CN106921219A - 一种用于新能源汽车无线充电的磁导率增强技术与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于新能源汽车无线充电的磁导率和磁通密度增强技术与方法，包括增强新能源汽车无线充电发射设备端和接收设备端之间或发射板和接收板之间的空间内的综合磁导率和磁通密度的技术与方法，用于增强新能源汽车无线充电发射板和接收板之间综合磁导率和磁通密度的刷状或毯状物体，简称导磁刷或导磁毯的制作技术与方法，集成有导磁刷或导磁毯的无线充电发射板或接收板的制作技术与方法，增强导磁刷和导磁毯磁导率的带U形导磁刷毛或毯毛的无线充电发射板或接收板的技术与方法，制作高弹性、高频、高磁导率刷毛或毯毛材料的技术与方法，草状、花状及带美观灯饰效果的导磁刷和导磁毯，以及在红绿灯路口无线快速充电的技术与方法。

Description

一种用于新能源汽车无线充电的磁导率增强技术与方法

技术领域

本发明公开了一种用于新能源汽车无线充电的磁导率和磁通密度增强技术与方法，包括增强新能源汽车无线充电发射设备端和接收设备端之间或发射板和接收板之间的空间内的综合磁导率和磁通密度的技术与方法，用于增强新能源汽车无线充电发射板和接收板之间综合磁导率和磁通密度的刷状或毯状物体，简称导磁刷或导磁毯的制作技术与方法。所述技术和方法在增强了新能源汽车无线充电发射端设备和接收端设备之间的磁导率和磁通密度的同时，保持无线充电发射端设备和接收端设备之间的无线连接特性、可相互移动性和方便性能。所述技术与方法可以应用于无线电力传输、新能源汽车无线充电，属新能源汽车领域。

背景技术

新能源汽车是未来的发展方向，随着新能源汽车的大量商用，充电问题将日益突出，甚至成了限制新能源汽车普及推广的咽喉。新能源汽车的充电方法大体上可以分为有线静态充电，有线移动充电，无线静态充电和无线移动充电四种充电方式。有线移动充电在早期的有轨电车、无轨电车上已经有所应用，目前的地铁以及高铁还都是采用有线移动充电或供电方式。有线静态充电就是所谓的充电站和充电桩，目前正在大规模建设的有线接触型充电桩可以解决新能源汽车在停泊中充电，但是由于充电时间相对较长，一般的充电桩需要6-8小时才能将一部新能源汽车的电池充满，在路途中等待6-8小时充电是很难让大部分车主和乘客所接受的，因此，即便是旅行线路上建了很多的充电桩也很难解决旅途中充电的问题。大功率快速充电桩可以将充电时间缩短到20分钟左右，但是快速充电的能量消耗将是普通充电的几十倍，不但对电网将是个短期负载冲击，而且浪费能源，经常快充也将会对电池造成一定的损伤。

无线静态充电技术十几年前就已在实验室实现了，近距离非接触无线充电技术几年前已经应用在电话机的充电器中、各种电动工具的充电器中。常用的技术主要有三种：一种是电磁耦合技术，第二种是电磁共振技术，第三种是微波技术。三种技术各有优缺点，微波技术传输能量的距离相对比较远，然而大功率的微波对人体有一定的伤害而且效率也比较低，因此就不予考虑用在民用新能源汽车领域；电磁共振技术的能量传输距离可以达到几十厘米，但是传输功率相对没有电磁耦合技术的大；电磁耦合技术比较适合大功率能量传输，然而所使用的环境都是近距离：充电发射器和接收器之间的距离都小于几十毫米。随着新能源汽车技术的发展，无线充电在新能源汽车领域的需求越来越高。不少人提出了将现有的电磁耦合充电技术和电磁共振充电技术应用于新能源汽车领域。许多大专院校及企事业单位的科研团队，包括本发明人及其合作的国内外科研团队，都在大功率无线移动能量传输技术方面做了大量的研究工作，包括电磁耦合充电技术和电磁共振技术的应用。

