一种用于电动汽车无线供电的工口交替型磁耦合机构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于无线电能传输技术领域，尤其涉及一种用于电动汽车无线供电的工口交替型磁耦合机构。
【背景技术】
[0002]目前电动汽车发展中存在两大瓶颈问题，一个是车上的电池问题，从近期的技术角度看，存在体积、重量、价格、材料、安全、充电速度、寿命等多方面问题，此外电池的生产过程属于高污染、耗费资源、破坏生态环境的过程，这些特点给电动汽车的产业化带来困难；另一个是地面上的充电基础设施问题，一方面，由于充电时间长，需要大量的充电或换电设施，给市政建设带来很大困难，这些设施需要占用大量的地面面积，且不利于统一管理，运营维护成本高，另一方面，电动汽车需要频繁的停车充电，给车辆使用者带来极大的不便，且续驶里程短造成了无法长途旅行。而电动汽车无线供电技术刚好解决了这两大瓶颈问题。
[0003]电动汽车动、静态无线供电系统可以使电动汽车无论在停车场、停车位、等红灯以及在公路上行驶过程中，均可以实时供电或者为电池补充电能。该技术不仅可以大幅度甚至无限制的提高车辆的续驶里程，而且车载动力电池的数量也可以大幅度降低，变为原来用量的几分之一，地面上将不再有充电站、换电站。所有供电设施均在地面以下。而且驾驶员不需要再考虑充电问题，电能问题均由地面下的供电网络自动解决。
[0004]而在实现对电动汽车无线供电中，无线电能传输结构对系统的性能及建设成本起到极其重要的作用，这些性能包括供电效率、最大传输能力、空气间隔、侧移能力、耐久度、电磁辐射强度、对环境影响程度等等多个方面。通过对供电轨道铁氧体磁芯结构以及电能接收装置的结构进行合理的设计，可以极大改善上述性能。
[0005]目前该技术在国外研究比较多，在一篇名为《Advances in Wireless PowerTransfer Systems for Roadway-Powered Electric Vehicles))的文章中介绍了电动汽车的供电轨道的设计及电动汽车内的电能接收装置的设计，但是这篇文章中提到的轨道上的磁极及供电电缆的结构为:磁极构成“ S ”形磁极，供电电缆穿过磁极构成的“ S ”形磁极的上下两个缺口并形成一个环路，这种结构它的优点是轨道极窄，所需材料少，缺点是耦合结构親合程度弱，表现为电能传输功率和传输效率较低，同时这种磁极构成的轨道电磁兼容性差且道路两侧电磁辐射较强。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型为了解决现有的无线电能传输装置存在的电能传输功率及效率较低，轨道宽度大、成本高，电磁兼容性差，对道路两侧电磁辐射水平较高、建设及维护的成本较高的问题，提出了一种用于电动汽车无线供电的工口交替型磁耦合机构。
[0007]一种用于电动汽车无线供电的工口交替型磁耦合机构，它由两部分组成，一部分是用于电能发送的供电轨道，另一部分是用于电能接收的多相电能接收装置。通过综合考量电能传输的性能、制造成本、施工难度而设计出一种由工口供电轨道与多相电能接收装置组成的无线电能传输结构。在满足基本电能传输技术要求的前提下，供电轨道具备制造成本低、施工难度小、辐射水平低、维修难度小等特点，电能接收端采用多相接收的结构，保证了电能传输功率足够大，同时还保证了传输功率的稳定性。
[0008]—种用于电动汽车无线供电的工口交替型磁耦合机构，它包括电能发射装置和电能接收装置；
[0009]电能发射装置为工口交替型供电轨道，工口交替型供电轨道包括长直形铁氧体磁芯5、供电电缆3和磁极；电能接收装置为多相电能接收装置，多相电能接收装置包括η个单相m线圈电能接收单元，η为大于等于2的整数；每个单相电能接收单元均包括m个线圈和m个平板形铁氧体磁芯51 ；m为偶数；
[0010]沿供电电缆长度方向交替排列的磁极和位于磁极下方由通以大小相等、相位相差180度的交流电且构成一个回路的两路供电电缆相互作用产生交变的磁场，交变的磁场在磁极和用于连接磁极的长直形铁氧体磁芯5的共同作用下使得相邻的磁极上的磁场方向相反；
[0011]多相电能接收装置中的线圈和平板形铁氧体磁芯51与所述交变的磁场进行磁场耦合作用，产生感应电动势，完成电能发射装置和电能接收装置之间电能的无线传输。
