CN113300480B - 一种强侧移能力恒定接收功率的两相x型动态无线供电导轨 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种强侧移能力恒定接收功率的两相X型动态无线供电导轨，属于无线电能传输和动态无线供电领域。两相X型动态无线供电导轨包括D导轨和Q导轨，D导轨和Q导轨均由若干矩形线圈依次连接而成，且D导轨和Q导轨呈X型互错线圈的一半相互穿插，沿道路行进方向设置。本发明采用DQ两相正交供电导轨，通以两相正交发射电流，在空间中产生幅值恒定的磁场，使得在行进方向上接收端感应电压恒定且与位置无关，固定负载下具有恒定的接收功率；DQ两相发射导轨侧移方向呈一定角度交错放置成X型，使接收端分别和DQ导轨的最佳耦合位置发生偏移，空间合成磁场的分布更加平坦，拓宽了导轨的侧移范围，具有更强的侧移能力。

Description

一种强侧移能力恒定接收功率的两相X型动态无线供电导轨
技术领域
本发明涉及一种强侧移能力恒定接收功率的两相X型动态无线供电导轨，属于无线电能传输和动态无线供电领域。
背景技术
动态无线供电技术可以在电动汽车行驶过程中实时补充电能，因而可以增加续航里程，减少动力电池的配比，克服传统有线充电方式带来的弊端，具有重要的研究价值。目前正朝着大功率、远距离、长里程的方向不断发展。国内外对动态无线供电技术的研究主要围绕长导轨式和多线圈排布式磁耦合机构展开，就其本身的结构及特性、磁芯配置方式、耦合性能特点、横向偏移能力、谐振补偿拓扑、动态切换方法、行进过程中功率波动等问题进行了研究，取得了一系列成果。此外，一些动态无线供电项目已经开发出成套系统，建立了多条动态无线供电试验线，逐步投入实际运行当中，使得动态无线供电技术改变传统有线充电方式真正成为可能。
为了提高功率和增大传输距离，传统单相系统需要提高谐振频率和发射端电流，增加发射端和接收端互感。由此带来对开关器件和谐振器件的要求提高、发射端接收端磁耦合机构体积重量增加、高频情况下损耗发热严重、低压大电流谐振逆变源设计难度增加等一系列问题。且由于单相系统在行进方向上互感曲线呈正弦规律变化，因此存在固有的接收功率波动问题，采用多重接收端虽然可以在一定程度上减小波动，但无法从根本上消除。
采用多相动态无线供电导轨，通以对称的发射电流，可以在空间中合成幅值恒定的高频磁场，接收线圈中感应电压恒定，从而得到恒定的输出功率。此外，在同等的硬件限制条件下，多相系统能在一定程度上提高系统的功率等级，因此具有很大的发展潜力和研究价值。常用的多相系统有三相系统和两相系统。三相系统的功率等级更高，但也增加了发射线圈、谐振网络和逆变器的复杂程度，且存在三相发射端相间耦合问题，影响系统谐振状态和发射电流对称性。两相系统的功率等级和系统的复杂程度均位于单相和三相之间，且发射导轨结构上解耦，具有更稳定的移动供电特性。
此外，接收端在行进过程中，受到驾驶员操作及路况的影响，很难保证与发射导轨完全对准，侧向偏移不可避免，因此要求耦合机构具有较强的侧移能力。现有系统中为了提高侧移能力，一种方法是增加发射端的宽度，但同时大大增加了导线用量，成本提高效率降低；另一种方法是增加接收端宽度，但同时增加了车载设备的体积和重量，且接收端宽度往往受限。
综上可知，对动态无线供电系统而言，如何实现行进方向恒定的接收功率，同时提高车辆侧移能力，有待进一步研究。
发明内容
本发明的目的在于提出一种强侧移能力恒定接收功率的两相X型动态无线供电导轨，以解决现有技术中存在的问题。
一种强侧移能力恒定接收功率的两相X型动态无线供电导轨，两相X型动态无线供电导轨包括D导轨和Q导轨，D导轨和Q导轨均由若干矩形线圈依次连接而成，且D导轨和Q导轨呈X型互错线圈的一半相互穿插，沿道路行进方向设置。
进一步的，D导轨和Q导轨呈正交排布。
进一步的，D导轨和Q导轨彼此绝缘，且均通有同频的高频电流。
进一步的，当接收端接收两相X型动态无线供电导轨的供电时，接收端沿与道路行进方向平行的方向移动。
进一步的，接收端为矩形线圈。
本发明的有以下优点：本发明提出的一种强侧移能力恒定接收功率的两相X型动态无线供电导轨相对现有技术存在如下有益效果：
(1)本发明采用DQ两相正交供电导轨，通以两相正交发射电流，在空间中产生幅值恒定的磁场，使得在行进方向上接收端感应电压恒定且与位置无关，固定负载下具有恒定的接收功率。
