CN105048653B - 一种用于电动汽车无线供电的工口交替型磁耦合机构及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于电动汽车无线供电的工口交替型磁耦合机构及其实现方法,涉及无线电能传输技术领域。本发明是为了解决现有的无线电能传输装置存在的电能传输功率及效率较低,轨道宽度大、成本高,电磁兼容性差,对道路两侧电磁辐射水平较高的问题。交变的电流通过供电线缆产生交变的磁场,在铁氧体磁芯的约束下,使磁束尽可能的限制在轨道上方,同时减小轨道下方的漏磁,使轨道上方的磁场与多相电能接收单元耦合,在接收单元上感应出电动势,实现电能的大功率高效无线传输。本发明还适用于其他移动设备的无线供电。
Description
技术领域
本发明属于无线电能传输技术领域,尤其涉及一种用于电动汽车无线供电的工口交替型磁耦合机构及采用该结构实现工口交替型磁耦合的方法。
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。
目前该技术在国外研究比较多,在一篇名为《Advances in Wireless PowerTransfer Systems for Roadway-Powered Electric Vehicles》的文章中介绍了电动汽车的供电轨道的设计及电动汽车内的电能接收装置的设计,但是这篇文章中提到的轨道上的磁极及供电电缆的结构为:磁极构成“S”形磁极,供电电缆穿过磁极构成的“S”形磁极的上下两个缺口并形成一个环路,这种结构它的优点是轨道极窄,所需材料少,缺点是耦合结构耦合程度弱,表现为电能传输功率和传输效率较低,同时这种磁极构成的轨道电磁兼容性差且道路两侧电磁辐射较强。
发明内容
本发明为了解决现有的无线电能传输装置存在的电能传输功率及效率较低,轨道宽度大、成本高,电磁兼容性差,对道路两侧电磁辐射水平较高、建设及维护的成本较高的问题,提出了一种用于电动汽车无线供电的工口交替型磁耦合机构及其实现方法。
一种用于电动汽车无线供电的工口交替型磁耦合机构,它由两部分组成,一部分是用于电能发送的供电轨道,另一部分是用于电能接收的多相电能接收装置。通过综合考量电能传输的性能、制造成本、施工难度而设计出一种由工口供电轨道与多相电能接收装置组成的无线电能传输结构。在满足基本电能传输技术要求的前提下,供电轨道具备制造成本低、施工难度小、辐射水平低、维修难度小等特点,电能接收端采用多相接收的结构,保证了电能传输功率足够大,同时还保证了传输功率的稳定性。采用一种用于电动汽车无线供电的工口交替型磁耦合机构实现工口交替型磁耦合的方法,在基于工口交替型磁耦合机构的基础上,通过其内部的各个组成部分,实现工口交替型磁耦合的方法。
一种用于电动汽车无线供电的工口交替型磁耦合机构,它包括电能发射装置和电能接收装置;
电能发射装置为工口交替型供电轨道,工口交替型供电轨道包括长直形铁氧体磁芯5、供电电缆3和磁极;电能接收装置为多相电能接收装置,多相电能接收装置包括n个单相m线圈电能接收单元,n为大于等于2的整数;每个单相电能接收单元均包括m个线圈和m个平板形铁氧体磁芯51;m为偶数;
沿供电电缆长度方向交替排列的磁极和位于磁极下方由通以大小相等、相位相差180度的交流电且构成一个回路的两路供电电缆相互作用产生交变的磁场,交变的磁场在磁极和用于连接磁极的长直形铁氧体磁芯5的共同作用下使得相邻的磁极上的磁场方向相反;
多相电能接收装置中的线圈和平板形铁氧体磁芯51与所述交变的磁场进行磁场耦合作用,产生感应电动势,完成电能发射装置和电能接收装置之间电能的无线传输。
工口交替型供电轨道包括工型磁极1、口型磁极2、供电线缆3和长直形铁氧体磁芯5;工型磁极1和口型磁极2按照预设间隔交替排列,且均位于长直形铁氧体磁芯5的上表面;该预设间隔为供电轨道两个磁极的中心轴线的间隔;长直形铁氧体磁芯5为长直形;两路供电线缆3穿过口型磁极2的内部、紧贴工型磁极1的左右两侧,呈直线型排列。
