专利名称：用于电磁感应供电的电动车辆的电力供应装置、电力获取装置及安全系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于电磁感应供电的电动车辆的电力供应装置及电力获取装置；且更特别的是，涉及用于这样一种电动车辆的电力供应装置及电力获取装置，该电动车辆能够通过最小化埋入道路中的电力供应装置与附接于车辆的电力获取装置之间的间隙来增强其电力传输效率。
背景技术：
在传统电动车辆或混合动力车辆的情形下，必须使电动车辆的插头与设于充电站的电气充电器直接连接以及等待一段长时间直到其中的电池充满电。此外，由于电池的容量有限，因此电动车辆可能需要重新充电多次才能长距离行驶。此外，即使使用快速充电装置，电池的充电仍要花一个小时或更久。即使用最先进的技术，电动车辆电池的充电仍需要 10分钟或更久。最近，已有人开发出能够增加电池容量及减少电动车辆充电时间的新技术以克服这些缺点。不过，此新技术需要使用较重的电池，这对车辆的效率有不利的影响而且会增加制造成本。此外，充电时间的减少以牺牲电池寿命来达成。已有人提出一种用于电动车辆的电磁感应充电系统作为电池型电动车辆系统的替代；不过，已知前者苦于电力传输效率低。例如，由伯克来加州大学领导的PATH (Partners for Advanced Transit and Highways)团队已开发出一种用于电动车辆的电磁感应充电系统，其允许电动车辆在埋设于路中的初级线圈与附接于电动车辆的次级线圈之间有至多 7cm的间隙的情况下操作。就此而论，当初级线圈与次级线圈的间隙有短于7公分的距离时，据报导由PATH开发的电磁感应充电系统可达成约60%的电力传输效率。不过，当初级线圈与次级线圈分开有7cm的距离时，此电磁感应充电系统的电力传输效率会落到实用水平以下。此外，以现实的角度而言，即使初级线圈与次级线圈有7cm的间隙，其也是过短的距离，这是因为车辆底部与路面的典型间隙约有20至30cm。与用于电动车辆的现有技术电磁感应充电系统有关的另一问题在于，横向运动或偏离的自由度有限。当横向宽度约有IOOcm的E形芯体(core)各自用于电力供应装置与电力获取装置时，且如果附接于电动车辆的电力获取装置的中心与电力供应装置的中心在横向方向偏离5cm或更多，围绕电力供应装置的芯体中央部分缠绕的初级线圈与围绕电力获取装置的芯体中央部分缠绕的次级线圈会对不齐，因而电力传输效率会减少10%或更多。 因此，为了避免这种情形，驾驶员必须沿着路上车道的中线区小心驾驶电动车辆。要不然， 电动车辆需要备有例如路线追踪器(line tracer)以控制其横向运动。如上述，如果减少初级线圈与次级线圈之间的间隙以致力得到高电力传输效率， 则电力获取装置可能与路上的障碍物碰撞并可能因该碰撞而损坏。此外，电动车辆的横向偏离可能大幅影响电力供应装置与电力获取装置之间的电力传输效率。因此，亟须解决会阻碍以电磁感应方式从埋入道路的电力供应装置获取电力的电动车辆的开发及商业化的
5问题。
发明内容
技术问题对于上述需要，本发明提供用于电磁感应供电的电动车辆的电力供应装置及电力获取装置，其能够通过最大化横向偏离公差以及最小化该电力获取装置与该电力供应装置的间隙来增加电力传输效率，同时防止该电力获取装置与路上的障碍物碰撞以及因该碰撞而受损。技术方案根据本发明的第一实施例，提供一种埋入于道路中的电力供应装置，其用于以电磁感应方式传输电力至电动车辆的电力获取装置，其包括电力供应芯体单元，沿着该道路的纵向延伸且具有与该道路的纵向正交的基本E形的横截面，该电力供应芯体单元包括沿着该道路的纵向配置于该电力供应芯体单元的中央部的中央芯部，沿着该道路的纵向配置于该电力供应芯体单元的两个相对侧的两个侧芯部，这些侧芯部各自与该中央芯部隔开而在其间有第一空间，以及配置于该电力供应芯体单元的下部以使该中央芯部与这些侧芯部磁性连接的基底芯部；以及磁场产生单元，配置于该中央芯部与这些侧芯部之间的第一空间中，其中这些第一空间、该中央芯部及这些侧芯部正交于该道路的纵向的宽度均基本相等，并且其中每个侧芯部具有沿着该道路的纵向配置的数个分段芯部(segmented core portion)以及位于这些分段芯部之间的第二空间，并且各分段芯部及各第二空间沿着该道路的纵向的长度均基本相等。