專利名稱：感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的一次軌道拓撲結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及感應(yīng)電能傳輸(IPT)系統(tǒng)。本發(fā)明具體涉及多相IPT系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
IPT使用變化的磁場將電能通過氣隙耦合到負載，而無物理接觸。氣隙·存在于一次導(dǎo)體和一個或多個拾取裝置之間，所述一次導(dǎo)體諸如導(dǎo)電材料的細長環(huán)路(在本文中通常稱作軌道(track))，所述一個或多個拾取裝置具有二次線圈，二次線圈從與軌道關(guān)聯(lián)的磁場接收電能。系統(tǒng)性能不受潮濕或骯臟環(huán)境的影響，由于部件是完全隔離的，在這些條件下沒有安全風(fēng)險。與傳統(tǒng)的插頭或電刷和棒接觸型的方法(如用在電車和電動汽車上的方法)不同，IPT是可靠的，免維修的。IPT目前用在很多工業(yè)應(yīng)用中，如材料處理和集成電路制造。系統(tǒng)容量在lW-200kW之間變化，可以用來給機器人、自動導(dǎo)引車(AGV)、電子裝置、娛樂旅客捷運系統(tǒng)、汽車和電動車(EV)提供電能和再充電。IPT系統(tǒng)可分成兩個不同的類型分布式系統(tǒng)和集中系統(tǒng)，所述分布式系統(tǒng)由一個或多個可移動負載組成，所述可移動負載可設(shè)置在軌道上的任何地方，所述集中系統(tǒng)只允許在定義的位置傳輸電能。分布式系統(tǒng)特別適用于道路動力電動汽車(RPEV)應(yīng)用，但實際的大規(guī)模RPEV系統(tǒng)至今還不可行。這是由于無導(dǎo)引EV要求大的水平冗余(IOOmm)和離地凈高(150-200_)。在此文獻中提出的軌道拓撲結(jié)構(gòu)通過允許以最小增加系統(tǒng)成本獲得提高的水平冗余，提供了相比以前設(shè)計的明顯改進。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到此文獻提到本發(fā)明在EV背景下應(yīng)用，但本發(fā)明適用于許多其它的IPT系統(tǒng)應(yīng)用。EV有助于降低對化石燃料的依賴，降低溫室氣體的排放及污染物的排放。因此，自從20世紀(jì)90年代以來EV的研究事業(yè)一直在增長，但市場滲透一直很低，原因是EV不如傳統(tǒng)的車輛那樣有成本效益。目前的EV市場是由從燃燒發(fā)動機獲得能量的混合車輛主導(dǎo)的，但是，最近引入了插電式EV (PHEV)，使用來自電網(wǎng)的能量來減輕汽油消耗。為了使EV被廣泛使用，要求在電池壽命和成本及與電網(wǎng)的連接上有大的改進。后者允許在每次旅行之后隨機充電，而不是該天結(jié)束時的長時間充電。結(jié)果，通過降低放電深度，電池損耗被明顯降低，由于需要更小的電池，EV具有更低的成本。使EV比汽油車輛更加有成本效益的優(yōu)選解決方案是通過道路對EV供電和再充電。應(yīng)當(dāng)指出的是，用于此種動態(tài)充電系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施可以是相對小的，原因是在州際高速公路上行駛占道路英里數(shù)的1%，但占所有車輛行駛英里數(shù)的22%。行駛英里數(shù)的50%連接到動態(tài)充電系統(tǒng)的EV與傳統(tǒng)的車輛是一樣是有成本效益的，不會產(chǎn)生額外的汽油成本。IPT系統(tǒng)包括三個主要部件，在

圖1中示出了單相系統(tǒng)的部件。電源產(chǎn)生正弦電流(對于中功率到高功率系統(tǒng)，通常在IO-1OOkHz頻率范圍內(nèi))，它在感應(yīng)一次導(dǎo)電通路或軌道中驅(qū)動電流(I1)15并聯(lián)補償電容器C1允許軌道電流I1共振，從而增加軌道附近的磁場強度。對于給定負載，這使電源的VA額定值最小化。軌道和二次接收裝置充當(dāng)松散耦合的變壓器，使得通過相對大的氣隙進行電能傳輸，其中來自軌道的電能以感應(yīng)方式傳輸?shù)杰壍篮投谓邮昭b置。接收器通常被稱為IPT拾取器(PU)，具有電感L2，使用C2以軌道電流的頻率被調(diào)諧共振。這補償了相對大的PU泄露電感。C2兩端的電壓被整流，開關(guān)模式的控制器使得諧振回路在定義的品質(zhì)因數(shù)Q下工作，以提升功率傳輸和提供可用DC輸出。IPT系統(tǒng)的功率輸出(Ptjut)由I3U的開路電壓(V。。)和短路電流(Ise)以及PU電路的品質(zhì)因數(shù)確定，如(I)中所示。
權(quán)利要求