工型磁极1和口型磁极2均为铁氧体磁极。
当工口交替型供电轨道正常工作时,供电线缆3中的电流产生的交变的磁场通过磁极和用于连接磁极的长直形铁氧体磁芯5的共同作用,使得供电轨道上相邻磁极上的磁场方向相反。
多相电能接收装置包括n个单相m线圈电能接收单元,n为大于等于2的正整数,m=2N;N为正整数;n个单相m线圈电能接收单元依次插接;当n=m=2时,多相电能接收装置包括2个单相二线圈电能接收单元,每个单相二线圈电能接收单元包括两块平板形铁氧体磁芯51、一号线圈8和二号线圈9;一号线圈8沿一块平板形铁氧体磁芯51的下表面由内向外顺时针或逆时针绕制;二号线圈9沿另一块平板形铁氧体磁芯51的下表面由外向内逆时针或顺时针绕制;一号线圈8和二号线圈9串联。
所述两块平板形铁氧体磁芯51的中心轴线的间距等于所述供电轨道两个磁极的中心轴线的间隔。
每个单相电能接收单元的平板形铁氧化体磁芯51的宽度等于供电轨道两个磁极的中心轴线的间隔的1/n,n个单相m线圈电能接收单元的n*m个平板形铁氧体磁芯51连成一个整体。
单相电能接收单元中的一号线圈8和二号线圈9内的电流走向相反,一个是顺时针电流走向,一个是逆时针电流走向。
一种用于电动汽车无线供电的工口交替型磁耦合机构的实现方法,该方法为:
沿供电电缆长度方向交替排列的磁极和位于磁极下方由通以大小相等、相位相差180度的交流电且构成一个回路的两路供电电缆相互作用产生交变的磁场,交变的磁场在磁极和用于连接磁极的长直形铁氧体磁芯5的共同作用下使得相邻的磁极上的磁场方向相反;
多相电能接收装置中的线圈和平板形铁氧体磁芯51与所述交变的磁场进行磁场耦合作用,产生感应电动势,完成电能发射装置和电能接收装置之间电能的无线传输;
其中,供电线缆的匝数根据供电线缆发射线圈所需的自感、导线允许通过的最大电流以及所需最大传输功率确定。
多相电能接收装置中的线圈与工口交替型供电轨道中的供电线缆3通过磁场耦合,在线圈上产生感应电动势,其中,工口交替型双磁极结构使得供电轨道上方磁场集中,配合多相电能接收装置中的平板形铁氧体磁芯51与连接磁极底的长直形铁氧体磁芯5组成磁回路,实现较强的磁耦合作用。
工作原理为:交变的电流通过供电线缆产生交变的磁场,在铁氧体磁芯的约束下,使磁束尽可能的限制在轨道上方,同时减小轨道下方的漏磁,轨道上方的磁场与多相电能接收单元耦合,在接收单元上感应出电压,实现电能的高效无线传输。
本发明的主要技术要点包括:
A、一种用于电动汽车无线供电的工口交替型磁耦合机构,包括工口交替型供电轨道和多相电能接收装置:
工口交替型供电轨道:包括铁氧体磁芯5、供电线缆3、两种磁极。
多相电能接收单元:以二相四线圈为例,其具有二线圈单相电能接收单元。
B、工口交替型供电轨道为细长型直轨道,工口交替型供电轨道上铁氧体磁极按一定间隔4沿轨道排列,磁极底部用长直形铁氧体磁芯连接;工口交替型供电轨道中铁氧体磁极有两类,一类如工型磁极1,对应的横截面形状类似工字,另一类如口型磁极2,对应的横截面形状类似于口字。
C、工口交替型供电轨道中,供电线缆3走线呈直线型,而无需盘绕。
D、工口交替型供电轨道正常工作时,供电线缆中电流产生的磁场通过铁氧体磁芯进行引导,供电轨道上相邻磁极上的磁场方向相反,供电轨道上方的磁束集中性好。
E、构成多相电能接收单元的单相电能接收单元的由多个平板形铁氧体磁芯与线圈组成,平板形铁氧体磁芯中心间隔的4与供电轨道磁极中心间隔7一致。
以二相四线圈电能接收单元为例,二线圈单相电能接收单元的线圈8、9在电能接收单元的平板形铁氧体磁芯下平面上绕制,线圈依次串联,对于单相电能接收单元,正常工作时,从一侧看去,相邻平板型铁氧体磁芯下方的子线圈中电流走向(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。