根据本发明的第二实施例，提供一种附接于电动车辆的电力获取装置，以便以电磁感应方式接收来自埋入于道路中的电力供应装置的电力，其包括电力获取芯体单元 (power acquisition core unit)，沿着该电动车辆的纵向延伸并具有正交于该纵向的基本 E形的横截面，该电力获取芯体单元包括沿着该电动车辆的纵向配置于该电力获取芯体单元的中央部的中央芯部，沿着该电动车辆的纵向配置于两个相对侧的两个侧芯部，这些侧芯部各与该中央芯部隔开而在其间有第一空间，配置于该电力获取芯体单元的上部以使该中央芯部与这些侧芯部磁性连接的基底芯部；以及电力获取线圈单元，围绕该中央芯部缠绕且配置于该中央芯部与这些侧芯部之间的第一空间中，其中第一空间、该中央芯部及侧芯部正交于该电动车辆的纵向的宽度均基本相等。根据本发明的第三实施例，提供一种附接于电动车辆的电力获取装置，以便以电磁感应方式接收来自埋入于道路的电力供应装置的电力，其系包括电力获取芯体单元，沿着该电动车辆的纵向延伸并具有正交于该纵向的基本E形的横截面，该电力获取芯体单元包括沿着该电动车辆的纵向配置于该电力获取芯体单元的中央部的中央芯部，沿着该电动车辆的纵向配置于两相个相对侧的两个侧芯部，这些侧芯部各与该中央芯部隔开而在其间有第一空间，配置于该电力获取芯体单元的上部以使该中央芯部与这些侧芯部磁性连接的基底芯部；电力获取线圈单元，围绕该中央芯部缠绕且配置于该中央芯部与这些侧芯部之间的第一空间中；以及设置在中央芯部及侧芯部中的每一个的下方的一个或多个轮形转动磁场传输构件，其中，这些传输构件中的每一个均包括配置于其中央部分的磁性部以及由软质材料制成且至少覆盖该磁性部的周边的非磁性部。
根据本发明的第四具体实施例，提供一种附接于电动车辆的电力获取装置以便以电磁感应方式接收来自埋入于道路中的电力供应装置的电力，其包括电力获取芯体单元， 沿着该电动车辆的纵向延伸并且具有正交于该纵向的基本E形的横截面，该电力获取芯体单元包括沿着该电动车辆的纵向配置于该电力获取芯体单元的中央部的中央芯部，沿着该电动车辆的纵向配置于两个相对侧的两个侧芯部，这些侧芯部各与该中央芯部隔开而在其间有第一空间，配置于该电力获取芯体单元的上部以使该中央芯部与这些侧芯部磁性连接的基底芯部；电力获取线圈单元，围绕该中央芯部缠绕且配置于该中央芯部与侧芯部之间的第一空间中；以及附接于该中央芯部及这些侧芯部的下端表面的多个磁刷(magnetic brush)，其中，这些磁刷具有预定竖向长度，使得这些磁刷与该道路的表面接触。根据本发明的第五具体实施例，提供一种用作电动车辆的轮子的电力获取轮胎 (power acquisition tire)，该电动车辆的操作电力以电磁感应方式由埋入道路中的电力供应装置传输，该电力获取轮胎包括内部有一空间的一轮胎；具有基本E形横截面的电力获取芯体单元，其包括沿着该轮胎的周向配置于该轮胎内表面的中央部的中央芯部，沿着该轮胎的周向配置于该轮胎的内表面的一对侧芯部(该中央芯部位于其间)，以及配置于该轮胎内表面的相对侧以使该中央芯部与这些侧芯部磁性连接的基底芯部；以及电力获取线圈单元，沿着该中央芯部与这些侧芯部之间的空间配置。根据本发明的第六具体实施例，提供一种安全系统以防止附接于电磁感应供电的电动车辆的电力获取装置与存在于道路上的障碍物碰撞，该安全系统包括用于保持该电力获取装置的支撑构件；用于连接该电动车辆的底面与该支撑构件的连结构件(link member)，该连结构件的一端部以铰接方式连接至该电动车辆的底面使得该连结构件在与该道路的表面垂直的平面内可围绕铰链轴来回地枢转运动，该连结构件的另一端部以铰接方式连接至该支撑构件；附接于该支撑构件的前端部以吸收该障碍物的冲击的避震器；以及防护板，附接于该避震器的前端部以相对于该电动车辆的纵向倾斜地延伸，其中当该障碍物碰撞该防护板时，该连结构件会围绕该铰链轴向上转动。根据本发明的第七具体实施例，提供一种用于电动车辆的电磁感应充电系统，其包括根据本发明实施例之一的电力供应装置和电力获取装置。
本发明上述及其它的目标及特征将由以下结合附图对于实施例的说明而变得显而易见，这些附图中图1示意性地示出根据本发明的用于电动车辆的电磁感应充电系统；图2是根据本发明第一实施例的电力供应装置以及根据本发明第二实施例的电力获取装置的横截面图；图3是示出根据本发明第一和第二实施例的电力供应装置和电力获取装置的示例性芯体结构的横截面图；图4是示出图3所示电力供应装置的示例性芯体结构的侧视图；图5是描述根据本发明的第一实施例的电力供应装置的另一示例性芯体结构的横截面图；图6是示出根据本发明的第一实施例的电力供应装置的示例性电力供应装置防护罩的横截面图；图7和图9示出了根据本发明的第三实施例的电力获取装置的横截面图；图8示意性地描述了根据本发明的第三实施例的电力获取装置的侧视图；图10是根据本发明的第四实施例的电力获取装置的横截面图；图11示意性地示出了根据本发明的第四实施例的电力获取装置的侧视图；图12示出了根据本发明的第五实施例的电力获取轮胎的横截面图；图13是根据本发明的第六实施例的安全系统从电动车辆行驶在上面的道路来看的平面图；以及图14是图13中描绘的安全系统的侧视图。