在电磁共振技术方面，美国麻省理工学院的研究小组在2007年提出的突破性技术，他们在实验室使用两个半径30cm的螺旋线圈，在9.9MHz的频率下进行能量传输，相隔2m传输60W功率，成功点亮了一个60W的灯泡，传输效率为40%。后续在国内的几个科研团队，通过微调电磁共振技术及参数设置，使效率得到了进一步的提高。本发明人及其合作的国内外科研团队也对电磁共振式无线充电技术进行了大量全面的实验研究与测试，首先提出了“电磁自动聚焦”技术和“电磁动态阵列自动聚焦”技术（专利申请号：201410559492.8 、201410627463.0）使无线移动充电能量传输效率提高到90%以上。然而这些聚焦技术虽然聚焦比较精确但是实施相对比较复杂。

无线充电的基本原理是通过发射端设备将电流转换成电磁场，通过无线的形式传送到接收端设备上，然后转换为可充电电流。发射端设备和接收端设备之间是通过交互式磁场的变化进行传递的能量的，无论是前面讲的电磁耦合技术、电磁共振技术、或是本发明人提出的“电磁自动聚焦”技术和“电磁动态阵列自动聚焦”技术，都是基于这一基本原理，所不同的是电磁共振技术通过使接收端的共振频率与发射端的相同从而减少了接收端对相同频率的电磁场所产生的阻抗，增加了接收到的磁通量、提高了接收效率；“电磁自动聚焦”技术是在此基础上或在电磁耦合的基础上通过将电磁信号聚焦到接收设备上，减少了电磁扩散，增加了接收设备上接收到的磁通量，进一步提高了接收效率。然而，由于新能源汽车无线充电发射设备和接收设备之间一般都是通过空气隔离，是利用空气作为电磁场的传送载体。根据电磁原理，真空的磁导率定义为μo其值为4πx10^-7 H/m，物质的绝对磁导率和真空磁导率的比值称为相对磁导率，就是我们一般意义上的磁导率，或称导磁率，或称导磁系数。空气的磁导率为1.00000004，近似为1，而铁磁性材料的磁导率μr=μ/μ0如铸铁为200～400；硅钢片为7000～10000；镍锌铁氧体为10～1000；镍铁合金为2000；锰锌铁氧体为300～5000；坡莫合金为20000～200000，都远远大于空气的磁导率。因此，由于空气的磁导率很低，在无线充电发射设备和接收设备之间用空气作为导磁载体时，将很难满足远距离大功率和高效率的无线充电的需求。

综上所述，现有无线移动或静止充电技术存在的缺点和不足包括：1、实施成本相对比较高，技术相对比较复杂；2、在完全使用空气作为导磁载体时，由于空气的磁导率相对较低，将很难满足远距离大功率和高效率的无线充电的需求。

针对现有技术的缺点和不足，本发明公开了一种用于新能源汽车无线充电的磁导率和磁通密度增强技术与方法，包括增强新能源汽车无线充电发射设备端和接收设备端之间或发射板和接收板之间的空间内的综合磁导率和磁通密度的技术与方法，用于增强新能源汽车无线充电发射板和接收板之间综合磁导率和磁通密度的刷状或毯状物体，简称导磁刷或导磁毯的制作技术与方法。所述技术和方法在增强了新能源汽车无线充电发射端设备和接收端设备之间的磁导率和磁通密度的同时，保持无线充电发射端设备和接收端设备之间的无线连接特性、可相互移动性和方便性能。本发明技术实施比较简单，充电效率高，充电功率大，安全稳定性能好，实施成本相对较低，有效的解决了上述现有技术的缺点和不足。

发明内容

本发明公开了一种用于新能源汽车无线充电的磁导率和磁通密度增强技术与方法，所述磁导率和磁通密度增强技术与方法包括增强新能源汽车无线充电发射设备端和接收设备端之间或发射板和接收板之间的空间内的综合磁导率和磁通密度的技术与方法，用于增强新能源汽车无线充电发射设备端和接收设备端之间或发射板和接收板之间综合磁导率和磁通密度的刷状或毯状物体，简称导磁刷或导磁毯，所述导磁刷和导磁毯制作技术与方法，集成有导磁刷或导磁毯的无线充电发射板、或发射饼、或接收板的制作技术与方法，增强导磁刷和导磁毯磁导率的带U形导磁刷毛或毯毛的无线充电发射板、或发射饼、或接收板的技术与方法，制作高弹性、高频、高磁导率刷毛或毯毛材料的技术与方法，草状或花状导磁刷和导磁毯，具有美观灯饰效果的导磁刷和导磁毯，以及导磁刷和导磁毯在新能源汽车无线充电系统中的安装使用方法，包括在红绿灯路口无线快速充电的技术与方法。

