CN108448738B - 一种三相感应式无线电能传输***的电磁耦合机构 - Google Patents
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Abstract
一种三相感应式无线电能传输***的电磁耦合机构,属于电磁耦合机构。包括原边能量发射部分与副边能量拾取部分,原边能量发射部分和副边能量拾取部分相对设置且相互平行;原边能量发射部分和副边能量拾取部分均为四层结构,具体为磁芯层、A相线圈层、B相线圈层与C相线圈层,磁芯层是由结构尺寸相同的一组铁氧体条组成的网格结构,A相线圈层与B相线圈层均是由两个结构尺寸相同的矩形线圈组成,而且A相线圈层与B相线圈层正交叠放,C相线圈层是一个矩形线圈且放置在A相线圈层与B相线圈层的正上方。优点:该电磁耦合机构能够使三相感应式无线电能传输***中的A相、B相、C相之间无交叉耦合,大大简化了整个***的设计。
Description
技术领域
本发明涉及一种电磁耦合机构,特别是一种三相感应式无线电能传输***的电磁耦合机构。
背景技术
无线电能传输技术(Wireless Power Transfer,简称WPT)最早诞生于十九世纪的美国,其是一种借助空间无形软介质(如磁场、电场、激光、微波等),实现电能由源设备传递至受电设备的全新电能接入模式。该技术实现供受电设备之间电气隔离,因此从根本上杜绝了传统有线供电模式带来的器件磨损、接触不良、接触火花等问题,是一种洁净、安全、灵活的新型供电模式,被美国《技术评论》杂志评选为未来十大科研方向之一。
目前对感应耦合电能传输技术(Inductive Coupled Power Transfer,ICPT)的研究主要集中在单相ICPT***,然而对于应用在大功率无线供电的场合单相ICPT***存在传输功率较小、输出纹波较大等不足,相比于单相ICPT***,三相ICPT***具有传输功率大、三相整流输入、输出纹波小的优势,然而,由于三相ICPT***磁路机构复杂、***阶数高、多线圈交叉耦合等问题,仍存在大量的技术难题需要解决。因此三相ICPT技术仍处于缓慢的理论研究阶段。
目前国内外学者针对三相ICPT***也进行了一定的研究,但是由于三相ICPT***中原边发射端与副边拾取端各包括三个线圈,使得整个***中存在15种耦合系数,其中有效耦合系数为3种,而其余12种交叉耦合系数的存在使得整个***阶数增高,从而大大增加了三相感应式无线电能传输***建模分析的难度。在文章“A three-phase bi-directional IPT system for contactless charging of electric vehicles”中为简化分析其所提出的三相ICPT***,并没有考虑***中存在的交叉耦合系数的存在,但是在该文章中并未给出与此相对应的电磁耦合机构模型;文章“Aligned three-thase inductivecoupled structure applied to contactless charging paddle system for electricvehicles”提出一种三相ICPT***的电磁耦合机构,但是该电磁耦合机构中15中耦合系数均存在,包括有效耦合系数与交叉耦合系数,使得***的建模分析工作量大大增加,同时由于交叉耦合系数的存在,使得电磁耦合机构的三相之间存在耦合关系,因此造成该电磁耦合机构在设计时较为复杂。
发明内容
本发明的目的是要克服现有技术中的不足处,提供一种三相感应式无线电能传输***的电磁耦合机构,解决现有三相感应式无线电能传输***建模分析难度大的问题。
为实现上述目的,本发明的技术方案是:三相感应式无线电能传输***的电磁耦合机构,包括原边能量发射部分与副边能量拾取部分,原边能量发射部分和副边能量拾取部分相对设置且相互平行;原边能量发射部分和副边能量拾取部分均为四层结构,具体为磁芯层、A相线圈层、B相线圈层与C相线圈层,磁芯层是由结构尺寸相同的一组铁氧体条组成的网格结构,A相线圈层与B相线圈层均是由两个结构尺寸相同的矩形线圈组成,而且A相线圈层与B相线圈层正交叠放,C相线圈层是一个矩形线圈且放置在A相线圈层与B相线圈层的正上方。
