CN105576843B - 分段重叠自去耦矩形线圈结构的供电设备 - Google Patents

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Abstract

应用于移动运输设备无线供电的分段重叠自去耦矩形线圈结构的供电设备，属于磁耦合谐振式无线电能传输技术领域。满足了在移动运输设备运行过程中进行高效安全的无线供电的需求。a个矩形线圈构成a段供电轨道；a个矩形线圈依次沿实际运动方向平铺排列，后一个矩形线圈的前端压在前一个矩形线圈的后端，且重叠区域等宽；相邻矩形线圈重叠区域的宽度d小于矩形线圈长度L的倍；逆变电源为矩形线圈供电时，相邻矩形线圈产生的磁场方向相同；c个逆变电源用于通过b个控制箱为a个矩形线圈供电；b个控制箱用于控制a个矩形线圈是否通电，且一个控制箱同时控制两个相邻的矩形线圈是否通电。它适用于电动汽车的无线供电。

Description

分段重叠自去耦矩形线圈结构的供电设备
技术领域
本发明属于磁耦合谐振式无线电能传输技术领域。
背景技术
随着低碳环保、绿色节能意识的增强，越来越多的移动运输设备采用电能作为其动力来源，常见的供电方式有滑动接触式、电缆拖链式和电池供电式三种。其中，滑动接触方式安全可靠性低，维护成本高，电缆拖链式对移动距离有严格限制，使用环境非常有限。在对设备的灵活性要求较高的场合，通常是用电池供电的方式。而电池供电方式存在两种缺点，一种是存在电池的体积、重量、价格、材料、安全、充电速度、寿命等多方面问题，还有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，这些缺点给电动汽车的产业化带来困难。另一种是地面上的充电基础设施问题，一方面表现在由于充电时间长，需要大量的充电或换电设施，这些设施需要占用大量的地面面积，同时需要频繁维护，另一方面表现在设备需要频繁的停下充电，较低了设备的运行效率。而利用无线电能传输技术刚好能够解决这些问题。
移动运输设备无线供电系统可以使设备在工作中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设备的续航时间，而且设备上需携带的动力电池的数量也可以大幅度降低，甚至可以完全不需要电池，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。设备不要再存在充电问题，电能问题均由地面下的供电网络自动解决。而在实现对移动运输设备无线供电中，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。如何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，从而改善上述性能，是本领域亟需解决的问题。
发明内容
本发明是为了在移动运输设备运行过程中进行高效安全的无线供电，现提供应用于移动运输设备无线供电的分段重叠自去耦矩形线圈结构的供电设备。
应用于移动运输设备无线供电的分段重叠自去耦矩形线圈结构的供电设备，它包括a个矩形线圈1、b个控制箱2和c个逆变电源3；a为大于等于2的整数，b为不小于a/2的整数， c为正整数；
a个矩形线圈1构成a段供电轨道；
a个矩形线圈1依次沿实际运动方向平铺排列，后一个矩形线圈1的前端压在前一个矩形线圈1的后端，且重叠区域等宽；相邻矩形线圈1重叠区域的宽度d小于矩形线圈1长度 L的倍；
逆变电源3为矩形线圈1供电时，相邻矩形线圈1产生的磁场方向相同；
c个逆变电源3用于通过b个控制箱2为a个矩形线圈1供电；b个控制箱2用于控制a个矩形线圈1是否通电，且一个控制箱2同时控制两个相邻的矩形线圈1是否通电。
矩形线圈1的匝数大于或等于2。
b个控制箱2与a个矩形线圈1之间的连接线互相绞合。
应用于移动运输设备无线供电的分段重叠自去耦矩形线圈结构的供电设备，当多个无线供电的移动运输设备同时工作时，若单个逆变电源3的功率大于等于所有移动运输设备中的电能接收设备的总功率时，c等于1；若单个逆变电源3的功率小于所有移动运输设备中的电能接收设备的总功率时，c大于1。
有益效果：本发明所述的应用于移动运输设备无线供电的分段重叠自去耦矩形线圈结构的供电设备，逆变电源为矩形线圈(即供电轨道)供电，当电能接收设备检测传感器检测到矩形线圈上方有电能接收设备时，控制系统通过控制与该矩形线圈相应的控制箱，使控制箱控制该矩形线圈开启，即通电，使矩形线圈与电能接收设备之间通过磁场耦合的方式实现电能的无线传输。经过综合考量，本发明所述的供电设备具备电能传输性能稳定的优点，且所采用的元件比较少，使制造成本降低，而且本发明所述的供电设备中的各元件之间的连接关系简便，施工难度小。每当电能接收设备检测传感器检测到矩形线圈上方有电能接收设备时，才会开启矩形线圈，即一段供电轨道，每次开通一段或两段供电轨道，避免了大范围辐射，使辐射水平大大降低。
