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道路供電電動車輛系統的製作方法

2023-07-20 11:46:41 4

專利名稱:道路供電電動車輛系統的製作方法
技術領域:
本發明涉及用於向電動車輛傳遞感應電力的系統。本發明具有用於從車輛所行進的車輛行駛表面(如道路)向電動車輛供電的特定應用。
背景技術:
沿道路向移動車輛感應地供電的問題已經討論了許多年,以解決與純電動車輛(EV)(即,僅依靠電能的電動車輛)相關聯的路程擔憂。用於在車輛行進的同時連續或至少足夠經常地提供電力的能力具有許多益處。這些益處包括最小化車載能量存儲和車輛重量;和消除在可用電源消散(dispersed)時所需並且僅在EV電源較低時使用的長充電時間。從道路感應地向電動車輛充電或供電以前已經在論文公布中提出過。所提出的用於提供一種道路供電電動車輛(RPEV)系統的解決方案討論了這樣的手段,通過該手段,道路的小部分包括嵌入式感應環路,其可以在確定需要充電的車輛被確定處於鄰近時被激勵。這消除了用於向公路的大部分供電的需要並且增加了該系統的效率。在所有情況下,許多感應環路沿公路隔開,但它們直接連接至典型地按I-IOkHz的頻率操作的電源。每一個感應環路在檢測到車輛處於鄰近時通過直接切換裝置選擇性地被激勵。車輛上的車載感應接收器沿公路的方向是細長的並且在車輛移動時被正常地控制成與公路緊密鄰近。例如,美國專利4331225和4836344描述了這樣的手段,通過該手段,電化學電池可以隨著車輛沿感應公路行進而進行充電。在美國專利4836344中,使用可控制繼電器接通和斷開公路發送器模塊的長度大約3m的部分,以隨著車輛沿道路表面移動而向該車輛遞送電力。這些感應道路模塊是細長的,沿道路的方向縱向地取向,並且沿道路的中央首尾相連地放置。針對車輛的電力控制在需要時簡單地通過臨時切斷道路電力模塊而由道路側制定。同一作者的美國專利4331225描述了這樣的手段,通過該手段,降低希望車輛接收器,以確保車輛拾取接收器與道路感應軌道之間的氣隙在操作期間儘可能小,同時還採用電容器切換裝置,以修改拾取調諧,以補償(並由此調節被補償接收線圈的輸出電壓)驅動期間的任何磁阻變化。在美國專利5207304中,Lechner描述了針對道路發送器線圈和車輛上的車載接收器兩者的磁結構的改進。建議U和W形磁芯。描述了可變可切換補償電容器,以使實現針對電池的電力控制和調節。在美國專利5311973中,Tseng描述了添加無線電通信以控制切換初級線圈和傳感器,來幫助沿感應環路引導車輛。而且,還描述了與特定車輛識別和記帳的手段有關的信
肩、O 美國專利5821728描述了組合根據早先專利公報的上述部件中的許多部件的系統。而且,該系統需要將車輛上的拾取接收器降低,以從具有沿道路中心線的感應耦合帶的道路取得電力。在美國專利6879889中,提出了一種快速充電系統,該快速充電系統依靠諸如電化學電池(EMB)的快速充電能量存儲裝置。結果,提出了沿道路中央縱向放置的感應發送器模塊集群(每一個都具有約略3m乘65cm的單一細長平坦扁平狀線圈),其僅需要安裝在小於10%的公路中。為了有效,這些電力發送器需要相對高的充電速率(當EV在發送器模塊上方運動的同時,向其連續遞送100KW-140KW的最小電力傳遞)。為了改進在EV沿公路運動時道路發送器模塊與接收器線圈之間的耦合,建議了一種可調節車輛高度(ride-height)懸掛和對準裝置。為了開進車庫和/或沿路旁/在有光線或其它便利地點停下來,高充電率需要將拾取器降低至接近零氣隙。假定要在橫向IOOmm內停車,但提出了一種用於將接收線圈調節至沿橫向方向的10mm-20mm內的機構。在這種靜止充電下,建議了用於加熱道路以確保堆積的雪或冰不阻礙拾取器降低機構正確地操作的手段。該方案需要嵌入在道路中的加熱部件,其每一個都可以佔取差不多10%的遞送電力。還描述了用於 數據和記帳的通信裝置。目的本發明的一個目的是,提供一種改進的道路供電電動車輛系統,或者用於與這種系統一起使用的車輛或道路。另選的是,其目的是,提供一種針對先前道路供電電動車輛提議的有用另選例。

發明內容