F、多相电能接收装置由多个单相电能接收单元沿车辆行驶方向插接构成,对于多相电能接收装置中的各个单相电能接收单元的平板形铁氧体磁芯的宽度为轨道磁极中心间隔的1/n,以二相四线圈电能接收单元为例,平板形铁氧体磁芯的宽度6为供电轨道的两个磁极中心间隔的1/2,整个电能接收装置的平板形铁氧体磁芯连成一个整体,有效减小电能接收装置上方漏磁。
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供电轨道相比,采用工口交替型供电轨道结构,供电线缆与线圈间的耦合系数更高
2、供电轨道中供电线缆走线呈直线型,而无需盘绕,极大的方便了供电轨道的制作、安装以及维护。
3、磁场泄露极小,电磁兼容性好。
4、工口交替型供电轨道宽度非常窄,极大的节约了供电轨道制作所需原材料,同时极大降低了施工难度。
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为本发明中的工口交替型供电轨道的三维结构示意图;
图2为图1的主视图;图3为图1的俯视图;图4为图1的侧视图;
图5为本发明中的一个单相二线圈电能接收单元的三维结构示意图;
图6为图5的仰视图;
图7为多相电能接收装置的一个二相四线圈电能接收单元的三维结构示意图;
图8为图7的仰视图;
图9为多相电能接收装置中的一个二相四线圈电能接收单元的工口交替型磁耦合机构的三维结构示意图;
图10为图9的主视图;图11为图9的侧视图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
具体实施方式一、参照图1至图11具体说明本实施方式,本实施方式所述的一种用于电动汽车无线供电的工口交替型磁耦合机构,它包括:电能发射装置和电能接收装置;
电能发射装置为工口交替型供电轨道,工口交替型供电轨道包括长直形铁氧体磁芯5、供电电缆3和磁极;电能接收装置为多相电能接收装置,多相电能接收装置包括n个单相m线圈电能接收单元,n为大于等于2的整数;每个单相电能接收单元均包括m个线圈和m个平板形铁氧体磁芯51;m为偶数;
沿供电电缆长度方向交替排列的磁极和位于磁极下方由通以大小相等、相位相差180度的交流电且构成一个回路的两路供电电缆相互作用产生交变的磁场,交变的磁场在磁极和用于连接磁极的长直形铁氧体磁芯5的共同作用下使得相邻的磁极上的磁场方向相反;
多相电能接收装置中的线圈和平板形铁氧体磁芯51与所述交变的磁场进行磁场耦合作用,产生感应电动势,完成电能发射装置和电能接收装置之间电能的无线传输。
本实施方式中,电能发射装置和电能接收装置通过磁场耦合(简称磁耦合)作用完成电动汽车无线供电,本发明采用工口交替型磁耦合机构,多个电能发射装置按照预设距离铺设在电动汽车的行驶轨道上,构成工口交替型供电轨道,电能发射装置中,两个磁极沿轨道交替排列,供电电缆两路,两路供电电缆中的电流大小相等、方向相反(相位相差180度),且两路供电电缆分布在磁极的两侧,构成电流回路。多个电能发射装置按照预设距离铺设,保证了后续电动汽车行驶时充电的连续性。
多相电能接收装置安装在电动汽车上。当电动汽车按照铺设的轨道行驶时,电能接收装置通过磁耦合作用与电能发射装置相互作用,实现电能的无线传输。
当汽车行驶时,电能发射装置中交变的电流通过供电电缆在磁极上产生交变的磁场,且相邻的磁极上磁场方向相反,电能接收装置通过磁耦合作用实现与电能发射装置的无线传输,从而使电动汽车在行驶过程中,一边行驶一边充电,减少了驾驶员重新找充电设备的工作,同时,不需要驾驶员频繁的停车充电,续驶里程便足以完成长途旅行。
工作原理:一个磁极在两路电流大小相等、相位相差180度的供电电缆的作用下,根据安培定理,产生一个交变的磁场;同理,与一个磁极相邻的另一个磁极在两路电流大小相等、相位相差180度的供电电缆的作用下,根据安培定理,也产生一个交变的磁场;一个磁极处产生的交变的磁场和另一个磁极产生的交变的磁场在两个磁极和连接磁极底部的长直形铁氧体磁芯5的共同作用下使得相邻的磁极上的磁场方向相反。
