CN105576850A - 应用于移动运输设备无线供电的框型供电轨道及基于该供电轨道的轨道设备 - Google Patents

应用于移动运输设备无线供电的框型供电轨道及基于该供电轨道的轨道设备 Download PDF

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Abstract

应用于移动运输设备无线供电的框型供电轨道及基于该供电轨道的轨道设备，属于磁耦合谐振式无线电能传输技术领域。达到了在实现对移动运输设备无线供电中，提高系统的性能的目的。n个磁极的底部均固定在磁芯上；供电线缆沿磁极外表面绕制，沿第1个磁极的外表面从下至上绕至第1个磁极的中间位置，然后继续沿第2个磁极的外表面从下至上绕至第2个磁极的中间位置，依此类推，沿第n个磁极的外表面从下至上绕至第n个磁极的顶端，再返回到第n-1个磁极的外表面中间位置从上至下绕至其底端，直至所有磁极的外表面均缠绕有供电线缆；相邻两个磁极上的供电线缆的绕制方式相反。本发明适用于电动汽车无线供电。

Description

应用于移动运输设备无线供电的框型供电轨道及基于该供电轨道的轨道设备
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。目前实现对移动运输设备无线供电的系统中，系统运行性能较差，因此如何设计研发具有较高系统性能的移动运输设备无线供电系统是十分必要的。
发明内容
本发明是为了达到在实现对移动运输设备无线供电中，提高系统的性能的目的，提出了应用于移动运输设备无线供电的框型供电轨道及基于该供电轨道的轨道设备。
应用于移动运输设备无线供电的框型供电轨道，它包括n个磁极1、供电线缆2和磁芯3，2≤n，且n为整数；
n个磁极1均为中空的矩形框架型结构；磁芯3为平板型磁芯；磁极1的底部宽度等于磁芯3的宽度；n个磁极1的底部均固定在磁芯3上；
供电线缆2沿磁极1外表面绕制，沿第1个磁极1的外表面从下至上绕至第1个磁极1的中间位置，然后继续沿第2个磁极1的外表面从下至上绕至第2个磁极1的中间位置，依此类推，沿第n个磁极1的外表面从下至上绕至第n个磁极1的顶端，再返程回到第n-1个磁极1的外表面中间位置从上至下绕至其底端，直至所有磁极1的外表面均缠绕有供电线缆2；
相邻两个磁极1上的供电线缆2的绕制方式相反。
应用于移动运输设备无线供电的框型供电轨道，它包括n个磁极1、供电线缆2和磁芯3，2≤n，且n为整数；
n个磁极1均为中空的矩形框架型结构；磁芯3为平板型磁芯；磁极1的底部宽度等于磁芯3的宽度；n个磁极1的底部均固定在磁芯3上；
供电线缆2沿磁极1外表面绕制，首先沿第1个磁极、第2个磁极、......、第n-1个磁极、第n个磁极外表面的同一高度绕制，绕制方式为沿第1个磁极的一侧、第2个磁极另一侧、......、第n-1个磁极的一侧、第n个磁极的另一侧交叉绕制后，再返程沿第n个磁极的一侧、第n-1个磁极的另一侧、......、第2个磁极的一侧、第1个磁极另一侧交叉绕制；
相邻两个磁极1上的供电线缆2的交错绕制。
磁极1为铁氧体磁极。磁芯3为铁氧体磁芯。供电线缆2的匝数至少为1匝。
基于应用于移动运输设备无线供电的框型供电轨道的轨道设备，它包括：多段应用于移动运输设备无线供电的框型供电轨道，多段应用于移动运输设备无线供电的框型供电轨道位于一条直线上，且首尾相接铺设，每段应用于移动运输设备无线供电的框型供电轨道均通过轨道控制系统控制其开通或关断。
本发明所述的应用于移动运输设备无线供电的框型供电轨道，经过综合考量，其具备电能传输性能好、制造成本低、施工难度小、辐射水平低等特点。在相同的磁芯用料下，同现有的其他类型的供电轨道相比，采用框型供电轨道结构，供电线缆与接收线圈间的耦合系数更高；磁场泄露极小，电磁兼容性好；相同的技术要求，同已有结构相比，采用框型供电轨道能够极大的节约了铁氧体磁芯材料，在制作及施工难度、结构强度上均优于现有结构。适用实现于对移动运输设备无线供电领域。
基于应用于移动运输设备无线供电的框型供电轨道的轨道设备通过将多段独立开关控制的框型供电轨道依次铺设，配合相应的控制系统，组成长距离的供电轨道，应用更加广泛。
本发明适用于电动汽车无线供电。
附图说明
