[发明专利]一种基于电动小车的分段式动态无线充电系统与实现方法

权利要求书

1.一种基于电动小车的分段式动态无线充电系统，其特征在于：该基于电动小车的分段式动态无线充电系统包括高频发射源、发射系统、电磁接收系统和负载，所述负载和外部电动小车的供电电路连接；

所述发射系统包括励磁线圈和发射线圈，所述励磁线圈和发射线圈是通过直接耦合关系把能量从励磁线圈传到发射线圈，所述励磁线圈所需能量通过电路连接从所述高频发射源处获得；

所述电磁接收系统包括接收线圈和负载线圈，所述接收线圈和负载线圈也是通过直接耦合关系把能量从接收线圈传到负载线圈，所述发射线圈与接收线圈之间通过空间磁场的谐振耦合实现电能的无线传输；

所述发射线圈和接收线圈采用的均是同一种结构的弧形线圈结构，并且大小也相同，所述弧形线圈结构是一种对圆弧轨道的拟合，单个所述弧形线圈结构包括中间空出来没有绕线的部分、绕线部分和外面的磁场扩散区域，所述发射线圈下面安装有聚磁材料；

两个所述发射线圈铺设时的距离小于等于单个线圈的最大半径，两个所述发射线圈铺设时的距离大于等于0；

所述中间空出来没有绕线的部分的面积是根据两个线圈间的耦合关系来决定的，所述发射线圈和接收线圈的匝数也是需要根据耦合关系来决定，设置在11～20匝；

所述弧形线圈的曲率半径为30cm，单匝弧形线圈的截面半径为2mm，所述弧形线圈的最长半径不超过20cm，所述弧形线圈所对的圆心角最多不超过74.5度；

所述聚磁材料为圆弧形的结构，所述聚磁材料的大小均比发射线圈和接收线圈线圈的尺寸大；

所述聚磁材料为铁氧体；

所述发射线圈和接收线圈的绕线方式均为紧密贴合，并且所述发射线圈和接收线圈外表面均采用有绝缘漆包线的铜制线圈；

一种基于电动小车的分段式动态无线充电系统的实现方法，其特征在于：计算线圈的无线电能传输最大效率η的计算方法，步骤包括：

(1)首先根据基尔霍夫电压定律(KVL),列出电路的电压方程：

式中，R₁分别为励磁线圈等效到发射线圈的感应电动势和阻抗；R₄为负载线圈反射到接收线圈的等效阻抗，R₂、R₃分别为发射线圈、接收线圈的损耗电阻和辐射电阻之和，式中，流过发射线圈和接收线圈的电流分别为电流方向为顺时针方向

(2)令负载阻抗和激励源内阻相同，那么它们的发射阻抗也相同，即R₁＝R₄，因为发射线圈个接收线圈结构相同，所以R₂＝R₃,L₂＝L₃,C₂＝C₃，为了便于分析，这里令

将上式代入到步骤(1)中即可得到

(3)引入广义失调因子其中Q为品质因数，同时因为

可得

(4)解出步骤(3)中的方程，得到

式中，δ为耦合因数，

(5)无线电能传输系统中总功率和有功功率为

负载功率模值为

(6)|P_load|对ξ求导可求出模值的最大值

则负载归一化功率为

无线电能传输效率

对上式取模值得到

(7)通过对失调因子和耦合因数在不同情况下的分类讨论就可以得出不同尺寸弧形线圈的最大电能传输效率。