所述增强新能源汽车无线充电发射设备端和接收设备端之间或发射板和接收板之间的空间内的综合磁导率和磁通密度的技术与方法是在保证发射设备端和接收设备端或发射板和接收板保持互相灵活移动的情况下，在发射设备端和接收设备端之间或发射板和接收板之间的空间内填充具有弹性的高磁导率物体，使其空间，包含了空气和高磁导率物体，的综合磁导率高于空气的磁导率；所述高磁导率物体是含有铁磁性材料或铁氧体磁性材料的高弹性物体，其形状是毛刷状、或草状、或带状、或条状、或棍状、小圆柱状、或丝状、或针状、或花丛状，其形态是一端固定在发射设备端或发射板上，另一端指向接收设备端或接收板上，或一端固定在接收设备端或接收板上，另一端指向发射设备端或发射板上，其导磁取向是由发射设备端或发射板指向接收设备端或接收板。所述技术和方法在增强了新能源汽车无线充电发射端设备和接收端设备之间的磁导率和磁通密度的同时，保持无线充电发射端设备和接收端设备之间的无线连接特性、可相互移动性和方便性能。

所述用于增强新能源汽车无线充电发射设备端和接收设备端之间或发射板和接收板之间综合磁导率和磁通密度的刷状或毯状物体，简称导磁刷或导磁毯，包括具有导磁功能的刷毛或毯毛和具有非导磁功能的刷座或毯座；所述刷毛或毯毛的一端固定在所述刷座或毯座上；所述刷毛或毯毛采用高弹性和高频高磁导率的材料制作，其导磁取向与刷毛或毯毛平行，所述刷座或毯座采用非导磁功能的材料制作；所述刷座或毯座安装固定在无线充电发射设备端上、或发射板上、或接收设备端上、或接收板上，或同时安装在发射板和接收板上，使其刷毛或毯毛的毛尖向对应并接触，而且能够保持接收板相对于发射板能够进行灵活运动。

所述导磁刷和导磁毯制作技术与方法是在非导磁功能的材料制作的刷座或毯座上需要安装刷毛或毯毛的地方打上洞，将单根或多根用高弹性和高频高磁导率材料制作的导磁刷毛或毯毛的一端植入洞内，并用防水胶水将导磁刷毛与刷座或毯座粘牢；或在非导磁功能的材料制作的刷座或毯座上需要安装刷毛或毯毛的地方打上口大下口小的洞，将单根或多根用高弹性和高频高磁导率材料制作的导磁刷毛或毯毛的中间用线绳或尼龙线绳拉入洞内，并用线绳或尼龙线绳将其固定紧；或在非导磁功能的材料制作的刷座或毯座上需要安装刷毛或毯毛的地方打上洞，将单根或多根用高弹性和高频高磁导率材料制作的导磁刷毛或毯毛的中间用带有倒钩刺的卡片将所述刷毛或毯毛压入洞内，用该带有倒钩刺的卡片将导磁刷毛或毯毛牢牢地固定在洞内。

所述集成有导磁刷或导磁毯的无线充电发射板、或发射饼、或接收板的制作技术与方法是将导磁刷或导磁毯与无线充电发射板，或发射饼，或接收板集成为一体，使无线充电发射板，或发射饼，或接收板成为了刷座或毯座。

所述带U形导磁刷毛或毯毛的无线充电发射板、或发射饼、或接收板的技术与方法是将高弹性和高频高磁导率材料制作的导磁刷毛或毯毛制成U形形状，并嵌入或植入或封入在无线充电发射板、或发射饼、或接收板内，并让无线充电发射板、或发射饼、或接收板内的电磁线圈从U形导磁刷毛或毯毛的内部底端穿过，使发射板上的电磁线圈所产生的电磁场沿U形导磁刷毛或毯毛与相对应的接收板上的U形导磁刷毛或毯毛构成闭合的磁回路，这样，通过发射板上U形导磁刷毛或毯毛和接收板上的U形导磁刷毛或毯毛的毛尖相接触，使其形成两个U形导磁刷毛或毯毛的闭合，由于刷毛的磁导率远远大于空气的磁导率，磁力线将沿着闭合的刷毛回路导通，并在接收板端的电磁线圈内感应出高效的接收端感应电流；所述带U形导磁刷毛或毯毛的无线充电发射板、或发射饼、或接收板增强了接收板与发射板之间的磁导率和穿过接收线圈的磁通密度，增强了发射线圈与接收线圈的电磁耦合系数，减少了电磁散射，提高了无线电力传输效率。

