电动汽车无线供电系统的对嵌式能量发射线圈、设计方法及线圈系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及无线电能传输技术领域，具体设及一种电动汽车无线供电系统的对嵌 式能量发射线圈及其参数设计方法，W及形成的线圈系统。
【背景技术】
[0002] 随着人民生活水平的不断提升，汽车保有量激增，环境与能源问题随之不断加剧。 电动车对于解决传统汽车带来的环境及能源问题具有广麦前景，并得到了政府、相关企业 及相关研究机构和的广泛重视。然而，电动车的发展却相对缓慢，电池是制约其发展的关键 因素之一。
[0003] 车载电池生产成本较高且其生产会危害环境，充电时间长且存在安全性问题。由 于硫化现象的存在，电池组使用寿命也会不断缩减。此外，笨重的电池组不仅增加了电动车 车身重量，而且也增加了机车能耗。
[0004] 电池存在的上述问题严重地制约了电动车的发展。若电动车无电池组，则可W从 根本上消除上述问题。无轨电车通过接触供电来取代车载电池组，故不存在电池组带来的 问题，然而却面临其他问题，譬如运行的安全性、行驶的灵活性、道路的美观性等问题。基于 IPT(In化ctivePowerTransfer,感应电能传输）技术的无线供电电动车通过不接触传能 且能量发射线圈埋置于地表下，故不仅无电池组带来的问题，而且也不存在无轨电车面临 的问题。基于IPT技术的无线供电方式为电动车的向前发展带来了新希望。
[0005] 能量发射线圈是IPT无线供电电动车系统中至关重要的部分，所W，能量发射线 圈的设计是非常关键的。为了减少能量损耗并提高能量利用率、减少EMF，基于IPT技术的 无线供电电动车的能量发射线圈不宜采用单段能量发射线圈，而应分段级联。分段级联的 能量发射线圈是现在国内外相关研究机构普遍采用的形式。
[0006] 分段级联能量发射线圈的供电控制方式有多线圈同时供电和单一线圈供电两种。 多线圈同时供电可W有效地保证能量发射线圈与车载拾取机构间的互感满足拾取电压所 需的互感值要求，然而，该供电控制方式会很大程度地增加能量损耗、电磁福射范围和福射 时间。单一线圈供电有利于减少能量损耗、减少EMF，然而，当电动车从前级线圈切换至后级 线圈过程中，能量发射线圈与车载能量拾取机构间的互感将会出现剧烈下降现象，该现象 不仅不利于拾取电压的获取，而且将会对系统的稳定运行造成影响。除此之外，若当电动车 停跨于两能量发射线圈衔接处时，互感将无法达到拾取电压所需的互感值，会造成电动车 因得不到所需的拾取电压而无法运行。
[0007] 在能量发射线圈采用分段级联且单一线圈供电的情况下，如何有效地解决或者改 善IPT无线供电电动车在能量发射线圈间切换过程中的互感剧烈波动是一个亟需解决的 技术问题。
【发明内容】
[0008] 为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种电动汽车无线供 电系统的对嵌式能量发射线圈及其参数设计方法，W及由其级联而成的能量发射线圈系 统。
[0009] 为了实现本发明的上述目的，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种电动汽 车无线供电系统的对嵌式能量发射线圈，沿汽车运行方向，所述对嵌式能量发射线圈包括 运行区域和位于所述运行区域前、后的切换区域；在垂直于汽车运行的方向，所述切换区域 的尺寸小于所述运行区域的尺寸，所述运行区域线圈应数与切换区域线圈应数比为e，且 0< C <1。
[0010] 利用本发明的电动汽车无线供电系统的对嵌式能量发射线圈，IPT无线供电电动 车在能量发射线圈间切换过程中的互感不会较大波动，能够维持互感相对稳定。
[0011] 在本发明的一种优选实施方式中，所述运行区域前、后的切换区域两者的尺寸和 线圈应数相同。保证在在能量发射线圈间切换过程中的互感能够相对稳定，且设计简单易 实现。
[0012] 在本发明的另一种优选实施方式中，所述切换区域相对于运行区域呈轴对称或中 屯、对称分布。多样化的设计，提高了本能量发射线圈的适用性。
[0013] 在本发明的一种优选实施方式中，所述切换区域的长度1不小于车载能量拾取线 圈的长度Lp，即；1>Lp。从而保证在在能量发射线圈间切换过程中的互感不会剧烈波动。
[0014] 在本发明的一种优选实施方式中，所述运行区域的宽度D不大于电动车的轮间距 Dm,且不小于车载能量拾取线圈的宽度Dp,即；Dp《D《Dm。从而保证高效地实现能量拾取。
[0015] 在本发明的一种优选实施方式中，所述切换区域的宽度d为运行区域宽度D的一 半。
[0016] 在本发明的一种优选实施方式中
其中， fa,化Lp，h)为关于运行域长宽尺寸、拾取线圈长度W及禪合距离的函数：
[0021]
[0022]g(l，d，Lp，h)为关于切换域长宽尺寸、拾取线圈长度W及禪合距离的函数：
