電圈匝數影響什麼

電動汽車無線充電，常見的技術路線有兩種，磁感應耦合式和磁耦合諧振式。無線充電技術出現的時間很長，一致無法使它替代有線充電的一個重要問題就是充電效率低。

1 磁耦合諧振式系統關鍵部件

磁耦合諧振系統，基本的組成模組包括髮射整流模組，逆變模組，發射端補償模組，發射線圈，接收線圈，接收端補償模組，接收整流模組。其中發射接收線圈和補償模組是無線電力傳輸的關鍵部件。

1.1 線圈

發射線圈，將電能轉化成磁場能量傳遞出去，接收線圈再將磁場能量還原為電能，無線電力傳輸過程中，線圈的效能至關重要。

充電可以是靜態充電也可以是動態的邊走邊充，不同的充電形式，要求線圈的樣式並不相同。

靜態充電線圈

形式，主要有雙邊線圈和單邊線圈兩種。雙邊線圈存在漏磁現象，應用已不多。單邊線圈，目前應用最多的具體實現形式是平面螺旋線圈，為了提高線圈的抗偏移能力，有研究設計了DDQ線圈。基本的線圈結構是行車方向上，前後排列的兩個平面線圈，而DDQ線圈，是在前者的基礎上，在每個平面線圈內部垂直方向上增加一組線圈，構成“Q”字，具體形式如下圖所示。

動態充電線圈

，以預埋在路面下面的導軌的形式呈現，也可以分成兩種型別，集中供電導軌和分段供電導軌，區別只在導軌的設計形態。。如下圖所示集中供電導軌。動態充電，需要車輛具有穩定不變的執行路線，因此是適用於公交大巴的無線充電方式。

發射導軌的具體形式如下圖所示，由利茲線附在導軌共同構成。

前文中出現的幾個名詞

趨膚效應

，導體中流過交變電流或者存在交變磁場時，電流向導體表面集中的趨勢，頻率越高，這種趨勢就越明顯。電流集中在表面流動，造成導體電阻增加，發熱量增加等問題。

鄰近效應

，指高頻交流電流在臨近的兩個導體中流動時，導體內部的電流由向臨近導體一側集中的趨勢。

以上兩種效應，都可能造成多匝數線圈內部電流分佈不均，從而增加內阻，增大發熱量。都是需要盡力避免的問題。

什麼是利茲線

？利茲線指一種導體是由多根獨立絕緣導線絞合或者編織而成，利茲線利用較小的單股線徑和特別的編織方式，在很大程度上解決了趨膚效應和臨近效應問題。

1.2 補償模組

電能傳輸線圈之間的松耦合關係，漏感較大，耦合率低，使得迴路中的無功佔比比較大。系統中設定諧振補償模組，目的是進行無功補償，提高功率係數。補償模組的原理主要有串聯補償和並聯補償兩種形式，其中串聯應用較多。LCL 型諧振電路，能使發射線圈的電流表現恆流源特性，是當前研究的重點。

2 磁感應耦合式系統關鍵部件

磁感應耦合式，基本工作原理如下圖所示。高頻電源載入在發射線圈上，按照電磁感應關係，接收線圈上產生感應電流。串入迴路中的電容，是為了調節發射線圈和接收線圈的耦合狀態。這個系統中的重要部件是可分離變壓器和無功補償電路。

可分離變壓器

前面原理圖中的一對線圈L1和L2，是按照可分離變壓器的原邊和副邊的關係設計的。可分離變壓器效能的高低直接影響著磁感應耦合式無線充電效率的高低。把電能接收裝置稱為拾取機構，對於拾取機構的研究，產生了多種研究成果，其中綜合表現最好的是正交拾取結構，如下圖所示。能夠同時捕捉橫向和縱向的磁場，允許較大的橫向不對正，持續工作能力強。

