電動車無線供電的電磁耦合機構的制作方法

本發明涉及無線電能傳輸技術領域，具體涉及一種電動車無線供電的電磁耦合機構。

背景技術：

無線電能傳輸(Wireless Power Transmission)技術，簡稱WPT技術，是一種通過電磁耦合的方式進行電能傳輸的技術。耦合機構的設計是無線電能傳輸技術中的核心點，直接影響到整個系統的功率、效率、傳輸距離、偏移程度、體積和成本等指標。

WPT系統中，電能從電網輸入到能量變換裝置，產生高頻電流注入到能量發射機構產生高頻磁場；副邊能量拾取機構通過電磁耦合方式拾取到電能后再經過電能變換裝置給供電設備供電。原邊能量發射機構埋設于地下，副邊能量拾取機構安裝在電動車上。當電動車駛入埋設有能量發射機構的地面時，對電動車電機供電和車載電池充電。

現有耦合機構中，能量發射機構主要分為兩種：長導軌和分段式導軌。能量拾取機構主要也分為兩種：單線圈拾取和多線圈拾取。如圖1所示的原邊長導軌供電模式，長導軌會使導軌線圈自感大，導致線圈兩段的諧振電壓很大，應用于大功率系統中，過高的諧振電壓會擊穿線圈，引發安全事故，且線圈內阻大，影響系統的效率，同時導軌長度過長，會出現無車輛區域的磁輻射問題。圖2所示為分段導軌式供電模式。

單線圈拾取應用于電動車的大功率系統中，由于單線圈交流阻抗大，導致能量接收端交流損耗增加，影響系統效率，還會引起發熱問題。

技術實現要素：

針對上述問題，本申請提供了一種電動車無線供電的電磁耦合機構，提升系統功率和效率，降低耦合機構的磁輻射值和發熱量。

為解決上述技術問題，本申請采用以下技術方案予以實現：

一種電動車無線供電的電磁耦合機構，包括分段導軌式的原邊能量發射機構和副邊能量拾取機構，所述原邊能量發射機構的每段導軌均由若干個等間距設置的T型磁芯和設置在該T型磁芯上方的原邊線圈組成，所述原邊線圈包括上下兩層線圈，上層線圈為繞制在下層線圈中最外層線圈上面的一匝線圈，所述原邊線圈的截面呈L型，所述副邊能量拾取機構為若干個副邊線圈并聯而成，該副邊線圈為里外兩層線圈，所述副邊磁芯為弓字型磁芯，該弓字型磁芯兩端的凸形部分卡扣在該副邊線圈上，該弓字型磁芯中間的凹形部分與該副邊線圈底部處于同一平面上。

作為一種優選的技術方案，所述原邊線圈包括上下兩層線圈，上層為逆時針繞制在下層線圈中最外層線圈上面的一匝線圈，下層為逆時針繞制的兩匝線圈。

進一步地，所述T型磁芯由導軌中心向左右兩邊按20cm間隔擺放，所述導軌兩端40cm范圍內不鋪設T型磁芯。作為一種優選的技術方案，所述副邊能量拾取機構為三個副邊線圈并聯而成，每個副邊線圈上按等間隔鋪設三塊弓字型磁芯。

進一步地，所述原邊能量發射機構的T型磁芯和所述副邊能量拾取機構的弓字型磁芯均使用錳鋅鐵氧體。高頻低功耗錳鋅鐵氧體具有高磁導率，高飽和磁感應強度B，高居里溫度，高電阻率和低功耗的特點，可以滿足系統的要求。

進一步地，所述電磁耦合機構的耦合距離為35cm。

與現有技術相比，本申請提供的技術方案，具有的技術效果或優點是：在分段式導軌供電模式的基礎上，原邊能量發射機構采用T型磁芯和L型線圈，減小自感值，降低諧振電壓，保證系統的安全性，降低線圈內阻，提升系統效率。副邊能量拾取機構采用多線圈并聯的模式，優化拾取端電能拾取能力，使其能夠拾取到更大的功率，提升能量傳輸的抗偏移能力，保證電能傳輸的穩定性。

