用于无线充电系统的磁耦合系统及其结构参数优化方法技术方案

本发明专利技术涉及无线电能传输技术领域，尤其涉及一种用于无线充电系统的磁耦合系统及其结构参数优化方法，其中所述磁耦合系统包括：原边磁耦合机构与副边磁耦合机构，原边磁耦合机构与所述副边磁耦合机构之间能够产生磁耦合效应；原边磁耦合机构包括：第一磁耦合机构和第二磁耦合机构；副边磁耦合机构包括：第三磁耦合机构和第四磁耦合机构；第一磁耦合机构与第二磁耦合机构设置在同一平面内，且存在第一气隙，之间通过绕线串联；第三磁耦合机构与第四磁耦合机构设置在同一平面内，且存在第二气隙，之间通过绕线串联。本发明专利技术可有效减轻磁耦合系统重量、减少绕线使用量、以及保证强抗偏移性能。移性能。移性能。

【技术实现步骤摘要】
用于无线充电系统的磁耦合系统及其结构参数优化方法


[0001]本专利技术涉及无线电能传输
，尤其涉及一种用于无线充电系统的磁耦合系统及其结构参数优化方法。

技术介绍

[0002]无线电能传输技术(Wireless PowerTransfer，WPT)因不需要使用电缆等实体介质就能够传输电能，因此相比较传统的电线输电法，具有电气隔离，方便，安全等优点，可以很好的解决有线电能传输带来的种种问题。多种无线电能传输技术中，电磁感应式无线电能传输技术因其成本较低，电能损失较小，在目前得到了大量的应用。
[0003]参见图1，图1是现有电磁感应式无线电能传输系统的原理框图。图1中电路分为两部分，原边电路与副边电路，原副边电路在物理结构上是隔离的。其中，在原边电路部分，输入的直流电经过高频逆变器转变成高频交流电，经过原边补偿到松耦合变压器的原边磁耦合机构；在副边电路部分，松耦合变压器的副边磁耦合机构感应出电动势，经过副边补偿，补偿后的电压经过整流电路和后级的DC/DC模块后转化为直流电。
[0004]参见图2，图2是现有磁耦合系统示意图，其中，原副边磁耦合机构中，原副边绕线分别绕制在原副边磁芯上，其间用一层亚克力材料隔离。参见图3，图3是电动汽车无线充电示意图，图中阴影部分在原边侧的即为原边磁耦合机构，在副边侧的即为副边磁耦合机构。为使得无线充电系统以较高效率进行功率传输，充电时，通常要求原副磁耦合机构能够尽量处于正对位置。而实际应用中，由于驾驶员驾驶技术差异等因素，原副磁耦合机构的相对位置通常会发生偏移，而这种偏移会导致原副磁耦合机构之间的耦合系数发生变化，从而导致输出电压，电流，效率发生变化。而WPT系统后级引入的DC/DC模块进行闭环设计中，耦合系数的急剧变化会使DC/DC模块的设计难度增加，可能导致DC/DC模块非常大的物理体积与较高的设计成本。
[0005]而现有松耦合变压器的原副边磁耦合机构的结构自身存在重量大，使用利兹线多，以及抗偏移能力不强的问题。

