为你的电动汽车“电磁”充电

中心议题:
    *  电动汽车无线充电技术之电磁感应充电
解决方案：
    *  原理：与变压器相同
    *  需要利用电容器进行共振
    *  与α成比例的传输效率

电磁感应方式基本可以认为是变压器的一种（图1）。也就是说，类似于当内核与内核间的缝隙为零时，以50Hz的频率输入后会输出50Hz频率的变压器。


图1：与变压器相同

非接触充电类似于缝隙较大的变压器。

如果是理想的变压器，由于缝隙非常小，磁力线不会泄漏，因此耦合系数（k）基本为1。但用于无线供电时需要一定的缝隙，所以会泄漏磁力线。因此，k会小于1。

一次线圈和二次线圈正相对的静止式电路原则上在任何情况下都会设置逆变器，从逆变器经由一次线圈在二次线圈接收电力，然后连接至负荷（RL）（图2）。当然，也可转换为直流，但需要整流。


图2：需要利用电容器进行共振

静止式电磁感应方式为提高传输效率需要利用电容器进行共振。

不过，仅靠线圈效率无法提高。使传输效率最大化的最佳负荷（ZL）用ZL＝RL－jωL来表示。由该公式可知，RL的后侧存在负电抗，因此需要基于电容成分的共振部分。所以，无论是串联还是并联安装电容器，均通过电容器的电容成分获得共振。

另外，为了不让二次线圈的变动给一次线圈的电压变动率带来负面影响，大多情况下会在一次线圈部分也安装电容器，以提高系统的电源功率因数。那么，电容器该安装在何处呢？本文将列举约九种安装示例，下并具体介绍其中具有代表性的四种。

由于k值较大时，互感M也较大，如图5的“/串联方式”所示，有时仅在二次线圈中配置用来补偿漏磁的串联电容器即可。k值较小时，如“/并联方式”所示，在二次线圈部分并联配置以二次侧自感的共振频率为电源频率的电容器。

为改善电源功率因数，一般会像“串联/并联方式”那样，在一次侧配置串联电容器，不过有时也会像“并联/并联”方式那样，配置用来从一次线圈向气隙（Air Gap）提供无功励磁的并联电容器。



其实，以电磁感应方式为首，磁共振方式的线圈间传输效率（η）是与耦合系数（k）和共振峰值（Q）乘积的平方（α）成比例的（图3）。我们的30kW电磁感应方式在α约为103时的线圈间效率为92％左右。


图3：与α成比例的传输效率

以电磁感应方式为首，任何情况下磁共振方式的线圈间传输效率η都与kQ乘积的平方α成比例。黑点为电磁感应方式、蓝点为磁共振方式的实验结果。

我们还在开发磁共振方式，目前已达到图3的黑点水平。在这一水平时，即使距离60cm～1m左右，通过提高Q值也可使线圈间效率实现60％左右。