具体实施例方式
以下，将参照附图详述本发明的具体实施例。图1示意性地示出根据本发明的用于电动车辆的电磁感应充电系统。如图1所示，该电磁感应充电系统包括电磁感应供电的电动车辆1、埋入道路中以传输电力的电力供应装置10、附接于电动车辆以通过磁感应来接收来自电力供应装置10的电力的电力获取装置20、用于向电力供应装置10供应高频电流的反相器120、安装在电力供应装置10的前端及后端部以产生用于电动车辆的检测信号的一对电动车辆传感器130、作为充电对象并且驱动电动车辆的电池140、以及用于检测存在于电动车辆前面的障碍物的障碍物传感器 150。根据本发明的电磁感应充电系统，当由电动车辆传感器130接收到检测信号时或当因此测得的电力水平高于预定参考值时，确定路上有电动车辆。另一方面，当没有接收到来自电动车辆传感器的检测信号时以及当因此测得的电力水平低于预定参考值时，确定路上没有电动车辆。如果确定路上有电动车辆，反相器120施加高频电流至电力供应装置10的磁场产生单元以产生磁场。该磁场在电力获取装置20的电力获取线圈中感应电压并且电池140 通过该感应电压充电。如果确定路上没有电动车辆，反相器120不施加高频电流至电力供应装置10的磁场产生单元。由于当电动车辆未行驶在埋有电力供应装置10的路上时可使用电池140，因此可减小电池140的容量。例如，电池140的容量可为用于传统电池型电动车辆的传统电池的
五分之一。图2示出了根据本发明的第一实施例的电力供应装置的横截面图。请参考图2，用于传输电力的电力供应装置10埋于道路中并且电力获取装置20通过电磁感应接收来自电力供应装置10的电力。在电力供应装置10与电力获取装置20之间形成垂直间隙G。电力供应装置10在道路的纵向可延伸30至300m长。电力供应装置10的长度可改成任何其它的预定长度。电力供应装置10包括底板11、多个板固定锚12、电力供应芯体单元(power supply core unit) 13、磁场产生单元14、多个磁性销(magnetic pin) 15、电力供应装置防护罩16及接地线17。具有弯曲形状的底板11由导电材料(例如，钢)制成，且装设于通过挖掘电力供应芯体单元13下的道路而形成的中空空穴，以支撑电力供应芯体单元13和沿着道路纵向延伸的多个磁性销15及电力供应装置防护罩16。底板11连接至接地线17。多个板固定锚12设于底板的下表面而且由底板11深入中空空穴的内壁以固定底板11至道路。沿着道路的纵向延伸的电力供应芯体单元13具有正交于道路纵向的基本E形的横截面且包括一中央芯部13a、一对侧芯部13b以及一基底芯部13c。中央芯部13a沿着纵向配置于电力供应芯体单元13的中央部。两个侧芯部13b 沿着道路纵向配置于电力供应芯体单元13的两个相对侧。每一侧芯部1 均与中央芯部 13a隔开以使其间具有供应芯体空间(supply core space)。基底芯部13c配置于电力供应芯体单元13的下部以使中央芯部13a与侧芯部13b磁性连接。由反相器供应交流电的磁场产生单元14设在限定于中央芯部13a与侧芯部13b 之间的供应芯体空间，由此围绕中央芯部13a缠绕。磁性销15可由复合磁性材料制成，其耐磨性与制成道路的材料类似且含有铁素体材料，且具有的形式大体为销形。电力供应装置防护罩16由耐磨性与道路制造材料类似的材料(例如，水泥、浙青、 FRP(纤维玻璃强化塑料)及PVC(聚氯乙烯))制成。电力供应装置防护罩16配置于以下各物上中央芯部13a、侧芯部13b、在中央芯部13a与各侧芯部1 之间的供应芯体空间、 以及一部分底板11，以覆盖它们使得它们不会露出路面。电力供应装置防护罩16的下表面与中央芯部13a、侧芯部1 及一部分底板11的上表面接触。电力供应装置防护罩16的上表面与路面基本共面，使得电力供应装置防护罩16不会由路面突出或下凹。电力供应装置防护罩16包括配置于中央芯部13a及侧芯部13b上面且散布有多个磁性销15的磁性部16a以及配置于中央芯部13a与各侧芯部13b间的供应芯体空间及部分底板11上面的非磁性部16b。由中央芯部13a及侧芯部1 流出的磁通量(magnetic flux)通过磁性部16a有效地传输至电力获取装置20。磁性销15的插进磁性部16a中的下端部与中央芯部13a及侧芯部13b的上表面接触，而其上端部与电力供应装置防护罩16 的上表面基本共面，使得磁性销15不会由电力供应装置防护罩16的上表面突出或下凹。接地线17连接底板11至地面，由此防止底板11因磁场产生单元14的退化或缺陷而带电。在以上述方式构造的电力供应装置10中，在电力供应芯体单元13与底板11之间设置使用适当材料(例如，腊或硅)的绝缘铸模(insulation molding)，并且在底板11与道路的空穴内壁之间设置使用合适材料(例如，水泥或浙青)的绝缘铸模。从维护和修理的角度来看，优选在磁场产生单元14与电力供应芯体单元13之间不形成绝缘铸模。 图2还示出了根据本发明的第二实施例的电力获取装置的横截面图。请再参考第2图，用于以磁感应方式接收电力的电力获取装置20附接于电磁感应供电的电动车辆。电力获取装置20在电动车辆的纵向上延伸长度约有1至2m。电力获取装置20的长度可改成另一预定长度。
