基于分段導(dǎo)軌均衡場強的可移動設(shè)備動態(tài)無線供電裝置及其動態(tài)無線供電方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種可移動設(shè)備的動態(tài)無線供電裝置及其動態(tài)無線供電方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 工業(yè)生產(chǎn)中，電機驅(qū)動的固定場地移動設(shè)備已被大量使用，如AGV無人搬運車、隧 道電纜巡檢機器人、有軌交通、工廠自動化生產(chǎn)線等。由于節(jié)約能源，對環(huán)境污染小，電動汽 車受到了世界各國的大力推廣。上述可移動執(zhí)行機構(gòu)往往需要內(nèi)置電池組或外接電纜供 電，影響了其使用的連續(xù)性和靈活性。這就需要探索一種適合的能源加注技術(shù)，從能量補給 角度解決上述可移動設(shè)備進一步發(fā)展的供電問題。
[0003] 傳統(tǒng)的插拔充電方式由于受到接口的限制只能同一時間為一臺設(shè)備充電，而且充 電器輸出的高電壓會引起一系列安全問題。無線充電技術(shù)可以很好的解決上述問題，用戶 只需將設(shè)備開到指定充電區(qū)域，便可自動進行充電，該技術(shù)稱為靜態(tài)無線充電技術(shù)。對于可 移動執(zhí)行機構(gòu)而言，無線充電沒有外露的連接器，徹底避免漏電、跑電等安全隱患，可大幅 增加其續(xù)航能力和移動靈活性。然而，傳統(tǒng)的靜態(tài)無線充電存在著續(xù)航里程短、充電時間 長、充電頻繁、電池組體積重量大、成本高昂等問題。特別是對于電動巴士一類的公交車輛， 其連續(xù)續(xù)航能力格外重要。在這樣的背景下，動態(tài)無線充電技術(shù)應(yīng)運而生，它以非接觸的方 式為行駛中的可移動設(shè)備實時地提供能量供給?？梢苿釉O(shè)備可少量搭載甚至無需搭載電池 組，其續(xù)航里程得到延長，同時電能補給更加安全、便捷。
[0004] 現(xiàn)有的可移動設(shè)備動態(tài)無線供電技術(shù)，意在解決可移動設(shè)備動態(tài)無線供電時存在 的電能傳輸連續(xù)性問題。動態(tài)無線供電裝置主要包括固定的地面設(shè)施和安裝在可移動設(shè) 備上的能量接收及轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，主要考核指標(biāo)包括：無線能量傳輸距離、效率、功率、路面橫向 側(cè)移距離等。因而，開發(fā)大功率、高效率、低電磁輻射、成本適中的動態(tài)無線供電系統(tǒng)，成為 國外各大研宄機構(gòu)當(dāng)前的主要研宄內(nèi)容。新西蘭奧克蘭大學(xué)使用長導(dǎo)軌式線圈來解決車輛 運動過程中能量通道切換帶來的問題，但該方法存在發(fā)射線圈結(jié)構(gòu)與接收端線圈的互感量 小，這就導(dǎo)致傳輸距離小、傳輸效率低等問題。韓國科學(xué)技術(shù)院在線圈中加入經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計 的磁芯結(jié)構(gòu)，較奧克蘭大學(xué)的解決方案提升了傳輸效率和傳輸距離，但是增加磁芯后存在 設(shè)備成本高，不適合大規(guī)模應(yīng)用的缺點。美國橡樹嶺實驗室采用的是多分體線圈連續(xù)鋪設(shè) 的方案，其地面發(fā)射裝置采用多單體線圈串接共同構(gòu)成一個串聯(lián)諧振腔并使用單一逆變源 的拓撲結(jié)構(gòu)，但傳輸功率和效率在車輛行駛過程中受發(fā)射和接收線圈相對位置影響呈現(xiàn)為 不平均，在兩發(fā)射線圈中間位置功率和效率極低。
[0005] 特別是，現(xiàn)有技術(shù)存在電磁輻射的顯著缺點，目前的解決辦法只能通過采取一些 有限的電磁屏蔽措施，如在電動汽車底盤安裝磁芯或鋁板，以削弱車內(nèi)人體的電磁輻射。 但是在公路上鋪設(shè)大功率長導(dǎo)軌對行駛的電動汽車進行無線供電時，當(dāng)行人過馬路從通 電的大功率導(dǎo)軌上經(jīng)過，將遭受強電磁照射影響，對人體安全構(gòu)成嚴重威脅。根據(jù)國際 非電離福身寸防護委員會（The International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection，ICNIRP)制定的標(biāo)準，在100kHz電流密度公眾暴露限值為200mA/m 2,其值過高 可能對人體神經(jīng)系統(tǒng)功能造成影響；比吸收率（Specific Absorption Rate, SAR)限值為 2W/kg，功率密度限值為10W/m2,二者值過高將導(dǎo)致人體局部組織過熱。因此，有必要提供一 種改進的方法和裝置來解決上述技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有可移動設(shè)備無線供電技術(shù)電磁輻射高、成本高、距離 長且供電磁耦合機構(gòu)間互感不均勻的問題，提供了一種基于分段導(dǎo)軌均衡場強的可移動設(shè) 備動態(tài)無線供電裝置及其動態(tài)無線供電方法。