在本說明書中,描述了用於RPEV系統的解決方案,其中,利用沿公路隔開的單相發送器模塊或者多相位軌道的小部分而從道路向移動車輛感應地耦合電力。所述系統解決了或者至少改良了許多前述問題同時提供了改進安全特徵。它們還允許向車輛的車載設置電池可控制地充電,而不需要依靠車輛與路旁電力控制器之間的通信。在EV沿道路移動的同時或者在其靜止不動(例如,處於交通信號燈下或停放在車庫中)時,不需要降低車輛的車載拾取電力接收器。而且,還致力於解決在不需要顯著損害驅動性能和沿道路行車道側向移動的自由度的情況下的有效電力傳遞的問題。系統效率利用用於檢測車輛的存在性和一般類型或類別的傳感器來最大化,並且僅在需要時將車輛下面的道路部分激勵。通過嵌入在道路中的有源控制部,可以將遞送至每一個車輛的電力改變成適合每一個車輛的需要。因此,在一個方面,本公開提供了一種電動車輛感應電力系統,該電動車輛感應電力系統包括與車輛行駛表面相關聯的初級側導電路徑,多個電力發送模塊,所述多個電力發送模塊處於所述道路中或之上,以感應地耦合至所述初級側導電路徑,所述多個或每一個電力發送模塊都能夠在所述車輛處於該電力發送模塊的區域中的所述車輛行駛表面上時,感應地向至少一個電動車輛供電。該車輛行駛表面可以包括道路。在一個實施例中,所述初級側導電路徑按第一頻率激勵,而所述多個電力發送模塊按第二頻率激勵。所述第二頻率可以大於所述第一頻率。可以針對每一個電力發送模塊設置一控制器,以選擇性地允許每一個模塊在車輛足夠靠近該模塊以從其接收電力時,使感應電力可用於該車輛。在一個實施例中,所述控制器控制可用於所述車輛的電力的量。
所述可用電力可以基於所供電的車輛的電力需求類別或基於所供電的車輛的類型,或者根據車輛行駛表面的一部分上的車輛的數量來確定。在每一個電力發送模塊中優選地設置了一個或多個線圈,以提供用於向車輛傳遞感應電力的磁場。在一個實施例中,所述多個電力發送模塊被調諧成使得所述初級側導電路徑的靠近每一個模塊的部分的電抗大大地被補償。所述初級側導電路徑可以被埋入所述車輛行駛表面中或靠近所述車輛行駛表面埋入。
在另一方面,本公開提供了一種電動車輛感應電力系統,該電動車輛感應電力系統包括處於車輛行駛表面中或車輛行駛表面上的多個電力發送模塊,每一個電力發送模塊能夠在至少一個電動車輛處於該電力發送模塊的區域中的車輛行駛表面上時,感應地向所述至少一個電動車輛供電,控制器,該控制器用於選擇性地允許每一個模塊在車輛足夠靠近該模塊以從其接收電力時,使感應電力可用於該車輛,並且同相地激勵相鄰模塊。在又一方面,本公開提供了一種電動車輛感應電力系統,該電動車輛感應電力系統包括處於車輛行駛表面中或車輛行駛表面上的多個電力發送模塊,每一個電力發送模塊能夠在所述車輛處於該電力發送模塊的區域中的所述車輛行駛表面上時,感應地向至少一個電動車輛供電,控制器,該控制器用於允許每一個模塊在車輛足夠靠近該模塊以從其接收電力時,改變可用於車輛的感應電力的量。在另一方面,本公開提供了一種用於電動車輛感應電力系統的電力傳輸模塊,該電力傳輸模塊包括多個線圈,所述多個線圈適於按一相位關係來激勵,以提供磁場。在另一方面,本公開提供了一種用於電動車輛感應電力系統的道路單元,該道路單元包括上表面,至少一個線圈,該至少一個線圈由可導電材料製成且處於所述上表面下面,並且被設置成在使用時提供在所述上表面上方延伸的磁場,以及連接裝置,該連接裝置用於接收電力以激勵所述線圈。在一個方面,本公開提供了道路供電電動車輛系統,該道路供電電動車輛系統包括道路控制器,該道路控制器用於接收對道路上車輛的多種車輛類別中的一種類別的指示,並且選擇性地在所述道路上的、與所述車輛的位置相對應的位置處提供磁場,所述磁場的存在性或強度取決於所述車輛類別。在一個實施例中,所述車輛類別可以包括非電動車輛,這該情況下,所述控制器不向該車輛提供磁場。在一些實施例中,車輛根據固有電力需求來分類。因此,非電動車輛具有零電力需求,小型電動車輛具有低電力需求,而大型電動車輛具有高電力需求。在一個實施例中,在道路中或靠近其設置傳感器,以檢測所述車輛類別。所述傳感器可以設置在預定位置處,以使所述控制器還可以使用該傳感器檢測所述車輛的位置,由此使得可在該車輛位置處獲得電力。所述傳感器可以包括電力發送模塊。在一個實施例中,所述傳感器包括諸如RFID接收器的接收器。在另一方面,本公開提供了道路供電電動車輛,該道路供電電動車輛包括
