專利名稱：一種級(jí)聯(lián)型非接觸式供電系統(tǒng)和移動(dòng)受電體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新能源技術(shù)，特別是為電力或混合動(dòng)力移動(dòng)體提供非接觸式電力供應(yīng)系統(tǒng)，尤其涉及一種級(jí)聯(lián)型非接觸式供電系統(tǒng)和移動(dòng)受電體。
背景技術(shù)：
低碳社會(huì)的構(gòu)建，催生了人們對(duì)高速列車、電動(dòng)汽車等電動(dòng)移動(dòng)體的極大需求。目前，電動(dòng)移動(dòng)體主要采取一，通過接觸網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)電力機(jī)車進(jìn)行持續(xù)電力供應(yīng)；二，利用蓄電池來對(duì)小型電動(dòng)汽車實(shí)現(xiàn)階段性電力供應(yīng)。然而，電力接觸網(wǎng)線路繁多、技術(shù)復(fù)雜、造價(jià)昂貴，且在惡劣的天氣條件下極易發(fā)生故障；生產(chǎn)過多的化學(xué)蓄電池，也是對(duì)自然環(huán)境的潛在威脅。若能采用非接觸(或無(wú)線)的形式為電動(dòng)移動(dòng)體進(jìn)行供電，則可有效避免上述問題。 無(wú)線供電裝置可以分輻射型和非輻射型兩大類。輻射型無(wú)線供電裝置通過發(fā)射天線將交流電波輻射到自由空間中，再通過接收天線將自由空間中特定頻率的電磁波加以收集。非輻射型無(wú)線供電裝置通過近場(chǎng)耦合的方式，利用交流電場(chǎng)或者交流磁場(chǎng)的電磁感應(yīng)原理來實(shí)現(xiàn)電能的短距離高效傳送。對(duì)于近距離的非接觸式供電，若綜合考慮供電距離、復(fù)雜環(huán)境和供電系統(tǒng)對(duì)外界的影響，交流磁場(chǎng)耦合是無(wú)線供電的首選方案。目前人們提出的非接觸式供電方案，多數(shù)采用成對(duì)的共振磁耦合線圈來傳送電能；為實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)移動(dòng)體進(jìn)行供電，人們提出在電動(dòng)移動(dòng)體行進(jìn)的道路路基下方或道路兩旁每間隔一段距離安置一個(gè)磁耦合線圈，以便在電動(dòng)移動(dòng)體經(jīng)過該處時(shí)可被無(wú)線地供電。然而，在這種供電方案中，道路上每個(gè)磁耦合線圈處都需要安置一個(gè)高性能的高頻電源，造成供電系統(tǒng)很高的構(gòu)建和維護(hù)成本；另外，移動(dòng)體處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，其與供電線圈之間的耦合系數(shù)不能一直保持較高，因此供電效率受到很大影響；同樣由于這一原因，移動(dòng)體處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，很難保持其供電電力穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種級(jí)聯(lián)型非接觸式供電系統(tǒng)和移動(dòng)受電體。所述的供電系統(tǒng)包括電源電路、多個(gè)級(jí)聯(lián)段電路、終端電路。其中電源電路包括一個(gè)高頻電源和一個(gè)電源匹配，級(jí)聯(lián)段電路包括供電磁耦合段與阻抗變換電路，所述電源電路的電源匹配輸出端串接所述級(jí)聯(lián)段電路的供電磁耦合段，再依次串接多個(gè)所述的級(jí)聯(lián)段電路，并將末端級(jí)聯(lián)段電路的阻抗匹配端接終端電路，高頻電源通過電源匹配給整個(gè)系統(tǒng)提供電能，電源匹配還檢測(cè)后級(jí)電路的反射系數(shù)保持其輸出電流穩(wěn)定。所述的移動(dòng)受電體，包括受電磁耦合段、整流穩(wěn)壓電路、充電電池和用電單元，受電磁耦合段與整流穩(wěn)壓電路連接，整流穩(wěn)壓電路分別與用電單元與充電電路連接，其可以在沿供電系統(tǒng)的級(jí)聯(lián)方向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，以磁耦合的形式獲得供電系統(tǒng)提供的持續(xù)的交流電力。
