[发明专利]一种大功率感应电能传输系统的电磁耦合机构

说明书

本发明公开一种大功率感应电能传输系统的电磁耦合机构，其特征在于，包括集成在发射端的单极性线圈L_t1和双极性线圈L_t2，以及与之相隔一段距离集成在接收端的单极性线圈L_r1和双极性线圈L_r2；双极性线圈L_t2和L_r2均包括面积相等极性相反且对称的两个部分，单极性线圈L_t1紧贴于双极性线圈L_t2，单极性线圈L_r1紧贴于双极性线圈L_r2；且上述四个线圈相互平行，各线圈中心点连线所在的直线垂直于线圈平面，各线圈的对称轴相互平行。本发明中双向线圈和单级线圈相互解耦，使线圈更紧凑，缩小了线圈空间，减小了半导体承受应力要求，提高了传输功率，解决了传统的感应电能传输系统中的热耗散快、组件限制、短时间过载的问题。

技术领域

本发明涉及移动设备感应电能传输技术领域，具体为一种大功率感应电能传输系统的电磁耦合机构。

背景技术

自从1840年法拉第发现电磁感应现象以来，感应电能传输技术就一直被人们所关注和研究。在给移动设备(如电力机车，地铁机车，轻轨列车)进行供电时，这种技术可以克服传统的由导线直接接触供电方式的诸如接触火花、不安全裸露、生产和维护成本高、在化工领域易产生爆炸事故等缺点。感应电能传输技术具有巨大的发展潜力。

一般的感应电能传输系统由两部分组成，第一部分是一次侧能量发射系统，它包含直流电源、高频逆变器、谐振器、发射线圈等装置，第二部分是二次侧能量接收系统，它包含负载、整流器、谐振器、接收线圈等装置。它的工作过程为：直流电源输入的直流电经过高频逆变器变为高频交流电，发射线圈的高频交流电通过发射线圈和接收线圈之间的电磁耦合在接收线圈上感应出同频交流电，同频交流电通过整流器变为直流电供给负载，完成能量的非接触式传输。

近年来，随着插电式混合动力车和电动汽车的大力发展，感应电能传输系统以其方便、环保、可靠、安全、使用周期长等优点替代有线电能传输系统，成为了新的发展趋势。目前绝大多数研究者关注感应电能传输的电路拓扑结构，系统效率，控制方法和磁场耦合设计等方面的研究，只有很少研究者关注其大功率传输方面的研究。然而，大功率的感应电能传输系统在公共交通中的需求越来越大，系统所要提供的功率达到上百千瓦甚至更大。

为了增大感应电能传输系统的功率等级有三种主要的方法，第一种方法是通过在发射端并联多个高频逆变器增大发射功率容量，第二种方法是通过增加发射线圈和接收线圈之间的互感提高传输功率，第三种方法是采用多个发射线圈和一个接收线圈的方式提高发射功率。第一种方法由于存在半导体承受应力要求高和易产生循环电流的问题，其可靠性和安全性较低。第二种方法由于受到线圈尺寸限制和大尺寸、大电感线圈容易产生谐振高压的问题往往并不可行。第三种方法存在需要增加额外的电容来抵消多个发射线圈之间的互感和一个接收端难以满足用户电能需求的缺点。因此，设计一个空间紧凑和对半导体承受应力要求低的大功率感应电能传输系统具有巨大的市场前景。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种能够有效缩小线圈空间，提高系统传输功率容量的大功率感应电能传输系统的电磁耦合机构，以解决传统的感应电能传输系统中的热耗散快、组件限制、短时间过载的问题。技术方案如下：

一种大功率感应电能传输系统的电磁耦合机构，其特征在于，包括集成在发射端的单极性线圈L_t1和双极性线圈L_t2，以及与之相隔一段距离集成在接收端的单极性线圈L_r1和双极性线圈L_r2；双极性线圈L_t2和L_r2均包括面积相等极性相反且对称的两个部分，单极性线圈L_t1紧贴于双极性线圈L_t2，单极性线圈L_r1紧贴于双极性线圈L_r2；且上述四个线圈相互平行，各线圈中心点连线所在的直线垂直于线圈平面，各线圈的对称轴相互平行。