一种用于电动汽车的无线充电装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于电动汽车的无线充电装置，采用磁耦合谐振式无线电能收发方式，无线充电装置包括电磁接收部分、处理电路和蓄电池组，所述的电磁接收部分包括接收线圈和耦合增强铁芯；耦合增强铁芯包括铁芯中部圆柱和位于其两端的铁芯两端圆柱；铁芯中部圆柱的横截面半径R与接收线圈的半径R2相等；所述的铁芯两端圆柱的高度h为铁芯中部圆柱的长度L的1/4。本发明专利技术增强了远距离传输时发射线圈和接收线圈间的磁耦合作用，提高了电动汽车无线充电的传输距离。

A wireless charging device for electric vehicles

The invention relates to a wireless charging device for an electric vehicle, which adopts a magnetic coupling resonant radio power transceiver mode. The wireless charging device comprises an electromagnetic receiving part, a processing circuit and a battery pack. The cross-section radius R of the cylinder in the middle of the core is equal to the radius R2 of the receiving coil, and the height h of the cylinder at both ends of the core is 1/4 of the length L of the cylinder in the middle of the core. The invention enhances the magnetic coupling effect between the radiation coil and the receiving coil during the long distance transmission, and improves the transmission distance of the electric vehicle wireless charging.

【技术实现步骤摘要】
一种用于电动汽车的无线充电装置
本专利技术属于无线电能传输
，涉及一种用于电动汽车的无线充电装置。
技术介绍
无线电能传输又称为无接触式电能传输，指的是电能从电源到负载的一种没有经过电气直接接触的能量传输方式。无线电能传输一直是人类的梦想。早在1893年的哥伦比亚世博会上，美国科学家NikolaTesla展示了他的无线磷光照明灯。NikolaTesla利用无线电能传输原理，在没有任何导线连接的情况下点亮了灯泡。这是人类在无线电能传输初期阶段的重要尝试。2007年，美国麻省理工学院的MarinSoljacic教授等人在中等距离无线电能传输方面取得了新进展。随后，世界各地的研究人员对无线电能传输开展了越来越多的研究。根据传输机理的不同，无线电能传输可分为磁感应耦合式、磁耦合谐振式、微波辐射式、激光方式、电场耦合式及超声波方式等。磁感应耦合式和磁耦合谐振式无线电能利用发射线圈产生的交变磁场将电能耦合到接收线圈，从而实现对负载的无线电能传输。其中，感应耦合式技术的传输功率较大，在较短的传输距离内传输效率较高，随着传输距离的增大，传输效率迅速变小。微波辐射式和激光方式利用电磁场远场辐射效应在自由空间进行电能传输，但微波辐射式在传输过程中的发散角较大，功率密度较低；激光方式的定向精度要求高，目前即使还不够成熟。超声波方式的无线电能传输主要以超声波作为耦合媒介，通过发射/接收换能器的逆压电效应和正压电效应实现电能-机械能-声能和声能-机械能-电能的能量转换，实现无线电能传输。但该方式的传输功率较小，传输效率不高。电场耦合式无线电能传输中，由于电场对人体的危害比磁场严重，因此目前研究的比较少；磁耦合谐振式无线电能传输通过2个谐振在相同频率上的电感线圈之间的近场磁耦合来传输能量，较之耦合感应式传能，在传输距离上有了很大的扩展；相比于辐射式传能，其对电磁环境的影响较小，且传输功率较大，因此受到越来越广泛的关注和研究。随着电动汽车的广泛使用，电动汽车的充电问题将会是长期困扰人们的一个问题。如何实现灵活高效的给电动汽车充电，已经成为社会上亟待解决的技术问题。磁耦合谐振技术利用线圈之间的谐振耦合，进行能量的高效传输，是解决当前电动汽车充电问题的一个方向和思路。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对电动汽车无线充电效率低的问题，提供一种用于电动汽车的无线充电装置。此种装置在基本两线圈结构设计的基础上，采用带有增强型铁芯结构的线圈作为接收装置，增强了远距离传输时发射线圈和接收线圈间的磁耦合作用，提高了电动汽车无线充电的传输距离。本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种用于电动汽车的无线充电装置，采用磁耦合谐振式无线电能收发方式，无线充电装置包括电磁接收部分、处理电路和蓄电池组，所述的电磁接收部分包括接收线圈和耦合增强铁芯；其特征在于,所述的耦合增强铁芯包括铁芯中部圆柱和位于其两端的铁芯两端圆柱；所述的接收线圈紧贴铁芯中部圆柱缠绕；所述的铁芯中部圆柱的横截面半径R与接收线圈的半径R2相等；所述的铁芯两端圆柱的高度h为铁芯中部圆柱的长度L的1/4，设最小损耗参数为Fmin，令Fc＝Fmin，按照下式计算得到铁芯中部圆柱的长度L：其中d＝(1-R2/L2)1/2，K＝L/R。