CN105048652B - 应用于电动汽车无线供电的桥臂交叉绕制型多相平板磁芯接收端 - Google Patents

Abstract

应用于电动汽车无线供电的桥臂交叉绕制型多相平板磁芯接收端，属于无线电能传输技术领域。本发明是为了改善电动汽车无线供电中，供电轨道铁氧体磁芯结构导致供电效率差的问题。它包括m×n块平板磁芯、n块桥臂磁芯及n个接收线圈，m×n块平板磁芯依次相并行等间距放置，第一块桥臂磁芯依次跨接在第一块平板磁芯、第n+1块平板磁芯、……，及第(m‑1)×n+1块平板磁芯之间；第n块桥臂磁芯依次跨接在第n块平板磁芯、第2n块平板磁芯、……，及第m×n块平板磁芯之间；n块桥臂磁芯在平板磁芯上依次相平行布置；每块桥臂磁芯跨接在相应m块平板磁芯上的m个末端缠绕一个接收线圈，该接收线圈在所述m个末端依次交叉绕制。本发明作为电动汽车无线供电的电能接收端。

Description

应用于电动汽车无线供电的桥臂交叉绕制型多相平板磁芯接 收端

技术领域

本发明涉及应用于电动汽车无线供电的桥臂交叉绕制型多相平板磁芯接收端，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；二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

本发明目的是为了改善电动汽车无线供电中，供电轨道铁氧体磁芯结构导致供电效率差的问题，提供了一种应用于电动汽车无线供电的桥臂交叉绕制型多相平板磁芯接收端。

本发明所述应用于电动汽车无线供电的桥臂交叉绕制型多相平板磁芯接收端，它适配于无线电能发射端的双极型无线发射导轨，该发射导轨相邻磁极的磁场方向相反；所述磁芯接收端包括m×n块平板磁芯、n块桥臂磁芯及n个接收线圈，m和n均为大于1的整数；

m×n块平板磁芯依次相并行等间距放置，第一块桥臂磁芯依次跨接在第一块平板磁芯、第n+1块平板磁芯、第2n+1块平板磁芯，……，及第(m-1)×n+1块平板磁芯之间；第二块桥臂磁芯依次跨接在第二块平板磁芯、第n+2块平板磁芯、第2n+2块平板磁芯，……，及第(m-1)×n+2块平板磁芯之间；……；第n块桥臂磁芯依次跨接在第n块平板磁芯、第2n块平板磁芯、第3n块平板磁芯，……，及第m×n块平板磁芯之间；n块桥臂磁芯在平板磁芯上依次相平行布置；每块桥臂磁芯跨接在相应m块平板磁芯上的m个末端缠绕一个接收线圈，该接收线圈在所述m个末端依次交叉绕制。

每块桥臂磁芯的m个末端分别连接于相应平板磁芯的中心。

所述桥臂磁芯由m个竖直段与一个水平段组成，m个竖直段与一个水平段形成依次连接在一起的m-1个矩形框架；或者所述桥臂磁芯为依次连接在一起的m-1个弧形框架。

每块桥臂磁芯与其上缠绕的接收线圈及其所跨接的m块平板磁芯组成一个单相电能接收单元，每个单相电能接收单元的相邻两块平板磁芯的中心间距与双极型无线发射导轨相应相邻磁极的中心间距相同。

本发明的优点：本发明所述接收端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，是在考虑双极型发射导轨产生的磁场分布后，设计获得。具有结构简单、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，电磁兼容性高的优势，还能保证电能传输的功率与效率。

本发明在与原边导轨配合工作时，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。

本发明接收线圈采用交叉绕制型，与导轨之间的耦合系数更高；由于接收端底端采用平板磁芯结构，使接收端相对于发射导轨的侧向偏移能力更强；接收端顶端由桥臂将底端平板磁芯连接起来，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；接收端只有底端平板磁芯与上方的连接桥臂构成，可以使结构更轻薄，节省磁芯材料，降低制造成本；接收线圈在连接桥臂上交叉绕制，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；采用多相电能接收单元，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是本发明所述应用于电动汽车无线供电的桥臂交叉绕制型多相平板磁芯接收端的结构示意图，其平板磁芯接收端为两相；

图2是图1的主视图；

图3是图1的俯视图；

图4是图1的侧视图；

图5是两相平板磁芯接收端与双极型无线发射导轨相配合示意图；

图6是图5的主视图；

图7是图5的俯视图；

图8是图5的侧视图；

图9是三相平板磁芯接收端的结构示意图；

图10是图9的主视图；

图11是图9的俯视图；

图12是图9的侧视图；

图13是本发明所述应用于电动汽车无线供电的桥臂交叉绕制型多相平板磁芯接收端的结构示意图，其平板磁芯接收端为两相，每块桥臂磁芯具有m个末端；

图14是图13的主视图；

图15是图13的俯视图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1至图15说明本实施方式，本实施方式所述应用于电动汽车无线供电的桥臂交叉绕制型多相平板磁芯接收端，它适配于无线电能发射端的双极型无线发射导轨，该发射导轨相邻磁极的磁场方向相反；所述磁芯接收端包括m×n块平板磁芯1、n块桥臂磁芯2及n个接收线圈3，m和n均为大于1的整数；