电力获取装置20包括电力获取芯体单元21、电力获取线圈22、多个磁性销23及电力获取装置防护罩对。沿着电动车辆的纵向延伸的电力获取芯体单元21具有与电动车辆的纵向正交的基本E形的横截面并且包括中央芯部21a、两个侧芯部21b及基底芯部21c。中央芯部21a配置于电力获取芯体单元21的中央部。两个侧芯部21b沿着电动车辆的纵向配置于两个相对侧。每一侧芯部21b均与中央芯部21a隔开以使其间具有获取芯体空间(acquisition core space)。基底芯部21c配置于电力获取芯体单元21的上部以使中央芯部21a与侧芯部21b磁性连接。连接至电动车辆中的电池以充电的电力获取线圈22配置于限定在中央芯部21a、 侧芯部21b之间的空间，由此围绕中央芯部21a缠绕。磁性销23由包括铁素体材料的复合磁性材料制成并且形式为销形。电力获取装置防护罩M布置在中央芯部21a、侧芯部21b及获取芯体空间下面以覆盖它们使得它们不会露出路面。电力获取装置防护罩M的上表面与中央芯部21a及侧芯部21b的下表面接触。电力获取装置防护罩M包括配置于中央芯部21a及侧芯部21b下面且散布多个磁性销23的磁性部Ma以及配置于获取芯体空间下面的非磁性部Mb。由电力供应装置 10流出的磁通量通过磁性部分2 有效传输至电力获取芯体单元21。磁性销23的插进磁性部Ma中的上端部与中央芯部21a及侧芯部21b的下表面接触，而它的下端部与电力获取装置防护罩M的下表面基本共面，使得磁性销23不会由电力获取装置防护罩M的下表面突出或下凹。图3是示出根据本发明的第一及第二实施例的电力供应装置及电力获取装置的示例性芯体结构的横截面图。请参考图3，第一及第二实施例的等间距芯体结构(equally-spaced core structure)设计成满足以下的条件方程式cl = c2 = c3 = c4 = c5 = dl = d2 = d3 = d4 = d5。特别是，电力供应装置10的中央芯部13a具有正交于道路纵向的宽度c3。电力供应装置10中具有正交于道路纵向的宽度Cl或C5的每一侧芯部1 与中央芯部13a隔开使其间具有供应芯体空间，该供应芯体空间具有正交于道路纵向的宽度c2或c4。中央芯部 13a的宽度c3设定成与侧芯部13b的宽度cl或c5基本相等。电力供应芯体单元13的芯体宽度cl、c3或c5设定成与供应芯体空间的宽度c2或c4基本相等。电力获取装置20的结构也可与上述电力供应装置10的等间距芯体结构一样。在现有技术电磁感应充电系统中采用的电力供应装置的情形下，因为在横向偏离出现时，芯体间隔的不平衡会造成输出电压急速下降。因此，上述等间距芯体结构使得有可能将总宽度cO上的横向偏离引起的不利效果降低至一定程度。不过，尽管芯体宽度与其间芯体空间的宽度设定成彼此基本相等，然而由于来自中央芯部的磁通量被分到两个侧芯部中，因此通过中央芯部的与路面平行的横截面的磁通量两倍于通过各侧芯部的与路面平行的横截面的磁通量。这意谓，为了确保有均勻的磁通量密度，中央芯部中磁通量穿过的横截面面积需要为每个侧芯部中磁通量穿过的横截面面积的两倍。图4是示出根据第一实施例的电力供应装置的示例性芯体结构的侧视图。
请参考图4，中央芯部13a沿着道路的纵向连续延伸，然而每个侧芯部1 具有沿着道路的纵向配置的分段芯部以及其间的侧芯空间(side core space)而且各分段芯部及各侧芯空间沿着道路纵向的长度设定成彼此基本相等，使得中央芯部13a的与路面平行且磁通量所穿过的横截面面积变成有各侧芯部13b的与路面平行且磁通量所穿过的横截面面积的两倍。用于支撑来自电力供应装置防护罩16及电动车辆的负荷的非磁性支撑构件 33插入各侧芯部13b的侧芯空间中。通过该示例性芯体结构，中央芯部13a的磁通量密度可设定成与侧芯部13b的基本相等。因此，最大横向偏离公差变成等于电力供应芯体单元 13的总芯体宽度cO的五分之一，其中，最大横向偏离公差定义为在测得电力传输效率减少 10% (相较于在电力供应装置10与电力获取装置20之间几乎没有横向偏离的情况下测得的电力传输效率)时的横向偏离值。