分段越区磁耦合机构的制作方法

1.本发明涉及无线电能传输技术领域，具体涉及一种分段越区磁耦合机构。


背景技术：

2.无线电能传输技术，是指在空间中通过磁场与电场等软介质实现电能的非接触传输。无线电能传输技术有别与传统的接触式供电是一种全新的供电模型。无线电能传输技术主要分为六类：磁谐振偶数式、磁感应耦合式、超声无线电能传输式、光电无线电能传输式、微波式、电场式耦合。其中，磁感应耦合式电能传输，是以电磁场近场耦合的方式实现电能近距离传输的无线电能技术。磁感应耦合式技术当前在供电领域应用最广泛也最成熟。
3.在磁感应耦合式技术中，磁耦合机构是通过谐振式电磁感应，实现电能无线传输的核心部件。磁耦合机构可以设计多种线圈形式。传统技术中轨道交通动态无线电能传输系统广泛使用长导轨线圈作为发射线圈。在轨道交通动态无线电能传输系统中，接收线圈跨越分段发射线圈切换时称为分段越区。当接收线圈运行到发射线圈切换位置时，两个发射线圈间的磁场要弱于发射线圈中心位置区域，因此轨道的无线电能传输在发射线圈切换过程中负载端功率会下降。这将造成轨道交通动态无线电能传输系统效率变低、功率脉动冲击、耦合失谐等问题。


技术实现要素：

4.本技术为了解决发射线圈之间磁场下降导致接收线圈功率下降的问题，提供了一种分段越区磁耦合机构。
5.一种分段越区磁耦合机构，包括间隔设置的第一发射线圈和第二发射线圈；补偿线圈，设置于所述第一发射线圈和所述第二发射线圈之间。
6.在一个实施例中，所述第一发射线圈和所述第二发射线圈相互靠近端部位于所述补偿线圈包围形成的区域内。
7.在一个实施例中，所述分段越区磁耦合机构还包括接收线圈与磁芯，所述接收线圈缠绕于所述磁芯；所述第一发射线圈和所述第二发射线圈部分嵌入所述磁芯。
8.在一个实施例中，所述磁芯包括基体和第一凸台，所述第一凸台设置于所述基体的表面，所述接收线圈缠绕于所述第一凸台。
9.在一个实施例中，沿垂直于所述基体至所述第一凸台方向，所述补偿线圈高于所述第一凸台。
10.在一个实施例中，所述第一发射线圈包括分设于所述第一凸台两侧的第一导轨和第二导轨，所述第一导轨的两端与所述第二导轨的两端分别电连接形成闭合线圈；所述第一导轨和所述第二导轨平行设置。
11.在一个实施例中，所述第一导轨包括相对的第一端和第三端，所述第二导轨包括相对的第二端和第四端，所述第一端靠近所述第二端，所述第三端靠近所述第四端，所述第一发射线圈还包括：
12.间隔相对设置的第一连接轨和第二连接轨，所述第一连接轨连接于所述第一端和所述第二端之间，所述第二连接轨连接于所述第三端和所述第四端之间。
13.在一个实施例中，所述第二发射线圈包括分设于所述第一凸台两侧的第三导轨和第四导轨，所述第三导轨的两端与所述第四导轨的两端分别电连接形成闭合线圈；所述第三导轨和所述第四导轨平行设置。
14.在一个实施例中，所述第三导轨包括相对的第六端和第七端，所述第四导轨包括相对的第五端和第八端，所述第五端靠近所述第六端，所述第七端靠近所述第八端，所述第二发射线圈还包括：
15.间隔相对设置的第三连接轨和第四连接轨，所述第三连接轨连接于所述第五端和所述第六端之间，所述第四连接轨连接于所述第七端和所述第八端之间。
16.在一个实施例中，所述第二连接轨和所述第四连接轨位于所述补偿线圈包围形成的区域内。
17.本技术提供的所述分段越区磁耦合机构，在间隔设置的第一发射线圈和第二发射线圈之间，即分段越区供电区域，设置一个补偿线圈。所述补偿线圈填补了第一发射线圈和第二发射线圈之间的磁场低谷，进而能最大程度的减少功率冲击的影响。本技术提供的所述分段越区磁耦合机构可用于轨道交通车辆在动态行驶时的无线电能传输，可有效缓解在分段越区供电区域时发生的功率脉冲、效率降低、耦合失谐等问题，提升轨道交通动态无线电能传输系统的稳定性与效率，能满足千瓦级大功率轨道交通动态无线电能传输系统的供电需求。
附图说明
18.图1是本技术一实施例中分段越区磁耦合机构的结构示意图。
19.图2是本技术另一实施例中分段越区磁耦合机构的结构示意图。
20.图3是本技术一实施例中分段越区磁耦合机构的截面示意图。
21.图4是本技术一实施例中无线电能传输系统运行效果图。
