[发明专利]一种用于电动汽车无线充电系统磁耦合结构优化方法

摘要

本发明提出了一种用于电动汽车无线充电系统磁耦合结构优化方法，针对电动汽车无线充电系统谐振线圈耦合系数较小、磁场泄露较大的特点，利用有限元仿真软件从系统谐振线圈自身参数和谐振磁链结构两方面进行综合优化分析，首先实现了无线充电系统在传输距离一定时同时具备高耦合系数、低磁场泄露以及较好鲁棒性的优化目标；其次，以实际电动汽车对充电装置体积和重量的限制为约束条件，通过该优化方法使磁耦合结构的重量在要求范围内。本方法一改传统谐振线圈参数的优化模式，对电动汽车磁耦合谐振式无线充电系统的优化设计具有重要的指导作用。

主权项

一种用于电动汽车无线充电系统磁耦合结构优化方法，其特征在于：所述电动汽车无线充电系统磁耦合结构包括发射线圈、接收线圈、铁氧体磁芯以及铝屏蔽层，车身底盘与地面距离固定为185mm；所述发射线圈和接收线圈均由利兹线绕制而成；所述优化目标为传输效率高于97％、磁芯重量低于1kg、磁场泄露低于ICNIRP最高标准；所述优化工具为有限元仿真软件ANSYS Maxwell；所述优化步骤为：1)设定磁耦合结构的相关初始参数和设计约束条件；2)基于初始单匝线圈线圈模型，以取得最大强耦合系数KQ(定义KQ＝k2Q1Q2)为优化目标，利用有限元仿真软件对收发线圈外半径rout进行优化；3)在找到最优外半径的基础上，同理对收发线圈内半径rin进行优化；4)对收发线圈厚度tw进行优化；5)以不降低KQ且满足系统对磁芯重量的要求和尽量节省磁芯材料为目的，利用Maxwell软件中的非线性顺序编程算法对铁氧体磁芯的相关参数进行优化；6)判断优化后的铁氧体磁芯重量Z是否在限制范围内；7)判断优化后的系统传输效率是否达到97％；8)前面条件均满足后，通过公式(11)确定收发线圈匝数；9)通过计算发射端电流I1和接收电流I2，使用有限元软件模拟磁场分布；10)判断磁场泄露是否低于最高标准。