1.一種多相IPT —次軌道導(dǎo)體布置結(jié)構(gòu),包括第一相導(dǎo)體和第二相導(dǎo)體,所述導(dǎo)體被排列成基本上在一個平面內(nèi)以便彼此重疊，并被排列成使得在所述相導(dǎo)體之間存在基本平衡的互耦合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相IPT—次軌道導(dǎo)體布置結(jié)構(gòu)，其中，所述軌道包括第三相導(dǎo)體，所述第一、第二和第三導(dǎo)體被排列成使得在所述相導(dǎo)體之間存在平衡的互耦合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的多相IPT—次軌道導(dǎo)體布置結(jié)構(gòu)，其中，所述各相的加電導(dǎo)致各相之間基本上沒有凈能量傳輸。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一所述的多相IPT—次軌道導(dǎo)體布置結(jié)構(gòu)，其中，所述平面具有第一尺寸，每個相導(dǎo)體的長度相對于所述第一尺寸基本上橫向地跨越所述平面延伸， 所述長度基本上彼此平行并相互隔開。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一所述的多相IPT—次軌道導(dǎo)體布置結(jié)構(gòu)，其中，相鄰相導(dǎo)體之間的距離是根據(jù)拾取線圈設(shè)備的尺寸選擇的，所述拾取線圈設(shè)備用來從所述一次導(dǎo)體布置結(jié)構(gòu)接收電能。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多相IPT—次軌道導(dǎo)體布置結(jié)構(gòu)，當(dāng)從屬于權(quán)利要求2時， 其中，相鄰相導(dǎo)體之間的距離基本上為所述拾取線圈設(shè)備在所述第一尺寸上的尺寸的O.2—0. 5 ο
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多相IPT—次軌道導(dǎo)體布置結(jié)構(gòu)，當(dāng)從屬于權(quán)利要求2時， 其中，相鄰相導(dǎo)體之間的距離基本上為所述拾取線圈設(shè)備在所述第一尺寸上的尺寸的O.25-0. 5。
8.根據(jù)權(quán)利要求5-7中任一所述的多相IPT—次軌道導(dǎo)體布置結(jié)構(gòu)，其中，所述拾取線圈設(shè)備包括以基本共面布置的兩個基本扁平的線圈。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多相IPT—次軌道導(dǎo)體布置結(jié)構(gòu)，其中，所述拾取線圈設(shè)備包括第三線圈，所述第三線圈與所述兩個基本共面的線圈重疊。
10.根據(jù)權(quán)利要求5-7中任一所述的多相IPT—次軌道導(dǎo)體布置結(jié)構(gòu)，其中，所述拾取線圈設(shè)備包括單個線圈。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一所述的多相IPT—次軌道導(dǎo)體布置結(jié)構(gòu)，其中，所述布置結(jié)構(gòu)與滲磁構(gòu)件有關(guān)。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一所述的多相IPT—次軌道導(dǎo)體布置結(jié)構(gòu)，其中，所述相導(dǎo)體只在所述滲磁構(gòu)件的一側(cè)上提供。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的多相IPT—次軌道導(dǎo)體布置結(jié)構(gòu)，其中，所述滲磁構(gòu)件包括多個鐵氧體條。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的多相IPT—次軌道導(dǎo)體布置結(jié)構(gòu)，其中，所述條是細長的， 并彼此隔開。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一所述的多相IPT—次軌道導(dǎo)體布置結(jié)構(gòu)，其中，所述一次導(dǎo)體布置結(jié)構(gòu)包括襯墊。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一所述的多相IPT—次軌道導(dǎo)體布置結(jié)構(gòu)，其中，所述一次導(dǎo)體布置結(jié)構(gòu)包括軌道區(qū)段。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一所述的多相IPT—次軌道導(dǎo)體布置結(jié)構(gòu)，其中，所述一次導(dǎo)體布置結(jié)構(gòu)是作為模塊提供的。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一所述的多相IPT—次軌道導(dǎo)體布置結(jié)構(gòu)，其中，使用的電能接收裝置以與所述第一尺寸平行的方向在所述軌道上行進。
19.根據(jù)權(quán)利要求1-17中任一所述的多相IPT—次軌道導(dǎo)體布置結(jié)構(gòu)，其中，使用的電能接收裝置以橫向于所述第一尺寸的方向在所述軌道上行進。
20.—種多相IPT—次導(dǎo)體布置結(jié)構(gòu),包括第一相導(dǎo)體、第二相導(dǎo)體和第三相導(dǎo)體,所述導(dǎo)體被排列成基本上在一個平面內(nèi)以便彼此重疊，并被排列成使得所述相導(dǎo)體的加電導(dǎo)致在各相之間基本上沒有凈能量傳輸。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的多相IPT—次導(dǎo)體布置結(jié)構(gòu)，其中，所述一次導(dǎo)體布置結(jié)構(gòu)包括IPT軌道。