本发明所述的供电设备具备下述优点：
1、矩形线圈结构具备宽度窄、成本低、占用空间小、易施工等特点。且正常工作时，矩形线圈上方磁场强度分布较为均匀，电能传输波动性小。
2、分段结构有利于降低发射线圈(矩形线圈)的铜损，提高矩形线圈的传输效率，同时避免产生大范围不必要的磁场，有效降低磁场暴露水平。
3、相邻的矩形线圈部分重叠，保证了移动设备(电能传输设备)在矩形线圈间过渡时功率传输的连续性，同时相邻的矩形线圈满足自去耦的关系，即相邻线圈间能够同时工作而不会相互影响，从而进一步保证移动设备在线圈间过渡时功率传输的连续性。
本发明适用于电动汽车的无线供电。
附图说明
图1为采用多逆变电源分散供电的供电轨道的结构示意图；
图2为采用单逆变电源集中供电的供电轨道的结构示意图；
图3为分段重叠自去耦矩形线圈结构的供电轨道的三维示意图；
图4为分段重叠自去耦矩形线圈结构的供电轨道的俯视图。
具体实施方式
具体实施方式一、参照图1、图2、图3和图4具体说明本实施方式，本实施方式所述的应用于移动运输设备无线供电的分段重叠自去耦矩形线圈结构的供电设备，它包括a个矩形线圈1、b个控制箱2和c个逆变电源3；a为大于等于2的整数，b为不小于a/2的整数，c 为正整数；
a个矩形线圈1构成a段供电轨道；
a个矩形线圈1依次沿实际运动方向平铺排列，后一个矩形线圈1的前端压在前一个矩形线圈1的后端，且重叠区域等宽；相邻矩形线圈1重叠区域的宽度d小于矩形线圈1长度 L的倍；
逆变电源3为矩形线圈1供电时，相邻矩形线圈1产生的磁场方向相同；
c个逆变电源3用于通过b个控制箱2为a个矩形线圈1供电；b个控制箱2用于控制a个矩形线圈1是否通电，且一个控制箱2同时控制两个相邻的矩形线圈1是否通电。
本实施方式中，相邻矩形线圈重叠区域的宽度d与矩形线圈的宽度D或长度L有关，相邻矩形线圈重叠区域的宽度d小于矩形线圈长度L的倍。矩形线圈越窄(宽度d越小) 或越长(长度L越大)，相邻矩形线圈重叠区域的宽度d越小，重叠区域的宽度d通常只能通过有限元仿真计算和实际测量得到。相邻矩形线圈通过部分重叠的方式保证了两个矩形线圈间的互感为零，满足自去耦的关系。
矩形线圈1与控制箱2的连接线为双绞线。对于使用同一逆变电源3给矩形线圈1供电，当控制箱控制相邻两个矩形线圈同时工作时，两个矩形线圈上方产生的磁场方向相同或相反，这里只需保证相邻两个矩形线圈同时工作时，任意时刻在供电轨道上方产生的磁场方向相同即可。其中，磁场方向相同是由逆变电源的供电方式决定的，可能出现两种方式，一种是相邻线圈磁场方向相反，另一种是相同。
逆变电源的功率级别根据整个供电设备和最大输出需求确定。
本发明所述的供电设备与电能接收设备配合使用，两者之间通过磁场耦合的方式实现电能的无线传输。本发明所述的供电设备还需配合相应的电能接收设备检测传感器和控制系统使用。电能接收设备检测传感器设置在移动运输设备内。
根据图3所示内容，应用于移动运输设备无线供电的分段重叠自去耦矩形线圈结构的供电设备铺设在地面，一辆电动汽车沿着采用供电设备铺好的供电轨道前进。当电能接收设备检测传感器检测到矩形线圈上方不存在电能接收设备时，矩形线圈默认处于关闭状态。当电能接收设备检测传感器检测到矩形线圈上方存在电能接收设备时，通过相应的控制系统发送信号给控制箱，使控制箱控制相应的矩形线圈开启，使开启的矩形线圈与电能设备之间进行电能发送，实现无线供电。
具体实施方式二、本实施方式是对实施方式一所述的应用于移动运输设备无线供电的分段重叠自去耦矩形线圈结构的供电设备的进一步说明，本实施方式中，矩形线圈1的匝数大于或等于2。
具体实施方式三、本实施方式是对实施方式一所述的应用于移动运输设备无线供电的分段重叠自去耦矩形线圈结构的供电设备的进一步说明，本实施方式中，b个控制箱2与a个矩形线圈1之间的连接线互相绞合。
具体实施方式四、本实施方式是对实施方式一所述的应用于移动运输设备无线供电的分段重叠自去耦矩形线圈结构的供电设备的进一步说明，本实施方式中，当多个无线供电的移动运输设备同时工作时，若单个逆变电源3的功率大于等于所有移动运输设备中的电能接收设备的总功率时，c等于1；若单个逆变电源3的功率小于所有移动运输设备中的电能接收设备的总功率时，c大于1。
本实施方式中，当使用的单个逆变电源功率满足整个供电设备所需的总功率大小时，整个供电设备中的c等于1，即采用单逆变电源集中供电的方式进行供电，如图2所示。当使用的单个逆变电源功率小于整个供电设备所需的总功率大小时，整个供电设备中的c大于1，即采用多逆变电源分散供电的方式进行供电，如图1所示。使用多个逆变电源分散供电的方式进行供电时，各逆变电源的输出波形相位需控制一致。