能夠從設置在道路表面上方的磁場接收電力的感應電力接收器模塊,能夠向與所述道路相關聯的電源控制器提供對車輛的電力需求類別的指示的車輛類別指示符。在另一方面,本公開 提供了道路供電電動車輛系統,該道路供電電動車輛系統包括具有多個感應電力發送模塊的道路,每一個模塊具有橫跨所述道路的寬度的至少一部分延伸的模塊寬度,和沿所述道路的方向延伸的模塊長度,所述寬度大於或等於所述長度。在另一方面,本公開提供了道路供電電動車輛系統,該道路供電電動車輛系統包括具有多個感應電力發送模塊的道路,每一個模塊包括並排地排列的至少兩個基本上平坦的線圈,並且向所述道路的相對側彼此遠離地延伸。在一個實施例中,所述線圈還沿所述道路縱向地延伸。在一個實施例中,所述線圈可以大致橫跨所述道路的寬度(即,沿橫斷方向)延伸。與所述橫斷方向相比,所述線圈沿縱向方向延伸更遠,或者可以沿縱向方向延伸至小於或等於它們沿橫斷方向的延伸程度。在另一方面,本公開提供了道路供電電動車輛,該道路供電電動車輛包括能夠從設置在道路表面上方的磁場接收電力的感應電力接收器模塊,所述接收器模塊具有橫跨所述車輛的寬度的至少一部分延伸的模塊寬度,和沿所述車輛的縱向尺度方向延伸的模塊長度,所述模塊寬度大於或等於所述模塊長度。在另一方面,本公開提供了道路供電電動車輛,該道路供電電動車輛包括能夠從設置在道路表面上方的磁場接收電力的感應電力接收器模塊,所述接收器模塊包括並排地排列,並且向所述車輛的相對側彼此遠離地延伸的至少兩個大致平坦的線圈。在另一方面,本公開提供了道路供電電動車輛系統,該道路供電電動車輛系統包括具有多個感應電力發送模塊的道路,每一個模塊具有橫跨所述道路的寬度的至少一部分延伸的模塊寬度,和沿所述道路的方向延伸的模塊長度,所述寬度小於或等於所述長度。在另一方面,本公開提供了道路供電電動車輛系統,該道路供電電動車輛系統包括具有多個感應電力發送模塊的道路,每一個模塊包括並排地排列,並且沿所述道路縱向彼此遠離地延伸的至少兩個大致平坦的線圈。在另一方面,本公開提供了道路供電電動車輛,該道路供電電動車輛包括能夠從設置在道路表面上方的磁場接收電力的感應電力接收器模塊,所述接收器模塊具有橫跨所述車輛的寬度的至少一部分延伸的模塊寬度,和沿所述車輛的縱向尺度的方向延伸的模塊長度,所述模塊寬度小於或等於所述模塊長度。在另一方面,本公開提供了道路供電電動車輛,該道路供電電動車輛包括能夠從設置在道路表面上方的磁場接收電力的感應電力接收器模塊,所述接收器模塊包括並排地排列,並且向所述車輛的相對側彼此遠離地延伸的至少兩個大致平坦線圈。在一個實施例中,所述線圈還向所述車輛的相對兩側延伸。在一個實施例中,所述線圈可以大致橫跨所述車輛的寬度(即,沿橫斷方向)延伸。與所述橫斷方向相比,所述線圈可以沿縱向方向延伸得更遠,或者可以沿縱向方向延伸小於或等於它們沿橫斷方向延伸的程度。在另一方面,本公開提供了道路供電電動車輛,該道路供電電動車輛包括能夠從設置在道路表面上方的磁場接收電力的感應電力接收器模塊,所述接收器模塊包括並排地排列的至少一個大致平坦線圈,和與其它線圈交疊的第三線圈。在一個實施例中,所述第三線圈與其它線圈正交地連接。在另一方面,本公開提供了道路供電電動車輛,該道路供電電動車輛包括能夠從設置在道路表面上方的磁場接收電力的感應電力接收器模塊,所述接收器模塊包括並聯且反相地連接的兩個線圈和一正交線圈。在另一方面,所公開的主題提供了一種用於道路供電電動車輛系統的感應電力發送模塊,所述模塊包括由導電材料製成的線圈,該線圈被設置成生成磁場,和控制器,該控制器用於控制所述線圈中的電流,由此控制所述磁場。在一個實施例中,所述模塊包括用於從另一磁場接收電力的接收器線圈。在另一方面,所公開的主題提供了道路供電電動車輛系統,該道路供電電動車輛系統包括與道路相關聯的細長的初級側導電環路;多個電力發送模塊,所述多個電力發送模塊處於所述道路中,以感應地耦合至所述初級側導電路徑,所述多個或每一個電力發送模塊能夠在一個或多個車輛處於該電力發送模塊的區域中的所述道路上時,感應地向所述一個或多個電動車輛供電。在一個實施例中,針對每一個電力發送模塊設置一控制器,以選擇性地允許每一個模塊在車輛足夠靠近該模塊以從其接收電力時,使感應電力可用於該車輛。在一個實施例中,所述控制器控制可用於所述車輛的電力的量。所述可用電力可以基於所供電的車輛的電力需求類別或類型來確定。在一個實施例中,所述控制器根據處於道路的一部分上的車輛的數量,或者根據車輛電力需求類別和該部分道路上的車輛數的組合來控制可用於每一個車輛的電力的量。在一個實施例中,在每一個電力發送模塊中設置一個或多個線圈,以提供用於向車輛傳遞感應電力的磁場。在一個實施例中,所述多個電力發送模塊被調諧成,使得所述初級側導電路徑的靠近每一個模塊的部分使其電抗被大大補償。
在另一方面,本公開提供了一種用於道路供電電動車輛系統的道路單元,該道路單元包括上表面;至少一個線圈,該至少一個線圈由可導電材料製成且處於所述上表面下面,並且被設置成在使用時提供在所述上表面上方延伸的磁場;側壁,該側壁適於靠近道路中的溝渠的側壁定位;以及端壁,該端壁適於靠近另一單元的對應端壁定位。在一個實施例中,所述單元包括並排地排列的至少兩個大致平坦的線圈。