22.—種多相IPT —次軌道導(dǎo)體布置結(jié)構(gòu),包括第一相導(dǎo)體和第二相導(dǎo)體,所述導(dǎo)體被排列成基本上在一個平面內(nèi)，所述平面具有第一尺寸，每個相導(dǎo)體的長度相對于所述第一尺寸基本上橫向地跨越所述平面延伸，所述長度基本上彼此平行并相互隔開。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的多相IPT—次軌道導(dǎo)體布置結(jié)構(gòu)，其中，所述軌道包括第三相導(dǎo)體。
24.根據(jù)權(quán)利要求22或權(quán)利要求23所述的多相IPT—次軌道導(dǎo)體布置結(jié)構(gòu)，其中，使用的電能接收裝置以與所述第一尺寸平行的方向在所述軌道上行進。
25.根據(jù)權(quán)利要求22或權(quán)利要求23所述的多相IPT—次軌道導(dǎo)體布置結(jié)構(gòu)，其中，使用的電能接收裝置以橫向于所述第一尺寸的方向在所述軌道上行進。
26.—種IPT系統(tǒng)，包括多相IPT —次導(dǎo)體布置結(jié)構(gòu)和具有拾取線圈設(shè)備的拾取器，所述拾取線圈設(shè)備從所述一次導(dǎo)體布置結(jié)構(gòu)感應(yīng)地接收電能，所述一次導(dǎo)體布置結(jié)構(gòu)包括第一相導(dǎo)體和第二相導(dǎo)體，所述導(dǎo)體被排列成基本上在一平面內(nèi)，所述平面具有第一尺寸，每個相導(dǎo)體的長度相對于所述第一尺寸基本上橫向地跨越所述平面延伸，所述長度基本上彼此平行并相互隔開，并且其中，相鄰相導(dǎo)體之間的距離是根據(jù)拾取線圈設(shè)備的長度選擇的， 所述拾取線圈設(shè)備用來從所述一次導(dǎo)體布置結(jié)構(gòu)接收電能。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的IPT系統(tǒng)，其中，所述軌道包括第三相導(dǎo)體。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的IPT系統(tǒng)，其中，相鄰相導(dǎo)體之間的距離基本上為所述拾取線圈設(shè)備在所述第一尺寸上的尺寸的O. 2-0. 5。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的IPT系統(tǒng)，其中，相鄰相導(dǎo)體之間的距離基本上為所述拾取線圈設(shè)備在所述第一尺寸上的尺寸的O. 25-0. 5。
30.根據(jù)權(quán)利要求26-29中任一所述的IPT系統(tǒng)，其中，所述拾取線圈設(shè)備包括以基本共面布置的兩個基本扁平的線圈。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的IPT系統(tǒng)，其中，所述拾取線圈設(shè)備包括第三線圈，所述第三線圈與所述兩個基本共面的線圈重疊。
32.根據(jù)權(quán)利要求26-29中任一所述的IPT系統(tǒng)，其中，所述拾取線圈設(shè)備包括單個線圈。
33.一種多相IPT—次導(dǎo)體布置結(jié)構(gòu),包括第一相導(dǎo)體、第二相導(dǎo)體和第三相導(dǎo)體,所述導(dǎo)體被排列成基本上在一個平面內(nèi)以便彼此重疊，每個導(dǎo)體的一端被連接到電源，另外的端子被連接到Y(jié)形點。
34.一種雙極IPT —次導(dǎo)體布置結(jié)構(gòu)，包括導(dǎo)體，所述導(dǎo)體被排列成基本上在一平面內(nèi)，所述平面具有第一尺寸，所述導(dǎo)體的長度相對于所述第一尺寸基本上橫向地跨越所述平面延伸，所述長度基本上彼此平行并分組成對。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的雙極IPT—次導(dǎo)體布置結(jié)構(gòu)，其中，所述分組的對彼此隔開。
36.根據(jù)權(quán)利要求34或權(quán)利要求35所述的雙極IPT—次導(dǎo)體布置結(jié)構(gòu)，其中，當(dāng)所述導(dǎo)體被加電時，所述分組的對包括在相同方向流動的電流。
37.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相IPT—次軌道導(dǎo)體布置結(jié)構(gòu)，其中，拾取線圈設(shè)備在所述第一尺寸上的尺寸不比相導(dǎo)體的一個波長更長。
38.一種IPT —次導(dǎo)體布置結(jié)構(gòu)，其參照圖2-25所示的實施例中的任一實施例在本文中被大致描述。
全文摘要
本申請公開了一種多相IPT一次軌道導(dǎo)體布置結(jié)構(gòu)，包括第一相導(dǎo)體和第二相導(dǎo)體，所述導(dǎo)體被排列成基本上在一個平面內(nèi)以便彼此重疊，并被排列成使得在所述相導(dǎo)體之間存在基本平衡的互耦合。
文檔編號H02J3/06GK103003897SQ201180035293
公開日2013年3月27日 申請日期2011年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月19日
發(fā)明者M·B·布德哈, G·A·考維克, J·T·博伊斯, M·L·卡森 申請人:奧克蘭聯(lián)合服務(wù)有限公司