图1为实施方式一中的供电线缆在磁极上缠绕绕制的框型三维结构示意图；
图2为图1的主视图；
图3为图2的俯视图；
图4为图2的底视图；
图5为实施方式二中的供电线缆在磁极上缠绕绕制的框型三维结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一、参照图1至图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框型供电轨道，它包括n个磁极1、供电线缆2和磁芯3，2≤n，且n为整数；
n个磁极1均为中空的矩形框架型结构；磁芯3为平板型磁芯；磁极1的底部宽度等于磁芯3的宽度；n个磁极1的底部均固定在磁芯3上；
供电线缆2沿磁极1外表面绕制，沿第1个磁极1的外表面从下至上绕至第1个磁极1的中间位置，然后继续沿第2个磁极1的外表面从下至上绕至第2个磁极1的中间位置，依此类推，沿第n个磁极1的外表面从下至上绕至第n个磁极1的顶端，再返程回到第n-1个磁极1的外表面中间位置从上至下绕至其底端，直至所有磁极1的外表面均缠绕有供电线缆2；
相邻两个磁极1上的供电线缆2的绕制方式相反。
具体实施方式二、参照图5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框型供电轨道，它包括n个磁极1、供电线缆2和磁芯3，2≤n，且n为整数；
n个磁极1均为中空的矩形框架型结构；磁芯3为平板型磁芯；磁极1的底部宽度等于磁芯3的宽度；n个磁极1的底部均固定在磁芯3上；
供电线缆2沿磁极1外表面绕制，首先沿第1个磁极、第2个磁极、......、第n-1个磁极、第n个磁极外表面的同一高度绕制，绕制方式为沿第1个磁极的一侧、第2个磁极另一侧、......、第n-1个磁极的一侧、第n个磁极的另一侧交叉绕制后，再返程沿第n个磁极的一侧、第n-1个磁极的另一侧、......、第2个磁极的一侧、第1个磁极另一侧交叉绕制；
相邻两个磁极1上的供电线缆2的交错绕制。
结合实施方式一和二说明，n个磁极均为中空的矩形框架型结构，框架壁厚度可不一致，实际厚度可根据磁芯中磁通密度的大小决定，只要保证磁芯不出现饱和现象即可。
供电线缆2可按两种方式绕制，当供电线缆较细，且易于弯折时，按照图1所示的磁极缠绕式的绕制方式绕制效果更好；当供电线缆较粗，且不易弯折时，按照图5所示的磁极间交错绕制的方式绕制效果更好。降低供电线缆的绕线难度，选择图5中的绕线方式更佳。
实施方式一和二中所述的应用于移动运输设备无线供电的框型供电轨道，磁极1为框架型结构，因此命名为框型供电轨道。
实施方式一和二所述的应用于移动运输设备无线供电的框型供电轨道工作时，交变的电流通过供电线缆产生交变的磁场，在图1和图5中的供电线缆的绕制方式以及磁芯的约束下，可以使得相邻的磁极上磁场方向相反，磁束尽可能的限制在轨道上方，同时减小轨道下方的漏磁。此时若轨道上方存在电能接收单元，在磁场耦合作用下便能在接收单元上感应出电动势，通过合理的参数配置可以实现电能的高效无线传输。当存在接收线圈时，可以通过磁场耦合实现电能的无线传输。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一或二所述的应用于移动运输设备无线供电的框型供电轨道作进一步说明，本实施方式中，磁极1为铁氧体磁极。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一或二所述的应用于移动运输设备无线供电的框型供电轨道作进一步说明，本实施方式中，磁芯3为铁氧体磁芯。
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一或二所述的应用于移动运输设备无线供电的框型供电轨道作进一步说明，本实施方式中，供电线缆2的匝数至少为1匝。
供电线缆的匝数根据可根据实际设计中所需的电感量确定。
具体实施方式六：本实施方式所述的基于实施方式一或二所述的应用于移动运输设备无线供电的框型供电轨道的轨道设备，它包括：多段应用于移动运输设备无线供电的框型供电轨道，多段应用于移动运输设备无线供电的框型供电轨道位于一条直线上，且首尾相接铺设，每段应用于移动运输设备无线供电的框型供电轨道均通过轨道控制系统控制其开通或关断。