m×n块平板磁芯1依次相并行等间距放置，第一块桥臂磁芯2依次跨接在第一块平板磁芯1、第n+1块平板磁芯1、第2n+1块平板磁芯1，……，及第(m-1)×n+1块平板磁芯1之间；第二块桥臂磁芯2依次跨接在第二块平板磁芯1、第n+2块平板磁芯1、第2n+2块平板磁芯1，……，及第(m-1)×n+2块平板磁芯1之间；……；第n块桥臂磁芯2依次跨接在第n块平板磁芯1、第2n块平板磁芯1、第3n块平板磁芯1，……，及第m×n块平板磁芯1之间；n块桥臂磁芯2在平板磁芯1上依次相平行布置；每块桥臂磁芯2跨接在相应m块平板磁芯1上的m个末端缠绕一个接收线圈3，该接收线圈3在所述m个末端依次交叉绕制。

本实施方式中的平板磁芯1和桥臂磁芯2均为铁氧体磁芯，所述接收端的底端为平板磁芯1，每块桥臂磁芯2跨接的m块平板磁芯1对应发射导轨依次相邻的m个磁极。当无线供电系统工作时，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，无线电能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。

桥臂磁芯2的宽度及高度可随工程需要调整。

接收线圈3在桥臂磁芯2上呈依次连接的“8”字形绕制。

具体实施方式二：下面结合图1至图13说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，每块桥臂磁芯2的m个末端分别连接于相应平板磁芯1的中心。

具体实施方式三：下面结合图1、图5、图9和图13说明本实施方式，本实施方式对实施方式一或二作进一步说明，所述桥臂磁芯2由m个竖直段与一个水平段组成，m个竖直段与一个水平段形成依次连接在一起的m-1个矩形框架；或者所述桥臂磁芯2为依次连接在一起的m-1个弧形框架。

当桥臂磁芯2呈m-1个连接的矩形框架时，接收线圈3交叉绕制在其m个竖直段上。

具体实施方式四：下面结合图1、图5、图9和图13说明本实施方式，本实施方式对实施方式一、二或三作进一步说明，每块桥臂磁芯2与其上缠绕的接收线圈3及其所跨接的m块平板磁芯1组成一个单相电能接收单元，每个单相电能接收单元的相邻两块平板磁芯1的中心间距与双极型无线发射导轨相应相邻磁极的中心间距相同。

m×n块平板磁芯1沿车辆行驶方向排列，对于n个单相电能接收单元构成的n相电能接收单元，各个单相电能接收单元中平板磁芯1的长度需略小于轨道磁极中心间隔的1/n，以二相电能接收单元为例，平板型铁氧体磁芯的长度略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。

接收线圈3可以由LITZ线或者多股绝缘漆包线混合绕制，绕制匝数根据需要调整。

本发明中的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。平板磁芯1的宽度一般比导轨宽度大，可根据应用设备尺寸调整。

Claims (4)

1.一种应用于电动汽车无线供电的桥臂交叉绕制型多相平板磁芯接收端，它适配于无线电能发射端的双极型无线发射导轨，该发射导轨相邻磁极的磁场方向相反；其特征在于，所述磁芯接收端包括m×n块平板磁芯(1)、n块桥臂磁芯(2)及n个接收线圈(3)，m和n均为大于1的整数；

m×n块平板磁芯(1)依次相并行等间距放置，第一块桥臂磁芯(2)依次跨接在第一块平板磁芯(1)、第n+1块平板磁芯(1)、第2n+1块平板磁芯(1)，……，及第(m-1)×n+1块平板磁芯(1)之间；第二块桥臂磁芯(2)依次跨接在第二块平板磁芯(1)、第n+2块平板磁芯(1)、第2n+2块平板磁芯(1)，……，及第(m-1)×n+2块平板磁芯(1)之间；……；第n块桥臂磁芯(2)依次跨接在第n块平板磁芯(1)、第2n块平板磁芯(1)、第3n块平板磁芯(1)，……，及第m×n块平板磁芯(1)之间；n块桥臂磁芯(2)在平板磁芯(1)上依次相平行布置；每块桥臂磁芯(2)跨接在相应m块平板磁芯(1)上的m个末端缠绕一个接收线圈(3)，该接收线圈(3)在所述m个末端依次交叉绕制。

2.根据权利要求1所述的应用于电动汽车无线供电的桥臂交叉绕制型多相平板磁芯接收端，其特征在于，每块桥臂磁芯(2)的m个末端分别连接于相应平板磁芯(1)的中心。

3.根据权利要求2所述的应用于电动汽车无线供电的桥臂交叉绕制型多相平板磁芯接收端，其特征在于，所述桥臂磁芯(2)由m个竖直段与一个水平段组成，m个竖直段与一个水平段形成依次连接在一起的m-1个矩形框架；或者所述桥臂磁芯(2)为依次连接在一起的m-1个弧形框架。

4.根据权利要求3所述的应用于电动汽车无线供电的桥臂交叉绕制型多相平板磁芯接收端，其特征在于，每块桥臂磁芯(2)与其上缠绕的接收线圈(3)及其所跨接的m块平板磁芯(1)组成一个单相电能接收单元，每个单相电能接收单元的相邻两块平板磁芯(1)的中心间距与双极型无线发射导轨相应相邻磁极的中心间距相同。