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不同布置方式的雙極型長軌道結(jié)構(gòu)發(fā)射端和接收耦合主磁通回路均在發(fā)射端范圍內(nèi)，減小了單極型長軌道結(jié)構(gòu)對道路兩側(cè)的漏磁通 。
綜合前述分析，動態(tài)無線供電系統(tǒng)中各類磁耦合機構(gòu)的特點對比見表1，可以為磁耦合機構(gòu)的研究和設計提供指導 。根據(jù)應用環(huán)境和系統(tǒng)要求確定合適的結(jié)構(gòu)類型，提升磁耦合機構(gòu)設計效率 。
表1 動態(tài)無線供電系統(tǒng)磁耦合機構(gòu)結(jié)構(gòu)類型及特點
3 關(guān)鍵問題研究現(xiàn)狀
3.1 高功率密度、低成本的磁耦合機構(gòu)構(gòu)型研究
為了增強發(fā)射端和接收端之間的耦合性能，提升傳輸功率，通常采用增加磁心的方式，平板結(jié)構(gòu)為最常用的磁心形式，但成本也較為高昂 。因此如何設計低成本、高耦合性能的磁心構(gòu)型成為研究者們的研究重點 。
對于陣列軌道結(jié)構(gòu)的磁耦合機構(gòu)，每個獨立供電的發(fā)射端線圈與靜態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相似，存在互通性，因此通常磁心結(jié)構(gòu)與靜態(tài)系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)相同 。為了降低磁耦合機構(gòu)成本，通常采用條形磁心構(gòu)型，如圖17分別為單極型和雙極型線圈結(jié)構(gòu)的磁心構(gòu)型 。
圖17 陣列軌道結(jié)構(gòu)磁心構(gòu)型
對于長軌道結(jié)構(gòu)的磁耦合機構(gòu)，KAIST在過去10年領導的五代OLEV開發(fā)中，提出了多種結(jié)構(gòu)用于不同類型的磁耦合機構(gòu)，如圖18所示 。
對于單極型長軌道結(jié)構(gòu)，第一代（1G）采用E型磁心實現(xiàn)了1cm傳輸距離下3kW功率輸出，效率達到80%，如圖18a所示 。為了降低磁心成本，第三代（3G）采用骨架的W型磁心實現(xiàn)了17cm傳輸距離下15kW功率輸出，效率達到71%，但發(fā)射端軌道寬80cm，如圖18b所示 。采用該結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了26cm傳輸距離下的100kW功率等級快速充電 。
對于雙極型長軌道結(jié)構(gòu)，第二代（2G）將U型磁心用于橫向布置的雙極型結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了17cm傳輸距離下6kW輸出功率，效率達到72%，如圖18c所示 。但其發(fā)射端寬度高達140cm 。接收端橫向側(cè)移能力受到寬度限制較小 。因此該結(jié)構(gòu)更常用于AGV、軌道交通等領域的動態(tài)無線供電系統(tǒng) 。
為了提升磁耦合機構(gòu)的側(cè)移容忍度和耦合性能，第四代（4G）采用了革新性的I型磁極結(jié)構(gòu)供電軌道，該結(jié)構(gòu)為縱向布置的雙極型長軌道結(jié)構(gòu)，如圖18d所示 。在20cm傳輸距離下實現(xiàn)了27kW輸出功率，效率達到74% 。其中發(fā)射端供電軌道寬度僅10cm，接收端側(cè)移容忍度達到24cm 。后續(xù)提出了S型磁極供電軌道的第五代（5G），如圖18e所示 。寬度進一步減小至4cm，側(cè)移距離相應的增加至30cm，但耦合性能下降 。
圖18 長軌道結(jié)構(gòu)磁心構(gòu)型
表2對各類磁心構(gòu)型的特點進行了對比總結(jié) 。
表2 磁心構(gòu)型的特點
3.2 分段導軌間過渡輸出穩(wěn)定性
靜態(tài)無線充電系統(tǒng)中，接收端和發(fā)射端相對位置發(fā)生偏移時，隨著偏移距離的增大，輸出功率會隨著耦合性能的下降逐漸減小 。對于動態(tài)系統(tǒng)，當接收端駛出供電的分段導軌或發(fā)射端線圈，并且未完全駛?cè)胂乱欢位蛳乱欢挝垂╇姇r，與靜態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生偏移的情況相似，輸出功率會隨著耦合性能的下降而減小 。因此接收端行進過程中在相鄰分段導軌間過渡時存在輸出跌落問題 。研究人員針對陣列軌道和長軌道結(jié)構(gòu)中存在的這種問題展開大量研究 。
對于如圖19a所示的陣列軌道結(jié)構(gòu)，圣地亞哥州立大學團隊通過優(yōu)化單極型線圈長度和間距等參數(shù)，同時對多個發(fā)射端線圈供電，實現(xiàn)了動態(tài)過程中接收端輸出波動的降低 。如圖19b所示虛線為接收端與不同發(fā)射端之間的耦合系數(shù)，存在較大波動；（紅色）實線為優(yōu)化尺寸后對多個發(fā)射端同時供電時的等效耦合系數(shù) 。最終實現(xiàn)15cm傳輸距離下1.4kW的輸出功率，動態(tài)行進過程中輸出功率波動在±7.5%內(nèi) 。

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