一种电动汽车的分段式动态无线充电磁耦合系统的制作方法

本发明涉及电动汽车无线充电系统领域，尤其是涉及一种电动汽车的分段式动态无线充电磁耦合系统。

背景技术：

目前电动汽车的充电方式主要分为有线充电和无线充电两种充电方式。有线充电是一种传统的充电方式，存在着接口限制和安全等方面的诸多弊端。作为一种新型的充电方式，无线充电采用无线电能传输技术来实现对电动汽车的不接触充电。

根据电动汽车在进行无线充电的过程中所处运行状态的不同，可以将无线充电方式分为静态无线充电(staticwirelesschargingsystem,swcs)和动态无线充电(dynamicwirelesschargingsystem,dwcs)两种方式。静态无线充电方式对充电区域存在着严格限制，用户必须到指定的区域进行充电。相比较而言，动态无线充电方式可以在电动汽车行驶的过程中进行连续充电，这样电动汽车只需装备少量的电池组即可满足高续航里程的要求，而且，由于电动汽车能够进行持续的充电，也不需要充电设施提供很高的充电功率，这也降低了对充电设施的要求，因此电动汽车动态无线充电过程更为安全便捷。

根据发射线圈的布局方式，动态无线充电技术可以分为“导轨式”和“分段式”。“导轨式”布局能够保证电动汽车在导轨段的行驶范围内具有稳定的功率传输。但是对导轨范围内的线圈进行集中供电，一方面会导致增加系统的损耗，另一方面也带来严重的电磁泄露问题。而“分段式”布局中，发射线圈在汽车行驶方向上间隔一段距离依次排列。采取单独供电的方式，在正常工作时只对车身正对下方的线圈进行供电，这种分段式供电方式不仅可以减小系统损耗，而且还可以有效降低电磁泄露。

然而，在电动汽车行驶的过程中，发射线圈和接收线圈之间的耦合系数会发生大范围快速变化，会大大地降低系统的传输功率和效率。耦合系数的大范围变化，还会导致系统的传输功率产生巨大的波动，降低系统的可靠性。

技术实现要素：

为了解决背景技术中的问题，本发明提出了一种电动汽车的分段式动态无线充电磁耦合系统，能够完成高效电能传输，在动态无线充电过程中，减小耦合系数的波动，获得稳定的输出功率。

本发明的技术方案如下：

本发明包括分段式动态无线充电系统发射装置和动态无线充电系统接收装置；分段式动态无线充电系统发射装置主要由若干个发射线圈沿汽车行驶方向在路面上依次间隔铺设而成，动态无线充电系统接收装置主要是安装在电动汽车底盘上的接收线圈；所述的分段式动态无线充电系统发射装置和动态无线充电系统接收装置之间的传输距离为150～250mm。

发射线圈和接收线圈均主要由双矩形线圈、铁氧体磁芯面和屏蔽铝板依次从上到下层叠放置而成，双矩形线圈由上侧矩形线圈和下侧矩形线圈沿垂直于汽车行驶方向在铁氧体磁芯面上无间隔排列构成。

所述上侧矩形线圈和下侧矩形线圈由外到内螺旋绕制的方向相反。

所述发射线圈和接收线圈中的上侧矩形线圈与下侧矩形线圈大小形状均相同，发射线圈中的上侧矩形线圈的长lp和宽wp的关系满足lp＝wp；铁氧体磁芯面的长la满足la>lp，铁氧体磁芯面的宽wa满足wa>2*wp，屏蔽铝板的长lb满足lb>la，屏蔽铝板的宽wb满足wb>wa；接收线圈中的上侧矩形线圈的长ls满足ls＝1.8lp，接收线圈中的上侧矩形线圈的宽ws满足ws＝wp。

相邻所述发射线圈之间的间距dp满足dp＝0.5lb。

所述发射线圈的长和接收线圈的长均平行于汽车行驶方向。

所述铁氧体磁芯面由若干铁氧体磁芯紧密排列组成。所述铁氧体磁芯面和屏蔽铝板之间通过导热硅胶连接。

本发明的有益效果：

本发明通过优化发射线圈间的间距和接收线圈的大小，可以有效地降低耦合系数地变化，得到一个相对稳定的输出功率，增加系统的可靠性，完成高效电能传输。同时，为了减小系统发射出的磁场对周围空间环境的影响，还添加了屏蔽铝板和铁氧体磁芯面，对磁场进行屏蔽，有效地降低了电磁泄露。