所述制作高弹性、高频、高磁导率刷毛或毯毛材料的技术与方法是在高磁导率材料中添加了高弹性物质，包括但不局限于塑料、橡胶，或是在高弹性材料中添加了高磁导率物质，包括但不局限于铁磁性材料粉、镍锌铁氧体粉、镍铁合金粉、锰锌铁氧体粉、坡莫合金粉，使其成为能够制作具有刷毛或毯毛特征的导磁刷或导磁毯的高弹性、高磁导率材料。

所述草状或花状导磁刷和导磁毯是将导磁刷和导磁毯的刷毛或毯毛制作成绿色景观草或花色景观花的形态和形状，使其具有美观效果。所述具有美观灯饰效果的导磁刷和导磁毯是在所述导磁刷和导磁毯或草状或花状导磁刷和导磁毯上集成有装饰景观灯，使其具有美观装饰景观效果。

所述红绿灯路口无线快速充电的技术与方法是在红绿灯路口经常停车等红灯的路段的行车道路面上或路面下铺设了无线快速充电发射端设备、或配备有磁导率和磁通密度增强技术的无线快速充电发射端设备，当安装了无线快速充电接收设备、或具有磁导率和磁通密度增强技术的无线快速充电接收设备的新能源汽车在红绿灯路口等红灯或停留时将能够自动进行快速无线充电。

本发明由于采用以上所述技术方案及技术设计，其具有以下优点：1、充电功率大，由于增强了无线充电板之间的磁导率，增强了发射线圈和接收线圈之间的互感系数和耦合系数，能够进行大功率无线电力传输；2、充电效率高，减小了电磁散射提高了无线传输效率；3、安全稳定性能好，实施相对比较简单。

附图说明

图1是一个导磁刷或导磁毯的侧面结构原理示意图。

图2是一个导磁刷或导磁毯的侧面结构透视原理示意图。

图3是一个发射板（204）集成了导磁刷或导磁毯（203）和一个接收板（201）集成了导磁刷或导磁毯（202）的侧面结构原理示意图。

图4是一个发射板（305）集成了U形导磁刷毛或导磁毯毛（304）和一个接收板（302）集成了U形导磁刷毛或导磁毯毛（303）的侧面透视结构原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实际例子对本发明进行详细的描述。

图1展示了一个导磁刷或导磁毯的侧面结构原理示意图。如图所示，导磁刷或导磁毯包括具有导磁功能的刷毛或毯毛（101）和具有非导磁功能的刷座或毯座（102）；所述刷毛或毯毛（101）的一端固定在所述刷座或毯座（102）上。图2是一个导磁刷或导磁毯的侧面结构透视原理示意图。所述导磁刷和导磁毯制作技术与方法是在非导磁功能的材料制作的刷座或毯座（102）上需要安装刷毛或毯毛的地方打上洞，将单根或多根用高弹性和高频高磁导率材料制作的导磁刷毛或毯毛（101）的一端植入洞内（103），并用防水胶水将导磁刷毛与刷座或毯座粘牢。

图3是一个发射板（204）集成了导磁刷或导磁毯（203）和一个接收板（201）集成了导磁刷或导磁毯（202）的侧面结构原理示意图。所述增强新能源汽车无线充电发射设备端和接收设备端之间或发射板（201）和接收板（204）之间的空间内的综合磁导率和磁通密度的技术与方法是在保证发射设备端和接收设备端或发射板（201）和接收板（204）保持互相灵活移动的情况下，在发射设备端和接收设备端之间或发射板（201）和接收板（204）之间的空间内填充具有弹性的高磁导率物体，如：刷毛或毯毛（202、203），使其空间（206），包含了空气和高磁导率物体的刷毛或毯毛（202、203）的综合磁导率高于空气的磁导率。发射板上的刷毛或毯毛（203）的毛尖（205）与接收板是的刷毛或毯毛（202）的毛尖（205）相对应并接触，而且能够保持接收板相对于发射板能够进行灵活运动。