在一個實施例中,所述單元連接至電源。在一個實施例中,所述單元包括用於從另一磁場接收電力的接收器線圈。所述接收器線圈可以設置在非對稱芯體上。另選的是,所述接收器線圈可以設置在對稱芯體上。在一個實施例中,所述單元包括處於其中的兩個孔部,每一個孔部適於容納細長的初級側導電環路的一側,並且所述接收器線圈和芯體設置在所述單元中,以使所述接收器線圈可以感應地接收來自所述初級側導電環路的電力。 在另一方面,本公開提供了道路供電電動車輛系統,該道路供電電動車輛系統包括在道路中或靠近其埋入的細長的初級側導電環路;用於向所述初級側導電環路提供電力的電源,所述道路具有處於所述道路表面下面的由導電材料製成的多個線圈,以在所述道路表面上方提供磁場,並且所述線圈感應地耦合至所述初級側導電環路。 在一個實施例中,所述導電路徑設置在所述線圈下面。在另一方面,本公開提供了道路供電電動車輛系統,該道路供電電動車輛系統包括具有多個感應電力發送模塊的道路,所述多個感應電力發送模塊被設置成使得當道路供電電動車輛行進在所述道路上時,在任何時刻從多個發送模塊接收電力。在另一方面,本公開提供了道路供電電動車輛,該道路供電電動車輛包括能夠從設置在道路表面上方的磁場接收電力的多個感應電力接收器線圈。在一個實施例中,將所述線圈設置在接收器模塊中,並且將兩個或更多個線圈設置在所述模塊中。在一個實施例中,設置了多個接收器模塊。在另一方面,本公開提供了道路供電電動車輛系統,該道路供電電動車輛系統包括處於道路中的多個電力發送模塊,所述多個或每一個電力發送模塊能夠在一個或多個車輛處於該電力發送模塊的區域中的所述道路上時,感應地向所述一個或多個電動車輛供電,和道路控制器,該道路控制器用於根據處於道路的一部分上的車輛數,或者根據車輛電力需求和該部分道路上的車輛數的組合來控制可用於每一個車輛的電力的量。在一個實施例中,所述道路控制器包括與每一個電力發送模塊相關聯的發送控制器,以選擇性地允許每一個模塊在車輛足夠靠近該模塊以從其接收電力時,使感應電力可用於該車輛。 在一個實施例中,所述發送控制器控制可用於所述車輛的電力的量。所述可用電力可以基於所供電的車輛的電力需求類別或類型來確定。在一個實施例中,所述發送控制器在檢測到在所述多個或每一個電力發送模塊的區域中存在車輛時,可使得從所述多個或每一個電力發送模塊獲得電力。在一個實施例中,所述發送控制器在檢測到在所述多個或每一個電力發送模塊的區域中存在車輛之後,可使得從所述多個或每一個電力發送模塊獲得電力達預定最大時段。在一個實施例中,所述發送控制器在檢測到在所述多個或每一個電力發送模塊的區域中不存在車輛時,終止使得可從所述多個或每一個電力發送模塊獲得電力。在另一方面,本公開提供了道路供電電動車輛系統,該道路供電電動車輛系統包括其中具有多個電力發送模塊的道路,所述多個或每一個電力發送模塊能夠在所述車輛處於該電力發送模塊的區域中的所述道路上時,感應地向電動車輛供電,一個或多個道路供電電動車輛,所述多個或每一個車輛具有至少一個電力接收模塊,該電力接收模塊用於在所述多個或每一個車輛處於所述電力發送模塊的區域中的所述道路上時從該電力發送模塊感應地接收電力,以及車輛電力控制器,該車輛電力控制器用於根據可用於所述多個或每一個車輛的電力、所述多個或每一個車輛的瞬時電力需求,以及與所述多個或每一個車輛相關聯的電池的充電狀態,來控制通過所述多個或每一個車輛接收的電力的量。在一個實施例中,所述車輛電力控制器限制由所述車輛接收的電力。在一個實施例中,針對所述車輛所述接收的電力的限制取決於所述車輛的類型或電力需求類別。在另一方面,本公開提供了道路供電電動車輛系統,該道路供電電動車輛系統包括具有多個多相感應電力發送模塊的道路,和電源,該電源用於向所述多個多相感應電力發送模塊中的一個或多個供電,以使每一個多相發送模塊在所述道路上方生成時變旋轉磁場。在一個實施例中,所述多個或每一個多相電力發送模塊包括兩個或更多個大致平坦線圈,並且每一個線圈具有與其它線圈異相的電流,所述線圈被設置成在所述道路上方提供時變旋轉磁場。在一個實施例中,所述多個或每一個多相電力發送模塊包括交疊的兩個大致平坦線圈,以提供隔開0、90、180以及270電角度的導電路徑。在一個實施例中,所述導電路徑沿大致橫跨所述道路的方向延伸。在另一實施例中,所述導電路徑沿所述道路的大致縱向方向延伸。在另一方面,本公開提供了道路供電電動車輛系統,該道路供電電動車輛系統包括具有多個感應電力發送模塊的道路,和磁屏蔽部,該磁屏蔽部設置在所述道路中或其上,以縮減雜散磁場。在另一方面,本公開提供了道路供電電動車輛系統,該道路供電電動車輛系統包括具有多個感應電力發送模塊的道路,和磁屏蔽部,該磁屏蔽部設置在每一個模塊中或其上,以縮減雜散磁場。在另一方面,本公開提供了道路供電電動車輛系統,該道路供電電動車輛系統包括
