[0056] D一一不大于电动车的轮间距Dm,且不应小于车载能量拾取线圈的宽度Dp,即； Dp《D《Dm,在本发明的一个优选实施方式中，取D=Dp;
[0057] d--d = D/2。
[0058] 为了实现切换过程的相对平滑性，禪合机构在运行域部分与切换域部分的互感应 维持稳恒，设定最优应数比C。；
[0059]
(3)
[0060] 其中，在应数等其他非尺寸参数条件一定情况下，fa,化Lp，h)的取值将影响 运行域互感值的变化，故定义fa,化Lp，h)为运行域互感值的尺寸参数影响函数。由于 fa,化Lp，h)计算表达式过于繁琐，故将其划分为无物理意义的四个代数式。如式（4)所 示：
[0061]
[0062]其中，L，D分别为运行域能量发射线圈的长度和宽度；Lp为车载能量拾取线圈沿车 运行方向的长度；h为能量发射线圈与车载能量拾取线圈的禪合距离。式（4)各组成表达 式如式（5)示；
[0063]
[0064] 同理地，定义g(l，d，Lp，h)为切换域互感值的尺寸参数影响函数。便于分部分计 算，g(l，d，Lp，h)亦划分为四个无物理意义的代数式。具体如式（6)所示：
[0065] (6)
[0066] 其中，l，d分别为切换域能量发射线圈的长度和宽度；Lp为车载能量拾取线圈沿车 运行方向的长度；h为能量发射线圈与车载能量拾取线圈的禪合距离。式（6)各组成表达 式如式（7)示：
[0072] 利用W上设计的参数，电动车车载能量拾取线圈位于对嵌式能量发射线圈不同状 态域的互感计算式如下。
[0073] 运行域状态；
[0077] 其中，y。为空气磁导率，且y。=431X10-7H/m;Np为车载能量拾取线圈应数，Nr、N,分别为对嵌式线圈的运行域、切换域的应数;Mf、M,分别为电动车不同运行状态的互感计 算值。
[007引通过取最优线圈比例，有峰二M,，从而保证能量拾取过程的稳定。
[0079] 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：
[0080] 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;
[0081] 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;
[0082] 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；
[0083] S4,设计最优应数比C。。
[0084]本发明还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，在本发 明的一种优选实施方式中，如图2所示，其是由m块本发明图1中所示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，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运行区域 的尺寸，从而保证互感维持相对稳定。
[0085] 在本发明的一个优选实施方式中，基于精确有限元软件Ansoft Maxwell建立相应 的对嵌式能量发射线圈仿真模型与经典且广泛应用的矩形能量发射线圈仿真模型，进一步 对对嵌式能量发射线圈的切换性能进行分析。仿真模型中采用的能量拾取线圈为前文分析 时采用的矩形线圈。
[0086] 仿真参数设置如下表I :
[0087] 表I对嵌式导轨、矩形导轨及拾取线圈的Anosft Maxwell仿真参数表
[0088]
[0089] 根据前节对应数比C的优化分析，0、^(1、1^。如上表，且令禪合距离11 = 20(3111， 则可求得最优应数比C。= 0. 353,令Nf= 6,则N,= 17 ;亦取拾取线圈应数Np= 20、矩形 能量发射线圈线圈Nf= 6。
[0090] IPT无线供电电动车从前级能量发射线圈的运行域切换至后级能量发射线圈的运 行域，即完成一次能量发射线圈间切换。同样地，取最优应数比e。及其附近值，进行一次 完整的切换运行仿真，根据仿真结果，当对嵌式能量发射线圈的应数比C为最优应数比C。 时，切换过程中，磁禪合机构的互感波动较其他应数比情况下的更平缓；且在切换操作发生 位置的互感与运行域互感几乎相等。为了验证对嵌式能量发射线圈在切换实验中的有效 性，基于相关的无线供电电动车系统实验平台进行了相关实验验证。由于实际的铺设尺寸 限制，取最优应数比C。= 0. 368,即Nt= 7,则N,= 19 ;相应的实验参数设置如表II。
[0091] 表II对嵌式导轨、矩形导轨及拾取线圈的实验
[0092]
[0093] 经过ICPT无线供电电动车切换实验，发现在无线供电电动车进行导轨切换时，互 感能维持相对稳定，且拾取电压在整个过程均能满足电动车正常运行所要求的值。