(2)DQ两相发射导轨侧移方向呈一定角度交错放置成X型，使接收端分别和DQ导轨的最佳耦合位置发生偏移，空间合成磁场的分布更加平坦，拓宽了导轨的侧移范围，具有更强的侧移能力。
附图说明
图1为本发明提出的一种强侧移能力恒定接收功率的两相X型动态无线供电导轨。
图2为D导轨产生的空间磁场分布图；
图3为空间磁场合成图；
图4为侧移方向互感分布曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1所示，本发明提出了一种强侧移能力恒定接收功率的两相X型动态无线供电导轨，两相X型动态无线供电导轨包括D导轨和Q导轨，D导轨和Q导轨均由若干矩形线圈依次连接而成，且D导轨和Q导轨呈X型互错线圈的一半相互穿插，沿道路行进方向设置。
进一步的，D导轨和Q导轨呈正交排布。
进一步的，D导轨和Q导轨彼此绝缘，且均通有同频的高频电流。
进一步的，当接收端接收两相X型动态无线供电导轨的供电时，接收端沿与道路行进方向平行的方向移动。
进一步的，接收端为矩形线圈。
具体的，本发明提出了一种强侧移能力恒定接收功率的两相X型动态无线供电导轨，如图1所示。
该无线供电导轨由D导轨和Q导轨两相构成，在行进方向(即x方向)上互错线圈宽度的一半，在侧移方向(即yoz平面)上两导轨并非水平，而是呈一定角度交错放置，形成X型。接收端水平放置并沿x方向移动。
由于DQ两导轨呈正交排布，因此其互感曲线在行进方向上正交，在两导轨中通以正交的高频电流，则接收端电压为两导轨中电流产生感应电压的合成，具有幅值恒定且与位置无关的特性，故在行进方向上可得到恒定的接收功率。
由于发射导轨与水平面呈一定角度，因此对接收端而言磁场并不对称，以D导轨为例，其产生的空间磁场分布如图2所示。可见接收端拾取到的磁场不对称，导致其和D导轨的最佳耦合位置也偏离正对位置处，Q导轨同理。
空间中任意一点的磁场等于两个发射导轨产生磁场的合成。图3给出了空间中三个代表点A、B、C处磁场的合成情况。由于接收端水平放置，故有效磁场强度是与接收端垂直方向即竖直方向的分量，将D导轨产生的磁场BD和Q导轨产生的磁场BQ沿竖直方向进行分解，分别得到BDz和BQz，二者相加即为该点处的有效磁场强度。
因此在侧移方向(即yoz平面)，接收端分别和普通导轨及本发明提出的两相X型导轨的互感分布曲线如图4所示。根据接收端功率需求，可分别作出两种导轨下允许的侧移范围，显然两相X型导轨的侧移范围更宽，具有更强的侧移能力。其侧移范围大小由发射端宽度、接收端宽度、D导轨和Q导轨角度决定。此外，可以根据接收端侧移位置，通过控制D导轨和Q导轨的发射电流大小，实现侧移范围内接收功率的恒定。
本发明可应用于电动汽车、轨道交通、自动引导运输车(Automated GuidedVehicle,AGV)、矿用运输车、单轨吊、巡检机器人等可移动电动设备的动态无线供电系统中。将其发射端供电导轨配置成本发明中的两相X型动态无线供电导轨，可在行进方向上获得恒定的接收功率，在侧移方向上具有更宽的侧移范围，获得更稳定的移动供电特性。
在本发明的基础上，改变发射导轨的形状、绕制方式、尺寸等，改变接收端的形状、相数、尺寸等，为发射端和接收端添加磁芯以增强耦合性能，改变磁芯的形状、尺寸、排布等，均属于本发明的替代结构。
以上实施示例只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种强侧移能力恒定接收功率的两相X型动态无线供电导轨，其特征在于，所述两相X型动态无线供电导轨包括D导轨和Q导轨，所述D导轨和Q导轨均由若干矩形线圈依次连接而成，且所述D导轨和Q导轨呈X型互错线圈的一半相互穿插，沿道路行进方向设置。
2.根据权利要求1所述的一种强侧移能力恒定接收功率的两相X型动态无线供电导轨，其特征在于，所述D导轨和Q导轨呈正交排布。
3.根据权利要求2所述的一种强侧移能力恒定接收功率的两相X型动态无线供电导轨，其特征在于，所述D导轨和Q导轨彼此绝缘，且均通有同频的高频电流。
4.根据权利要求3所述的一种强侧移能力恒定接收功率的两相X型动态无线供电导轨，其特征在于，当接收端接收所述两相X型动态无线供电导轨的供电时，所述接收端沿与道路行进方向平行的方向移动。
5.根据权利要求4所述的一种强侧移能力恒定接收功率的两相X型动态无线供电导轨，其特征在于，所述接收端为矩形线圈。
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