例如，在电力供应芯体单元13的宽度cO等于IOOcm 的情形下，最大横向偏离公差为20cm。电力供应芯体单元13与磁场产生单元14可以正弦波形状沿着道路延伸。图5是根据本发明的第一实施例的电力供应装置的另一示例性芯体结构。如图5所示，板结构的电力供应装置10具有与图2中所示电力供应装置10 —样的构造，除了底板71及芯板72的形状以及存在绝缘膜75以外。用以支撑芯板72及磁场产生单元73的底板71具有弯板形状的结构。特别是，底板71的配置于磁场产生单元73两侧的一些部分向路面突出而底板71的配置于磁场产生单元73下面的其它部分由路面下凹。类似地，由磁性材料制成的芯板72具有弯板形状的结构。特别是，芯板72的中央芯部7 及侧芯部72b向路面突出，而芯板72的基底芯部72c由路面下凹。以交流电供应的磁场产生单元73被绝缘膜75包围。磁场产生单元73与绝缘膜 75配置于限定在中央芯部7 与侧芯部72b之间的供应芯体空间中，以由此围绕中央芯部 72a缠绕。图6是示出根据本发明的第一实施例的电力供应装置的示例性电力供应装置防护罩的横截面视图。请参考图6，防护罩16由耐磨性与制成道路材料相似的材料(例如，水泥、浙青、 FRP(纤维玻璃强化塑料)及PVC(聚氯乙烯))以及具有增加的抗拉强度的纤维状非磁性材料18 (例如，玻璃纤维或塑料纤维或塑料纤维)制成。就此情形而言，防护罩16包括磁复合材料部B以及非磁性复合材料部C。磁复合材料部B可包括水泥、磁性材料及纤维状非磁性材料；或者，浙青、磁性材料及非磁性增强材料。磁复合材料部B具有与一般的水泥铺设或浙青铺设道路类似的物理性质，除了它能够传输通过其的磁通量以外。非磁性复合材料部C可包括水泥及纤维状非磁性材料；或者，浙青与非磁性增强材料。非磁性复合材料部C具有与一般水泥铺设或浙青铺设道路类似的物理性质。纤维状非磁性材料分散于整个电力供应装置防护罩16中，使得通过纤维状非磁性材料将磁复合材料部与非磁性复合材料部之间的边界部相互固定。电力供应装置防护罩 16通过水泥或浙青的结合力(bonding force)结合至铺设的道路。由于制造电力供应装置防护罩16的材料与铺设道路的材料类似，因此电力供应装置防护罩16与路面材料有相似的热膨胀系数。这有助于最小化裂痕及渗水出现于防护罩16与道路铺面(road pavement)之间的边界中。图7和图9是根据本发明的第三实施例的电力获取装置的横截面图。如图7和图9所示，以电磁感应方式接收来自埋入路中的电力供应装置的电力供电动车辆使用的电力获取装置包括电力获取芯体单元51、电力获取线圈52、以及一个或多个轮形转动磁场传输构件64或64'。沿着电动车辆的纵向延伸的电力获取芯体单元51具有正交于电动车辆的纵向的基本E形的横截面并且包括中央芯部51a、两个侧芯部51b及基底芯部51c。中央芯部51a配置于电力获取芯体单元51的中央部。两个侧芯部51b配置于中央芯部51a的两个相对侧。侧芯部51b各自与中央芯部51a隔开以具有获取芯体空间。基底芯部51c配置于电力获取芯体单元51的上部以使中央芯部51a与侧芯部51b磁性连接。连接至电动车辆中的电池以充电的电力获取线圈52配置于中央芯部51a与侧芯部51b之间的获取芯体空间，由此围绕中央芯部51a缠绕。轮形转动磁场传输构件64或64'各包括配置于其中央部的磁性部62以及覆盖磁性部62的周边的非磁性部63。磁性部62由包括铁素体材料的磁性材料制成。非磁性部 63由软质材料制成，例如包括橡胶的轮胎材料。一个或多个轮形转动磁场传输构件64或64'设置在中央芯部51a及侧芯部51b 的每一个的下面，以由该电力供应装置传输磁通量至电力获取芯体单元51。每个轮形转动磁场传输构件64可分成三个部分，使得这三个部分中的每一个均对应于中央芯部51a或两个侧芯部51b中的每一个。替换地，每个轮形转动磁场传输构件64'可合并成其中具有三个磁性芯部62的单一部件，使得磁性部62中的每一个分别对应于中央芯部51a或两个侧芯部51b之一，如图9所示。图8示意性地描述了根据本发明的第三实施例的电力获取装置的侧视图；如图8所示，两个或更多个轮形磁场传输构件64或64 ‘沿着电动车辆的纵向排列成行。图10和图11是根据本发明的第四实施例的电力获取装置的横截面图及侧视图。如图10所示，用于电磁感应供电的电动车辆的刷式电力获取装置100包括电力获取芯体单元101、电力获取线圈102以及由包括硅钢或非晶态金属的磁性材料制成的多个磁刷104。沿着电动车辆的纵向延伸的电力获取芯体单元101具有正交于电动车辆的纵向的基本E形的横截面并且包括中央芯部101a、两个侧芯部IOlb及基底芯部101c。中央芯部IOla配置于电力获取芯体单元101的中央部。两个侧芯部IOlb配置于中央芯部IOla的两个相对侧。侧芯部IOlb中的每一个均与中央芯部IOla隔开以在其间有供应芯体空间。基底芯部IOlc配置于电力获取芯体单元101的上部以使中央芯部IOla 与侧芯部IOlb磁性连接。连接至电动车辆中的电池以充电的电力获取线圈102配置于限定在中央芯部 IOla与侧芯部IOlb之间的空间，由此围绕中央芯部IOla缠绕。多个磁刷104附接于中央芯部IOla及侧芯部IOlb的下端表面并且具有预定的竖向长度，使得它们可与路面接触。