[0007] 本發(fā)明所述基于分段導(dǎo)軌均衡場強的可移動設(shè)備動態(tài)無線供電裝置，該可移動設(shè) 備動態(tài)無線供電裝置包括網(wǎng)側(cè)供電端系統(tǒng)和可移動設(shè)備側(cè)受電端系統(tǒng)，網(wǎng)側(cè)供電端系統(tǒng)將 能量傳輸至可移動設(shè)備側(cè)受電端系統(tǒng)；
[0008] 網(wǎng)側(cè)供電端系統(tǒng)包括工頻整流器、大功率直流母線、n級分段導(dǎo)軌和n級位置檢測 控制電路，n為正整數(shù)；電網(wǎng)的電能通過工頻整流器輸送至大功率直流母線上；
[0009] n級分段導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)相同，均包括高頻逆變器、復(fù)合諧振電路和發(fā)射繞組；各級的高 頻逆變器均并聯(lián)在大功率直流母線上，高頻逆變器將電能輸出至復(fù)合諧振電路，然后通過 發(fā)射繞組傳輸至空氣介質(zhì)中；
[0010] n級位置檢測控制電路結(jié)構(gòu)相同，均包括磁傳感器，控制器和隔離驅(qū)動器，磁傳感 器設(shè)置在相鄰兩個發(fā)射繞組之間的中心位置，磁傳感器在可移動設(shè)備運動時檢測磁場強 度，根據(jù)門限閾值對可移動設(shè)備進行定位，控制器根據(jù)磁傳感器的定位信號產(chǎn)生軟開關(guān)控 制信號，軟開關(guān)控制信號經(jīng)過隔離驅(qū)動器電氣隔離和驅(qū)動后生成驅(qū)動信號，驅(qū)動信號控制 對應(yīng)的高頻逆變器的通斷；
[0011] 所述門限閾值是設(shè)定的磁傳感器的敏感邊界，通過設(shè)定門限閾值，開通可移動設(shè) 備側(cè)受電端系統(tǒng)正下方的兩級分段導(dǎo)軌，其余n-2級分段導(dǎo)軌處于關(guān)閉狀態(tài)；
[0012] 所述磁傳感器的敏感邊界設(shè)定為
【主權(quán)項】
1. 基于分段導(dǎo)軌均衡場強的可移動設(shè)備動態(tài)無線供電裝置，其特征在于：該可移動設(shè) 備動態(tài)無線供電裝置包括網(wǎng)側(cè)供電端系統(tǒng)（1)和可移動設(shè)備側(cè)受電端系統(tǒng)（2)，網(wǎng)側(cè)供電 端系統(tǒng)（1)將能量傳輸至可移動設(shè)備側(cè)受電端系統(tǒng)（2); 網(wǎng)側(cè)供電端系統(tǒng)（1)包括工頻整流器（1-1)、大功率直流母線（1-2)、η級分段導(dǎo)軌 (1-3)和η級位置檢測控制電路（1-4)，η為正整數(shù)；電網(wǎng)的電能通過工頻整流器（1-1)輸 送至大功率直流母線（1-2)上； η級分段導(dǎo)軌（1-3)結(jié)構(gòu)相同，均包括高頻逆變器（1-3-1)、復(fù)合諧振電路（1-3-2)和 發(fā)射繞組（1-3-3);各級的高頻逆變器（1-3-1)均并聯(lián)在大功率直流母線（1-2)上，高頻逆 變器（1-3-1)將電能輸出至復(fù)合諧振電路（1-3-2)，然后通過發(fā)射繞組（1-3-3)傳輸至空氣 介質(zhì)中； η級位置檢測控制電路（1-4)結(jié)構(gòu)相同，均包括磁傳感器（1-4-1)，控制器（1-4-2)和 隔離驅(qū)動器（1-4-3)，磁傳感器（1-4-1)設(shè)置在相鄰兩個發(fā)射繞組（1-3-3)之間的中心位 置，磁傳感器（1-4-1)在可移動設(shè)備運動時檢測磁場強度，根據(jù)門限閾值對可移動設(shè)備進 行定位，控制器（1-4-2)根據(jù)磁傳感器（1-4-1)的定位信號產(chǎn)生軟開關(guān)控制信號，軟開關(guān)控 制信號經(jīng)過隔離驅(qū)動器（1-4-3)電氣隔離和驅(qū)動后生成驅(qū)動信號，驅(qū)動信號控制對應(yīng)的高 頻逆變器（1-3-1)的通斷；
所述門限閾值是設(shè)定的磁傳感器（1-4-1)的敏感邊界，通過設(shè)定門限閾值，開通可移 動設(shè)備側(cè)受電端系統(tǒng)（2)正下方的兩級分段導(dǎo)軌（1-3)，其余η-2級分段導(dǎo)軌（1-3)處于關(guān) 閉狀態(tài)； 所述磁傳感器（1-4-1)的敏感邊界設(shè)定為： ，其中：r表示發(fā)射繞組內(nèi)切圓半 徑，d表示相鄰兩發(fā)射繞組邊界距離； 各級控制器（1-4-2)產(chǎn)生的軟開關(guān)控制信號的工作點頻率均為&，各級復(fù)合諧振電路