CN117154969A - 动态无线供电系统的分布补偿发射导轨 - Google Patents
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Abstract
本发明提出动态无线供电系统的分布补偿发射导轨，所述分布补偿发射导轨采用在导轨内部分布串联补偿电容，即在每两个磁极间串联一组补偿电容的方式，降低励磁线和回流线间的电压应力。本发明采用动态无线供电系统的分布补偿发射导轨，可以成倍减少无线供电系统中的电压应力，降低了对绝缘材料和绝缘距离的要求，也提升了安全性和集成化程度，同时减少了系统内的无功，提高系统的效率。
Description
技术领域
本发明涉及动态无线供电技术领域，尤其涉及动态无线供电系统的分布补偿发射导轨。
背景技术
动态无线供电技术来源于磁耦合谐振式无线电能传输技术，是指在道路下铺设发射装置，利用电磁变换原理，将电能变换为高频磁场，车载接收线圈和电力电子变换装置把高频磁场再变换为电能，对行驶中的电动汽车进行供电的技术。与有线充电相比，无线充电具有使用方便、无火花及触电危险、无机械磨损、可适应多种恶劣环境和天气、便于实现无人自动充电和移动式充电等优点，可能成为未来电动汽车充电的主流方式。
在大功率无线供电技术中，随着动态无线供电系统向公里级的工程化实施，发射端导轨的连接的长度提高，电感量和电压应力也显著的提高，这对绝缘材料和绝缘距离提出了较高的要求，也存在较大的安全风险，并制约了系统的集成化。
本发明采用动态无线供电系统的分布补偿发射导轨，可以成倍减少无线供电系统中的电压应力，降低了对绝缘材料和绝缘距离的要求，也提升了安全性和集成化程度，同时减少了系统内的无功，提高系统的效率。
发明内容
本发明针对现有技术中的问题，提出了动态无线供电系统的分布补偿发射导轨。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明提出动态无线供电系统的分布补偿发射导轨，所述动态无线供电系统包括原边系统即地面部分与副边系统即车载部分两大部分；所述原边系统中，每组分组配谐的原边模块，即原边线圈和谐振补偿网络顺次串联拓展，原边模块在地面路段上顺次铺设，副边系统的副边线圈与对应一组或相邻几组原边线圈耦合，进行能量传输；
所述分布补偿发射导轨采用在导轨内部分布串联补偿电容，即在每两个磁极间串联一组补偿电容的方式，降低励磁线和回流线间的电压应力。
进一步地，当每组发射导轨有N个绕组时，有N组补偿电容，每组补偿电容均位于励磁线上，且第一组位于逆变源侧；发射导轨的励磁绕组每两个绕组的绕线方向相反，即磁极极性相反；每组补偿电容的容值为：
其中，单导轨总感值为L，工作频率为ω。
进一步地，当磁极为4个时，所述分布补偿发射导轨的逆变输出的一根线首先连接第一组补偿电容，而后连接顺时针或逆时针缠绕在磁芯上的第一组绕组，而后连接第二组电容，而后连接逆时针或顺时针缠绕在磁芯上的第二组绕组，而后连接第三组电容，而后连接顺时针或逆时针缠绕在磁芯上的第三组绕组，而后连接第四组电容，而后连接逆时针或顺时针缠绕在磁芯上的第四组绕组，而后连接下一节发射导轨连接补偿电容和励磁绕组的线或回流线；回流线的另一端经四个励磁绕组两侧或一侧与逆变源输出的另一根线相连。
本发明具有的有益效果是：
随着动态无线供电系统向公里级的工程化实施，发射端导轨的连接的长度提高，电感量和电压应力也显著的提高，这对绝缘材料和绝缘距离提出了较高的要求，也存在较大的安全风险，并制约了系统的集成化。本发明采用动态无线供电系统的分布补偿发射导轨，可以成倍减少无线供电系统中的电压应力，降低了对绝缘材料和绝缘距离的要求，也提升了安全性和集成化程度，同时减少了系统内的无功，提高系统的效率。
以80kW、85kHz的系统为例，相较于传统结构，本发明在每段导轨上最高电压应力由8.9kV降低至0.53kV，降低了94％的电压应力，在每段导轨上匝间的电压应力由7.29kV降低至0.84kV，降低了88％的电压应力，同时减少了8.3％的发射导轨体积。
附图说明
图1为动态无线供电系统的基本结构图；
图2为原边发射导轨串联的动态无线供电系统基本结构图；
图3为原边发射导轨外部补偿的动态无线供电系统基本结构图；
图4为原边发射导轨外部补偿的磁耦合机构基本结构图；
图5为分布补偿发射导轨基本结构图；
图6为绕组标注说明图；
图7为线匝标注说明图；
图8为原结构导轨电路原理图；
图9为原结构导轨电势图；
图10为现结构导轨电路原理图；
图11为现结构导轨电势图。
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。
相关术语说明：
无线电能传输：采用无电力线缆、非接触的方式进行电能传输。
