[發明專利]一種用于電動汽車無線供電的工口交替型磁耦合機構及其實現方法

有效

• 申請號: 201510560674.1
• 申請日: 2015-09-06
• 公開（公告）號: CN105048653B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 朱春波;魏國;汪超;姜金海
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02J50/10
• 分類號: H02J50/10;H01F27/26;H01F27/30
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 岳昕

技術領域

本發明屬于無線電能傳輸技術領域，尤其涉及一種用于電動汽車無線供電的工口交替型磁耦合機構及采用該結構實現工口交替型磁耦合的方法。

背景技術

目前電動汽車發展中存在兩大瓶頸問題，一個是車上的電池問題，從近期的技術角度看，存在體積、重量、價格、材料、安全、充電速度、壽命等多方面問題，此外電池的生產過程屬于高污染、耗費資源、破壞生態環境的過程，這些特點給電動汽車的產業化帶來困難；另一個是地面上的充電基礎設施問題，一方面，由于充電時間長，需要大量的充電或換電設施，給市政建設帶來很大困難，這些設施需要占用大量的地面面積，且不利于統一管理，運營維護成本高，另一方面，電動汽車需要頻繁的停車充電，給車輛使用者帶來極大的不便，且續駛里程短造成了無法長途旅行。而電動汽車無線供電技術剛好解決了這兩大瓶頸問題。

電動汽車動、靜態無線供電系統可以使電動汽車無論在停車場、停車位、等紅燈以及在公路上行駛過程中，均可以實時供電或者為電池補充電能。該技術不僅可以大幅度甚至無限制的提高車輛的續駛里程，而且車載動力電池的數量也可以大幅度降低，變為原來用量的幾分之一，地面上將不再有充電站、換電站。所有供電設施均在地面以下。而且駕駛員不需要再考慮充電問題，電能問題均由地面下的供電網絡自動解決。

而在實現對電動汽車無線供電中，無線電能傳輸結構對系統的性能及建設成本起到極其重要的作用，這些性能包括供電效率、最大傳輸能力、空氣間隔、側移能力、耐久度、電磁輻射強度、對環境影響程度等等多個方面。通過對供電軌道鐵氧體磁芯結構以及電能接收裝置的結構進行合理的設計，可以極大改善上述性能。

目前該技術在國外研究比較多，在一篇名為《Advances in Wireless Power Transfer Systems for Roadway-Powered Electric Vehicles》的文章中介紹了電動汽車的供電軌道的設計及電動汽車內的電能接收裝置的設計，但是這篇文章中提到的軌道上的磁極及供電電纜的結構為：磁極構成“S”形磁極，供電電纜穿過磁極構成的“S”形磁極的上下兩個缺口并形成一個環路，這種結構它的優點是軌道極窄，所需材料少，缺點是耦合結構耦合程度弱，表現為電能傳輸功率和傳輸效率較低,同時這種磁極構成的軌道電磁兼容性差且道路兩側電磁輻射較強。

發明內容

本發明為了解決現有的無線電能傳輸裝置存在的電能傳輸功率及效率較低，軌道寬度大、成本高，電磁兼容性差，對道路兩側電磁輻射水平較高、建設及維護的成本較高的問題，提出了一種用于電動汽車無線供電的工口交替型磁耦合機構及其實現方法。

一種用于電動汽車無線供電的工口交替型磁耦合機構，它由兩部分組成，一部分是用于電能發送的供電軌道，另一部分是用于電能接收的多相電能接收裝置。通過綜合考量電能傳輸的性能、制造成本、施工難度而設計出一種由工口供電軌道與多相電能接收裝置組成的無線電能傳輸結構。在滿足基本電能傳輸技術要求的前提下，供電軌道具備制造成本低、施工難度小、輻射水平低、維修難度小等特點，電能接收端采用多相接收的結構，保證了電能傳輸功率足夠大，同時還保證了傳輸功率的穩定性。采用一種用于電動汽車無線供電的工口交替型磁耦合機構實現工口交替型磁耦合的方法，在基于工口交替型磁耦合機構的基礎上，通過其內部的各個組成部分，實現工口交替型磁耦合的方法。

一種用于電動汽車無線供電的工口交替型磁耦合機構，它包括電能發射裝置和電能接收裝置；

電能發射裝置為工口交替型供電軌道，工口交替型供電軌道包括長直形鐵氧體磁芯5、供電電纜3和磁極；電能接收裝置為多相電能接收裝置，多相電能接收裝置包括n個單相m線圈電能接收單元，n為大于等于2的整數；每個單相電能接收單元均包括m個線圈和m個平板形鐵氧體磁芯51；m為偶數；

沿供電電纜長度方向交替排列的磁極和位于磁極下方由通以大小相等、相位相差180度的交流電且構成一個回路的兩路供電電纜相互作用產生交變的磁場，交變的磁場在磁極和用于連接磁極的長直形鐵氧體磁芯5的共同作用下使得相鄰的磁極上的磁場方向相反；

多相電能接收裝置中的線圈和平板形鐵氧體磁芯51與所述交變的磁場進行磁場耦合作用，產生感應電動勢，完成電能發射裝置和電能接收裝置之間電能的無線傳輸。