多相电能接收装置中的线圈绕制在平板形铁氧体磁芯底部,当多相电能接收装置随着电动汽车或移动的物体移动时,根据法拉第电磁感应定律,线圈中的磁通量变化产生感应电动势,该感应电动势即为电动汽车提供了能量。
具体实施方式二、本具体实施方式是对具体实施方式一所述的一种用于电动汽车无线供电的工口交替型磁耦合机构的进一步说明,本实施方式中,电能发射装置为长直形双磁极结构。
本实施方式中,电能发射装置为长直形的双磁极结构,这种长直形的双磁极结构,使得在进行铺设电动汽车的供电轨道时,可以根据当地的地理条件进行铺设,无论是弯路、直路、盘山路等均由n个电能发射装置间隔设定的距离铺设而成,使用广泛。
具体实施方式三、本具体实施方式是对具体实施方式二所述的一种用于电动汽车无线供电的工口交替型磁耦合机构的进一步说明,本实施方式中,工口交替型供电轨道包括工型磁极1、口型磁极2、供电线缆3和长直形铁氧体磁芯5;工型磁极1和口型磁极2按照预设间隔交替排列,且均位于长直形铁氧体磁芯5的上表面;该预设间隔为供电轨道两个磁极的中心轴线的间隔;长直形铁氧体磁芯5为长直形;两路供电线缆3穿过口型磁极2的内部、紧贴工型磁极1的左右两侧,呈直线型排列。
本实施方式中,所述工口交替型供电轨道中的磁极有两类,一种横截面形状类似工字,简称为工型磁极1,另一种横截面形状类似于口字,简称为口型磁极2,整个供电轨道简称为工口交替型供电轨道。所述工口交替型供电轨道为细长型直轨道,口型磁极2和工型磁极1在供电轨道上按预设间隔沿轨道交替排列,两种磁极的底部设置有长直形铁氧体磁芯5,使口型磁极2和工型磁极1通过长直形铁氧体磁芯5连接在一起。
所述的工口交替型供电轨道中,供电线缆3分为两路,其走线呈直线型,无需盘绕。当电动汽车行驶时,任意时刻两路线缆中电流大小相等、方向相反,构成电流回路。
具体实施方式四、本具体实施方式是对具体实施方式三所述的一种用于电动汽车无线供电的工口交替型磁耦合机构的进一步说明,本实施方式中,工型磁极1和口型磁极2均为铁氧体磁极。
具体实施方式五、本具体实施方式是对具体实施方式四所述的一种用于电动汽车无线供电的工口交替型磁耦合机构的进一步说明,本实施方式中,所述的工口交替型供电轨道正常工作时,当工口交替型供电轨道正常工作时,供电线缆3中的电流产生的交变的磁场通过磁极和用于连接磁极的长直形铁氧体磁芯5的共同作用,使得供电轨道上相邻磁极上的磁场方向相反。
由于铁氧体磁芯具有很高的磁导率,根据磁学的基础知识可知磁力线总是沿着磁导率最大的路径通过,所以通过合理的设计铁氧体磁芯的结构,可以改变磁力线的走向和分布,使得工型磁极和口型磁极处产生的交变的磁场的方向相反。如前所述,工型磁极和口型磁极处产生的交变的磁场在工型磁极1、口型磁极2和连接两种磁极底部的长直形铁氧体磁芯5的共同作用下使得相邻的磁极上的磁场方向相反。
具体实施方式六、参照图5、图6、图7和图8说明本实施方式,本具体实施方式是对具体实施方式二所述的一种用于电动汽车无线供电的工口交替型磁耦合机构的进一步说明,本实施方式中,多相电能接收装置包括n个单相m线圈电能接收单元,n为大于等于2的正整数,m=2N;N为正整数;n个单相m线圈电能接收单元依次插接;当n=m=2时,多相电能接收装置包括2个单相二线圈电能接收单元,每个单相二线圈电能接收单元包括两块平板形铁氧体磁芯51、一号线圈8和二号线圈9;一号线圈8沿一块平板形铁氧体磁芯51的下表面由内向外顺时针或逆时针绕制;二号线圈9沿另一块平板形铁氧体磁芯51的下表面由外向内逆时针或顺时针绕制;一号线圈8和二号线圈9串联。
本实施方式中,图5为一个单相二线圈电能接收单元的三维结构示意图。图8为2个单相电能接收单元依次插接的结构示意图。从图7和图8中能够获知,从左向右,第一个平板形铁氧体磁芯51和第三个平板形铁氧体磁芯51为一个单相电能接收单元10的两块平板形铁氧体磁芯;第二个平板形铁氧体磁芯51和第四个平板形铁氧体磁芯51为另一个单相电能接收单元11的两块平板形铁氧体磁芯;这两个单相二线圈电能接收单元插接。从左向右线圈依次为从内向外顺时针绕制、从内向外顺时针绕制、从外向内逆时针绕制、从外向内逆时针绕制。该图7和图8仅表示一种线圈绕制方式。