22.图5是本技术一实施例中无线电能传输系统运行效果俯视图。
23.附图标号说明：
24.分段越区磁耦合机构10、接收线圈100、磁芯110、基体111、第一凸台112、第二凸台113、第三凸台114、第一发射线圈120、第一导轨121、第二导轨122、第一端123、第二端124、第一连接轨125、第三端126、第四端127、第二连接轨128、第二发射线圈130、第三导轨131、第四导轨132、第五端133、第六端134、第三连接轨135、第七端136、第八端137、第四连接轨138、空隙140、补偿线圈150。
具体实施方式
25.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术。但是本技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本技术内涵的情况下做类似改进，因此本技术不受下面公开的具体实施的限制。
26.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上
或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
27.本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本技术所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
28.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
29.请参见图1，本技术实施例提供一种分段越区磁耦合机构10。所述分段越区磁耦合机构10包括第一发射线圈120、第二发射线圈130和补偿线圈150。所述第一发射线圈120和所述第二发射线圈130间隔设置。所述补偿线圈150设置于所述第一发射线圈120和所述第二发射线圈130之间。所述第一发射线圈120和所述第二发射线圈130可以为长导型线圈。所述第一发射线圈120和所述第二发射线圈130可以安装在地面或悬空挂起。所述补偿线圈150可以采用d型线圈绕制。所述第一发射线圈120和所述第二发射线圈130之间可以形成空隙140。所述补偿线圈150可以内通高频交流电，补偿所述空隙140损失的空间磁场。
30.本技术实施例提供的所述分段越区磁耦合机构10在间隔设置的所述第一发射线圈120和所述第二发射线圈130之间，即分段越区供电区域，设置所述补偿线圈150。所述补偿线圈150填补了所述第一发射线圈120和所述第二发射线圈130之间的磁场低谷，进而能最大程度的减少功率冲击的影响。本技术实施例提供的所述分段越区磁耦合机构10可用于轨道交通车辆在动态行驶时的无线电能传输，可有效缓解在分段越区供电区域时发生的功率脉冲、效率降低、耦合失谐等问题，提升轨道交通动态无线电能传输系统的稳定性与效率，能满足千瓦级大功率轨道交通动态无线电能传输系统的供电需求。
31.在一个实施例中，所述第一发射线圈120和所述第二发射线圈130相互靠近端部位于所述补偿线圈150包围形成的区域内。所述空隙140处的磁场要弱于所述第一发射线圈120和所述第二发射线圈130的磁场。所述补偿线圈150在所述空隙140处围绕所述第一发射线圈120和所述第二发射线圈130绕制成一个d型线圈。所述补偿线圈150可以填补所述空隙140的磁场低谷，补偿耦合系数的损失，能最大程度的减少功率冲击的影响，提升轨道交通动态无线电能传输系统的稳定性与效率。
32.参见图2，在一个实施例中，所述分段越区磁耦合机构10还包括接收线圈100与磁芯110。所述接收线圈100缠绕于所述磁芯110。所述第一发射线圈120和所述第二发射线圈130部分嵌入所述磁芯110。所述磁芯110可以采用e型磁芯。所述磁芯110可以安装在电车的底部、顶部或侧面。所述磁芯110和所述接收线圈100可以设置于所述电车行进轨道的中间。
所述电车沿所述第一发射线圈120和所述第二发射线圈130行进。