一個或多個道路供電電動車輛,所述多個或每一個車輛具有至少一個電力接收模塊,該至少一個電力接收模塊用於從道路感應地接收電力,和磁屏蔽部,該磁屏蔽部設置在所述車輛中或其上,以縮減雜散磁場。在另一方面,本公開提供了道路供電電動車輛系統,該道路供電電動車輛系統包括一個或多個道路供電電動車輛,所述多個或每一個車輛都具有至少一個電力接收模塊,該至少一個電力接收模塊用於從道路感應地接收電力,和磁屏蔽部,該磁屏蔽部設置在所述電力接收模塊中或其上,以縮減雜散磁場。在另一方面,本發明提供了一種用於生成或接收磁通的磁通盤(pad),該盤包括,可透磁芯體,兩個基本上平坦的交疊的線圈,這兩個線圈與所述芯體磁性地關聯,由此,在所述兩個線圈之間大致沒有互耦合。
在另一方面,本發明提供了一種用於感應電力傳遞系統的初級側電源裝置,該電源裝置包括磁通盤,該磁通盤用於生成磁通,該盤包括可透磁芯體,兩個基本上平坦的交疊的線圈,這兩個線圈與所述芯體磁性地關聯;以及電源,該電源適於在一個線圈中提供、具有與另一線圈中的電流不同的相位的電流。在另一方面,本發明提供了一種用於提供具有多個線圈的IPT磁通盤的方法,其中,所述多個線圈之間沒有互磁耦合,所述方法包括以下步驟交疊所述多個線圈,並且改變所述多個線圈之間的所述交疊,以使得實現交疊位置,由此在所述多個線圈之間大致不存在互耦合。優選的是,通過檢測何時通過激勵所述多個線圈中的一個線圈而在所述多個線圈中的另一個線圈中感應出的開路電壓最小化,來檢測不存在互耦合。根據下列描述,將清楚本發明的其它目的。


下面,參照附圖,對本發明的實施例的示例進行描述,其中圖IA是根據本發明一個實施例的道路供電電動車輛系統的示意圖;圖IB是根據本發明一個實施例的包括多個感應電力發送模塊的道路的示意圖;圖2A是根據本發明一個實施例的利用匹配電抗作為LCL的控制拓撲的電路圖;圖2B是根據本發明一個實施例的利用具有零輸出電抗的調諧LC的另一控制拓撲的電路圖;圖3是已知電力系統圖;圖4是最近應用至IPT系統的圖3的圖。圖5是根據本發明一個實施例的用於IPT拾取的電路圖。圖6是用於根據圖5的電路的隨著時間標繪的電壓的圖。圖7示出了仿真波形。圖8示出了針對Θ (theta)的範圍和標準化負載電阻的可觀察Q。圖9示出了圖5的電路中的電壓與電流關係(包括角Θ和Θ ' (prime))的示例。圖10是隨著Θ ' -90度標繪的Θ的圖。圖11是針對用於諸如圖5所示的電路的不同調諧電容器的、隨著相位延遲標繪的輸出電力的圖。圖12是用於圖5的電路的實踐實現的、進一步包括用於提供DC輸出的DC整流器的電路圖的示例。圖13是用於圖3的電路的實踐實現的、適於提供AC和DC輸出兩者的電路圖的示例。圖14是貫穿道路的橫截面的、示出電力發送模塊的圖解端視圖。圖15是採用盤形式的新感應電力傳遞(IPT)電力發送或接收模塊的實施例的橫 截面的平面圖和正視圖;圖16是圖15的盤的、示出繞組布置的一個示例的圖解視圖;圖17是圖15的盤的橫截面的並且示出了磁通線的圖解正視圖;圖18是基於圖15的盤的設計的新盤的另一實施例的平面圖;圖19是與針對諸如圖17的盤的盤的高度位移有關的、電感測量和磁鏈效率的圖;圖20是相對於圓形盤和圖17的盤(稱為極化盤)的高度位移、電感測量和磁鏈效率的圖;圖21是示出出於仿真它們在電力傳遞系統中的性能的目的而使用的布置的兩個分離鐵氧體芯體的等量視圖;圖22是在如圖21所示的盤中的計算機生成磁通標繪圖,並且在環繞鐵氧體芯體設置的繞組中具有23A電流;圖23是示出參照圖22中的盤的鐵氧體芯體的、通過鐵氧體芯體的厚度(Z軸)的一半的、經由XY平面截取的磁通密度的計算機生成標繪圖;圖24是圖21的布置的、例示在通過該組件的鐵氧體芯體的寬度(Y軸)的一半的點處的、經由XZ軸的剖面的位置的平面圖;圖25是在圖24的剖面上的、針對盤之間的IOOmm間隔的計算機生成磁通標繪圖;圖26是在圖24的剖面上的、針對盤之間的200mm間隔的計算機生成磁通標繪圖;圖28是在圖24的剖面中的、針對盤之間的200mm間隔的示出磁通密度的計算機生成磁通標繪圖;圖29A是可以採用模塊的形式提供的感應電力傳遞裝置的另一實施例的平面圖;圖29B是圖29A的裝置的側視圖;圖29C是圖29B的但示出磁通線的視圖;圖30是包括中央或正交線圈的感應電力傳遞裝置的另一實施例的圖解例示圖;圖31是例示用於圖30的裝置的線圈繞組布置的電氣布線圖;圖32A是磁通發送器和磁通接收器(在磁通發送器上方取向)的從上方起的等軸視圖。圖32B是圖32A的布置的從下面起的等軸視圖;圖33A示出了當發送器和接收器以該發送器和接收器之間的200mm間隔對準時,基於對圖32A和32B的布置的仿真的磁通線;圖33B示出了當發送器和接收器沿X軸方向未對準時,基於對圖32A和32B的布置的仿真的磁通線;
