汽车电磁线圈(线圈基本原理及在新能源汽车上的应用——电磁感应)

对于新能源汽车而言，传统的充电方式是使用车载充电机，利用线圈组把220V交流电升压成高压电后对电池充电。随着新能源汽车的推广，汽车无线充电也逐渐引起了大众的关注，无线充电主要是利用了线圈的电磁感应。

线圈的认知

线圈是指导线一圈一圈绕起来，导线彼此互相绝缘，一般绕制在陶瓷体上或者铁芯上，如下图所示，可应用于电磁铁、变压器、电机等。

磁生电的现象

闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电流，这种现象叫电磁感应现象，如下图所示。 电磁感应现象的本质是闭合电路中磁通量的变化，而闭合电路中由电磁感应现象产生的电流叫做感应电流。

电生磁的现象

1820年丹麦物理学家奥斯特终于用实验证实通电导体的周围存在着磁场。电生磁就是用一条直的金属导线通过电流，那么在导线周围的空间将产生圆形磁场，如下图所示。导线中流过的电流越大，产生的磁场越强。磁场呈圆形，围绕导线周围。同样，线圈通电后可以产生磁场，当在通电螺线管内部插入铁芯后，磁感线集中在铁心附近，从而使螺线管的磁性大大增强。另外，电磁铁的铁芯一般是用软铁制做。变压器内部的初级线圈与次级线圈通过铁芯传递能量，可以有效减低能量的损失。

变压器的基本结构

变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置。变压器主要由铁芯和线圈组成，线圈有两个绕组，其中连接在电源的绕组叫初级线圈，另一个连接负载的绕组叫次级线圈。最简单的变压器由一个铁心以及套在铁心上的两个匝数不相等的线圈构成，如下图所示。

变压器工作的原理

变压器主要应用了电磁感应的原理，可以将交流电转换成频率相同但电压幅度大小不同的交流电。具体工作过程是：当变压器初级线圈施加交流电压，电流流过初级绕组，则该电流在铁芯中会产生不断变化的磁场。根据电磁感应原理，次级线圈会在此变化的磁场中产生感应电动势，绕组匝数多的一侧电压高，绕组匝数少的一侧电压低，如下图所示。

简而言之，如果初级线圈的绕组匝数比次级线圈的绕组匝数多，则为降压作用的变压器。反过来，如果次级线圈的绕组匝数比初级线圈的绕组匝数多，则为升压作用的变压器。

变压器发热的主要原因

变压器工作时，铁芯中存在时刻变化的磁场，由于铁芯是铁磁材料，会产生磁滞损耗和涡流损耗（如下图所示），也就是变压器的空载损耗。同时，线圈中流过电流，由于线圈是铜或铝材料，存在电阻，也产生电阻损耗，这就是变压器的负载损耗。空载损耗和负载损耗都以热量的形式出现，因此，变压器的线圈和铁芯都会发热。

新能源汽车无线充电的原理

目前电动汽车无线充电技术主要采用电磁感应式，如下图所示。新能源汽车的无线充电，相比于有线充电，主要是多了接收线圈，简略了充电接口。电磁感应式算是目前比较成熟的技术，很多手机无线充电利用的也是这种原理。

电磁感应式充电的基本原理是，在初级线圈中存在一定频率的交流电，通过电磁感应在次级线圈中产生了电流，从而将能量由输出端传送至接收端，完成无线充电。但是使用时要求两个设备的距离必须很近，供电距离控制在0mm～10cm左右，而且充电只能对准线圈一对一进行。

新能源汽车将一个受电线圈装置安装在汽车的底盘上，将另一个供电线圈装置安装在地面，当电动汽车驶到供电线圈装置上，受电线圈即可接受到供电线圈的电流，从而对电池进行充电。目前，这套装置的额定输出功率为10kW，一般的电动汽车可在7-8小时内完成充电。