[0029] 从而保证IPT无线供电电动车车载能量拾取机构相对于对嵌式能量发射线圈的 不同状态域位置的互感基本相等。
[0030] 为了实现本发明的上述目的，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种电动汽 车无线供电系统的对嵌式能量发射线圈的参数设计方法，包括如下步骤：
[0031]S1，获取车载能量拾取线圈的长度Lp和宽度DP，设定能量发射线圈与车载能量拾 取线圈的禪合距离h;
[0032]S2,设计运行区域的长度L和切换区域的长度1，所述切换区域的长度1不小于车 载能量拾取线圈的长度Lp，即；1>Lp;
[0033] S3,设计运行区域的宽度D和切换区域的宽度d，所述运行区域的宽度D不大于电 动车的轮间距Dm,且不小于车载能量拾取线圈的宽度Dp,即；Dp《D《Dm;所述切换区域的 宽度d为运行区域宽度D的一半；
[0034]S4,设计最优应数比C。。
[0035] 利用本发明的参数设计方法设计的能量发射线圈使IPT无线供电电动车在能量 发射线圈间切换过程中的互感能够维持相对稳定。
[0036] 为了实现本发明的上述目的，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种电动汽 车无线供电系统的对嵌式能量发射线圈系统，由m块本发明的电动汽车无线供电系统的对 嵌式能量发射线圈连接构成，所述m为大于1的正整数，沿汽车运行方向，前一能量发射线 圈的切换区域与后一能量发射线圈的切换区域依次平滑紧密嵌合，在垂直于汽车运行的方 向，前一能量发射线圈的切换区域与后一能量发射线圈的切换区域之和等于所述运行区域 的尺寸。
[0037]本发明的电动汽车无线供电系统的对嵌式能量发射线圈系统使IPT无线供电电 动车在能量发射线圈间切换过程中的互感能够维持相对稳定。
[0038] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。
【附图说明】
[0039] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变 得明显和容易理解，其中：
[0040] 图1是本发明电动汽车无线供电系统的对嵌式能量发射线圈的结构示意图；
[0041]图2是本发明电动汽车无线供电系统的对嵌式能量发射线圈系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0042] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0043] 本发明提供了一种电动汽车无线供电系统的对嵌式能量发射线圈，如图1所示， 整个对嵌式能量发射线圈划分为I、ii、m=个线圈域，且每个区域的利兹线绕向一致。图 1所示=个区域中，I与III为切换操作发生的区域，即切换区域；II为电动车正常运行且不 进行切换操作的区域，即运行区域。
[0044] 在垂直于汽车运行的方向，切换区域的尺寸小于运行区域的尺寸，运行区域线圈 应数与切换区域线圈应数比为e，且〇<^<1。
[0045] 在本发明的一种优选实施方式中，运行区域前、后的切换区域两者的尺寸和线圈 应数相同。即切换域I与III的尺寸与应数均相等，
[0046] di=d3=d, 1 1= 1 3= 1 ;Ni=Na=N, (1)
[0047] 其中，li、l3与di、d3分别为切换区域I、III的长与宽，l、d分别定义为切换区域的 长与宽；Ni、Ns分别为切换区域I、111的应数，N,定义为切换域应数；两切换域相对于运行域 II的位置见图1。
[0048] 运行域II长、宽尺寸及应数分别定义为L、D、N,，且与切换域相应参数存在如下关 系：
[0049]D=2d，L>1 ;Nr=CXNs,CG(0，1) (2)
[0050] 式（2)中，C定义为运行域线圈应数与切换域线圈应数之比，即应数比，于0到1 之间取值。应数比C为该新型能量发射线圈的最关键参数，C的取值对单一线圈供电控 制的无线供电电动车的切换具有重要意义。
[0051] 维持互感的相对稳定是IPT无线供电电动车实现平滑切换的基本要求。因此，本 发明应数比C的优化取值原则为；保持IPT无线供电电动车车载能量拾取机构相对于对嵌 式能量发射线圈的不同状态域位置的互感基本相等。在本实施方式中，对嵌式能量发射线 圈的参数选取方法为：
[005引令车载能量拾取线圈为典型矩形线圈，其长宽分别Lp、Dp，且取Dp=D;应数为Np。 且能量发射线圈与车载能量拾取线圈之间的禪合距离为h。
[0053] 导轨各个区域尺寸选取原则；
[0054]L一一可W取本领域通用的运行区域的长度；
[00巧]1一一1不小于车载能量拾取线圈沿车辆运行方向的长度，即；1 >Lp;