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使用这些磁刷使得有可能最小化电力供应装置与电力获取装置之间的间隙，由此增加电力传输效率并减少电力获取装置垂直起伏运动的影响。图12示出了根据本发明的第五实施例的电力获取轮胎的横截面图。如图12所示，用作电磁感应供电的电动车辆的轮子的电力获取轮胎110包括内部具有空间的轮胎115、电力获取芯体单元111及电力获取线圈112。具有基本E形横截面的电力获取芯体单元111包括中央芯部111a、一对侧芯部 Illb以及基底芯部111c。中央芯部Illa沿着轮胎周向配置于轮胎115的内表面的中央部。侧芯部Illb沿着轮胎周向配置于轮胎的内表面处，中央芯部Illa介于其间。基底芯部Illc配置于轮胎 115内表面的相对侧以使中央芯部IOla与侧芯部IOlb磁性连接。电力获取芯体单元111优选由可与轮胎的变形一致的易弯(pliable)材料制成。连接至电动车辆的电池以充电的电力获取线圈112沿着被中央芯部111a、每个侧芯部Illb及基底芯部Illc包围的空间配置。使用电力获取轮胎可防止电力获取装置与路上的障碍物相撞，同时最小化电力供应装置与电力获取轮胎的间的间隙。图13和图14是根据本发明的第六实施例的安全系统的从电动车辆行驶于其上的道路来看的平面图及侧视图。如图13所示，用于电力获取装置210的安全系统155包括障碍物传感器150、支撑构件190、连结构件160、提升单元(lifting unit) 215、减震器180、防护板170、以及两对辅助安全轮200。特别是，障碍物传感器150设在电动车辆1的前端并且检测电动车辆前面的障碍物220以产生检测信号。支撑构件190将电力获取装置210安放在其底面上。连结构件160连接电动车辆1的底面与支撑构件190。特别是，连结构件160的一端部以铰接方式连接至电动车辆1的底面使得连结构件160能够在与路面垂直的平面内围绕铰链轴Al来回地枢转运动。连结构件160的另一端部则以铰接方式连接至支撑构件 190。提升单元215连接连结构件160与电动车辆1的底面以使连结构件160转动。提升单元215可为电机或液压缸。减震器180附接于支撑构件190的前端部以吸收由障碍物220与防护板170相撞而产生的冲击。防护板170附接于减震器180的前端部以相对于电动车辆的纵向倾斜地延伸。当与障碍物220碰撞时，防护板170侧向向外推挤障碍物220。下文解释上述安全系统的操作。当障碍物220被障碍物传感器150检测到时，连结构件160通过提升单元215围绕铰链轴Al向上转动以提起装置支撑构件190。此外，即使因障碍物传感器故障而造成障碍物与防护板170相撞，未被减震器吸收的冲击也会使连结构件160围绕铰链轴Al向上转动以举起支撑构件190。由于连结构件160以铰接方式连接至支撑构件190，因此有可能阻止支撑构件190倾斜，即使支撑构件190被连结构件160 向上提起。借助于上述的提升操作，可防止电力获取装置与路上的障碍物相撞。
在支撑构件190的底面配置有两对辅助安全轮200。一对轮子配置于支撑构件190 的前端部而另一对轮子配置于后端部。为了防止电力获取装置210与路面直接接触，安全轮200的直径大于获取装置210在垂直方向上的宽度。上述各实施例都可与任一其它的实施例组合。例如，图10中所示第四实施例的磁刷可应用于根据本发明第二实施例的电力获取装置。此外，在电磁感应充电系统中可包括根据本发明第一实施例的电力供应装置和根据本发明其余实施例之一的电力获取装置。如前述，本发明提供许多重要的优点。首先，用于电动车辆的电池是在该电动车辆沿着设有本发明电力供应装置的道路上移动时充电。不用说，这使得有可能避免或最小化任何电池充电时间。此外，能够减小电池的容量并延长电池寿命。此外，与传统电磁感应充电系统相比，通过最大化横向偏离公差及最小化初级和次级线圈之间的垂直间隙，电力传输效率大幅增加。虽然仅参照优选实施例图示并描述了本发明，然而本领域技术人员应当理解，在不脱离由以下权利要求限定的本发明范围的前提下可以做出各种改变和修改。
