線圈性能在感應充電中是非常重要的一部分。
在 MI 技術中，發(fā)射端利用驅動器連接電容器和線圈產(chǎn)生諧振并發(fā)送電磁能，而接收端線圈通過接收電磁能和連接電容器的諧振效應來接收電能。線圈是纏繞在電感器中的一段導線。成為電感的導線上每個位置的信號都是不同的。最大諧振信號幅值出現(xiàn)在線圈和電容器的結點處，遠離結點處逐漸減小。
半橋 CL ，單個驅動器將電容器連接到線圈，在電容器-線圈連接的一端產(chǎn)生諧振信號，而線圈的另一端接地，因此沒有諧振信號。
全橋CL與半橋 CL的區(qū)別在于原來的線圈接地端改為驅動器，驅動器和另一個驅動器是反相信號。由于電容和線圈觸點與另一端反向驅動，其驅動力相當于半橋模式的2倍，所以諧振信號幅度也很大。與線圈直接相連的驅動器不產(chǎn)生共振，只有驅動信號。只有與電容器相連的線圈一端會產(chǎn)生諧振信號。
全橋CLC，線圈兩端裝有諧振電容和驅動器，線圈兩端產(chǎn)生諧振信號。諧振信號是反相的。這種結構使線圈在兩端產(chǎn)生最大的諧振信號幅度，使線圈能夠發(fā)出最大的電磁能量。
發(fā)射端和接收端均采用CLC結構，可以充分發(fā)揮線圈傳輸能力。發(fā)射線圈端和接收線圈端對應的位置為諧振信號幅度最大出現(xiàn)的地方;實際測試中，5cm*5cm的線圈可以傳輸500W的能量，線圈之間的功率密度非常高;在相同的功率密度下，通過加大線圈可以提高發(fā)射功率。如果將線圈尺寸放大到50cm×50cm，可以輕松傳輸5KW以上的電力。因此，MI技術可以滿足電動汽車充電功率的需求。
大功率MI線圈生產(chǎn)技術
MI感應范圍窄，能量只在線圈導體周圍有良好的感應。在CLC結構中，線圈的兩端在與電容器的連接處振幅最大，因此具有最大的電磁能量接收和發(fā)射能力。線圈的兩端為反相信號。在螺旋繞線方式中，最外層和最內層線圈為反相信號，最外層和最內層線圈之間的信號最弱。
如果采用傳統(tǒng)的繞線方式，當線圈變大時，最外層線圈和最內層線圈之間會出現(xiàn)一大段沒有感應能力的導線，線圈阻抗會增加，從而使效率變差。如圖 6 發(fā)射線圈制作示例所示，線圈外側和內側的線端諧振幅度最大，采用窄間距繞線方式，提供最大的電磁能量傳輸能力;在導線的中點，幅值信號最小，采用寬間距繞制方式，縮短導線長度，降低導線阻抗。
當兩個具有相同繞組方式的大線圈感應相互靠近時，會發(fā)生過耦合現(xiàn)象，即發(fā)射線圈的驅動能量完全轉移到接收線圈，不能產(chǎn)生諧振。如圖7所示，為防止大線圈在感應距離較近的情況下出現(xiàn)過耦合現(xiàn)象，將接收線圈中較寬的間距所產(chǎn)生的間隙位置與發(fā)射線圈的間隙位置錯開。得到的發(fā)射線圈和接收線圈雖然外形尺寸相同，但內部結構不同。即使線圈完全對齊并閉合，線圈中的間隙位置也是錯開的，因此導線不會完全重合。
在 MI 技術中，增加線圈尺寸以增加感應范圍。但是，線圈尺寸的增加會由于線圈繞組數(shù)的增加而導致阻抗的增加和效率的降低。當發(fā)射線圈和接收線圈之間的感應距離因線圈尺寸增加而過近時，會發(fā)生過耦合，難以諧振。上述兩個問題都可以通過可變間隙線圈繞制方法來解決。
磁感應具有成本低的優(yōu)點
MI技術中，線圈結構簡單，實際工作中線圈的工作頻率在100KHz左右。電路設計采用通用部件，采購方便，成本相對較低。MI驅動器是一般開關電源系統(tǒng)中常見的MOSFET元件，易銷且便宜。諧振電容MLCC和C0G/NP0近年來在手機無線充電應用中得到廣泛應用。市場流通量較大，容易獲得;肖特基二極管在接收器上用作整流器，也是電力系統(tǒng)中常用的元件。
接收端的MOSFET和諧振電容與發(fā)射端的MOSFET和諧振電容通用，零件易得，成本低。市面上的手機無線充電多為MI技術，內部線圈已經(jīng)標準化?，F(xiàn)成的產(chǎn)品可以直接在市場上購買。由于廠家眾多，標準化線圈的成本也較低。電動汽車無線充電仍處于發(fā)展階段，其線圈元件尚未標準化。目前，大線圈為定制產(chǎn)品，而MI技術所用的線圈由線材和磁性材料制成，結構簡單，生產(chǎn)技術壁壘低。
磁感應并聯(lián)拓撲
如果選用高規(guī)格的元器件來提高發(fā)射功率，則元器件獲取難度大，成本高。為擴大傳輸功率，可采用多根導線并聯(lián)MI線圈，制成低阻抗線圈，以增加載流能力。每根線單獨連接驅動器和整流器，單個驅動器和整流器保持使用通用規(guī)格元件，在擴大發(fā)射功率后可以保持低成本和易獲得的優(yōu)勢。在實踐中，每根帶驅動器和整流器的線可以承載最大 10A 的電流，如圖 10 MI 并聯(lián)線圈驅動器和整流器拓撲所示。
圖中三組驅動器和三組整流器分別連接到由三根導線組成的線圈上。發(fā)射端的三組驅動器分別接諧振電容，再接線圈。三個發(fā)射線圈并聯(lián)，以保持發(fā)射信號的一致性。這種設計分散了驅動器電流并擴大了功率輸出。接收端線圈實體是由三根導線平行繞制而成的單線圈。三組接收線圈分別與三組整流器相連。經(jīng)整流器輸出后，輸出并聯(lián)供后端負載使用。單個整流器保持使用通用規(guī)格元件。這種拓撲結構可以擴展傳輸功率并保持低成本。
用于電動汽車應用的磁感應無線充電
無線充電商業(yè)化的關鍵是價格，這取決于生產(chǎn)成本。MI技術結構簡單，元器件容易獲得?？蓚鬏?shù)淖畲蠊β屎透袘嚯x與MR技術相差不大。MI技術安全機制完備，輸電線圈金屬異物檢測可準確識別金屬異物，無需額外檢測線圈;線圈很容易制作。通過改變導線間隙的方法可以制成低阻抗、高效率的線圈，在距離范圍內可以正常工作;輸出功率在并聯(lián)線圈中擴展?？梢允褂玫统杀窘M件生產(chǎn)高功率無線充電模塊。
過去，電動汽車無線充電的應用與MR技術直接相關。近年來，MI技術的量產(chǎn)技術成熟，在傳輸效率、最大傳輸功率和感應范圍等方面都取得了進步。MI技術的低成本優(yōu)勢有望推動電動汽車無線充電的普及。
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