线圈的设计使得磁场更好地从供电轨道汇聚到电能接收装置上,同时减少了漏磁,以得到更大的传输功率和传输效率。
当电能正常传输时,一号线圈8和二号线圈9中电流大小相等,方向(顺时针或逆时针)相反。
具体实施方式七、参照图1、图5和图7说明本实施方式,本具体实施方式是对具体实施方式六所述的一种用于电动汽车无线供电的工口交替型磁耦合机构的进一步说明,本实施方式中,所述两块平板形铁氧体磁芯51的中心轴线的间距等于所述供电轨道两个磁极的中心轴线的间隔。
具体实施方式八、参照图5说明本实施方式,本具体实施方式是对具体实施方式六所述的一种用于电动汽车无线供电的工口交替型磁耦合机构的进一步说明,本实施方式中,每个单相二线圈电能接收单元的平板形铁氧化体磁芯51的宽度等于供电轨道两个磁极的中心轴线的间隔的1/n,n个单相m线圈电能接收单元的n*m个平板形铁氧体磁芯51连成一个整体。
图5中,当线圈个数m=2时,平板形铁氧化体磁芯51的宽度6等于供电轨道两个磁极的中心轴线的间隔的1/n。
具体实施方式九、本具体实施方式是对具体实施方式八所述的一种用于电动汽车无线供电的工口交替型磁耦合机构的进一步说明,本实施方式中,单相电能接收单元中的一号线圈8和二号线圈9内的电流走向相反,一个是顺时针电流走向,一个是逆时针电流走向。
以m=2时为例,。当单相二线圈接收单元正常工作时,一号线圈8和二号线圈9中感应出交变的电流,电流方向并不是固定的,只是任意时刻两线圈中电流的走向(顺时针或逆时针)相反。线圈的绕制方向并不需要特殊强调,需要强调的是线圈中电流的方向。
以m=2时为例,如图6所示,为当单相二线圈电能接收单元正常工作时,某一时刻的线圈中的电流走向图。从该图中可以看出,一号线圈8在平板形铁氧体磁芯5的下表面从内向外顺时针绕制,二号线圈9在平板形铁氧体磁芯5的下表面从外向内逆时针绕制;当单相二线圈电能接收单元正常工作时,一号线圈8电流方向为顺时针方向;二号线圈9电流方向为顺时针方向。在任意时刻两线圈中电流的走向(顺时针或逆时针)相反。
本发明与现有技术相比独特的优点如下:
1、与韩国早期轨道相比,轨道极窄、侧移能力大、电磁辐射水平低、建设成本低。
2、与韩国I型供电轨道相比,走线呈直线型,建设难度和成本均更低,维护上也更容易。
3、电能接收装置采用多相接收装置,通过合理设置间隔,m个线圈和m块平板形铁氧体磁芯组成一个单相m线圈接收单元,再由多个单相m线圈接收单元组成一个完整的多相电能接收装置(即电能接收装置),一方面保证了大功率传输的可能性,另一方面也保证了传输功率的稳定性。
本发明所述的一种用于电动汽车无线供电的工口交替型磁耦合机构,通过工型磁极、口型磁极、长直形铁氧体磁芯和供电电缆构成一个工口交替型供电轨道。工型磁极和口型磁极交替排列在长直形铁氧体磁芯上,两路供电电缆通以大小相等、方向相反的交流电流,并穿过口型磁极的内部、紧挨工型磁极的左右两侧。供电电缆中的电流生成交变的磁场,在铁氧体磁芯的约束下,工口交替型供电轨道上方的磁束尽可能的限制在轨道正上方,同时减小了轨道下方的漏磁。
与此相对应的,通过平板形铁氧体磁芯和线圈构成一个多相电能接收装置,线圈在一个平板形铁氧体磁芯的下表面由内到外顺时针绕制后再沿着另一个平板形铁氧体磁芯的下表面由外到内逆时针绕制。通过线圈的绕制方式使得接收装置的线圈具备足够的自感,同时与发射线圈(供电线缆)间的互感足够大,保证电能传输功率和效率。本发明中采用的各个部件成本均较低,大大降低了建设及维修的成本,相比现有的无线电能传输装置,成本降低了30%以上。
具体实施方式十、实施方式一或九所述的一种用于电动汽车无线供电的工口交替型磁耦合机构的实现方法,该方法为:
