[發明專利]感應電能傳輸系統的一次軌道拓撲結構有效

申請號：	201710088637.4	申請日：	2011-05-19
公開（公告）號：	CN106953368B	公開（公告）日：	2021-10-15
發明（設計）人：	M·B·布德哈;G·A·考維克;J·T·博伊斯;M·L·卡森	申請（專利權）人：	奧克蘭聯合服務有限公司
主分類號：	H02J50/12	分類號：	H02J50/12;H02J50/40;H01F38/14;B60L53/12
代理公司：	中國貿促會專利商標事務所有限公司 11038	代理人：	曹瑾
地址：	新西蘭***	國省代碼：	暫無信息
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摘要：
搜索關鍵詞：	感應電能傳輸系統一次軌道拓撲結構
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【說明書】：

本申請公開了一種多相IPT一次軌道導體布置結構，包括第一相導體和第二相導體，所述導體被排列成基本上在一個平面內以便彼此重疊，并被排列成使得在所述相導體之間存在基本平衡的互耦合。

本申請是于2013年1月18日提交的題為“感應電能傳輸系統的一次軌道拓撲結構”的發明專利申請201180035293.1的分案申請。

技術領域

本發明涉及感應電能傳輸(IPT)系統。本發明具體涉及多相IPT系統。

背景技術

IPT使用變化的磁場將電能通過氣隙耦合到負載，而無物理接觸。氣隙存在于一次導體和一個或多個拾取裝置之間，所述一次導體諸如導電材料的細長環路(在本文中通常稱作軌道(track))，所述一個或多個拾取裝置具有二次線圈，二次線圈從與軌道關聯的磁場接收電能。系統性能不受潮濕或骯臟環境的影響，由于部件是完全隔離的，在這些條件下沒有安全風險。與傳統的插頭或電刷和棒接觸型的方法(如用在電車和電動汽車上的方法)不同，IPT是可靠的，免維修的。IPT目前用在很多工業應用中，如材料處理和集成電路制造。系統容量在1W-200kW之間變化，可以用來給機器人、自動導引車(AGV)、電子裝置、娛樂旅客捷運系統、汽車和電動車(EV)提供電能和再充電。IPT系統可分成兩個不同的類型：分布式系統和集中系統，所述分布式系統由一個或多個可移動負載組成，所述可移動負載可設置在軌道上的任何地方，所述集中系統只允許在定義的位置傳輸電能。

分布式系統特別適用于道路動力電動汽車(RPEV)應用，但實際的大規模RPEV系統至今還不可行。這是由于無導引EV要求大的水平冗余(～700mm)和離地凈高(150-200mm)。在此文獻中提出的軌道拓撲結構通過允許以最小增加系統成本獲得提高的水平冗余，提供了相比以前設計的明顯改進。本領域技術人員將認識到此文獻提到本發明在EV背景下應用，但本發明適用于許多其它的IPT系統應用。

EV有助于降低對化石燃料的依賴，降低溫室氣體的排放及污染物的排放。因此，自從20世紀90年代以來EV的研究事業一直在增長，但市場滲透一直很低，原因是EV不如傳統的車輛那樣有成本效益。目前的EV市場是由從燃燒發動機獲得能量的混合車輛主導的，但是，最近引入了插電式EV(PHEV)，使用來自電網的能量來減輕汽油消耗。為了使EV被廣泛使用，要求在電池壽命和成本及與電網的連接上有大的改進。后者允許在每次旅行之后隨機充電，而不是該天結束時的長時間充電。結果，通過降低放電深度，電池損耗被明顯降低，由于需要更小的電池，EV具有更低的成本。使EV比汽油車輛更加有成本效益的優選解決方案是通過道路對EV供電和再充電。應當指出的是，用于此種動態充電系統的基礎設施可以是相對小的，原因是在州際高速公路上行駛占道路英里數的1％，但占所有車輛行駛英里數的22％。行駛英里數的50％連接到動態充電系統的EV與傳統的車輛是一樣是有成本效益的，不會產生額外的汽油成本。

IPT系統包括三個主要部件，在圖1中示出了單相系統的部件。電源產生正弦電流(對于中功率到高功率系統，通常在10-100kHz頻率范圍內)，它在感應一次導電通路或軌道中驅動電流(I₁)。并聯補償電容器C₁允許軌道電流I₁共振，從而增加軌道附近的磁場強度。對于給定負載，這使電源的VA額定值最小化。軌道和二次接收裝置充當松散耦合的變壓器，使得通過相對大的氣隙進行電能傳輸，其中來自軌道的電能以感應方式傳輸到軌道和二次接收裝置。接收器通常被稱為IPT拾取器(PU)，具有電感L₂，使用C₂以軌道電流的頻率被調諧共振。這補償了相對大的PU泄露電感。C₂兩端的電壓被整流，開關模式的控制器使得諧振回路在定義的品質因數Q下工作，以提升功率傳輸和提供可用DC輸出。IPT系統的功率輸出(P_out)由PU的開路電壓(V_oc)和短路電流(I_sc)以及PU電路的品質因數確定，如(1)中所示。