图4是一个发射板（205）集成了U形导磁刷毛（304）或导磁毯毛（304）和一个接收板（302）集成了U形导磁刷毛（303）或导磁毯毛（303）的侧面透视结构原理示意图。如图所示，所述带U形导磁刷毛或毯毛（303）的无线充电发射板（305）、或发射饼、或接收板（302）的技术与方法是将高弹性和高频高磁导率材料制作的导磁刷毛或毯毛（303、304）制成U形形状，并嵌入或植入或封入在无线充电发射板（305）、或发射饼、或接收板（302）内，并让无线充电发射板（305）、或发射饼、或接收板（302）内的电磁线圈（301、306）从U形导磁刷毛或毯毛（303、304）的内部底端穿过，使发射板（305）上的电磁线圈所产生的电磁场沿U形导磁刷毛或毯毛（304）与相对应的接收板（302）上的U形导磁刷毛或毯毛（303）构成闭合的磁回路。

上述实施例子仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸比例和连接方式都是可以有所变化的，凡根据本发明原理对个别部件的结构、尺寸或连接方式进行改进或等同变换，均不应该排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种用于新能源汽车无线充电的磁导率和磁通密度增强技术与方法，其特征是：所述磁导率和磁通密度增强技术与方法包括增强新能源汽车无线充电发射设备端和接收设备端之间或发射板和接收板之间的空间内的综合磁导率和磁通密度的技术与方法，导磁刷和导磁毯制作技术与方法，用于制作导磁刷毛和导磁毯毛的导磁材料的制作技术与方法，增强导磁刷和导磁毯磁导率的技术与方法，以及导磁刷和导磁毯在新能源汽车无线充电系统中的安装使用方法。

2.一种增强新能源汽车无线充电发射设备端和接收设备端之间或发射板和接收板之间的空间内的综合磁导率和磁通密度的技术与方法，其特征是：所述增强新能源汽车无线充电发射设备端和接收设备端之间或发射板和接收板之间的空间内的综合磁导率和磁通密度的技术与方法是在保证发射设备端和接收设备端或发射板和接收板保持互相灵活移动的情况下，在发射设备端和接收设备端之间或发射板和接收板之间的空间内填充具有弹性的高磁导率物体，使其空间，包含了空气和高磁导率物体，的综合磁导率高于空气的磁导率；所述高磁导率物体是含有铁磁性材料或铁氧体磁性材料的高弹性物体，其形状是毛刷状、或草状、或带状、或条状、或棍状、小圆柱状、或丝状、或针状、或花丛状，其形态是一端固定在发射设备端或发射板上，另一端指向接收设备端或接收板上，或一端固定在接收设备端或接收板上，另一端指向发射设备端或发射板上，其导磁取向是由发射设备端或发射板指向接收设备端或接收板。

3.一种用于增强新能源汽车无线充电发射设备端和接收设备端之间或发射板和接收板之间综合磁导率和磁通密度的刷状或毯状物体，简称导磁刷或导磁毯，其特征是：所述刷状或毯状物体包括具有导磁功能的刷毛或毯毛和具有非导磁功能的刷座或毯座；所述刷毛或毯毛的一端固定在所述刷座或毯座上；所述刷毛或毯毛采用高弹性和高频高磁导率的材料制作，其导磁取向与刷毛或毯毛平行，所述刷座或毯座采用非导磁功能的材料制作；所述刷座或毯座安装固定在无线充电发射设备端上、或发射板上、或接收设备端上、或接收板上，或同时安装在发射板和接收板上，使其刷毛或毯毛的毛尖向对应并接触，而且能够保持接收板相对于发射板能够进行灵活运动。

