电动车无线供电的电磁耦合机构的制作方法

本发明涉及无线电能传输技术领域，具体涉及一种电动车无线供电的电磁耦合机构。

背景技术：

无线电能传输(Wireless Power Transmission)技术，简称WPT技术，是一种通过电磁耦合的方式进行电能传输的技术。耦合机构的设计是无线电能传输技术中的核心点，直接影响到整个系统的功率、效率、传输距离、偏移程度、体积和成本等指标。

WPT系统中，电能从电网输入到能量变换装置，产生高频电流注入到能量发射机构产生高频磁场；副边能量拾取机构通过电磁耦合方式拾取到电能后再经过电能变换装置给供电设备供电。原边能量发射机构埋设于地下，副边能量拾取机构安装在电动车上。当电动车驶入埋设有能量发射机构的地面时，对电动车电机供电和车载电池充电。

现有耦合机构中，能量发射机构主要分为两种：长导轨和分段式导轨。能量拾取机构主要也分为两种：单线圈拾取和多线圈拾取。如图1所示的原边长导轨供电模式，长导轨会使导轨线圈自感大，导致线圈两段的谐振电压很大，应用于大功率系统中，过高的谐振电压会击穿线圈，引发安全事故，且线圈内阻大，影响系统的效率，同时导轨长度过长，会出现无车辆区域的磁辐射问题。图2所示为分段导轨式供电模式。

单线圈拾取应用于电动车的大功率系统中，由于单线圈交流阻抗大，导致能量接收端交流损耗增加，影响系统效率，还会引起发热问题。

技术实现要素：

针对上述问题，本申请提供了一种电动车无线供电的电磁耦合机构，提升系统功率和效率，降低耦合机构的磁辐射值和发热量。

为解决上述技术问题，本申请采用以下技术方案予以实现：

一种电动车无线供电的电磁耦合机构，包括分段导轨式的原边能量发射机构和副边能量拾取机构，所述原边能量发射机构的每段导轨均由若干个等间距设置的T型磁芯和设置在该T型磁芯上方的原边线圈组成，所述原边线圈包括上下两层线圈，上层线圈为绕制在下层线圈中最外层线圈上面的一匝线圈，所述原边线圈的截面呈L型，所述副边能量拾取机构为若干个副边线圈并联而成，该副边线圈为里外两层线圈，所述副边磁芯为弓字型磁芯，该弓字型磁芯两端的凸形部分卡扣在该副边线圈上，该弓字型磁芯中间的凹形部分与该副边线圈底部处于同一平面上。

作为一种优选的技术方案，所述原边线圈包括上下两层线圈，上层为逆时针绕制在下层线圈中最外层线圈上面的一匝线圈，下层为逆时针绕制的两匝线圈。

进一步地，所述T型磁芯由导轨中心向左右两边按20cm间隔摆放，所述导轨两端40cm范围内不铺设T型磁芯。作为一种优选的技术方案，所述副边能量拾取机构为三个副边线圈并联而成，每个副边线圈上按等间隔铺设三块弓字型磁芯。

进一步地，所述原边能量发射机构的T型磁芯和所述副边能量拾取机构的弓字型磁芯均使用锰锌铁氧体。高频低功耗锰锌铁氧体具有高磁导率，高饱和磁感应强度B，高居里温度，高电阻率和低功耗的特点，可以满足系统的要求。

进一步地，所述电磁耦合机构的耦合距离为35cm。

与现有技术相比，本申请提供的技术方案，具有的技术效果或优点是：在分段式导轨供电模式的基础上，原边能量发射机构采用T型磁芯和L型线圈，减小自感值，降低谐振电压，保证系统的安全性，降低线圈内阻，提升系统效率。副边能量拾取机构采用多线圈并联的模式，优化拾取端电能拾取能力，使其能够拾取到更大的功率，提升能量传输的抗偏移能力，保证电能传输的稳定性。

附图说明

图1为长导轨供电模式示意图；

图2为分段导轨供电模式示意图；

图3为电磁耦合机构结构示意图；

图4为原边线圈截面图；

图5为原边能量发射机构的一段导轨结构示意图；

图6为副边磁芯结构示意图；

图7为副边能量拾取机构结构示意图；

图8为三个副边线圈并联的结构示意图；

图9为拾取功率随横向偏移量变化曲线图。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种电动车无线供电的电磁耦合机构，提升系统功率和效率，降低耦合机构的磁辐射值和发热量。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式，对上述技术方案进行详细的说明。