动态无线供电：在移动设备的移动过程中，使用无线电能传输技术，为设备进行无线供电；其供电对象为电池(充电)和电机(供电)。
磁耦合机构：产生磁场能量与接收磁场能量的一组结构，用以非接触的方式传输电能。
导轨/发射端导轨：埋设或铺设在地面下方的磁场能量产生装置。
参阅图1-图11，本发明提出动态无线供电系统的分布补偿发射导轨，所述动态无线供电系统包括原边系统即地面部分与副边系统即车载部分两大部分；所述原边系统中，每组分组配谐的原边模块，即原边线圈(原边磁耦合机构)和谐振补偿网络顺次串联拓展，原边模块在地面路段上顺次铺设，副边系统的副边线圈与对应一组或相邻几组原边线圈耦合，进行能量传输；
有原边发射导轨外部补偿的动态无线供电系统。该结构采用在每两个导轨间串联一组补偿电容，一定程度上降低了励磁线和回流线间的电压应力，但仍需一个较大空间放置补偿电容，且随着功率容量即频率和电流等参数的提升，如在80kW和85kHz条件下，其励磁线和回流线间的电压应力可达十千伏级，因而不可忽视。所述分布补偿发射导轨采用在导轨内部分布串联补偿电容，即在每两个磁极间串联一组补偿电容的方式，降低励磁线和回流线间的电压应力。
当每组发射导轨有N个绕组时，有N组补偿电容，每组补偿电容均位于励磁线上，且第一组位于逆变源侧；发射导轨的励磁绕组每两个绕组的绕线方向(顺时针或逆时针)相反，即磁极极性相反；每组补偿电容的容值为：
其中，单导轨总感值为L，工作频率为ω。
当磁极为4个时，所述分布补偿发射导轨的逆变输出的一根线首先连接第一组补偿电容，而后连接顺时针或逆时针缠绕在磁芯上的第一组绕组，而后连接第二组电容，而后连接逆时针或顺时针缠绕在磁芯上的第二组绕组，而后连接第三组电容，而后连接顺时针或逆时针缠绕在磁芯上的第三组绕组，而后连接第四组电容，而后连接逆时针或顺时针缠绕在磁芯上的第四组绕组，而后连接下一节发射导轨连接补偿电容和励磁绕组的线或回流线；回流线的另一端经四个励磁绕组两侧或一侧与逆变源输出的另一根线相连。
发射导轨的励磁绕组每两个绕组的绕线方向(顺时针或逆时针)相反，即磁极极性相反。若单导轨总感值为L，工作频率为ω，则补偿电容的容值为：
以80kW、85kHz的系统为例的未分布补偿导轨和分布补偿导轨在匝间电压应力上的对比结果进行说明，图6为绕组标注说明图；图7为线匝标注说明图；图8为原结构导轨电路原理图；图9为原结构导轨电势图；图10为现结构导轨电路原理图；图11为现结构导轨电势图；结果表明，在每段导轨上最高电压应力由8.9kV降低至0.53kV，降低了94％的电压应力，在每段导轨上匝间的电压应力由7.29kV降低至0.84kV，降低了88％的电压应力。采用分布补偿导轨结构，可同时减少了8.3％的发射导轨体积。
随着动态无线供电系统向公里级的工程化实施，发射端导轨的连接的长度提高，电感量和电压应力也显著的提高，这对绝缘材料和绝缘距离提出了较高的要求，也存在较大的安全风险，并制约了系统的集成化。目前发射导轨的缺点为谐振补偿电容堆整体位于逆变源侧，可与逆变源集成，但配电线和导轨内部的励磁线和回流线间会存在较大的电压应力。本发明采用动态无线供电系统的分布补偿发射导轨，可以成倍减少无线供电系统中的电压应力，降低了对绝缘材料和绝缘距离的要求，也提升了安全性和集成化程度，同时减少了系统内的无功，提高系统的效率。
Claims (3)
1.动态无线供电系统的分布补偿发射导轨，所述动态无线供电系统包括原边系统即地面部分与副边系统即车载部分两大部分；其特征在于，所述原边系统中，每组分组配谐的原边模块，即原边线圈和谐振补偿网络顺次串联拓展，原边模块在地面路段上顺次铺设，副边系统的副边线圈与对应一组或相邻几组原边线圈耦合，进行能量传输；
所述分布补偿发射导轨采用在导轨内部分布串联补偿电容，即在每两个磁极间串联一组补偿电容的方式，降低励磁线和回流线间的电压应力。
2.根据权利要求1所述的分布补偿发射导轨，其特征在于：当每组发射导轨有N个绕组时，有N组补偿电容，每组补偿电容均位于励磁线上，且第一组位于逆变源侧；发射导轨的励磁绕组每两个绕组的绕线方向相反，即磁极极性相反；每组补偿电容的容值为：
其中，单导轨总感值为L，工作频率为ω。
3.根据权利要求2所述的分布补偿发射导轨，其特征在于：当磁极为4个时，所述分布补偿发射导轨的逆变输出的一根线首先连接第一组补偿电容，而后连接顺时针或逆时针缠绕在磁芯上的第一组绕组，而后连接第二组电容，而后连接逆时针或顺时针缠绕在磁芯上的第二组绕组，而后连接第三组电容，而后连接顺时针或逆时针缠绕在磁芯上的第三组绕组，而后连接第四组电容，而后连接逆时针或顺时针缠绕在磁芯上的第四组绕组，而后连接下一节发射导轨连接补偿电容和励磁绕组的线或回流线；回流线的另一端经四个励磁绕组两侧或一侧与逆变源输出的另一根线相连。
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