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原文传递一种电动汽车无线充电谐振线圈及其设计方法

专利名称：	一种电动汽车无线充电谐振线圈及其设计方法
摘要：	本发明公开了一种无线充电谐振线圈设计方法，包括根据目标参数确定谐振线圈的最大尺寸约束、最大绕线长度、最低互感，以及线圈类型、线圈线型、绕线方式，并根据设计指标进行调整完成符合需求的谐振线圈的制作。本发明还公开一种无线充电谐振线圈，采用平面盘式矩形并具有多层堆叠的绕线结构。本发明从谐振线圈的应用环境和目标参数出发，基于功率损耗和尺寸约束来设计谐振器，并形成详细、具体的设计准则，在给定输出功率和效率的情况下，能为谐振线圈的选取和绕制提供仿真与实际指导，并从理论上为提高系统效率提供了方法借鉴，为电动汽车无线充电系统谐振器的设计提供参数指导。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	东南大学
发明人：	谭林林;汤宗尧;钟汝莹;王松岑;黄学良;李子寿
专利状态：	有效
申请日期：	2018-12-03T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-10T00:00:00+0800
申请号：	CN201811465049.9
公开号：	CN109733217A
代理机构：	南京苏高专利商标事务所(普通合伙)
代理人：	柏尚春
分类号：	B60L53/12(2019.01);B;B60;B60L;B60L53
申请人地址：	210096 江苏省南京市玄武区四牌楼2号
主权项：	1.一种电动汽车无线充电谐振线圈的设计方法，其特征在于：所述设计方法包括， a、设定目标参数：根据谐振线圈应用的电动汽车类型设定目标参数，所述目标参数包括输出功率，充电效率，输入电压，输出电压，原副边线圈间距，谐振频率，偏移需求； b、选取线圈类型：根据所述偏移需求选择谐振线圈的线圈类型； c、确定谐振线圈的最大尺寸约束，包括：确定副边线圈的最大尺寸约束：在配套电动汽车的底盘大小的范围内设定副边线圈的最大尺寸约束，所述副边线圈的最大尺寸约束包括对所述谐振线圈的长、宽、高三个维度的限定；确定所述谐振线圈的原副边线圈尺寸比例和原边线圈的最大尺寸约束：参照SAE标准中的参考尺寸设定原副边线圈的尺寸比例，根据所述尺寸比例及所述副边线圈的最大尺寸约束计算原边线圈的最大尺寸约束； e、确定原副边谐振线圈的最大绕线长度，包括：选取线圈谐振拓扑：选择SS拓扑作为线圈谐振拓扑；确定原副边线圈的电流：根据所述输出功率和充电效率计算输入功率，结合所述输入电压和输出电压计算出原副边线圈的电流；确定最大功率损耗：根据所述输出功率和充电效率计算最大功率损耗；确定原副边电路的电容损耗：定义电容损耗为Wc，频率为f，电流为I，电感为L，σ为电容损切角，参考SAE标准中的最大电感值选取电感，根据谐振频率查阅电容手册得出的电容损切角，结合原副边线圈的电流、谐振频率，通过公式Wc＝2πf×I2×L×tanσ分别计算原副边电路的电容损耗；确定原副边电路的磁损耗：根据磁芯选型，得到磁芯在测量频率f1下的单位体积功率损耗值测量原副线圈的磁芯体积Ve1和Ve2，定义磁损耗为We，根据公式分别计算原副边电路的磁损耗；确定线圈等效电阻损耗：所述最大功率损耗减去原副边电路的电容损耗及原副边电路的磁损耗，得到线圈等效电阻损耗，结合所述原副边电流及原副边线圈尺寸比例计算出谐振线圈原副边等效电阻；选取线圈导线利兹线线型：查阅利兹线使用手册，根据频率与单股利兹线直径的关系选择单股利兹线线型；确定线圈导线的交流电阻率：根据所述利兹线线型对应的直流电阻率、截面积以及单位耐流量，根据所述原副边电流取1.5～2倍裕量得到原副边线圈过流大小，计算出每条线圈导线的利兹线股数以及交流电阻率；计算第一最大绕线长度：根据所述原副边线圈的等效电阻，结合所述线圈导线的交流电阻率，计算出原副边线圈的绕线长度之和作为第一最大绕线长度；计算第二最大绕线长度：根据所述利兹线股数和所述单股利兹线直径，计算出导线直径，根据所述副边线圈最大尺寸约束和线圈类型，计算副边线圈的绕线长度，结合所述尺寸比例计算出原边线圈的绕线长度，将原副边线圈的绕线长度之和作为第二最大绕线长度；比较所述第一最大绕线长度和所述第二最大绕线长度，取较小值作为谐振线圈的最大绕线长度，结合所述原副边尺寸比例得到原副边线圈的最大绕线长度； f、确定最低互感指标：定义最低互感指标为M，根据所述原副边线圈的最大绕线长度和所述线圈导线的交流电阻率计算出实际等效损耗电阻为R11、R22，通过输出电压和输出电流计算出等闲负载电阻RL，根据公式计算所述最低互感指标，其中ω代表频率下的角频率，η代表充电效率，R1、R2分别对应实际等效损耗电阻R11、R22； g、绕制谐振线圈：根据所述最大尺寸约束、所述最大绕线长度、所述利兹线型及利兹线股数，调整线圈绕线匝数、每匝之间的间距、堆叠的线圈层数绕制谐振线圈； h、谐振线圈测试：对绕制完成的谐振线圈进行测试，评估是否满足所述最低互感指标的要求，满足则完成设计，如不满足则重复步骤g调整后再次进行本步骤的测试。 2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于：所述线圈类型选取平面盘式矩形线圈，且所述谐振线圈包括第一区域和第二区域，所述第一区域第一端和所述第二区域第一端相连，且所述第一区域和所述第二区域以谐振线圈中线为轴对称分布。 3.根据权利要求2所述的设计方法，其特征在于：进一步包括，通过多层堆叠的方式绕制线圈。 4.一种电动汽车无线充电谐振线圈，所述谐振线圈为平面盘式矩形线圈，其特征在于，所述谐振线圈包括第一区域和第二区域，所述第一区域第一端和所述第二区域第一端相连，且所述第一区域和所述第二区域以谐振线圈中线为轴对称分布。 5.根据权利要求4所述的谐振线圈，其特征在于，所述谐振线圈采用多层堆叠的绕线结构。
所属类别：	发明专利