实施例

一种电动车无线供电的电磁耦合机构，如图3所示,包括分段导轨式的原边能量发射机构1和副边能量拾取机构2，所述原边能量发射机构1的每段导轨均由若干个等间距设置的T型磁芯101和设置在该T型磁芯上方的原边线圈102组成，所述原边线圈102包括上下两层线圈，上层线圈为绕制在下层线圈中最外层线圈上面的一匝线圈，所述原边线圈的截面呈L型，所述副边能量拾取机构2为若干个副边线圈201并联而成，该副边线圈为里外两层线圈，如图6所示，所述副边磁芯202为弓字型磁芯，如图7所示，该弓字型磁芯202两端的凸形部分卡扣在该副边线圈201上，该弓字型磁芯202中间的凹形部分与该副边线圈201底部处于同一平面上。

原边线圈1的结构可以有效提高边缘部分的磁场强度，其效果要优于依靠提高磁芯高度来增强边缘磁场的方法，提高磁芯高度只是起磁场聚集的作用，而L型线圈结构增加了发射源的强度，从根本上提高了边缘部分的磁场强度。

在本实施例中，所述原边线圈包括上下两层线圈，上层为逆时针绕制在下层线圈中最外层线圈上面的一匝线圈，下层为逆时针绕制的两匝线圈。图4所示为原边线圈的截面图。

为了使磁场分布均匀，使用T型磁芯101，增强导轨中心的磁通密度，使拾取线圈平面上的磁场更加均匀，从而提高系统的抗偏移性。

进一步地，所述T型磁芯101由导轨中心向左右两边按20cm间隔摆放，所述导轨两端40cm范围内不铺设T型磁芯。

图5所示为原边能量发射机构的一段导轨结构示意图。T型磁芯101从导轨中心位置按间距20cm向左右摆放，原边线圈102贴着T型磁芯位于其上方。由于导轨两端存在绕组，因此在导轨两端没有铺设磁芯，在一个面上产生了均匀分布的磁场，保证了功率传输的稳定性。该发明所设计的原边导轨结构自感小，故导轨两端谐振电压小，保证了系统的安全，同时导轨内阻小，减少了系统损耗，提升系统效率，且结构简单，施工方便，受环境的影响小。

在本实施例中，所述副边能量拾取机构为三个副边线圈201并联而成，每个副边线圈201上按等间隔铺设三块弓字型磁芯202。

副边能量拾取机构采用三个两层线圈并联而成，为增加原副边耦合系数，设计了弓字型磁芯结构，磁芯两端的凸形部分扣在副边线圈201上面，副边线圈201边缘部分覆盖磁芯，副边线圈201中间的凹形部分磁芯与线圈底部在一个平面上，每个线圈上按相等间距铺设三块弓字型磁芯202。如图8所示，拾取机构采用三线圈并联的模式，增强了系统的耦合系数，增加了系统传输功率，同时提升了系统的抗偏移性。本发明设计的耦合机构耦合能力强，将磁力线更多的引入磁芯以穿过线圈，散落的磁力线较少，保证了系统传输的功率和效率。

进一步地，所述原边能量发射机构的T型磁芯和所述副边能量拾取机构的弓字型磁芯均使用锰锌铁氧体。高频低功耗锰锌铁氧体具有高磁导率，高饱和磁感应强度B，高居里温度，高电阻率和低功耗的特点，可以满足系统的要求。

为了适应电动车的大功率应用场合，本发明的电磁耦合机构的耦合距离为35cm，耦合机构最大输出功率110KW，磁辐射满足国际标准。

图9为拾取功率随横向偏移量的变化曲线，由图可以看出，本发明设计的电磁耦合机构最大拾取功率高于KAIST的耦合机构，且在负载发生较大偏移量时，依然能够拾取到较大的功率。

本申请的上述实施例中，通过提供一种电动车无线供电的电磁耦合机构，在分段式导轨供电模式的基础上，原边能量发射机构采用T型磁芯和L型线圈，减小自感值，降低谐振电压，保证系统的安全性，降低线圈内阻，提升系统效率。副边能量拾取机构采用多线圈并联的模式，优化拾取端电能拾取能力，使其能够拾取到更大的功率，提升能量传输的抗偏移能力，保证电能传输的稳定性。

应当指出的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改性、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。