一种大功率无线充电磁耦合机构及其电能传输系统技术方案

本发明专利技术公开了一种大功率无线充电磁耦合机构及其电能传输系统，属于无线充电领域。磁耦合机构包括原边机构和副边机构，原边机构和副边机构完全对称。原边机构由下至上依次是铝壳散热罩、风机、散热器组件、磁芯组件、绝缘板组件、线圈层、硅胶层和绝缘压板，超过百千瓦功率在原边机构和副边机构进行无线传输。本发明专利技术中无线充电磁耦合机构应用于高能量密度传输场景，原边机构和副边机构在远距离下仍能保持高耦合系数水平，减少了无线充电过程中的能量损耗，同时拥有优异的散热性能和磁屏蔽性能，实现了大功率无线充电的轻量化。

【技术实现步骤摘要】
一种大功率无线充电磁耦合机构及其电能传输系统
本专利技术属于无线充电
，更具体地，涉及一种大功率无线充电磁耦合机构及其电能传输系统。
技术介绍
电磁感应式无线充电在电动交通工具中已经得到广泛成熟的应用，但目前功率只有千瓦级。针对功率超过百千瓦的大功率无线充电系统，要求无线充电磁耦合机构具有较高的功率密度，以及紧凑简单的结构，对系统稳定性要求较高，同时为了减少漏磁，对磁屏蔽的要求也更高。目前大功率无线充电的磁耦合机构多采用平板结构，即采用圆形线圈背部贴合一整块平面磁芯的做法，这种结构方式结构简单，传输效率和抗偏移特性较好，但是由于其没有充分利用耦合机构的高度，加强耦合机构高度方向的磁场，导致耦合机构尽管可以做到较薄，但是其面积太大，功率密度较低，损耗较大，磁屏蔽效果较差，同时也大多没有考虑磁耦合机构的散热问题。由此可见，现有的大功率无线充电磁耦合机构在结构方面还需改进。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种大功率无线充电磁耦合机构及其电能传输系统，其目的在于提供一种适用于功率超过百千瓦的大功率无线充电的磁耦合机构。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种大功率无线充电磁耦合机构，包括：对称分布的原边机构和副边机构；所述原边机构包括从下至上依次分布的散热器组件、磁芯组件、绝缘板组件、线圈层、硅胶层和绝缘压板；散热器组件设置有凹槽，磁芯组件嵌于凹槽内；绝缘板组件固定于磁芯组件层和线圈层之间，实现电气绝缘；硅胶层设置在线圈层和绝缘压板之间，用于绝缘和散热；绝缘压板用于防尘防水；其中，磁芯组件采用分层结构，由标准长方体铁氧体磁芯堆叠而成，按磁感应曲线方向排列，根据线圈层不同位置的磁场强度设置不同的厚度；线圈层采用利兹线缠绕，由两个八字型结构的椭圆线盘上下堆叠而成；线圈层内形成交流电流进行无线功率传输。进一步地，所述磁芯组件为三层结构；最下层和中间层为完整立方体结构；最下层厚度最大，中间层厚度最小；中间层宽度大于最下层；最上层由两个小立方体凸台组成，分别设置于线圈层磁场最强的位置。进一步地，绝缘板组件采用环氧树脂材料，对应磁芯组件中的两个立方体凸台位置设置有通孔，使绝缘板组件与磁芯组件完全贴合。进一步地，所述机构还包括：铝壳散热罩和风机；多个风机嵌于散热器组件内，用于机构中的热量排出；所述铝壳散热罩完全包裹多个风机和散热器组件，用于机构的固定、机械防护和磁屏蔽。进一步地，散热器组件背面装有插片，便于热量排出；侧面打有螺孔，用于固定风机和铝壳散热罩。进一步地，绝缘压板采用环氧树脂材料。按照本专利技术的另一方面，提供了一种大功率无线充电磁耦合机构的电能传输系统，包括上述大功率无线充电磁耦合机构、直流电源、高频逆变器、原边机构补偿电容、副边机构补偿电容、高频整流器和负载；所述直流电源与高频逆变器一端连接，用于提供大功率电能；高频逆变器另一端与原边结构补偿电容连接，将直流电源提供的直流电压转换为高频交流电压；在高频交流电压作用下，副边机构线圈与原边机构线圈磁耦合产生感应电流，实现无线电能传输；原边机构补偿电容和副边机构用于稳定系统输出功率；高频整流器与副边机构连接，将高频交流电转换成直流电，输出到负载上，实现百千瓦功率输出。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果。(1)本专利技术的磁芯组件采用分层结构，根据线圈层不同位置的磁场强度设置不同的厚度，磁芯组件按磁感应曲线方向排列，能够对传输百千瓦功率时的磁场起到很好的约束作用，在实现耦合系数的最优的同时，既减少了长方体铁氧体磁芯的使用数量，节约了成本，又防止了铁氧体磁芯磁饱和，从而降低了磁芯损耗，提高了磁耦合机构的能量密度；此外，磁芯组件采用分层结构，增加了磁芯组件层的表面积，有利于大功率磁耦合机构产生的热量快速排出，减轻了散热压力，减小了磁耦合机构体积，有利于实现磁耦合机构的轻量化和集成化设计。(2)本专利技术的线圈层采用利兹线缠绕，由两个八字型结构的椭圆线盘两层上下堆叠而成，能够实现百千瓦的功率在线圈内流动，同时缩减了线圈的体积，且堆叠的线圈结构能够增加线圈的自感，减小了线圈的损耗，提高了磁耦合机构的效率。(3)本专利技术的散热器组件设置凹槽嵌入磁芯组件，保证最大的散热接触面积，提高了磁芯组件和线圈层热量传导效率；同时对磁芯和线圈进行包裹，屏蔽磁场辐射，降低了周围环境磁场对电能传输的影响。附图说明图1是本专利技术提供的大功率无线充电磁耦合机构原边机构/副边机构的立体结构图；图2是本专利技术提供的大功率无线充电磁耦合机构磁芯组件三层结构的主视图；图3是本专利技术提供的大功率无线充电磁耦合机构磁芯组件三层结构的俯视图；图4是本专利技术提供的大功率无线充电磁耦合机构线圈层的示意图；图5是本专利技术提供的大功率无线充电磁耦合机构散热器组件的示意图；图6是本专利技术提供的大功率无线充电磁耦合机构磁场分布的示意图；图7是本专利技术提供的大功率无线充电磁耦合机构耦合系数随传输距离变化关系的示意图；图8是本专利技术提供的大功率无线充电磁耦合机构电能传输系统示意图；图9是本专利技术提供的大功率无线充电磁耦合机构传输百千瓦功率时电流波形示意图；附图中各部件的标记如下：1-散热器组件，2-磁芯组件，3-绝缘板组件，4-线圈层，5-硅胶层，6-绝缘压板，7-铝壳散热罩，8-风机。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。如图1所示，本专利技术实施例提供了一种大功率无线充电磁耦合机构，包括：对称分布的原边机构和副边机构；原边机构包括从下至上依次分布的散热器组件1、磁芯组件2、绝缘板组件3、线圈层4、硅胶层5和绝缘压板6；散热器组件1设置有凹槽，磁芯组件2嵌于凹槽内，保证最大的散热接触面积，且背面装有插片，便于热量排出；绝缘板组件3固定于磁芯组件2和线圈层4之间，实现电气绝缘；硅胶层5设置在线圈层4和绝缘压板6之间，用于绝缘和散热；绝缘压板6采用环氧树脂材料，用于防尘防水；其中，磁芯组件由标准长方体铁氧体磁芯堆叠而成，按磁感应曲线方向排列，根据线圈层不同位置的磁场强度设置不同的厚度；线圈层采用利兹线缠绕，由两个八字型结构的椭圆线盘上下堆叠而成；线圈层内形成交流电流进行无线功率传输。具体地，本专利技术将磁芯组件设置为三层结构；如图2、图3所示，最下层和中间层为完整立方体结构；最下层厚度最大，中间层厚度最小；中间层宽度大于最下层；最上层由两个小立方体凸台组成，分别设置于线圈层磁场最强的位置。本专利技术实施例磁芯组件长度为560mm，宽度为460mm，总高度为108mm，最下层磁芯立方体长度较本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大功率无线充电磁耦合机构，其特征在于，包括：对称分布的原边机构和副边机构；所述原边机构包括从下至上依次分布的散热器组件(1)、磁芯组件(2)、绝缘板组件(3)、线圈层(4)、硅胶层(5)和绝缘压板(6)；/n散热器组件(1)设置有凹槽，磁芯组件(2)嵌于凹槽内；绝缘板组件(3)固定于磁芯组件层(2)和线圈层(4)之间，实现电气绝缘；硅胶层(5)设置在线圈层(4)和绝缘压板(6)之间，用于绝缘和散热；绝缘压板(6)用于防尘防水；/n其中，磁芯组件(2)采用分层结构，由标准长方体铁氧体磁芯堆叠而成，按磁感应曲线方向排列，根据线圈层不同位置的磁场强度设置不同的厚度；线圈层(4)采用利兹线缠绕，由两个八字型结构的椭圆线盘上下堆叠而成；线圈层(4)内形成交流电流进行无线功率传输。/n