1权利要求
1.一种埋入于道路中的电力供应装置，用于以电磁感应方式将电力传输至电动车辆的电力获取装置，所述电力供应装置包括电力供应芯体单元，沿着所述道路的纵向延伸且具有与所述道路的纵向正交的基本E 形的横截面，所述电力供应芯体单元包括沿着所述道路的纵向配置于所述电力供应芯体单元的中央部处的中央芯部、沿着所述道路的纵向配置于所述电力供应芯体单元的两个相对侧处的两个侧芯部、以及配置于所述电力供应芯体单元的下部处以使所述中央芯部与所述侧芯部磁性连接的基底芯部，所述侧芯部中的每一个均与所述中央芯部隔开，在各个侧芯部与所述中央芯部之间具有第一空间；以及磁场产生单元，配置于所述中央芯部与所述侧芯部之间的所述第一空间中，其中，所述第一空间、所述中央芯部及所述侧芯部的正交于所述道路的纵向的宽度均基本上彼此相等，并且其中，所述侧芯部中的每一个均具有沿着所述道路的纵向配置的分段芯部以及位于所述分段芯部之间的第二空间，并且每个分段芯部及每个第二空间沿着所述道路的纵向的长度均基本上彼此相等。
2.根据权利要求1所述的电力供应装置，其中，所述中央芯部、所述分段芯部及所述基底芯部都由磁性材料制成，并且所述第二空间中的每一个均填充有非磁性支撑构件。
3.根据权利要求1或2所述的电力供应装置，进一步包括具有弯曲形状并且设置于所述电力供应芯体单元下面以支撑所述电力供应芯体单元的基底构件。
4.根据权利要求3所述的电力供应装置，进一步包括连接至所述基底构件的接地线， 所述基底构件由导电材料制成。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电力供应装置，进一步包括布置在所述中央芯部、所述侧芯部、所述第一空间及所述基底构件的一些部分上的电力供应装置防护罩，其中，所述电力供应装置防护罩的下表面与所述中央芯部、所述侧芯部及所述基底构件的所述部分的上表面接触，并且所述电力供应装置防护罩的上表面与所述道路的表面基本上共面。
6.根据权利要求5所述的电力供应装置，其中，所述电力供应装置防护罩包括布置在所述中央芯部及所述侧芯部上的磁性部以及布置在所述第一空间及所述基底板的所述部分上的非磁性部，其中，在所述电力供应装置防护罩的整个所述磁性部中分布有基本销形的磁性构件，并且其中，所述磁性构件的下端部与所述中央芯部及所述侧芯部的上表面接触，并且所述磁性构件的上端部与所述道路的表面基本上共面。
7.根据权利要求6所述的电力供应装置，其中，所述电力供应装置防护罩及所述磁性构件中的每一个均具有与所述道路相似的耐磨性。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的电力供应装置，其中，在整个所述电力供应装置防护罩中散布有纤维状的非磁性材料。
9.一种附接于电动车辆的电力获取装置，用于以电磁感应方式接收来自埋入在道路中的电力供应装置的电力，所述电力获取装置包括电力获取芯体单元，沿着所述电动车辆的纵向延伸并且具有正交于所述纵向的基本E形的横截面，所述电力获取芯体单元包括沿着所述电动车辆的纵向配置于所述电力获取芯体单元的中央部处的中央芯部、沿着所述电动车辆的纵向配置于两个相对侧处的两个侧芯部、以及配置于所述电力获取芯体单元的上部处以使所述中央芯部与所述侧芯部磁性连接的基底芯部，所述侧芯部中的每一个均与所述中央芯部隔开，在相应侧芯部与所述中央芯部之间具有第一空间；以及电力获取线圈单元，围绕所述中央芯部缠绕且配置于所述中央芯部与所述侧芯部之间的所述第一空间中，其中，所述第一空间、所述中央芯部及所述侧芯部的正交于所述电动车辆的纵向的宽度均基本上彼此相等。
10.根据权利要求9所述的电力获取装置，进一步包括布置于所述中央芯部、所述侧芯部及所述第一空间下面的电力获取装置防护罩，其中，所述电力获取装置防护罩的上表面与所述中央芯部及所述侧芯部的下表面接触。
11.根据权利要求10所述的电力获取装置，其中，所述电力获取装置防护罩包括布置于所述中央芯部及所述侧芯部下面的磁性部以及布置于所述第一空间下面的非磁性部，其中，在所述电力获取装置防护罩的整个所述磁性部中分布有有基本销形的磁性构件，并且其中，所述磁性构件的上端部与所述中央芯部及所述侧芯部的下表面接触，并且所述磁性构件的下端部与所述电力获取装置防护罩的下表面共面。