根据铁芯中部圆柱的横截面半径R、铁芯中部圆柱的长度L、接收线圈的匝数N和接收线圈的线径dwire，分别计算出接收线圈的层数Klayer和接收线圈的总线度lwire，即Klayer＝Ndwire/Llwire＝2πNR+πN2dwire/L。本专利技术的用于电动汽车的无线充电装置结构简单，只需在现有无线电能传输装置的基础上进行改造即可实现，解决了现有无线传能系统中提高传输距离与减小线圈体积这一难点、热点问题，增大了铁芯磁化时退磁磁力线的路径，减小了磁化损耗，实现了在铁芯体积和线圈长度都明显减小的情况下，增强线圈间磁耦合程度的作用，提高电动汽车无线充电能量的传输效率。本专利技术的设计方法，可以得到在损耗参数最小情况下的铁芯中部圆柱的长度，从而减小了铁芯的磁化损耗，增大了穿过线圈的磁场强度，增强了两线圈间的磁耦合作用，大幅度提高了电动汽车无线充电的传输距离，同时也能提高传输效率。附图说明图1是本专利技术的用于电动汽车的无线充电装置的应用场景示意图；图2是电磁发射部分和电磁接收部分结构示意图；图3是本专利技术耦合增强铁芯；图4是电能传输效率随传输距离变化数据分析图。其中：1：铁芯中部圆柱2：铁芯两端圆柱具体实施方式为了使本专利技术技术方案的内容和优势更加清楚明了，以下结合附图，对本专利技术的一种用于电动汽车的无线充电装置及设计方法进行进一步的详细说明。如图1所示，电源、转换电路和电磁发射部分铺设在公路下，电源为整个系统提供输入功率，转换电路将电源输入的交流电转换为适应负载要求的交流电，电磁发射部分用来发射转换电路部分输入的交变电磁场；电磁接收部分位于汽车部部，通过谐振耦合的方式接收电磁发射部分发射的交变电磁场；此外，处理电路对电磁接收部分输入的交变电流进行处理，输出恒压的直流电，储存在蓄电池组中，为电动汽车供电。如图2所示，电磁发射部分由发射线圈、发射线圈补偿电容组成，并通过发射线圈补偿电容使使发射线圈的谐振频率与电源的中心频率进行匹配；电磁接收部分由接收线圈、接收线圈补偿电容和耦合增强铁芯组成，并通过接收线圈补偿电容使接收线圈的谐振频率与电源的中心频率进行匹配；此外，接收线圈的中心还安装有耦合增强铁芯，利用铁芯磁化时产生的磁场，增强接收线圈的磁通量，将空间多数磁场约束在铁芯内，进而增强发射线圈和接收线圈间的磁耦合作用；所述发射线圈，耦合增强铁芯和接收线圈的轴心重合，铁芯中部圆柱和铁芯两端圆柱的轴心重合，发射线圈与接收线圈没有直接的电气连接。如图3所示，铁芯两端圆柱对称的安装在铁芯中部圆柱的两端。为了解决现有技术中存在的问题，申请人进行了多方摸索，当铁芯受到外磁场作用时，会发生显著地磁化，在两端形成南、北两个磁极，产生退磁磁场。退磁磁场Hin与磁化强度M的关系可由损耗参数F来描述，即Hin＝F×M(1)铁芯内部的有效磁场为Heff＝Hex-Hin(2)式中：Hex为作用在铁芯上的外磁场。对于椭球体铁芯，其损耗参数为：式中：a、b、c分别为椭球体的长轴、短轴和长度。因式A可通过以下式子进行计算：其中d＝(1-b2/c2)1/2。则铁芯中部圆柱的损耗参数为：Fc＝Fe(0.85(0.5K)0.13)(5)其中K＝L/R，L和R分别为铁芯中部圆柱的长度和横截面半径。铁芯中部圆柱的损耗参数为：为达到最优实施效果，本专利技术中b＝R、c＝L，即d＝(1-R2/L2)1/2。根据给定的铁芯中部圆柱的横截面半径R和最小损耗参数Fmin，令Fc＝Fmin、，利用上式可计算出铁芯中部圆柱的长度L。接收线圈的层数Klayer＝Ndwire/L(7)接收线圈的总线长lwire＝2πNR+πN2dwire/L(8)基于此搭建的系统平台，得到相关的仿真数据如图4所示。与传统电动汽车的无线充电技术相比，本专利技术大幅度提高了传输效率和传输效率。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例而已，并不用于限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于电动汽车的无线充电装置，采用磁耦合谐振式无线电能收发方式，无线充电装置包括电磁接收部分、处理电路和蓄电池组，所述的电磁接收部分包括接收线圈和耦合增强铁芯；其特征在于,所述的耦合增强铁芯包括铁芯中部圆柱和位于其两端的铁芯两端圆柱；所述的接收线圈紧贴铁芯中部圆柱缠绕；所述的铁芯中部圆柱的横截面半径R与接收线圈的半径R2相等；所述的铁芯两端圆柱的高度h为铁芯中部圆柱的长度L的1/4，设最小损耗参数为Fmin，令Fc＝Fmin，按照下式计算得到铁芯中部圆柱的长度L：

【技术特征摘要】
1.一种用于电动汽车的无线充电装置，采用磁耦合谐振式无线电能收发方式，无线充电装置包括电磁接收部分、处理电路和蓄电池组，所述的电磁接收部分包括接收线圈和耦合增强铁芯；其特征在于,所述的耦合增强铁芯包括铁芯中部圆柱和位于其两端的铁芯两端圆柱；所述的接收线圈紧贴铁芯中部圆柱缠绕；所述的铁芯中部圆柱的横截面半径R与接收线圈的半径R2相等；所述的铁芯两端圆柱的高度h为铁芯中部圆柱的长度L的1/4，设最小损...

【专利技术属性】
技术研发人员：施艳艳，冯静，王萌，王璨，范悦，
申请(专利权)人：河南师范大学，
类型：发明
国别省市：河南,41