所述受電磁耦合段包含線圈結(jié)構(gòu)，可通過供電系統(tǒng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)感應(yīng)出交流電壓；整流穩(wěn)壓部將受電磁耦合段輸出的感應(yīng)電壓進(jìn)行整流并穩(wěn)定輸出；充電電池在所述受電磁耦合段無(wú)輸出電壓或故障時(shí)，為用電單元提供臨時(shí)電力供應(yīng)；充電電池在所述受電磁耦合段正常輸出交流電壓時(shí)，可通過整流穩(wěn)壓輸出電壓進(jìn)行充電。所述的移動(dòng)受電體可單個(gè)工作，亦可將多個(gè)移動(dòng)受電體加以組合，成為移動(dòng)受電組。本發(fā)明具有的有益的效果是在移動(dòng)受電體沿級(jí)聯(lián)型供電系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)過程中，可通過非接觸的方式獲得持續(xù)和穩(wěn)定的電力供應(yīng)；通過此供電方法，交流供電效率可高達(dá)90%，且受移動(dòng)受電體的運(yùn)動(dòng)速度和用電負(fù)載變化影響不敏感；可大量減少高性能高頻電源的使用，降低供電系統(tǒng)的構(gòu)造和維護(hù)成本；移動(dòng)受電體可單個(gè)工作，亦可將多個(gè)移動(dòng)受電體加以組合，成為移動(dòng)受電組。


圖I是級(jí)聯(lián)型非接觸式供電系統(tǒng)與受電移動(dòng)體的結(jié)構(gòu)的 圖2是采用傳輸線的非接觸高效無(wú)線供電系統(tǒng)和受電移動(dòng)體的 圖3是平行雙線型供電磁耦合段的 圖4是采用集中式元件搭建延遲型阻抗變換電路的 圖5是采用平行雙線供電磁耦合段組合延遲型阻抗變換的交流電波的 圖6是采用集中式元件搭建補(bǔ)償型阻抗變換電路的 圖7是采用平行雙線供電磁耦合段組合補(bǔ)償型阻抗變換的交流電波的 圖8是采用集中式元件搭建終端電路的圖。
具體實(shí)施例方式下面，關(guān)于本發(fā)明的實(shí)施方式將參照附圖給予詳細(xì)說明。圖I的框圖示出本發(fā)明的一個(gè)方式的非接觸式供電系統(tǒng)作為供電部件及一個(gè)方式的移動(dòng)受電體作為受電部件和所述供電部件與受電部件的結(jié)構(gòu)關(guān)系為一例。圖I中的框圖，采用方框的形式將不同部件的電氣功能進(jìn)行清晰劃分，但實(shí)際上的結(jié)構(gòu)要素難以按照其功能進(jìn)行完全劃分，且一個(gè)結(jié)構(gòu)要素可能涉及多個(gè)電氣功能。在圖I中，本發(fā)明一種級(jí)聯(lián)型非接觸式供電系統(tǒng)和移動(dòng)受電體，所述的供電系統(tǒng)包括電源電路、多個(gè)級(jí)聯(lián)段電路、終端電路。其中電源電路包括一個(gè)高頻電源和一個(gè)電源匹配，級(jí)聯(lián)段電路包括供電磁耦合段與阻抗變換電路，所述電源電路的電源匹配輸出端串接所述級(jí)聯(lián)段電路的供電磁耦合段，再依次串接多個(gè)所述的級(jí)聯(lián)段電路，并將末端級(jí)聯(lián)段電路的阻抗匹配端接終端電路，高頻電源通過電源匹配給整個(gè)系統(tǒng)提供電能，電源匹配還檢測(cè)后級(jí)電路的反射系數(shù)保持其輸出電流穩(wěn)定。所述的移動(dòng)受電體，包括受電磁耦合段、整流穩(wěn)壓電路、充電電池和用電單元，受電磁耦合段與整流穩(wěn)壓電路連接，整流穩(wěn)壓電路分別與用電單元與充電電路連接，其可以在沿供電系統(tǒng)的級(jí)聯(lián)方向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，以磁耦合的形式獲得供電系統(tǒng)提供的持續(xù)的交流電力。