[发明专利]一种用于电动汽车无线供电的工口交替型磁耦合机构及其实现方法

说明书

技术领域

本发明属于无线电能传输技术领域，尤其涉及一种用于电动汽车无线供电的工口交替型磁耦合机构及采用该结构实现工口交替型磁耦合的方法。

背景技术

目前电动汽车发展中存在两大瓶颈问题，一个是车上的电池问题，从近期的技术角度看，存在体积、重量、价格、材料、安全、充电速度、寿命等多方面问题，此外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，这些特点给电动汽车的产业化带来困难；另一个是地面上的充电基础设施问题，一方面，由于充电时间长，需要大量的充电或换电设施，给市政建设带来很大困难，这些设施需要占用大量的地面面积，且不利于统一管理，运营维护成本高，另一方面，电动汽车需要频繁的停车充电，给车辆使用者带来极大的不便，且续驶里程短造成了无法长途旅行。而电动汽车无线供电技术刚好解决了这两大瓶颈问题。

电动汽车动、静态无线供电系统可以使电动汽车无论在停车场、停车位、等红灯以及在公路上行驶过程中，均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车辆的续驶里程，而且车载动力电池的数量也可以大幅度降低，变为原来用量的几分之一，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。而且驾驶员不需要再考虑充电问题，电能问题均由地面下的供电网络自动解决。

而在实现对电动汽车无线供电中，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。通过对供电轨道铁氧体磁芯结构以及电能接收装置的结构进行合理的设计，可以极大改善上述性能。

目前该技术在国外研究比较多，在一篇名为《Advances in Wireless Power Transfer Systems for Roadway-Powered Electric Vehicles》的文章中介绍了电动汽车的供电轨道的设计及电动汽车内的电能接收装置的设计，但是这篇文章中提到的轨道上的磁极及供电电缆的结构为：磁极构成“S”形磁极，供电电缆穿过磁极构成的“S”形磁极的上下两个缺口并形成一个环路，这种结构它的优点是轨道极窄，所需材料少，缺点是耦合结构耦合程度弱，表现为电能传输功率和传输效率较低,同时这种磁极构成的轨道电磁兼容性差且道路两侧电磁辐射较强。

发明内容

本发明为了解决现有的无线电能传输装置存在的电能传输功率及效率较低，轨道宽度大、成本高，电磁兼容性差，对道路两侧电磁辐射水平较高、建设及维护的成本较高的问题，提出了一种用于电动汽车无线供电的工口交替型磁耦合机构及其实现方法。

一种用于电动汽车无线供电的工口交替型磁耦合机构，它由两部分组成，一部分是用于电能发送的供电轨道，另一部分是用于电能接收的多相电能接收装置。通过综合考量电能传输的性能、制造成本、施工难度而设计出一种由工口供电轨道与多相电能接收装置组成的无线电能传输结构。在满足基本电能传输技术要求的前提下，供电轨道具备制造成本低、施工难度小、辐射水平低、维修难度小等特点，电能接收端采用多相接收的结构，保证了电能传输功率足够大，同时还保证了传输功率的稳定性。采用一种用于电动汽车无线供电的工口交替型磁耦合机构实现工口交替型磁耦合的方法，在基于工口交替型磁耦合机构的基础上，通过其内部的各个组成部分，实现工口交替型磁耦合的方法。

一种用于电动汽车无线供电的工口交替型磁耦合机构，它包括电能发射装置和电能接收装置；

电能发射装置为工口交替型供电轨道，工口交替型供电轨道包括长直形铁氧体磁芯5、供电电缆3和磁极；电能接收装置为多相电能接收装置，多相电能接收装置包括n个单相m线圈电能接收单元，n为大于等于2的整数；每个单相电能接收单元均包括m个线圈和m个平板形铁氧体磁芯51；m为偶数；

沿供电电缆长度方向交替排列的磁极和位于磁极下方由通以大小相等、相位相差180度的交流电且构成一个回路的两路供电电缆相互作用产生交变的磁场，交变的磁场在磁极和用于连接磁极的长直形铁氧体磁芯5的共同作用下使得相邻的磁极上的磁场方向相反；

多相电能接收装置中的线圈和平板形铁氧体磁芯51与所述交变的磁场进行磁场耦合作用，产生感应电动势，完成电能发射装置和电能接收装置之间电能的无线传输。