优选的,所述磁芯层的铁氧体条纵横交叉排列,形成中心对称结构,网格均匀分布,磁芯层、A相线圈层、B相线圈层与C相线圈层中心对齐放置。
优选的,原边能量发射部分和副边能量拾取部分的结构尺寸相同,A相线圈层与B相线圈层的结构尺寸相同,而C相线圈层是一个矩形线圈。
有益效果,由于采用了上述方案,三相感应式无线电能传输***的电磁耦合机构,该电磁耦合机构可以消除三相ICPT***中存在的交叉耦合系数,使其只存在有效耦合系数,可以把三相ICPT***简化为单相ICPT***,从而可以大大简化三相ICPT***的建模分析。对于两个线圈,如果其之间存在耦合互感,从本质上来讲是两个线圈之间存在耦合磁通。本发明提出的电磁耦合机构,从其磁通分布来讲使得三相感应式无线电能传输***中,只存在A相原边线圈与A相副边线圈的有效耦合系数、B相原边线圈与B相副边线圈的有效耦合系数、C相原边线圈与C相副边线圈的有效耦合系数此3种有效耦合系数,其他12个交叉耦合系数均不存在,相比于现有的三相电磁耦合机构,可以大大降低***设计的复杂程度,并同时可以增加三相感应式无线电能传输***的传输功率与传输效率。解决了现有三相感应式无线电能传输***建模分析难度大的问题,达到了本发明的目的。
优点:该电磁耦合机构能够使三相感应式无线电能传输***中的A相、B相、C相之间无交叉耦合,大大简化了整个***的设计,并同时增加了三相感应式无线电能传输***的传输功率与传输效率。
附图说明
图1为本发明三相感应式无线电能传输***主电路拓扑结构示意图。
图2为本发明实施例1的结构示意图。
图3(a)为本发明实施例1中原边能量发射部分的A相绕线方式。
图3(b)为本发明实施例1中原边能量发射部分的B相绕线方式。
图3(c)为本发明实施例1中原边能量发射部分的C相绕线方式。
图4(a)为本发明实施例1中所述的电磁耦合机构的铁氧体磁芯层结构示意图。
图4(b)为本发明图4(a)磁芯层铁氧体结构75%体积的铁氧体磁芯层结构示意图。
图5(a)为本发明实施例1中电磁耦合机构中关键参数的示意图。
图5(b)为本发明实施例1中电磁耦合机构的侧视图。
具体实施方式
本发明的电磁耦合机构,包括原边能量发射部分与副边能量拾取部分,原边能量发射部分和副边能量拾取部分相对设置且相互平行;原边能量发射部分和副边能量拾取部分均为四层结构,具体为磁芯层、A相线圈层、B相线圈层与C相线圈层,磁芯层是由结构尺寸相同的一组铁氧体条组成的网格结构,A相线圈层与B相线圈层均是由两个结构尺寸相同的矩形线圈组成,而且A相线圈层与B相线圈层正交叠放,C相线圈层是一个矩形线圈且放置在A相线圈层与B相线圈层的正上方。
优选的,所述磁芯层的铁氧体条纵横交叉排列,形成中心对称结构,网格均匀分布,磁芯层、A相线圈层、B相线圈层与C相线圈层中心对齐放置。
优选的,原边能量发射部分和副边能量拾取部分的结构尺寸相同,A相线圈层与B相线圈层的结构尺寸相同,而C相线圈层是一个矩形线圈。
下面结合附图中的实施例对本发明作更进一步的说明:
如图1所示为三相感应式无线电能传输***主电路拓扑,如图2所示为实施例1的结构图,包括:原边能量发射部分和副边能量拾取部分:其中,原边能量发射部分包括原边磁芯层101、A相原边能量发射线圈102、B相原边能量发射线圈103与C相原边能量发射线圈104,C相原边能量发射线圈104放置在B相原边能量发射线圈103上方,B相原边能量发射线圈103放置在A相原边能量发射线圈102的上方;副边能量拾取部分包括副边磁芯层201、A相副边能量拾取线圈202、B相副边能量拾取线圈203与C相副边能量拾取线圈204,C相副边能量拾取线圈204放置在B相副边能量拾取线圈203上方,B相副边能量拾取线圈203放置在A相副边能量拾取线圈202的上方。
原边发射端与副边拾取端中A、B、C相的线圈的缠绕方式分别如图3(a)、3(b)、3(c)所示,A相原边能量发射线圈与B相原边能量发射线圈均是由两个矩形线圈组成且A相原边能量发射线圈与B相原边能量发射线圈正交叠放,C相原边能量发射线圈为单一的矩形线圈;A相副边能量拾取线圈与B相副边能量拾取线圈也均是由两个矩形线圈组成且A相副边能量拾取线圈与B相副边能量拾取线圈正交叠放,C相副边能量拾取线圈也为单一的矩形线圈,原副边线圈均是由利兹线绕制而成。