4. 一种导磁刷和导磁毯的制作技术与方法，其特征是：所述导磁刷和导磁毯制作技术与方法是在非导磁功能的材料制作的刷座或毯座上需要安装刷毛或毯毛的地方打上洞，将单根或多根用高弹性和高频高磁导率材料制作的导磁刷毛或毯毛的一端植入洞内，并用防水胶水将导磁刷毛与刷座或毯座粘牢；或在非导磁功能的材料制作的刷座或毯座上需要安装刷毛或毯毛的地方打上口大下口小的洞，将单根或多根用高弹性和高频高磁导率材料制作的导磁刷毛或毯毛的中间用线绳或尼龙线绳拉入洞内，并用线绳或尼龙线绳将其固定紧；或在非导磁功能的材料制作的刷座或毯座上需要安装刷毛或毯毛的地方打上洞，将单根或多根用高弹性和高频高磁导率材料制作的导磁刷毛或毯毛的中间用带有倒钩刺的卡片将所述刷毛或毯毛压入洞内，用该带有倒钩刺的卡片将导磁刷毛或毯毛牢牢地固定在洞内。

5.一种集成有导磁刷或导磁毯的无线充电发射板、或发射饼、或接收板的制作技术与方法，其特征是：所述集成有导磁刷或导磁毯的无线充电发射板、或发射饼、或接收板的制作技术与方法是将导磁刷或导磁毯与无线充电发射板、或发射饼、或接收板集成为一体，使无线充电发射板、或发射饼、或接收板成为了刷座或毯座。

6.一种带U形导磁刷毛或毯毛的无线充电发射板、或发射饼、或接收板的技术与方法，其特征是：所述带U形导磁刷毛或毯毛的无线充电发射板、或发射饼、或接收板的技术与方法是将高弹性和高频高磁导率材料制作的导磁刷毛或毯毛制成U形形状，并嵌入或植入或封入在无线充电发射板、或发射饼、或接收板内，并让无线充电发射板、或发射饼、或接收板内的电磁线圈从U形导磁刷毛或毯毛的内部底端穿过，使发射板上的电磁线圈所产生的电磁场沿U形导磁刷毛或毯毛与相对应的接收板上的U形导磁刷毛或毯毛构成闭合的磁回路，这样，通过发射板上U形导磁刷毛或毯毛和接收板上的U形导磁刷毛或毯毛的毛尖相接触，使其形成两个U形导磁刷毛或毯毛的闭合，由于刷毛的磁导率远远大于空气的磁导率，磁力线将沿着闭合的刷毛回路导通，并在接收板端的电磁线圈内感应出高效的接收端感应电流；所述带U形导磁刷毛或毯毛的无线充电发射板、或发射饼或接收板增强了接收板与发射板之间的磁导率和穿过接收线圈的磁通密度，增强了发射线圈与接收线圈的电磁耦合系数，减少了电磁散射，提高了无线电力传输效率。

7.一种制作高弹性、高频、高磁导率刷毛或毯毛材料的技术与方法，其特征是：所述制作高弹性、高频、高磁导率刷毛或毯毛材料的技术与方法是在高磁导率材料中添加了高弹性物质，包括但不局限于塑料、橡胶，或是在高弹性材料中添加了高磁导率物质，包括但不局限于铁磁性材料粉、镍锌铁氧体粉、镍铁合金粉、锰锌铁氧体粉、坡莫合金粉，使其成为能够制作具有刷毛或毯毛特征的导磁刷或导磁毯的高弹性、高磁导率材料。

8.一种草状或花状导磁刷和导磁毯，其特征是：所述草状或花状导磁刷和导磁毯是将导磁刷和导磁毯的刷毛或毯毛制作成绿色景观草或花色景观花的形态和形状，使其具有美观效果。

9.一种具有美观灯饰效果的导磁刷和导磁毯，其特征是：所述具有美观灯饰效果的导磁刷和导磁毯是在所述导磁刷和导磁毯或草状或花状导磁刷和导磁毯上集成有装饰景观灯，使其具有美观装饰景观效果。

10.一种在红绿灯路口无线快速充电的技术与方法，其特征是：所述红绿灯路口无线快速充电的技术与方法是在红绿灯路口经常停车等红灯的路段的行车道路面上或路面下铺设了无线快速充电发射端设备、或配备有磁导率和磁通密度增强技术的无线快速充电发射端设备，当安装了无线快速充电接收设备、或具有磁导率和磁通密度增强技术的无线快速充电接收设备的新能源汽车在红绿灯路口等红灯或停留时将能够自动进行快速无线充电。