Claims (4)

1.应用于移动运输设备无线供电的分段重叠自去耦矩形线圈结构的供电设备，其特征在于，它包括a个矩形线圈(1)、b个控制箱(2)和c个逆变电源(3)；a为大于等于2的整数，b为不小于a/2的整数，c为正整数；
a个矩形线圈(1)构成a段供电轨道；
a个矩形线圈(1)依次沿实际运动方向平铺排列，后一个矩形线圈(1)的前端压在前一个矩形线圈(1)的后端，且重叠区域等宽；相邻矩形线圈(1)重叠区域的宽度d小于矩形线圈(1)长度L的倍；
逆变电源(3)为矩形线圈(1)供电时，相邻矩形线圈(1)产生的磁场方向相同；
c个逆变电源(3)用于通过b个控制箱(2)为a个矩形线圈(1)供电；b个控制箱(2)用于控制a个矩形线圈(1)是否通电，且一个控制箱(2)同时控制两个相邻的矩形线圈(1)是否通电。
2.根据权利要求1所述的应用于移动运输设备无线供电的分段重叠自去耦矩形线圈结构的供电设备，其特征在于，矩形线圈(1)的匝数大于或等于2。
3.根据权利要求1所述的应用于移动运输设备无线供电的分段重叠自去耦矩形线圈结构的供电设备，其特征在于，b个控制箱(2)与a个矩形线圈(1)之间的连接线互相绞合。
4.根据权利要求1所述的应用于移动运输设备无线供电的分段重叠自去耦矩形线圈结构的供电设备，其特征在于，当多个无线供电的移动运输设备同时工作时，若单个逆变电源(3)的功率大于等于所有移动运输设备中的电能接收设备的总功率时，c等于1；若单个逆变电源(3)的功率小于所有移动运输设备中的电能接收设备的总功率时，c大于1。
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