12.一种附接于电动车辆的电力获取装置，用于以电磁感应方式接收来自埋入在道路中的电力供应装置的电力，所述电力获取装置包括电力获取芯体单元，沿着所述电动车辆的纵向延伸并且具有正交于所述纵向的基本E 形的横截面，所述电力获取芯体单元包括沿着所述电动车辆的纵向配置于所述电力获取芯体单元的中央部处的中央芯部、沿着所述电动车辆的纵向配置于两个相对侧处的两个侧芯部、以及配置于所述电力获取芯体单元的上部处以使所述中央芯部与所述侧芯部磁性连接的基底芯部，所述侧芯部中的每一个均与所述中央芯部隔开，在相应侧芯部与所述中央芯部之间具有第一空间；电力获取线圈单元，围绕所述中央芯部缠绕且配置于所述中央芯部与所述侧芯部之间的所述第一空间中；以及一个或多个轮形转动磁场传输构件，设置在所述中央芯部及所述侧芯部中的每一个的下面，其中，所述传输构件中的每一个均包括配置于各自的中央部处的磁性部以及由软质材料制成且至少覆盖所述磁性部的周边的非磁性部。
13.根据权利要求12所述的电力获取装置，其中，所述软质材料包括橡胶。
14.一种附接于电动车辆的电力获取装置，用于以电磁感应方式接收来自埋入在道路中的电力供应装置的电力，所述电力获取装置包括电力获取芯体单元，沿着所述电动车辆的纵向延伸并且具有正交于所述纵向的基本E 形的横截面，所述电力获取芯体单元包括沿着所述电动车辆的纵向配置于所述电力获取芯体单元的中央部处的中央芯部、沿着所述电动车辆的纵向配置于两个相对侧处的两个侧芯部、以及配置于所述电力获取芯体单元的上部处以使所述中央芯部与所述侧芯部磁性连接的基底芯部，所述侧芯部中的每一个均与所述中央芯部隔开，在相应侧芯部与所述中央芯部之间具有第一空间；电力获取线圈单元，围绕所述中央芯部缠绕且配置于所述中央芯部与所述侧芯部之间的所述第一空间中；以及多个磁刷，附接于所述中央芯部及所述侧芯部的下端表面，其中，所述磁刷具有预定的竖向长度，使得所述磁刷与所述道路的表面接触。
15.根据权利要求14所述的电力获取装置，其中，所述磁刷由包括硅钢的磁性材料制成。
16.根据权利要求14所述的电力获取装置，其中，所述磁刷由包括非晶态金属的磁性材料制成。
17.一种用作电动车辆的轮子且同时以电磁感应方式接收来自埋在道路中的电力供应装置的电力的电力获取轮胎，所述电力获取轮胎包括内部具有一空间的轮胎；具有基本E形横截面的电力获取芯体单元，所述电力获取芯体单元包括沿着所述轮胎的周向配置于所述轮胎的内表面的中央部处的中央芯部、沿着所述轮胎的周向配置于所述轮胎的内表面处的一对侧芯部、以及配置于所述轮胎的内表面的相对侧处以使所述中央芯部与所述侧芯部磁性连接的基底芯部，所述中央芯部位于所述侧芯部之间；以及电力获取线圈单元，沿着所述中央芯部与所述侧芯部之间的空间配置。
18.根据权利要求17所述的电力获取轮胎，其中，所述电力获取芯体单元由易弯材料制成，使得所述电力获取芯体单元的变形能够与所述轮胎的变形一致。
19.一种安全系统，用于防止附接于电磁感应供电的电动车辆的电力获取装置与存在于道路上的障碍物碰撞，所述安全系统包括用于保持所述电力获取装置的支撑构件；用于将所述电动车辆的底面与所述支撑构件连接的连结构件，所述连结构件的一端部以铰接方式连接至所述电动车辆的底面，使得所述连结构件在与所述道路的表面垂直的平面内能够围绕铰链轴来回地枢转运动，所述连结构件的另一端部以铰接方式连接至所述支撑构件；减震器，附接于所述支撑构件的前端部，以吸收所述障碍物的冲击；以及防护板，附接于所述避震器的前端部，以相对于所述电动车辆的纵向倾斜地延伸，其中，当所述障碍物与所述防护板碰撞时，所述连结构件围绕所述铰链轴向上转动。
20.根据权利要求19所述的安全系统，进一步包括障碍物传感器，设在所述电动车辆的前侧，用于检测所述障碍物以产生检测信号；以及提升单元，将所述连结构件与所述电动车辆的底面连接，以使所述连结构件转动，其中，当所述障碍物传感器产生所述检测信号时，所述连结构件通过所述提升单元围绕所述铰链轴向上转动。
21.根据权利要求20所述的安全系统，其中，所述提升单元包括电机或液压缸。
22.根据权利要求19至21中任一项所述的安全系统，进一步包括布置在所述支撑构件的底面的一对或多对安全轮，其中，所述安全轮的直径大于所述电力获取装置的高度。
23.一种用于电动车辆的电磁感应充电系统，包括根据权利要求1至8中任一项所述的电力供应装置；以及根据权利要求9至18中任一项所述的电力获取装置。
全文摘要
提供了一种用于电磁感应供电的电动车辆的电力供应装置及电力获取装置，其通过最大化横向偏离公差以及最小化该电力获取装置与该电力供应装置之间的间隙来增加电力传输效率，同时防止该电力获取装置与路上的障碍物碰撞以及因碰撞而受损。
文档编号B60L11/18GK102333668SQ201080009701
公开日2012年1月25日 申请日期2010年2月11日 优先权日2009年2月27日
发明者尹用山, 张舜兴, 徐南杓, 林春泽, 赵东浩, 赵贞九, 郑求镐, 郑镛训, 金京洙 申请人:韩国科学技术院