正交拾取機構以外，還有圓形電磁結構，微型鋁線圈等。前者可以在更大範圍內充電，後者則可以有效減小電阻，一定程度上提高輸電效率。

補償拓撲結構

這是一個與磁耦合傳輸方式相類似的需求，用補償電路調整系統的功率因數。磁感應耦合的無功主要來自松耦合可分離變壓器原邊與副邊之間有較多的漏磁，尤其在移動充電過程中，存在著送電線圈與受電線圈嚴重對不準的現象。迴路中電阻值的調節，則可以起到調整發射功率和電能傳輸效率的作用。

3電動汽車充電效率影響因素

3.1 磁感應耦合式

對於充電效率，整個系統中的影響因素較多，這裡只列舉被認為最重要的幾點。

高頻逆變電路對系統效率的影響

它將從電網獲得的交流經過整流濾波電路後逆變成高頻交流，高頻交流通過鬆耦合變壓器的原邊線圈發射給次級線圈，它的效率、穩定性和可靠性影響整個充電系統的效能全橋比半橋效率高，因此全橋高頻電路常常被應用於電動汽車充電發射端。相應的，全部能夠提高電力電子裝置效率的方式，都可以提高無線充電系統的充電效率。

松耦合變壓器對系統效率的影響

電動汽車無線充電系統中的松耦合變壓器，初級線圈部分埋設於地下，次級部分在汽車底盤上，底盤和地面存在豎直方向的氣隙，如果在水平位置沒有對準，還存在水平偏移，電動汽車無線充電系統中的松耦合變壓器與地面發射線圈的耦合係數將減小，漏感較大。漏感大，系統的無功功率大，電能傳輸效率低。

迴路阻抗

根據電力無線傳輸功率和效率公式，系統內的調節電阻，可以調節頻率和效率，而頻率越大，功率也越大；同時功率與電阻成正比，效率在一定範圍內也隨著電阻的增加而增加。但是最大功率點和最大效率點不重合。需要權衡發射功率與效率的關係。

3.2 磁耦合諧振技術

耦合係數k的影響

根據電能傳輸效率公式，電能傳輸效率，與線圈耦合係數正相關關係。線圈耦合係數公式如下：

L1為傳送線圈電感； L2為接收線圈電感； M為傳送和接收線圈之間互感。

線圈電感L的影響因素包括線圈的大小、形狀、匝數，以及是否有鐵芯；兩個線圈的互感M的影響因素：兩個線圈的匝數、集合尺寸、相對位置和線圈之間的磁介質。

觀察上面公式，結合電動汽車充電場景的現實，可以看出，線圈耦合係數與線圈互感成正正比，與兩個線圈的2次方根成反比。探究下一層的影響因素，線圈自身因素確定的情況下，影響耦合係數的主要因素就是兩個線圈的相對位置。線圈之間的距離、偏移和旋轉等變化，耦合係數也隨之變化，最終會導致充電效率的變化。

4 提高充電效率的措施

阻抗匹配

，調節發射迴路和接收回路的阻抗，可以有效影響系統的功率和效率，但功率和效率的調節方向並不是始終一致的，隨著阻抗的增大，效率先到達最大值；其後功率仍然隨著阻抗的增加而增加，待到達功率最大值時，效率已經非常低。因此，需要根據實際需要，發揮系統阻抗的作用。

諧振模組

，無線電力傳輸，無論哪種技術，都需要處理功率因數低的問題，諧振器件，諧振模組可以很好的解決這個問題。

最佳化線圈引數

，前文中可以看到，線圈的結構引數對系統傳輸效率有直接影響，可以透過最佳化線圈形狀、尺寸、材質、纏繞方式等，提高線圈的互感係數，以取得好的傳輸效率。

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參考文獻

1 王振亞，電動汽車無線充電技術的研究進展；

2 範興明，無線電能傳輸技術的研究現狀與應用；

3 高巧玲，感應耦合電動汽車無線充電的關鍵因素分析；

4 陳新，電磁感應無線充電的聯合模擬研究；

5 趙爭鳴，電動汽車無線充電技術研究綜述；

6 劉闖，基於雙LCL諧振補償的電動汽車無線充電系統特性分析與實驗驗證；

（圖片來自網際網路公開資訊）