[0094] 在本说明书的描述中，参考术语"一个实施例"、"一些实施例"、"示例"、"具体示 例"、或"一些示例"等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特 点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不 一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可W在任何 的一个或多个实施例或示例中W合适的方式结合。
[0095] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可W理解；在不 脱离本发明的原理和宗旨的情况下可W对该些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本 发明的范围由权利要求及其等同物限定。
【主权项】
1. 一种电动汽车无线供电系统的对嵌式能量发射线圈，其特征在于，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；所述运行区域线圈匝数 与切换区域线圈匝数比为I且〇〈e〈l。2. 如权利要求1所述的电动汽车无线供电系统的对嵌式能量发射线圈，其特征在于， 所述运行区域前、后的切换区域两者的尺寸和线圈匝数相同。3. 如权利要求2所述的电动汽车无线供电系统的对嵌式能量发射线圈，其特征在于， 所述切换区域相对于运行区域呈轴对称或中心对称分布。4. 如权利要求1所述的电动汽车无线供电系统的对嵌式能量发射线圈，其特征在于， 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，S卩：1多Lp。5. 如权利要求1所述的电动汽车无线供电系统的对嵌式能量发射线圈，其特征在于， 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， 艮P:DP<D彡D-6. 如权利要求1所述的电动汽车无线供电系统的对嵌式能量发射线圈，其特征在于， 所述切换区域的宽度d为运行区域宽度D的一半。7. 如权利要求1所述的电动汽车无线供电系统的对嵌式能量发射线圈，其特征在于， 最优匝数比为：其中，f(L，D，Lp，h)为关于运行域长宽尺寸、拾取线圈长度以及耦合距离的函数：其中，L为运行区域的长度，h为能量发射线圈与车载能量拾取线圈之间的耦合距离。 g(l，d，Lp，h)为关于切换域长宽尺寸、拾取线圈长度以及耦合距离的函数：其中，1为切换区域的长度，h为能量发射线圈与车载能量拾取线圈之间的耦合距离。8. -种设计权利要求1所述电动汽车无线供电系统的对嵌式能量发射线圈参数的方 法，其特征在于，包括如下步骤： S1，获取车载能量拾取线圈的长度Lp和宽度Dp，获取能量发射线圈与车载能量拾取线 圈的親合距尚h; 52, 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，S卩：1彡Lp; 53, 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； 54, 设计最优匝数比G。。9. 如权利要求8所述的参数设计方法，其特征在于，最优匝数比为：其中，f(L，D，Lp，h)为关于运行域长宽尺寸、拾取线圈长度以及耦合距离的函数：其中，g(l，d，Lp，h)为关于切换域长宽尺寸、拾取线圈长度以及耦合距离的函数：10. -种利用权利要求1所述的电动汽车无线供电系统的对嵌式能量发射线圈形成的 线圈系统，其特征在于，由m块权利要求1所述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。
【专利摘要】本发明提出了一种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,沿汽车运行方向，对嵌式能量发射线圈包括运行区域和位于运行区域前、后的切换区域；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；运行区域线圈匝数与切换区域线圈匝数比为ζ，且0<ζ<1。利用本发明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能够维持互感相对稳定。
【IPC分类】H02J7/02, H02J17/00
【公开号】CN104917302
【申请号】CN201510401074
【发明人】苏玉刚, 张帅, 孙跃, 王智慧, 唐春森, 戴欣, 叶兆虹
【申请人】重庆大学
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年7月8日