附圖說明

圖1為長導軌供電模式示意圖；

圖2為分段導軌供電模式示意圖；

圖3為電磁耦合機構結構示意圖；

圖4為原邊線圈截面圖；

圖5為原邊能量發射機構的一段導軌結構示意圖；

圖6為副邊磁芯結構示意圖；

圖7為副邊能量拾取機構結構示意圖；

圖8為三個副邊線圈并聯的結構示意圖；

圖9為拾取功率隨橫向偏移量變化曲線圖。

具體實施方式

本申請實施例通過提供一種電動車無線供電的電磁耦合機構，提升系統功率和效率，降低耦合機構的磁輻射值和發熱量。

為了更好的理解上述技術方案，下面將結合說明書附圖以及具體的實施方式，對上述技術方案進行詳細的說明。

實施例

一種電動車無線供電的電磁耦合機構，如圖3所示,包括分段導軌式的原邊能量發射機構1和副邊能量拾取機構2，所述原邊能量發射機構1的每段導軌均由若干個等間距設置的T型磁芯101和設置在該T型磁芯上方的原邊線圈102組成，所述原邊線圈102包括上下兩層線圈，上層線圈為繞制在下層線圈中最外層線圈上面的一匝線圈，所述原邊線圈的截面呈L型，所述副邊能量拾取機構2為若干個副邊線圈201并聯而成，該副邊線圈為里外兩層線圈，如圖6所示，所述副邊磁芯202為弓字型磁芯，如圖7所示，該弓字型磁芯202兩端的凸形部分卡扣在該副邊線圈201上，該弓字型磁芯202中間的凹形部分與該副邊線圈201底部處于同一平面上。

原邊線圈1的結構可以有效提高邊緣部分的磁場強度，其效果要優于依靠提高磁芯高度來增強邊緣磁場的方法，提高磁芯高度只是起磁場聚集的作用，而L型線圈結構增加了發射源的強度，從根本上提高了邊緣部分的磁場強度。

在本實施例中，所述原邊線圈包括上下兩層線圈，上層為逆時針繞制在下層線圈中最外層線圈上面的一匝線圈，下層為逆時針繞制的兩匝線圈。圖4所示為原邊線圈的截面圖。

為了使磁場分布均勻，使用T型磁芯101，增強導軌中心的磁通密度，使拾取線圈平面上的磁場更加均勻，從而提高系統的抗偏移性。

進一步地，所述T型磁芯101由導軌中心向左右兩邊按20cm間隔擺放，所述導軌兩端40cm范圍內不鋪設T型磁芯。

圖5所示為原邊能量發射機構的一段導軌結構示意圖。T型磁芯101從導軌中心位置按間距20cm向左右擺放，原邊線圈102貼著T型磁芯位于其上方。由于導軌兩端存在繞組，因此在導軌兩端沒有鋪設磁芯，在一個面上產生了均勻分布的磁場，保證了功率傳輸的穩定性。該發明所設計的原邊導軌結構自感小，故導軌兩端諧振電壓小，保證了系統的安全，同時導軌內阻小，減少了系統損耗，提升系統效率，且結構簡單，施工方便，受環境的影響小。

在本實施例中，所述副邊能量拾取機構為三個副邊線圈201并聯而成，每個副邊線圈201上按等間隔鋪設三塊弓字型磁芯202。

副邊能量拾取機構采用三個兩層線圈并聯而成，為增加原副邊耦合系數，設計了弓字型磁芯結構，磁芯兩端的凸形部分扣在副邊線圈201上面，副邊線圈201邊緣部分覆蓋磁芯，副邊線圈201中間的凹形部分磁芯與線圈底部在一個平面上，每個線圈上按相等間距鋪設三塊弓字型磁芯202。如圖8所示，拾取機構采用三線圈并聯的模式，增強了系統的耦合系數，增加了系統傳輸功率，同時提升了系統的抗偏移性。本發明設計的耦合機構耦合能力強，將磁力線更多的引入磁芯以穿過線圈，散落的磁力線較少，保證了系統傳輸的功率和效率。

進一步地，所述原邊能量發射機構的T型磁芯和所述副邊能量拾取機構的弓字型磁芯均使用錳鋅鐵氧體。高頻低功耗錳鋅鐵氧體具有高磁導率，高飽和磁感應強度B，高居里溫度，高電阻率和低功耗的特點，可以滿足系統的要求。

為了適應電動車的大功率應用場合，本發明的電磁耦合機構的耦合距離為35cm，耦合機構最大輸出功率110KW，磁輻射滿足國際標準。

圖9為拾取功率隨橫向偏移量的變化曲線，由圖可以看出，本發明設計的電磁耦合機構最大拾取功率高于KAIST的耦合機構，且在負載發生較大偏移量時，依然能夠拾取到較大的功率。

本申請的上述實施例中，通過提供一種電動車無線供電的電磁耦合機構，在分段式導軌供電模式的基礎上，原邊能量發射機構采用T型磁芯和L型線圈，減小自感值，降低諧振電壓，保證系統的安全性，降低線圈內阻，提升系統效率。副邊能量拾取機構采用多線圈并聯的模式，優化拾取端電能拾取能力，使其能夠拾取到更大的功率，提升能量傳輸的抗偏移能力，保證電能傳輸的穩定性。

應當指出的是，上述說明并非是對本發明的限制，本發明也并不僅限于上述舉例，本技術領域的普通技術人員在本發明的實質范圍內所做出的變化、改性、添加或替換，也應屬于本發明的保護范圍。