[發明專利]帶有可切換中繼線圈的電動汽車無線充電磁耦合器

有效

• 申請號: 202110103310.6
• 申請日: 2021-01-26
• 公開（公告）號: CN112874331B
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發明（設計）人: 葛佳蔚;楊富堯;劉坤;陳新;程少宇;劉洋;康錦萍;馮硯廳;馬光;趙海森
• 申請（專利權）人: 華北電力大學;全球能源互聯網研究院有限公司;國網河北省電力有限公司電力科學研究院
• 主分類號: B60L53/12
• 分類號: B60L53/12;H02J50/10;H02J50/50
• 代理公司: 北京衛平智業專利代理事務所(普通合伙) 11392
• 代理人: 張新利;謝建玲

本發明屬于電動汽車無線充電技術領域，具體為一種帶有可切換中繼線圈的電動汽車無線充電磁耦合器，所述磁耦合器是在對兩線圈和三線圈結構磁耦合器進行的優化設計，通過對磁耦合器偏移情況下進行比較后發現，兩線圈磁耦合器在近距離，所述近距離為：≤線圈尺寸的30％左右時，偏移效率不低于90％，三線圈磁耦合器在遠距離，所述遠距離為：＞線圈尺寸的30％左右時，偏移效率不低于90％，因而提出了一種帶有可切換中繼線圈的電動汽車無線充電磁耦合器，提高了電動汽車無線充電用磁耦合器及無線充電系統的抗偏移能力。

技術領域

本發明屬于電動汽車無線充電技術領域，特別涉及一種帶有優化中繼線圈的電動汽車無線充電磁耦合器。

背景技術

無線充電技術因其可實現無接觸靜態充電以及行駛過程中動態充電等獨特優勢在電動汽車領域得到廣泛應用及發展。然而，無線充電系統的傳輸效率和功率受外界擾動影響的矛盾仍然突出。其中，最大的擾動便是由于定位不準而造成的磁耦合器能量傳輸線圈間的錯位即發生偏移。在現有大多數WPTS(無線充電系統)中，均是在WPTS能量傳輸線圈間相對位置重合度較高情況下才能完成較高效率充電。

在實際應用中，磁耦合器能量傳輸線圈間的相對位置可能會出現橫向、縱向偏移，這會導致系統效率顯著下降，嚴重情況下，效率下降會超過20％，系統功率也會發生波動。

研究發現通過加入中繼線圈，使用如附圖3所示的三線圈磁耦器結構，在偏移情況下接收線圈的能量接收面積被等效地增大了，故三線圈結構無線充電系統在遠距離傳輸時具有較好的抗偏移能力。該結構需要在發射線圈與接收線圈之間固定一個中繼線圈，但在電動汽車無線充電應用中很難尋找到這樣一個空間或者支撐點來固定中繼線圈，并且在近距離能量傳輸時，兩線圈磁耦合器的性能優于三線圈磁耦合器。

針對這一問題，本發明在三線圈磁耦合器的基礎上，結合了兩線圈與三線圈磁耦合器結構的優點，通過對中繼線圈進行優化設計，提出了帶有切換中繼線圈結構的電動汽車無線充電磁耦合器，使用該結構的磁耦合器有效地增強了無線充電系統的抗偏移能力，提高了系統穩定性。

發明內容

本發明的目的在于，提供帶有可切換中繼線圈的電動汽車無線充電磁耦合器。

為實現上述目的，本發明提供的技術方案是：

一種帶有可切換中繼線圈的電動汽車無線充電磁耦合器，包括：原邊線圈、副邊線圈和中繼線圈，所述原邊線圈、副邊線圈和中繼線圈水平平行布置，所述中繼線圈置于原邊線圈內，所述原邊線圈為發射線圈，副邊線圈為接收線圈，所述原邊線圈、中繼線圈和副邊線圈的纏繞方式為平面圓角矩形纏繞；中間沒有任何導磁金屬介質，完全依靠空氣進行能量傳遞，通過閉合和斷開中繼線圈的開關，使磁耦合器處于兩線圈或者三線圈運行狀態，

所述發射線圈邊長為：700mm，匝數為：17；所述中繼線圈邊長為：400mm，匝數為：13；所述接收線圈邊長為：700mm，匝數為17；所述發射線圈與接收線圈間垂直距離為200mm，所述發射線圈于中繼線圈間垂直距離為0mm；

在上述方案的基礎上，所述中繼線圈結構具體尺寸的確定方法包括如下步驟：

步驟11首先確定發射線圈和接收線圈的間隔d，所述間隔d單位為mm；根據實際應用情況，d應該不小于200mm，因而發射線圈和接收線圈的間隔取為200mm；

步驟12確定發射線圈的外邊長和接收線圈的外邊長，考慮到實際的空間和成本，發射線圈和接收線圈尺寸不宜過大，當發射線圈和接收線圈尺寸過小會導致效率過低，因而，發射線圈和接收線圈尺寸最小應不小于600mm，故尺寸的取值范圍為600～800mm之間，最終確定發射線圈和接收線圈外邊長為700mm；

步驟13中繼線圈的外邊長和匝數的確定：

l≤x-6.5n₁ (1)