双导体单相感应功率传输轨道的制作方法
【专利摘要】一种IPT轨道布置，包括：电源和电连接到所述电源的导体，所述导体包括位置基本相互邻近的多个回路，其中，所述回路的相邻部分的极性是相同的，并且其中，所述电源包括分担轨道负载的一个或更多个逆变器。
【专利说明】双导体单相感应功率传输轨道【技术领域】
[0001]本发明涉及感应功率传输(IPT)系统。具体地，本发明涉及改进的轨道和与轨道一起使用的拾取器。
【背景技术】
[0002]IPT使用变化的磁场来无物理接触地将气隙两端的功率耦合到负载。气隙存在于初级导体(诸如导电材料的细长回路(在此文档中通常称作轨道))和一个或更多个拾取装置之间，所述拾取装置具有从与轨道关联的磁场接收功率的次级线圈。系统性能不受潮湿或肮脏回路境的影响，并且在这种条件下由于组件是完全隔离的，所以不存在安全风险。与传统的插头或电刷和棒材接触型方法(诸如在电车轨道和电车上使用的那些方法)不同，IPT是可靠的且免维修的。IPT目前用于各种工业应用中，诸如材料处理和IC制造中。系统容量从lW-200kW变化，并且可以用于电动和充电机器人、自动导引车辆(MN)、电子装置、娱乐大众运输工具、公共汽车和电动汽车(EV)。IPT系统可以划分成两种不同类型:分布式系统，由一个或更多个可放置于轨道上的任何位置的移动负载组成；集中式系统，它只允许在定义位置传输功率。
[0003]分布式系统特别适于道路供电EV (RPEV)应用，而实际的大规模RPEV系统至今还是不可行的。这是由于无导引EV需要大的水平公差(~700_)和离地净高(150-200_)。在此文档中提出的轨道拓扑结构通过用最小的系统成本增加达到增大的水平公差，提供对以前设计的显著改进。本领域技术人员会认识到此文档主要指的是本发明在AGV背景下的应用，但本发明可应用于许多其它的IPT系统应用。例如，如果铁磁材料(诸如铁氧体)与本文中公开的轨道布置关联，则本发明适合于EV和RPEV的IPT系统。
[0004]EV有助于减小对化石燃料的依赖、降低温室气体的排放和污染物的排放。因此，自二十世纪90年代以来EV的研究一直在上升，然而，市场渗透率一直很低，原因是EV不如传统车辆一样成本有效。目前的EV市场由混合车辆主导，混合车辆从内燃发动机得到能量，然而，插电式EV (PHEV)最近已经被引入，能够从电网获得能量，减轻汽油消耗。为了使EV得到广泛使用，需要在电池寿命和成本以及电网连接上有大的改进。后者允许在每次行驶之后找时机充电，而不是在每天结束之后进行长时间充电。结果，通过最小化放电深度电池损耗被显著地降低，由于需要较小的电池，所以EV具有更低的成本。使EV比汽油车辆更加成本有效的优选方案是通过负载给EV供电和充电。应当指出，用于这种动态充电系统的基础设施可以相对小，原因是在州际公路上的旅程占道路英里数的1%，但承载所有车辆行驶英里数的22%。在其行驶英里数的50%连接到动态充电系统的EV会与传统的车辆一样成本有效，不会产生额外的汽油成本。
[0005]IPT系统包括三个主要组件，在图1中显示了单相系统的主要组件，其基于在道路中使用的例子。电源在感应初级导电路径或轨道中产生驱动电流(I1)的正弦电流(通常在10-40kHz频率范围内)。尽管在图1中未显示，所述轨道包括(但不限于)LCL网络的一部分，轨道电感L1包括网络的最后“L”。并联补偿电容器C1允许轨道电流I1谐振，增大了轨道附近的磁场强度。对于给定负载，这最小化了电源的VA额定值。轨道和拾取器(PU)充当松散耦合的变压器，能够在相对大的气隙上实现功率传递。IPT PU电感L2被调谐以与C2谐振。这补偿了相对大的PU泄露电感。C2两端的电压被整流，开关模式控制器能够使谐振回路在定义的品质因数Q下操作，以提高功率传递，并提供可用的DC输出。IPT系统的功率输出(Prat)被PU的开路电压(V。。)和短路电流(Is。)及品质因数Q量化，如(I)所示:
【权利要求】
1.一种IPT轨道布置，包括:电源和电连接到所述电源的导体装置，所述导体装置包括位置基本相互邻近的多个回路，其中，所述回路的相邻部分的极性是相同的，并且其中，所述电源包括一个或更多个逆变器。
2.根据权利要求1所述的IPT轨道布置，其中，所述电源包括多个逆变器，所述逆变器设置成分担所述轨道布置上的负载。
3.根据权利要求2所述的IPT轨道布置，其中，所述逆变器并联地电连接在一起。
4.根据前述权利要求中任一所述的IPT轨道布置，其中，所述导体装置包括单导体，并且其中，在形成回路时，所述导体在多个点与自身交叠。
5.根据前述权利要求中任一所述的IPT轨道布置，其中，相邻回路之间的距离基本小于所述回路的宽度。
6.根据前述权利要求中任一所述的IPT轨道布置，其中，所述多个回路包括至少两个回路。
7.根据权利要求1-5中任一所述的IPT轨道布置，其中，所述多个回路包括至少三个回路。
8.一种IPT系统，所述IPT系统包括IPT轨道布置，所述IPT轨道布置具有电源和电连接到所述电源的导体装置，所述导体装置包括位置基本相互邻近的多个回路和IPT拾取器，其中，所述回路的相邻部分的极性是相同的。
9.根据权利要求8所述的IPT系统，其中，所述IPT拾取器包括多个线圈。
10.根据权利要求8所述的IPT系统，其中，所述IPT拾取器适于接收由所述IPT轨道布置产生的空间正交的磁通分量。
11.根据权利要求9所述的IPT系统，其中，一个线圈适于接收由所述IPT轨道布置产生的磁通的第一分量，另一线圈适于接收由所述IPT轨道布置产生的磁通的第二分量，所述的分量处于空间正交。
12.根据权利要求11所述的IPT系统，其中，两个线圈适于接收所述第一分量，一个线圈适于接收所述第二分量。
13.根据权利要求9所述的IPT系统，其中，所述线圈是互相去耦合的。
14.根据权利要求8-13中任一所述的IPT系统，其中，所述电源包括多个逆变器，所述逆变器设置成分担所述轨道布置上的负载。
15.根据权利要求8-14中任一所述的IPT系统，其中，所述导体装置包括单导体，并且其中，在形成回路时，所述导体在多个点与自身交叠。
16.—种基本如本文中描述的IPT系统轨道布置。
【文档编号】H01F38/14GK103782356SQ201280038877
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年7月19日 优先权日:2011年7月19日
【发明者】格兰特·安东尼·科维奇, 斯蒂芬·拉伯 申请人:奥克兰联合服务有限公司