工作中，高頻電源產(chǎn)生單頻交流電；電源匹配單元將偵測(cè)后級(jí)單元的負(fù)載狀況，將負(fù)載狀況反饋至高頻電源，并使輸出電流穩(wěn)定；供電磁耦合段產(chǎn)生交流磁場(chǎng)，但抑制交流電磁能的對(duì)外輻射；阻抗變換則將補(bǔ)償供電磁耦合段對(duì)交流電流所產(chǎn)生的相位偏移，使各個(gè)供電磁耦合段的電流具有一致的相位；終端電路將供電部件末端做虛阻化處理，防止供電系統(tǒng)無(wú)限制消耗交流實(shí)功；所述移動(dòng)受電體中，受電磁耦合段通過供電磁耦合段產(chǎn)生的交流磁場(chǎng)產(chǎn)生交流感應(yīng)電壓；所述移動(dòng)受電體中，整流穩(wěn)壓電路將受電磁耦合段產(chǎn)生的交流感應(yīng)電壓進(jìn)行整流與穩(wěn)壓處理，并給移動(dòng)受電體中的充電電池進(jìn)行充電；所述移動(dòng)受電體中，在受電磁稱合段無(wú)交流電壓輸出時(shí)，充電電池臨時(shí)為移動(dòng)受電體提供電力供應(yīng)。工作中，移動(dòng)受電體在沿供電系統(tǒng)級(jí)聯(lián)段電路的線路方向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述受電磁耦合段輸出的感應(yīng)交流電與所述供電系統(tǒng)提供的交流電之間有一定多普勒頻偏。所述受電磁耦合段，作為一種磁感應(yīng)部件，其品質(zhì)因數(shù)應(yīng)保持在一定的低值水平，以保證感應(yīng)的交流電頻率具有最大多普勒偏移時(shí)，整體供電效率保持在一個(gè)較高的水平；或者，所述受電磁耦合段可包含自適應(yīng)電路模塊，可隨多普勒頻偏自動(dòng)調(diào)節(jié)其自身的諧振頻率。在工作頻帶內(nèi)，所述受電磁耦合段電路中的虛阻抗絕對(duì)值小于其實(shí)阻抗絕對(duì)值的十分之一。·
圖2示出了采用平行雙線傳輸線為基礎(chǔ)構(gòu)建所述非接觸式供電系統(tǒng)，采用磁感應(yīng)線圈構(gòu)建所述移動(dòng)受電體受電磁耦合段的圖。采用優(yōu)良導(dǎo)線制作平行雙線型傳輸線，根據(jù)該傳輸線上的電波波長(zhǎng)，將該段傳輸線的長(zhǎng)度限制為不長(zhǎng)于電波波長(zhǎng)的1/10，成為所述供電系統(tǒng)的供電磁耦合段，如圖3所示。根據(jù)圖3所示的傳輸線的特征阻抗和其等效電路模型，利用集中式電感電容搭建與之阻抗匹配的延遲型阻抗變換電路，如圖4所示；該阻抗變換與上述供電磁耦合段進(jìn)行串接組合，在電氣上構(gòu)成一個(gè)駐波周期，如圖5所示。根據(jù)圖3所示的傳輸線的特征阻抗和其等效電路模型，利用集中式電感電容搭建與之阻抗匹配的補(bǔ)償型阻抗變換電路，如圖6所示；該阻抗變換與上述供電磁耦合段進(jìn)行串接組合，在電氣上進(jìn)行相位補(bǔ)償，如圖7所示。根據(jù)圖3所示的傳輸線的特征阻抗和其等效電路模型，利用集中式電感電容搭建與之阻抗匹配的虛阻化終端電路，如圖8所示。上述虛阻化終端電路將開路終端變換到短路終夂而。上述供電磁耦合段與上述延遲型阻抗變換連接，或者與上述補(bǔ)償型阻抗變換連接，成為供電系統(tǒng)的級(jí)聯(lián)段電路；多個(gè)級(jí)聯(lián)段電路周期性地串接，一端連接電源電路，另一端連接終端電路，共同組成非接觸式的供電系統(tǒng)。采用良導(dǎo)體制作磁感應(yīng)線圈，在線圈接頭處串接電容器件成為線圈回路；一個(gè)或多個(gè)上述線圈回路平行放置，成為移動(dòng)受電體的受電磁耦合段；將上述受電磁耦合段與整流穩(wěn)壓電路相連；上述用電單元與整流穩(wěn)壓電路相連；上述充電電池也與整流穩(wěn)壓電路相連。將上述受電磁耦合段的線圈平行于上述供電系統(tǒng)中供電磁耦合段的平行雙線傳輸線平面放置，且線圈軸心與傳輸線的中心重合，兩者間距不超過線圈特征尺寸的1/10，構(gòu)成整體的無(wú)線供電系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)高的供電效率，級(jí)聯(lián)的供電系統(tǒng)終端需進(jìn)行無(wú)功化處理；上述供電系統(tǒng)中供電磁耦合段的傳輸線平面與上述移動(dòng)受電體中受電磁耦合段的線圈平面之間距離一般應(yīng)小于線圈最大尺寸的1/10 ;移動(dòng)受電體的受電磁耦合結(jié)構(gòu)可通過調(diào)節(jié)其電容和負(fù)載，來實(shí)現(xiàn)供電效率的優(yōu)化。