沿供电电缆长度方向交替排列的磁极和位于磁极下方由通以大小相等、相位相差180度的交流电且构成一个回路的两路供电电缆相互作用产生交变的磁场,交变的磁场在磁极和用于连接磁极的长直形铁氧体磁芯5的共同作用下使得相邻的磁极上的磁场方向相反;
多相电能接收装置中的线圈和平板形铁氧体磁芯51与所述交变的磁场进行磁场耦合作用,产生感应电动势,完成电能发射装置和电能接收装置之间电能的无线传输;
其中,供电线缆的匝数根据供电线缆发射线圈所需的自感、导线允许通过的最大电流以及所需最大传输功率确定。
具体实施方式十一、本实施方式是对实施方式十所述的一种用于电动汽车无线供电的工口交替型磁耦合机构的实现方法的进一步说明,本实施方式中,多相电能接收装置中的线圈与工口交替型供电轨道中的供电线缆3通过磁场耦合,在线圈上产生感应电动势,其中,工口交替型双磁极结构使得供电轨道上方磁场集中,配合多相电能接收装置中的平板形铁氧体磁芯51与连接磁极底的长直形铁氧体磁芯5组成磁回路,实现较强的磁耦合作用。
整个电能传输系统的基本原理可参见专利号为ZL200810064667.2的公开文本,可以简单理解为三条:
1、根据安培环路定律,工口交替型供电轨道的交流电流产生时变的磁场;
2、依据法拉第电磁感应定律,在供电轨道耦合的多相电能接收装置中的线圈会产生感应电压;
3、电能通过磁场耦合的方式进行无线传输。
Claims (4)
1.一种用于电动汽车无线供电的工口交替型磁耦合机构,其特征在于,它包括电能发射装置和电能接收装置;
电能发射装置为工口交替型供电轨道,工口交替型供电轨道包括长直形铁氧体磁芯(5)、供电电缆(3)和磁极;电能接收装置为多相电能接收装置,多相电能接收装置包括n个单相m线圈电能接收单元,n为大于等于2的整数;每个单相m线圈电能接收单元均包括m个线圈和m个平板形铁氧体磁芯(51);m为偶数;
沿供电电缆(3)长度方向交替排列的磁极和位于磁极下方由通以大小相等、相位相差180度的交流电且构成一个回路的两路供电电缆(3)相互作用产生交变的磁场,交变的磁场在磁极和用于连接磁极的长直形铁氧体磁芯(5)的共同作用下使得相邻的磁极上的磁场方向相反;
多相电能接收装置中的线圈和平板形铁氧体磁芯(51)与所述交变的磁场进行磁场耦合作用,产生感应电动势,完成电能发射装置和电能接收装置之间电能的无线传输;
工口交替型供电轨道包括工型磁极(1)、口型磁极(2)、供电电缆(3)和长直形铁氧体磁芯(5);工型磁极(1)和口型磁极(2)按照预设间隔交替排列,且均位于长直形铁氧体磁芯(5)的上表面;该预设间隔为供电轨道两个磁极的中心轴线的间隔;长直形铁氧体磁芯(5)为长直形;两路供电电缆(3)穿过口型磁极(2)的内部、紧贴工型磁极(1)的左右两侧,呈直线型排列。
2.根据权利要求1所述的一种用于电动汽车无线供电的工口交替型磁耦合机构,其特征在于,工型磁极(1)和口型磁极(2)均为铁氧体磁极。
3.根据权利要求2所述的一种用于电动汽车无线供电的工口交替型磁耦合机构,其特征在于,当工口交替型供电轨道正常工作时,供电电缆(3)中的电流产生的交变的磁场通过磁极和用于连接磁极的长直形铁氧体磁芯(5)的共同作用,使得供电轨道上相邻磁极上的磁场方向相反。
4.根据权利要求1所述的一种用于电动汽车无线供电的工口交替型磁耦合机构,其特征在于,多相电能接收装置包括n个单相m线圈电能接收单元,n个单相m线圈电能接收单元依次插接;当n=m=2时,多相电能接收装置包括2个单相二线圈电能接收单元,每个单相二线圈电能接收单元包括两块平板形铁氧体磁芯(51)、一号线圈(8)和二号线圈(9);一号线圈(8)沿一块平板形铁氧体磁芯(51)的下表面由内向外顺时针或逆时针绕制;二号线圈(9)沿另一块平板形铁氧体磁芯(51)的下表面由外向内逆时针或顺时针绕制;一号线圈(8)和二号线圈(9)串联。
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