[发明专利]一种用于电动汽车的无线供电装置

说明书

本发明涉及一种用于电动汽车的无线供电装置，采用磁耦合谐振式和磁感应式的无线电能收发方式，包括发射线圈、接收线圈、发射线圈磁芯和接收线圈磁芯，发射线圈磁芯由磁芯细轴和位于其两端的磁芯两端圆台组成；发射线圈紧贴磁芯细轴缠绕；发射线圈的高度与磁芯细轴的长度l_core相等；磁芯两端圆台的高度h为发射线圈磁芯的长度l的1/6；磁芯两端圆台上底面均靠近磁芯细轴且磁芯细轴的横截面半径为r_core、两个上底面的半径r和发射线圈的半径r₁相等；磁芯两端圆台的下底面半径R与接收线圈的半径r₂相同；接收线圈的高度与接收线圈磁芯的长度L相同。本发明无线电能传输效果更好，大幅度提高传输距离和传输效率。

技术领域

本发明属于无线电能传输技术领域，涉及一种用于电动汽车的无线供电装置。

背景技术

传统的直接接触式电能传输存在诸如产生接触火花，影响供电的安全性和可靠性，甚至引起火灾或爆炸，造成重大事故等弊端。因此寻找一种更为灵活、方便的电能传输方式成为人类的一个美好追求。早在19世纪末，Nicola Tesla就进行过远距离无线输电的实验研究，但因技术和资金限制未能实现。国内外研究较多、较成熟的能量非接触传输技术大多采用电磁感应原理，但该种方式的能量传输效率随着距离增加迅速衰减，因此仅适合在短距离(mm级)上应用。基于磁耦合谐振的无线能量传输技术打破了电磁感应方式传输效率依赖于耦合系数的传统思路，为无线能量传输技术带来了突破。该系统依靠线圈磁耦合共振强耦合实现能量的高效率、大距离传输，并不依赖于发送与接收线圈间的耦合系数。磁耦合共振式无线能量传输方式的出现激发了业界极大的研究兴趣，为大距离(m级)条件下能量的高效无线传输提供了全新的思路。

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，较之感应耦合式传能，在传输距离上有了很大的扩展；相比于微波辐射式传能，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。

磁耦合谐振式无线传能技术虽然提高了传输距离，特别是轴向上的距离，实用性得到了很大的提高。但该种技术存在一个被称为临界耦合的最佳工作状态，此状态对应的距离就是最佳传输距离。在超过临界耦合距离之外，其传输功率和传输效率随着传输距离迅速降低,这就大大降低了其使用价值。以此如何解决电动汽车远距离充电问题刻不容缓。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种用于电动汽车的无线供电装置，扩展了无线电能的传输方式，将谐振耦合式无线电能传输与传统感应式无线电能传输相结合，较之单一模式下的无线电能传输效果更好，大幅度提高传输距离和传输效率，为电动汽车的无线供电提供了具体实在的技术模型。本发明通过以下技术方案予以实现：

一种用于电动汽车的无线供电装置，采用磁耦合谐振式和磁感应式的无线电能收发方式，包括发射线圈、接收线圈、发射线圈磁芯和接收线圈磁芯，其特征在于，所述的发射线圈磁芯由磁芯细轴和位于其两端的磁芯两端圆台组成；所述的发射线圈紧贴磁芯细轴缠绕；所述的发射线圈的高度与磁芯细轴的长度l_core相等；所述的磁芯两端圆台的高度h为发射线圈磁芯的长度l的1/6；所述的磁芯两端圆台上底面均靠近磁芯细轴且磁芯细轴的横截面半径为r_core、两个上底面的半径r和发射线圈的半径r₁相等；所述的磁芯两端圆台的下底面半径R与接收线圈的半径r₂相同；所述的R大于r；所述的磁芯两端圆台的锥角定义为α，r以α/2对应的斜率线性均匀的变化到R；所述的接收线圈紧贴接收线圈磁芯缠绕；所述的接收线圈的高度与接收线圈磁芯的长度L相同；所述的接收线圈磁芯的横截面半径r′与接收线圈的半径r₂相同；所述的l与L相同，设最小损耗参数为F_min，按照下式计算得到接收线圈磁芯的长度L：

其中