【技术特征摘要】
1.一种大功率无线充电磁耦合机构，其特征在于，包括：对称分布的原边机构和副边机构；所述原边机构包括从下至上依次分布的散热器组件(1)、磁芯组件(2)、绝缘板组件(3)、线圈层(4)、硅胶层(5)和绝缘压板(6)；
散热器组件(1)设置有凹槽，磁芯组件(2)嵌于凹槽内；绝缘板组件(3)固定于磁芯组件层(2)和线圈层(4)之间，实现电气绝缘；硅胶层(5)设置在线圈层(4)和绝缘压板(6)之间，用于绝缘和散热；绝缘压板(6)用于防尘防水；
其中，磁芯组件(2)采用分层结构，由标准长方体铁氧体磁芯堆叠而成，按磁感应曲线方向排列，根据线圈层不同位置的磁场强度设置不同的厚度；线圈层(4)采用利兹线缠绕，由两个八字型结构的椭圆线盘上下堆叠而成；线圈层(4)内形成交流电流进行无线功率传输。


2.根据权利要求1所述的一种大功率无线充电磁耦合机构，其特征在于，所述磁芯组件(2)为三层结构；最下层和中间层为完整立方体结构；最下层厚度最大，中间层厚度最小；中间层宽度大于最下层；最上层由两个小立方体凸台组成，分别设置于线圈层磁场最强的位置。


3.根据权利要求2所述的一种大功率无线充电磁耦合机构，其特征在于，绝缘板组件(3)采用环氧树脂材料，对应磁芯组件中的两个立方体凸台位置设置有通孔，使绝缘板组件与磁芯组件完全贴合。


4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘邦银，朱金炜，李其琪，徐炜钰，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42