Claims (6)

1.应用于移动运输设备无线供电的框型供电轨道，其特征在于，它包括n个磁极(1)、供电线缆(2)和磁芯(3)，2≤n，且n为整数；
n个磁极(1)均为中空的矩形框架型结构；磁芯(3)为平板型磁芯；磁极(1)的底部宽度等于磁芯(3)的宽度；n个磁极(1)的底部均固定在磁芯(3)上；
供电线缆(2)沿磁极(1)外表面绕制，沿第1个磁极(1)的外表面从下至上绕至第1个磁极(1)的中间位置，然后继续沿第2个磁极(1)的外表面从下至上绕至第2个磁极(1)的中间位置，依此类推，沿第n个磁极(1)的外表面从下至上绕至第n个磁极(1)的顶端，再返程回到第n-1个磁极(1)的外表面中间位置从上至下绕至其底端，直至所有磁极(1)的外表面均缠绕有供电线缆(2)；
相邻两个磁极(1)上的供电线缆(2)的绕制方式相反。
2.应用于移动运输设备无线供电的框型供电轨道，其特征在于，它包括n个磁极(1)、供电线缆(2)和磁芯(3)，2≤n，且n为整数；
n个磁极(1)均为中空的矩形框架型结构；磁芯(3)为平板型磁芯；磁极(1)的底部宽度等于磁芯(3)的宽度；n个磁极(1)的底部均固定在磁芯(3)上；
供电线缆(2)沿磁极(1)外表面绕制，首先沿第1个磁极、第2个磁极、......、第n-1个磁极、第n个磁极外表面的同一高度绕制，绕制方式为沿第1个磁极的一侧、第2个磁极另一侧、......、第n-1个磁极的一侧、第n个磁极的另一侧交叉绕制后，再返程沿第n个磁极的一侧、第n-1个磁极的另一侧、......、第2个磁极的一侧、第1个磁极另一侧交叉绕制；
相邻两个磁极(1)上的供电线缆(2)的交错绕制。
3.根据权利要求1或2所述的应用于移动运输设备无线供电的框型供电轨道，其特征在于，磁极(1)为铁氧体磁极。
4.根据权利要求1或2所述的应用于移动运输设备无线供电的框型供电轨道，其特征在于，磁芯(3)为铁氧体磁芯。
5.根据权利要求1或2所述的应用于移动运输设备无线供电的框型供电轨道，其特征在于，供电线缆(2)的匝数至少为1匝。
6.基于权利要求1或2所述的应用于移动运输设备无线供电的框型供电轨道的轨道设备，其特征在于，它包括：多段应用于移动运输设备无线供电的框型供电轨道，多段应用于移动运输设备无线供电的框型供电轨道位于一条直线上，且首尾相接铺设，每段应用于移动运输设备无线供电的框型供电轨道均通过轨道控制系统控制其开通或关断。
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