[0012]工口交替型供电轨道包括工型磁极1、口型磁极2、供电线缆3和长直形铁氧体磁芯5 ;工型磁极I和口型磁极2按照预设间隔交替排列，且均位于长直形铁氧体磁芯5的上表面；该预设间隔为供电轨道两个磁极的中心轴线的间隔；长直形铁氧体磁芯5为长直形；两路供电线缆3穿过口型磁极2的内部、紧贴工型磁极I的左右两侧，呈直线型排列。
[0013]工型磁极I和口型磁极2均为铁氧体磁极。
[0014]当工口交替型供电轨道正常工作时，供电线缆3中的电流产生的交变的磁场通过磁极和用于连接磁极的长直形铁氧体磁芯5的共同作用，使得供电轨道上相邻磁极上的磁场方向相反。
[0015]多相电能接收装置包括η个单相m线圈电能接收单元，η为大于等于2的正整数，m = 2Ν ；Ν为正整数；η个单相m线圈电能接收单元依次插接；当n = m = 2时，多相电能接收装置包括2个单相二线圈电能接收单元，每个单相二线圈电能接收单元包括两块平板形铁氧体磁芯51、一号线圈8和二号线圈9 ;一号线圈8沿一块平板形铁氧体磁芯51的下表面由内向外顺时针或逆时针绕制；二号线圈9沿另一块平板形铁氧体磁芯51的下表面由外向内逆时针或顺时针绕制；一号线圈8和二号线圈9串联。
[0016]所述两块平板形铁氧体磁芯51的中心轴线的间距等于所述供电轨道两个磁极的中心轴线的间隔。
[0017]每个单相电能接收单元的平板形铁氧化体磁芯51的宽度等于供电轨道两个磁极的中心轴线的间隔的1/η，η个单相m线圈电能接收单元的n*m个平板形铁氧体磁芯51连成一个整体。
[0018]单相电能接收单元中的一号线圈8和二号线圈9内的电流走向相反，一个是顺时针电流走向，一个是逆时针电流走向。
[0019]工作原理为:交变的电流通过供电线缆产生交变的磁场，在铁氧体磁芯的约束下，使磁束尽可能的限制在轨道上方，同时减小轨道下方的漏磁，轨道上方的磁场与多相电能接收单元親合，在接收单元上感应出电压，实现电能的高效无线传输。
[0020]本实用新型的主要技术要点包括:
[0021]A、一种用于电动汽车无线供电的工口交替型磁耦合机构，包括工口交替型供电轨道和多相电能接收装置:
[0022]工口交替型供电轨道:包括铁氧体磁芯5、供电线缆3、两种磁极。
[0023]多相电能接收单元:以二相四线圈为例，其具有二线圈单相电能接收单元。
[0024]B、工口交替型供电轨道为细长型直轨道，工口交替型供电轨道上铁氧体磁极按一定间隔4沿轨道排列，磁极底部用长直形铁氧体磁芯连接；工口交替型供电轨道中铁氧体磁极有两类，一类如工型磁极1，对应的横截面形状类似工字，另一类如口型磁极2，对应的横截面形状类似于口字。
[0025]C、工口交替型供电轨道中，供电线缆3走线呈直线型，而无需盘绕。
[0026]D、工口交替型供电轨道正常工作时，供电线缆中电流产生的磁场通过铁氧体磁芯进行引导，供电轨道上相邻磁极上的磁场方向相反，供电轨道上方的磁束集中性好。
[0027]E、构成多相电能接收单元的单相电能接收单元的由多个平板形铁氧体磁芯与线圈组成，平板形铁氧体磁芯中心间隔的4与供电轨道磁极中心间隔7 —致。
[0028]以二相四线圈电能接收单元为例，二线圈单相电能接收单元的线圈8、9在电能接收单元的平板形铁氧体磁芯下平面上绕制，线圈依次串联，对于单相电能接收单元，正常工作时，从一侧看去，相邻平板型铁氧体磁芯下方的子线圈中电流走向(顺时针或逆时针)相反。当单相电能接收单元线圈中心与供电轨道磁极中心对齐时，该单相电能接收单元具有最大的传输功率。
[0029]F、多相电能接收装置由多个单相电能接收单元沿车辆行驶方向插接构成，对于多相电能接收装置中的各个单相电能接收单元的平板形铁氧体磁芯的宽度为轨道磁极中心间隔的1/n，以二相四线圈电能接收单元为例，平板形铁氧体磁芯的宽度6为供电轨道的两个磁极中心间隔的1/2，整个电能接收装置的平板形铁氧体磁芯连成一个整体，有效减小电能接收装置上方漏磁。
[0030]与现有技术相比，本实用新型有以下优点。
[0031]1、在相同的要求下，同已知的其他类型的供电轨道相比，采用工口交替型供电轨道结构，供电线缆与线圈间的耦合系数更高
[0032]2、供电轨道中供电线缆走线呈直线型，而无需盘