三相感应式无线电能传输***中电磁耦合机构的磁芯层的结构有两种形式如图4表示,图4(a)所示的磁芯层铁氧体结构,铁氧体块的尺寸为720×720×30mm,原副边所用的铁氧体的体积是31104cm3,A相有效耦合系数k是0.33、B相有效耦合系数k是0.33、C相有效耦合系数k是0.24;图4(b)所示的磁芯层铁氧体结构,铁氧体条尺寸为720×30×30mm,原副边所用的铁氧体的体积是23328cm3,A相有效耦合系数k是0.32、B相有效耦合系数k是0.32、C相有效耦合系数k是0.24。图4(b)的磁芯层铁氧体结构所用的体积是图4(a)所示的磁芯层铁氧体结构的75%,而且耦合系数也相差不大,所以选择图4(b)作为本发明的磁路耦合机构的铁氧体磁芯层结构。
实施例1中的三相感应式无线电能传输***电磁耦合机构的原边能量发射部分与副边能量拾取部分的结构相同,绕线方式也相同。以原边能量发射部分为例,其关键的结构参数如图5所示:由原边磁芯101与A相原边能量发射线圈102、B相原边能量发射线圈103及C相原边能量发射线圈组成,整体结构呈中心对称。A相原边能量发射线圈102与B相原边能量发射线圈103正交叠放,C相原边线圈层104是一个矩形线圈且放置在A相原边线圈层102与B相原边线圈层103的正上方,整个原边发射部分呈中心对齐结构。原边磁芯层101和副边磁芯层201均是由铁氧体条纵横交叉均匀排列组成,原边磁芯层101和副边磁芯层201整体呈中心对称。组成原边磁芯层101和副边磁芯层201的铁氧体条的长度分别与原边线圈和副边线圈的内轮廓长度相等。
表1反映的是实施例1中原副边线圈之间的耦合系数,共有15个耦合系数值,通过表1的各项数据可以看出在实施例1中的三相感应式无线电能传输***电磁耦合机构中,A相有效耦合系数k是0.324、B相有效耦合系数k是0.325、C相有效耦合系数k是0.235,交叉耦合系数与有效耦合系数相比均至少相差2个数量级以上,可以忽略不计。因此本发明的电磁耦合机构能消除三相感应式无线电能传输***中交叉耦合的影响。
表1
Claims (2)
1.一种三相感应式无线电能传输***的电磁耦合机构,其特征在于:它包括原边能量发射部分与副边能量拾取部分,所述原边能量发射部分和副边能量拾取部分相对设置且相互平行;原边能量发射部分和副边能量拾取部分均为四层结构,具体为磁芯层、A相线圈层、B相线圈层与C相线圈层,磁芯层是由结构尺寸相同的一组铁氧体条组成的网格结构,A相线圈层与B相线圈层均是由两个结构尺寸相同的矩形线圈组成,而且A相线圈层与B相线圈层正交叠放,C相线圈层为一个矩形线圈,且放置在A相线圈层与B相线圈层的正上方;
所述磁芯层的铁氧体条纵横交叉排列,形成中心对称结构,网格均匀分布,磁芯层、A相线圈层、B相线圈层与C相线圈层中心对齐放置。
2.根据权利要求1所述的三相感应式无线电能传输***的电磁耦合机构,其特征在于:所述原边能量发射部分和副边能量拾取部分的结构尺寸相同,A相线圈层与B相线圈层的结构尺寸相同,而C相线圈层是一个矩形线圈。
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104380567A (zh) * | 2012-02-16 | 2015-02-25 | 奥克兰联合服务有限公司 | 多线圈通量衬垫 |
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---|---|---|---|---|
CN104380567A (zh) * | 2012-02-16 | 2015-02-25 | 奥克兰联合服务有限公司 | 多线圈通量衬垫 |
CN104600874A (zh) * | 2015-01-30 | 2015-05-06 | 哈尔滨工业大学 | 应用于无线电能传输***的三层三相对称式线圈 |
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