圖34是針對圖32A和32B的布置的、隨沿X軸方向的位移的電力的圖35是針對圖32A和32B的布置的、隨沿Y軸方向的位移的電力的圖;圖36是根據本發明一個實施例的多相系統的圖;圖37是示出根據本發明一個實施例的、供在道路上使用的道路供電電動車輛的圖;圖38A是根據本發明一個實施例的、用於道路供電電動車輛的感應電力接收和控制電路的圖;圖38B是根據本發明一個實施例的、用於道路供電電動車輛的多相感應電力接收和控制電路的圖;圖39A是隨著對準的,平坦並排線圈的無補償電力輸出(藍線)、正交線圈的輸出(綠線)、組合輸出(黑線)的圖;圖39B是示出在未對準狀況下,向根據本發明一個實施例的道路供電電動車輛遞送電力的圖;圖40是示出電力控制系統的另選實施例的電路圖,其中,在初級側電源與提供給道路的電力之間存在頻率變化;圖41分別是磁通盤的側視圖和平面圖;圖42分別是圖41的盤的、包括正交線圈的側視圖和平面圖;圖43分別是磁通盤的另選形式的側視圖和平面圖;圖44是圖43的盤的一個線圈中耦合的開路電壓的一系列圖,作為當激勵另一線圈時與該另一線圈交疊的函數;圖45示出了隨著分別針對150mm和250mm的垂直空間的偏移的無補償電力的圖;圖46示出了針對在200mm垂直間隔下沿x或y方向具有接收器盤偏移的三種不同磁通盤構造(根據圖43)的無補償電力的圖;圖47例示了針對圖43和圖41的盤構造的、在初級諧振電流的整個周期分別按各種時間實例的場標繪圖;圖48示出了圖43的、在芯體中具有鐵氧體增加量(從頂至底方向)的盤構造的場標繪圖;圖49示出了根據圖43所示的具有根據圖42示例所示的接收器盤的盤構造的電力傳遞分布圖的示例的圖。
具體實施例方式下面描述的磁與電子學技術由四部分組成-電源、感應電力發送或發送器模塊、感應電力接收或接收器模塊,以及控制器。下面,依次對這些一般性部件進行描述。為清楚起見,在可能的情況下使用標題。儘管下面的描述主要指道路和電動車輛應用,本發明所涉及領域的技術人員應當清楚,該主旨一般還具有針對IPT系統的應用,並且可以在舉例來說如材料處理的應用中使用。電源-生成時變場的單相中心線構造在一個實施例中(舉例來說,如圖IA和IB所示),在諸如道路的車輛行駛表面的邊緣處,將規則的一連串電源101按兩個組設置,並且隔開大約200m。每一個電源101連接至50/60HZ、兩線間400/480V的三相市電網,並且饋送一段IOOm長的道路。儘管本文檔主要使用術語「道路」來指代路,但其旨在一般包括車輛行駛表面,包括其中車輛可以靜止不動的車輛行駛表面,諸如車庫地板、停車場、公共汽車站等。在圖IA和圖IB所示實施例中,每一個電源101額定IOOkW,但實際上生成單相輸出,其在未中斷細長的初級側導電環路102中,按20kHz的頻率驅動標稱125A的電流。該電流可以根據應用從大約100A至250A改變。如圖IA和IB所示,每一個環路102大約IOOm長,由此沿一段IOOm長的道路延伸。 每一個電源101通過感應耦合來驅動一連串電力發送模塊111。這種感應耦合利用兩個導線傳輸系統來實現(如圖1A、IB和圖2A、2B所示),以從電源101饋送125A,其中,在需要電力模塊的任何地方放置拾取線圈103。拾取線圈103可以採取多種形式。在所述實施例中,拾取器103的形式是諸如在國際專利公報W02006/118474中所描述的形式,其內容通過全部引用而包括在此。這種形式的拾取器具有非對稱芯體,並且在本文檔中出於便利的目的而被稱為S拾取器。然而,可以使用其它形式的感應電力拾取器。例如,可以使用具有對稱「E」形芯體、「H」形芯體,或其它已知形狀或布置的拾取器。來自拾取器103的輸出利用串聯電容器104部分地串聯調諧,以確保來自線圈的正確短路電流(在需要時,驅動電力模塊電感109)。對於該實施例來說,組合的103和104按20kHz的操作頻率利用電容器105並聯調諧。該調諧LC組合的反射回初級側電源軌道102的阻抗使得沿道路(拾取器103所耦合的道路)饋送的125A的部分的電抗大致補償在短路上。選擇這種特性是因為在正常操作條件(如下進一步所述)下,在任何一個時刻僅大約20%的電力發送模塊供電。