上述供電系統(tǒng)中，由傳輸線構(gòu)成的供電磁I禹合段向外提供磁場(chǎng)，電氣上表現(xiàn)為二端口網(wǎng)絡(luò)；除了本實(shí)施采用的平行雙線傳輸線，任何可對(duì)外產(chǎn)生磁場(chǎng)的無(wú)損或低損二端口網(wǎng)絡(luò)均可被用來構(gòu)造供電磁耦合段。

上述供電系統(tǒng)中的供電磁耦合段與上述移動(dòng)受電體中的受電磁耦合段，發(fā)生磁耦合的傳輸線與線圈平面之間也可為非平行關(guān)系。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡是根據(jù)本發(fā)明實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于權(quán)利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種級(jí)聯(lián)型非接觸式供電系統(tǒng)和移動(dòng)受電體，其特征在于所述的供電系統(tǒng)包括電源電路、多個(gè)級(jí)聯(lián)段電路、終端電路，其中電源電路包括一個(gè)高頻電源和一個(gè)電源匹配，級(jí)聯(lián)段電路包括供電磁耦合段與阻抗變換電路，所述電源電路的電源匹配輸出端串接所述級(jí)聯(lián)段電路的供電磁耦合段，再依次串接多個(gè)所述的級(jí)聯(lián)段電路，并將末端級(jí)聯(lián)段電路的阻抗匹配端接終端電路,高頻電源通過電源匹配給整個(gè)系統(tǒng)提供電能，電源匹配還檢測(cè)后級(jí)電路的反射系數(shù)保持其輸出電流穩(wěn)定。
2.一種級(jí)聯(lián)型非接觸式供電系統(tǒng)的移動(dòng)受電體，包括受電磁耦合段、整流穩(wěn)壓電路、充電電池和用電單元，受電磁耦合段與整流穩(wěn)壓電路連接，整流穩(wěn)壓電路分別與用電單元與充電電路連接，其可以在沿供電系統(tǒng)的級(jí)聯(lián)方向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，以磁耦合的形式獲得供電系統(tǒng)提供的持續(xù)的交流電力。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種級(jí)聯(lián)型非接觸式供電系統(tǒng)的移動(dòng)受電體，其特征在于所述的移動(dòng)受電體可單個(gè)工作，亦可將多個(gè)移動(dòng)受電體加以組合。
全文摘要
本發(fā)明一種級(jí)聯(lián)型非接觸式供電系統(tǒng)和移動(dòng)受電體。供電系統(tǒng)包括電源電路、多個(gè)級(jí)聯(lián)段電路、終端電路。其中電源電路包括一個(gè)高頻電源和一個(gè)電源匹配，級(jí)聯(lián)段電路包括供電磁耦合段與阻抗變換電路，所述電源電路的電源匹配輸出端串接所述級(jí)聯(lián)段電路的供電磁耦合段，再依次串接多個(gè)所述的級(jí)聯(lián)段電路，并將末端級(jí)聯(lián)段電路的阻抗匹配端接終端電路。移動(dòng)受電體，包括受電磁耦合段、整流穩(wěn)壓電路、充電電池和用電單元，受電磁耦合段與整流穩(wěn)壓電路連接，整流穩(wěn)壓電路分別與用電單元與充電電路連接。本發(fā)明的交流供電效率可高達(dá)90%,且受移動(dòng)受電體的運(yùn)動(dòng)速度和用電負(fù)載變化影響不敏感；可大量減少高性能高頻電源的使用，降低供電系統(tǒng)的構(gòu)造和維護(hù)成本。
文檔編號(hào)H02J7/02GK102882287SQ20121036582
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)明者彭亮 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)