附图说明

图1是本发明的分段式动态无线充电系统发射装置；

图2是发射线圈和接收线圈的结构图；

图3是动态无线充电系统接收装置；

图4是接收装置和发射装置间的耦合系数；

图中：发射线圈1、双矩形线圈2、上侧矩形线圈3、下侧矩形线圈4、铁氧体磁芯面5、屏蔽铝板6、接收线圈7。

具体实施方式

为了使本发明技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施案例，对本发明进行进一步详细说明。

本发明包括分段式动态无线充电系统发射装置和动态无线充电系统接收装置，两者通过电磁耦合方式进行电能的传输；分段式动态无线充电系统发射装置主要由若干个发射线圈1沿汽车行驶方向在路面上依次间隔铺设而成，动态无线充电系统接收装置主要是安装在电动汽车底盘上的接收线圈7；发射线圈1和接收线圈7均主要由双矩形线圈2、铁氧体磁芯面5和屏蔽铝板6依次从上到下层叠放置而成，双矩形线圈2由上侧矩形线圈3和下侧矩形线圈4沿垂直于汽车行驶方向在铁氧体磁芯面5上无间隔排列构成。分段式动态无线充电系统发射装置和动态无线充电系统接收装置之间的传输距离为150～250mm。

如图2和图3所示，发射线圈1和接收线圈7中的上侧矩形线圈3与下侧矩形线圈4大小形状均相同，发射线圈1中的上侧矩形线圈3的长lp和宽wp的关系满足lp＝wp；铁氧体磁芯面5的长la满足la>lp，铁氧体磁芯面5的宽wa满足wa>2*wp，屏蔽铝板6的长lb满足lb>la，屏蔽铝板6的宽wb满足wb>wa；接收线圈7中的上侧矩形线圈3的长ls满足ls＝1.8lp，接收线圈7中的上侧矩形线圈3的宽ws满足ws＝wp。上侧矩形线圈3和下侧矩形线圈4由外到内螺旋绕制的方向相反。上侧矩形线圈3和下侧矩形线圈4均采用多股利兹线。相邻发射线圈1之间的间距dp满足dp＝0.5lb。发射线圈1的长和接收线圈7的长均平行于汽车行驶方向。

铁氧体磁芯面5由若干铁氧体磁芯紧密排列组成。铁氧体磁芯面5和屏蔽铝板6之间通过导热硅胶连接。

本发明实施例中，发射线圈1和接收线圈7内的激励电流为85khz的高频交流电，为了减小集肤效应和邻近效应产生的涡流损耗，采用800股单根直径0.1mm的铜线组成的利兹线绕制双矩形线圈2。由于场地限制，发射线圈1中的矩形线圈3、4的长和宽设置为lp＝wp＝280mm；铁氧体磁芯面的长和宽分别设置为la＝290mm和wa＝570mm；所述屏蔽铝板6的长和宽分别为lb＝300mm和wb＝580mm。发射线圈之间的间距设置为发射线圈1间的间距dp＝150mm。分段式动态无线充电系统发射装置和动态无线充电系统接收装置之间的距离为180mm。

铁氧体磁芯面5放置在双矩形线圈2下方，其作用是铁氧体磁面5具有很高的电阻率，可以减小互感区域的磁阻从而增大发射线圈和接收线圈的耦合程度，从而提升效率。屏蔽铝板6放置在铁氧体磁芯的下方，其作用是具有导电性能的金属屏蔽板，通过发散的交变磁场在金属内部产生涡流，涡流产生的磁场反过来与发散在空间的磁场抵消，对磁场进行屏蔽作用。

本发明实施例中，分段式动态无线充电系统发射装置由6个发射线圈1组成。如图1所示，x轴代表汽车行驶方向，y轴表示垂直于汽车行驶方向的方向。在实际应用中，根据动态无线充电道路的长度决定发射线圈1的数量。当电动汽车在动态无线充电道路上行驶时，为了减小分段式动态无线充电系统发射装置和动态无线充电系统接收装置之间耦合系数的变化范围，经过优化分析，接收线圈7的长和宽分别设置为ls＝504mm和ws＝280mm。图4给出了优化后的耦合系数变化情况。其中k1s、k2s、k3s、k4s、k5s和k6s分别表示接收线圈7和6个发射线圈1单独耦合时的耦合系数，k表示接收线圈与分段式动态无线充电系统发射装置总的耦合系数。由图4可得，总的耦合系数平均为0.21，耦合系数的波动率为1.53％。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。