剩餘部分不起作用,處於短路狀態。結果,迴路102的電抗可以被設計或控制成與精確長度無關的標稱值,並且不需要與附加串聯補償電容器斷開來限制電源電壓,就像通常在饋送50-200m長度的工業應用中的情況一樣。該迴路的這種不斷開的性質去除了具有存在於主公路中的、為添加電容性修正而饋送的附加和有疑問終端的問題。這種終端增加了損耗(來自連接終端和任何添加電容中的損耗兩者)並且增加了來自老化電容器的故障、連接終端因地面移動或差構造和老化而造成的故障的風險。終端還增加了因難於在熱循環下防止溼氣在敷設電纜與保護套之間傳輸到電容修正區域中而造成的問題,在其存在的情況下可以導致故障。在如圖2B所示的一個實施例中,使用並聯LC拾取器(由103、104,以及105製成),以驅動嵌入在道路中的全部串聯補償電力模塊(包括圖2B中的108和109)。在這個實施例中,看成組件108和109的組合的電抗基本上為零。因而針對組件(例如,開關)存在最低可能電壓應力。圖2A示出了一另選實施例,其中,模塊109的電抗與串聯補償113和114 一起組合,以按20kHz給出與電容105和103和104的組合相同的電抗(按該電源的諧振頻率生成調諧的LCL拓撲)。在兩個實施例(如圖2A和2B所示)中,控制器107控制開關106並且使能夠控制模塊諧振,以使得模塊109的磁場強度可以完全關掉或接通,或者在需要時通過調節通過電容器108或114的電流而改變。控制相鄰模塊以按時間順序地激勵並且同步地定相以防止相鄰模塊之間的不必要電力傳遞。下面,對控制器107的操作進行進一步描述。在另選實施例中,模塊109可以直接連接至電源,即,不感應地耦合至電源。為對機動車輛、公共汽車或卡車充電所需的正確場強可以簡單地通過將電容器108或114中的電流限制成與電力需求或針對可以使用該道路的車輛的不同類型或類別的需求相對應的預定級別來確定。在一個實施例中,該場強可以被控制成三個或更多個級別,每一個級別對應於沿該道路行進的車輛的電力需求類別。例如,在一個實施例中,車輛根據固有電力需求來分類。因此,非電動車輛具有零電力需求,諸如小汽車的小型電動車輛具有低電力需求,而諸如卡車或公共汽車的大型電動車輛具有高電力需求。在另一實施例中,分類可以基於車輛用戶所需求的,而非固有車輛電力需求。在一個實施例中,用於確定向每一個車輛提供的電力水平的控制信息可以被嵌入在與每一個車輛的車載電力接收器相關聯的RFID標籤中,並且利用由控制器107監測的、放置在道路中的每一個電力發送模塊前面或者緊跟其後的附加傳感器來讀取。在另一實施 例中,控制信息可以基於來自駕駛員的有關該駕駛員準備支付的收費率的響應,而經由針對控制器107的通信來發送。在其它實施例中,車輛的存在性可以按其它方式被檢測,如利用傳感器在車輛越過每一個模塊時感測電力發送模塊中的線圈的電感變化。出於保護目的,使用可飽和電感器112來限制橫跨105的電壓,並由此保護控制器開關106特別是在任何較大啟動或開關瞬態期間不受過電壓故障。因此,控制器107允許電力選擇性地按可選擇級別獲得。例如,車輛可以分類成非電動、輕型電動以及重型電動類型。傳感器接著可以感測車輛類別(如下進一步所述),並且控制器107接著可以控制可用於該車輛的場。因而,如果該車輛是非電動的,則使場不可用。如果該車輛例如是電動公共汽車(即,重型電動車輛),則提供高場強。AC-AC電力控制器在一個實施例中,控制器107允許控制從細長的環路102向一個或多個電力發射模塊感應地傳遞電力,以使AC電源直接提供給發射模塊,而不需要整流步驟。下面,參照圖3至13對諸如上述控制器107的控制器的操作進行描述。圖3是電力系統中的公知圖,並且被用於描述電力怎樣從發電機傳遞至另一發電機或負載。第一發電機具有輸出電壓V1,並且通過電感器L1連接至第二電壓V2。如果Vl與V2之間的相位角為α,則所傳遞的電力由下面的通用公式給出
權利要求
1.一種電動車輛感應電力系統,包括 與車輛行駛表面相關聯的初級側導電路徑, 多個電力發送模塊,所述多個電力發送模塊處於所述車輛行駛表面中或上,以感應地耦合至所述初級側導電路徑,所述多個或每一個電力發送模塊能夠在至少一個電動車輛處於該電力發送模塊的區域中的所述車輛行駛表面上時,感應地向所述至少一個電動車輛供電。
2.根據權利要求I所述的電動車輛感應電力系統,其中,該車輛行駛表面包括道路。
3.根據權利要求I或2所述的電動車輛感應電力系統,其中,所述初級側導電路徑按第一頻率激勵,而所述多個電力發送模塊按第二頻率激勵。
4.根據權利要求3所述的電動車輛感應電力系統,其中,所述第二頻率大於所述第一頻率。