33.所述接收线圈100可以采用在所述磁芯110上绕制多匝线圈而形成。所述磁芯110中可以安装适当磁块增强磁场耦合。所述第一发射线圈120和所述第二发射线圈130之间磁场下降将导致所述接收线圈100功率下降。所述补偿线圈150可以填补所述第一发射线圈120和所述第二发射线圈130之间的磁场低谷，进而弥补所述接收线圈100功率下降造成的低谷。
34.在一个实施例中，所述补偿线圈150通入与所述第一发射线圈120和所述第二发射线圈130同频率的交流电i。交流电i的幅值确定方法为：基于电磁场计算得到所述第一发射线圈120和所述第二发射线圈130之间的磁场波动的幅值δb。为了能够填补磁场波动的低谷δb，基于比奥萨法尔定理可以得到交流电i幅值与磁场波动δb间的关系为：
[0035][0036]
其中μ0为真空磁导率；|r-r
′
|表示场点与原点之间的距离；l'表示为所述第一发射线圈120和所述第二发射线圈130闭合回路；er表示源点到场点的单位矢量。
[0037]
轨道交通动态无线电能传输系统的效率计算所述第一发射线圈120和/或所述第二发射线圈130功率和所述接收线圈100功率需要增加所述补偿线圈150带来的影响。轨道交通动态无线电能传输系统的效率计算公式如下：
[0038][0039]
其中，p1为所述第一发射线圈120和/或所述第二发射线圈130发射功率，p1′
为所述补偿线圈150发射功率，p2为所述第一发射线圈120和/或所述第二发射线圈130传输到所述接收线圈100功率，p2′
为所述补偿线圈150传输到所述接收线圈100功率。
[0040]
参见图3，在一个实施例中，所述磁芯110包括基体111和第一凸台112。所述第一凸台112设置于所述基体111的表面。所述接收线圈100缠绕于所述第一凸台112。所述接收线圈100为多匝。多匝所述接收线圈100增加了所述第一凸台112周围的磁通量。
[0041]
在一个实施例中，沿垂直于所述基体111至所述第一凸台112方向，所述补偿线圈150高于所述第一凸台112。所述补偿线圈150可以位于所述空隙140远离所述基体111方向的最低水平面。
[0042]
在一个实施例中，所述第一发射线圈120包括分设于所述第一凸台112两侧的第一导轨121和第二导轨122。所述第一导轨121的两端与所述第二导轨122的两端分别电连接形成闭合线圈。所述第一发射线圈120为长导型线圈。所述第一导轨121和所述第二导轨122平行设置，便于发射更多的磁通量。
[0043]
在一个实施例中，所述磁芯110还包括相对间隔设置的第二凸台113和第三凸台114。所述第二凸台113和所述第三凸台114设置于所述基体111的表面，且所述第一凸台112间隔设置于所述第二凸台113和所述第三凸台114之间。所述第一凸台112与所述第二凸台113之间形成第一滑道。所述第一凸台112与所述第三凸台114之间形成第二滑道。所述第一导轨121设置于所述第一滑道。所述第二导轨122设置于所述第二滑道。在电车行进时，所述第一导轨121沿所述第一滑道的延伸方向行进，所述第二导轨122沿所述第二滑道的延伸方
向行进。
[0044]
在一个实施例中，所述第一导轨121包括相对的第一端123和第三端126。所述第二导轨122包括相对的第二端124和第四端127。所述第一端123靠近所述第二端124。所述第三端126靠近所述第四端127。所述第一发射线圈120还包括间隔相对设置的第一连接轨125和第二连接轨128。所述第一连接轨125连接于所述第一端123和所述第二端124之间。所述第二连接轨128连接于所述第三端126和所述第四端127之间。
[0045]
沿垂直于所述第一滑道和所述第二滑道方向，所述第一连接轨125和所述第二连接轨128均高于所述第一凸台112。所述第一连接轨125和所述第二连接轨128均高于所述第一凸台112，避免所述第一凸台112阻挡所述第一导轨121和所述第二导轨122分别沿所述第一滑道和所述第二滑道运动。沿垂直于所述第一滑道和所述第二滑道方向，所述补偿线圈150与所述第一连接轨125和所述第二连接轨128在同一高度。所述第一连接轨125和所述第二连接轨128与所述第一导轨121和所述第二导轨122不在同一高度。所述第一连接轨125和所述第二连接轨128背离所述第一导轨121和所述第二导轨122凸起，以便电车运行时所述第一导轨121和所述第二导轨122分别沿所述第一滑道和所述第二滑道运动，所述磁芯110跟随所述电车运动。
