n+2块一号平板磁芯(1)，……，及第(m-1)×n+2块一号平板磁芯(1)之间；……；第n组桥臂磁芯(2)中的每一块桥臂磁芯(2)依次跨接在第n块一号平板磁芯(1)、第2n块一号平板磁芯(1)、第3n块一号平板磁芯(1)，……，及第m×n块一号平板磁芯(1)之间；

所有桥臂磁芯(2)在一号平板磁芯(1)上依次相平行布置；

一号平板磁芯(1)上n组桥臂磁芯(2)的排布顺序依次为：第一组桥臂磁芯(2)中第一块桥臂磁芯(2)，第二组桥臂磁芯(2)中第一块桥臂磁芯(2)，……，第n组桥臂磁芯(2)中第一块桥臂磁芯(2)；第一组桥臂磁芯(2)中第二块桥臂磁芯(2)，第二组桥臂磁芯(2)中第二块桥臂磁芯(2)，……，第n组桥臂磁芯(2)中第二块桥臂磁芯(2)；……；第一组桥臂磁芯(2)中第a块桥臂磁芯(2)，第二组桥臂磁芯(2)中第a块桥臂磁芯(2)，……，第n组桥臂磁芯(2)中第a块桥臂磁芯(2)；

每个一号平板磁芯(1)的下表面中心连接一个柱形磁芯(4)的一端中心，

每个柱形磁芯(4)的另一端中心连接一个二号平板磁芯(3)的上表面中心，

每个柱形磁芯(4)上绕制有一个接收线圈(5)，

每块桥臂磁芯(2)、该桥臂磁芯(2)所跨接的一号平板磁芯(1)、与所述一号平板磁芯(1)相对应的二号平板磁芯(3)及连接于所述一号平板磁芯(1)和所述二号平板磁芯(3)之间的柱形磁芯(4)构成一相接收单元，

每相接收单元中的相邻两个柱形磁芯上所绕制的两个接收线圈(5)产生的磁场方向相反。

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桥臂连接型多相立体工字接收端，其特征在于，每相接收单元中相邻两个二号平板磁芯(3)的中心间隔(6)等于双极型发射导轨磁极中心间隔。

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桥臂连接型多相立体工字接收端，其特征在于，接收线圈(3)采用LITZ线或者多股绝缘漆包线绕制。

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桥臂连接型多相立体工字接收端，其特征在于，每相接收单元中的相邻两个二号平板磁芯(3)的中心间距(6)等于双极型发射导轨上相邻两个轨道磁极的中心间距(10)。

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桥臂连接型多相立体工字接收端，其特征在于，二号平板磁芯(3)长度(13)大于双极型发射导轨的宽度。