5.根據前述權利要求中的任一項所述的電動車輛感應電力系統,其中,針對每一個電力發送模塊提供控制器,以選擇性地允許每一個模塊在車輛足夠靠近該模塊以從其接收電力時,使感應電力可用於該車輛。
6.根據權利要求5所述的電動車輛感應電力系統,其中,所述控制器控制可用於所述車輛的電力量。
7.根據權利要求6所述的電動車輛感應電力系統,其中,所述可用電力是基於所供電的車輛的電力需求類別確定的。
8.根據權利要求6或7所述的電動車輛感應電力系統,其中,所述可用電力是基於所供電的車輛的類型來確定的。
9.根據權利要求6至8中的任一項所述的電動車輛感應電力系統,其中,所述控制器根據車輛行駛表面的一部分上的車輛數來控制可用於每一個車輛的電力量。
10.根據前述權利要求中的任一項所述的電動車輛感應電力系統,其中,在每一個電力發送模塊中設置了一個或多個線圈,以提供用於向車輛進行感應電力傳遞的磁場。
11.根據前述權利要求中的任一項所述的電動車輛感應電力系統,其中,所述多個電力發送模塊被調諧成使得所述初級側導電路徑的靠近每一個模塊的部分的電抗被基本上補\-ZX O
12.根據前述權利要求中的任一項所述的電動車輛感應電力系統,其中,所述初級側導電路徑被埋入所述車輛行駛表面中或靠近所述車輛行駛表面埋入。
13.—種電動車輛感應電力系統,包括 處於車輛行駛表面中或車輛行駛表面上的多個電力發送模塊,每一個電力發送模塊能夠在至少一個電動車輛處於該電力發送模塊的區域中的車輛行駛表面上時,感應地向所述至少一個電動車輛供電, 控制器,用於選擇性地允許每一個模塊在車輛足夠靠近該模塊以從其接收電力時使感應電力可用於該車輛,並且同相地激勵相鄰模塊。
14.一種電動車輛感應電力系統,包括 處於車輛行駛表面中或車輛行駛表面上的多個電力發送模塊,每一個電力發送模塊能夠在至少一個電動車輛處於該電力發送模塊的區域中的所述車輛行駛表面上時,感應地向所述至少一個電動車輛供電,控制器,用於允許每一個模塊在車輛足夠靠近該模塊以從其接收電力時,改變可用於該車輛的感應電力量。
15.根據權利要求14所述的電動車輛感應電力系統,其中,所述控制器根據處於所述車輛行駛表面的一部分上的車輛數來控制可用於每一個車輛的電力的量。
16.根據權利要求14或權利要求15所述的電動車輛感應電力系統,其中,所述控制器根據車輛電力需求來控制可用於每一個車輛的電力量。
17.根據權利要求14至1 6中任一項所述的電動車輛感應電力系統,其中,所述控制器根據每個車輛所屬於的車輛類別來控制可用於所述每個車輛的電力量。
18.根據權利要求14至17中的任一項所述的電動車輛感應電力系統,其中,所述控制器在檢測到在所述多個或每一個電力發送模塊的區域中存在車輛時,使電力可從所述多個或每一個電力發送模塊獲得。
19.根據權利要求14至18中的任一項所述的電動車輛感應電力系統,其中,所述控制器在檢測到在所述多個或每一個電力發送模塊的區域中存在車輛之後,使電力可從所述多個或每一個電力發送模塊獲得達預定最大時段。
20.根據權利要求14至19中的任一項所述的電動車輛感應電力系統,其中,所述控制器在檢測到在所述多個或每一個電力發送模塊的區域中不存在車輛時,終止使電力可從所述多個或每一個電力發送模塊獲得。
21.一種用於電動車輛感應電力系統的電力發送模塊,該電力發送模塊包括多個線圈,適於按一定相位關係被激勵,以提供磁場。
22.—種用於電動車輛感應電力系統的道路單元,該道路單元包括上表面,至少一個線圈,以及連接裝置,其中所述至少一個線圈由導電材料製成且處於所述上表面下方,並且被配置成在使用時提供在所述上表面上方延伸的磁場,該連接裝置用於接收電力以激勵所述線圈。
23.根據權利要求23所述的道路單元,其中,所述連接裝置感應地接收電力。
24.—種基本上如在此參照所公開實施例中的任一個描述的電動車輛感應電力系統。
全文摘要
提供了一種道路供電電動車輛系統,其包括電源(101),該電源使電力可感應地用於設置在道路中或之下的一個或多個模塊(111)。模塊(111)使磁場可選擇性地用於在與車輛位置相對應的道路上行進的一個或多個車輛。在道路上提供的磁場的存在性或強度可以取決於車輛類型或類別。
文檔編號B60L9/00GK102625750SQ201080042396
公開日2012年8月1日 申請日期2010年8月6日 優先權日2009年8月7日
發明者G·A·考維克, J·T·博伊斯 申請人:奧克蘭聯合服務有限公司

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