[0046]
在一个实施例中，所述第二发射线圈130包括分设于所述第一凸台112两侧的第三导轨131和第四导轨132。所述第三导轨131的两端与所述第四导轨132的两端分别电连接形成闭合线圈。所述第二发射线圈130为长导型线圈。所述第三导轨131和所述第四导轨132平行设置，便于发射更多的磁通量。所述第三导轨131设置于所述第一滑道。所述第四导轨132设置于所述第二滑道。在电车行进时，所述第三导轨131沿所述第一滑道的延伸方向行进，所述第四导轨132沿所述第二滑道的延伸方向行进。
[0047]
在一个实施例中，所述第三导轨131包括相对的第六端134和第七端136。所述第四导轨132包括相对的第五端133和第八端137。所述第五端133靠近所述第六端134。所述第七端136靠近所述第八端137。所述第二发射线圈130还包括间隔相对设置的第三连接轨135和第四连接轨138。所述第三连接轨135连接于所述第五端133和所述第六端134之间。所述第四连接轨138连接于所述第七端136和所述第八端137之间。
[0048]
沿垂直于所述第一滑道和所述第二滑道方向，所述第三连接轨135和所述第四连接轨138均高于所述第一凸台112。所述第三连接轨135和所述第四连接轨138均高于所述第一凸台112，避免所述第一凸台112阻挡所述第三导轨131和所述第四导轨132分别沿所述第一滑道和所述第二滑道运动。沿垂直于所述第一滑道和所述第二滑道方向，所述补偿线圈150与所述第三连接轨135和所述第四连接轨138在同一高度。所述第三连接轨135和所述第四连接轨138与所述第三导轨131和所述第四导轨132不在同一高度。所述第三连接轨135和所述第四连接轨138背离所述第三导轨131和所述第四导轨132凸起，以便电车运行时所述第三导轨131和所述第四导轨132分别沿所述第一滑道和所述第二滑道运动，所述磁芯110跟随所述电车运动。
[0049]
沿垂直于所述第一滑道和所述第二滑道方向，所述第一连接轨125、所述第二连接轨128、所述第三连接轨135、所述第四连接轨138和所述补偿线圈150在同一高度。
[0050]
在一个实施例中，所述第二连接轨128和所述第四连接轨138位于所述补偿线圈150包围形成的区域内。在所述第二连接轨128和所述第四连接轨138周围缠绕d型线圈即为
所述补偿线圈150。所述补偿线圈150内通高频交流电，补偿电车行进时在经过所述空隙140时损失的空间磁场。
[0051]
参见图4和图5，在一个实施例中，可以在电车底部安装多个所述磁芯110。在轨道交通动态无线电能传输系统运行时，所述第一导轨121/第三导轨131和所述第二导轨122/所述第四导轨132分别沿所述第一滑道和所述第二滑道运动，以使所述电车向前行进。所述电车向前行进，所述磁芯110在经过所述第一发射线圈120和所述第二发射线圈130之间时，所述空隙140的磁场较弱，造成所述接收线圈100的功率下降。此时，所述补偿线圈150可以填补所述空隙140的磁场低谷，进而弥补所述接收线圈100功率下降造成的低谷。所述补偿线圈150使得多个所述接收线圈100在经过所述空隙140(即分段越区供电区域)时，补偿耦合系数的损失，能最大程度的减少功率冲击的影响，提升轨道交通动态无线电能传输系统的稳定性与效率。
[0052]
本实施例所提供的所述分段越区磁耦合机构10可以适用于面向千瓦级大功率的供电需求的轨道交通动态无线电能传输系统。所述补偿线圈150可以补偿耦合系数的引起的功率损失。所述分段越区磁耦合机构10可以在所述接收线圈100通过所述空隙140(即分段越区供电区域)时，补偿耦合系数的损失，减少功率脉冲，提升所述轨道交通动态无线电能传输系统效率与稳定性。
[0053]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0054]
以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。