技术实现思路

[0006]鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种用于无线充电系统的磁耦合系统及其结构参数优化方法，以解决现有技术中存在的原副边磁耦合机构重量大、使用利兹线多、以及抗偏移能力不强的技术问题。
[0007]本专利技术提供的技术方案是：
[0008]一方面，本专利技术实施例提供一种用于无线充电系统的磁耦合系统，包括：原边磁耦合机构与副边磁耦合机构，所述原边磁耦合机构与所述副边磁耦合机构之间能够产生磁耦合效应；
[0009]所述原边磁耦合机构包括：第一磁耦合机构和第二磁耦合机构；
[0010]所述副边磁耦合机构包括：第三磁耦合机构和第四磁耦合机构；
[0011]所述第一磁耦合机构与所述第二磁耦合机构设置在同一平面内，且存在第一气隙，之间通过绕线串联；
[0012]所述第三磁耦合机构与所述第四磁耦合机构设置在同一平面内，且存在第二气隙，之间通过绕线串联。
[0013]优选地，所述第一磁耦合机构包括：第一线圈和第一磁芯；
[0014]所述第二磁耦合机构包括：第二线圈和第二磁芯；
[0015]所述第三磁耦合机构包括：第三线圈和第三磁芯；
[0016]所述第四磁耦合机构包括：第四线圈和第四磁芯；
[0017]四个磁芯均为平板型，且所述第一磁芯与所述第二磁芯规格相同，所述第三磁芯与所述第四磁芯规格相同；
[0018]所述第一线圈通过绝缘层与所述第一磁芯隔离，并以预设指定方向绕制在所述第一磁芯上；
[0019]所述第二线圈通过绝缘层与所述第二磁芯隔离，并以所述预设指定方向绕制在所述第二磁芯上；
[0020]所述第三线圈通过绝缘层与所述第三磁芯隔离，并以所述预设指定方向绕制在所述第三磁芯上；
[0021]所述第四线圈通过绝缘层与所述第四磁芯隔离，并以所述预设指定方向绕制在所述第四磁芯上。
[0022]优选地，所述第一线圈与所述第二线圈采用单股绕线绕制，并由单股绕线串联；所述第三线圈与所述第四线圈采用单股绕线绕制，并由单股绕线串联；或，
[0023]所述第一线圈与所述第二线圈采用双股绕线绕制，并由双股绕线串联；所述第三线圈与所述第四线圈采用双股绕线绕制，并由双股绕线串联。
[0024]优选地，所述第一磁耦合机构与所述第二磁耦合机构呈镜像对称；
[0025]所述第三磁耦合机构与所述第四磁耦合机构呈镜像对称。
[0026]另一方面，本专利技术实施例还提供一种用于无线充电系统的磁耦合系统的结构参数优化方法，用于设计所述用于无线充电系统的磁耦合系统的结构参数，所述结构参数包括：第一类结构参数与第二类结构参数，所述方法包括：
[0027]预先确定不需要调试的第一类结构参数，和需要调试的第二类结构参数，所述第二类结构参数包括：第一间距值与第二间距值，所述第一间距值为所述原边磁耦合机构中所述第一磁耦合机构与所述第二磁耦合机构之间存在第一气隙的间距大小；所述第二间距值为所述副边磁耦合机构中所述第三磁耦合机构与所述第四磁耦合机构之间存在第二气隙的间距大小；
[0028]预先选出与所述磁耦合系统的抗偏移性能相关的耦合性能参数；
[0029]利用控制变量法，结合所述耦合性能参数，调试所述第二类结构参数，得到所述第二类结构参数的优化结果。
[0030]优选地，所述第一类结构参数包括：所述原边磁耦合机构在预设指定方向上的第一总长度，所述副边耦合机构在所述指定方向上的第二总长度；
[0031]所述耦合性能参数包括：所述磁耦合系统所述指定方向发生偏移后的耦合系数，与所述耦合系数对应的用于体现所述磁耦合系统在所述指定方向抗偏移性能的耦合系数
变化率。
[0032]优选地，预设所述耦合系数的第一经验低阈值和所述耦合系数变化率的第二经验低阈值；
[0033]所述利用控制变量法，结合所述耦合性能参数，调试所述第二类结构参数，得到所述第二类结构参数的优化结果包括：
[0034]确定所述第一间距值与所述第一类结构参数值不变；
[0035]改变所述磁耦合系统在所述指定方向的偏移量和所述第二间距值，得到对应的耦合系数与耦合系数变化率；
[0036]选出所得耦合系数与耦合系数变化率满足预设选择条件时的第二间距值为优化第二间距值，所述选择条件包括：耦合系数大于所述第一经验低阈值，并且耦合系数变化率大于所述第二经验低阈值；
[0037]确定所述第一间距值与所述优化第二间距值为所述优化结果；或，
[0038]确定所述第二间距值与所述第一类结构参数值不变；
[0039]改变所述磁耦合系统在所述指定方向的偏移量和所述第一间距值，得到对应的耦合系数与耦合系数变化率；
[0040]选出所得耦合系数与耦合系数变化率满足预设选择条件时的第一间距值为优化第一间距值；
[0041]确定所述第二间距值与所述优化第一间距值为所述优化结果。
[0042]优选地，所述结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于无线充电系统的磁耦合系统，其特征在于，包括：原边磁耦合机构与副边磁耦合机构，所述原边磁耦合机构与所述副边磁耦合机构之间能够产生磁耦合效应；所述原边磁耦合机构包括：第一磁耦合机构和第二磁耦合机构；所述副边磁耦合机构包括：第三磁耦合机构和第四磁耦合机构；所述第一磁耦合机构与所述第二磁耦合机构设置在同一平面内，且存在第一气隙，之间通过绕线串联；所述第三磁耦合机构与所述第四磁耦合机构设置在同一平面内，且存在第二气隙，之间通过绕线串联。2.根据权利要求1所述的用于无线充电系统的磁耦合系统，其特征在于，所述第一磁耦合机构包括：第一线圈和第一磁芯；所述第二磁耦合机构包括：第二线圈和第二磁芯；所述第三磁耦合机构包括：第三线圈和第三磁芯；所述第四磁耦合机构包括：第四线圈和第四磁芯；四个磁芯均为平板型，且所述第一磁芯与所述第二磁芯规格相同，所述第三磁芯与所述第四磁芯规格相同；所述第一线圈通过绝缘层与所述第一磁芯隔离，并以预设指定方向绕制在所述第一磁芯上；所述第二线圈通过绝缘层与所述第二磁芯隔离，并以所述预设指定方向绕制在所述第二磁芯上；所述第三线圈通过绝缘层与所述第三磁芯隔离，并以所述预设指定方向绕制在所述第三磁芯上；所述第四线圈通过绝缘层与所述第四磁芯隔离，并以所述预设指定方向绕制在所述第四磁芯上。3.根据权利要求2所述的用于无线充电系统的磁耦合系统，其特征在于，所述第一线圈与所述第二线圈采用单股绕线绕制，并由单股绕线串联；所述第三线圈与所述第四线圈采用单股绕线绕制，并由单股绕线串联；或，所述第一线圈与所述第二线圈采用双股绕线绕制，并由双股绕线串联；所述第三线圈与所述第四线圈采用双股绕线绕制，并由双股绕线串联。4.根据权利要求1至3任一项所述的用于无线充电系统的磁耦合系统，其特征在于，所述第一磁耦合机构与所述第二磁耦合机构呈镜像对称；所述第三磁耦合机构与所述第四磁耦合机构呈镜像对称。5.一种用于无线充电系统的磁耦合系统的结构参数优化方法，其特征在于，用于设计如权利要求1至4任一项所述的用于无线充电系统的磁耦合系统的结构参数，所述结构参数包括：第一类结构参数与第二类结构参数，所述方法包括：预先确定不需要调试的第一类结构参数，和需要调试的第二类结构参数，所述第二类结构参数包括：第一间距值与第二间距值，所述第一间距值为所述原边磁耦合机构中所述第一磁耦合机构与所述第二磁耦合机构之间存在第一气隙的间距大小；所述第二间距值为所述副边磁耦合机构中所述第三磁耦合机构与所述第四磁耦合机构之间存在第二气隙的间距大小；
预先选出与所述磁耦合系统的抗偏移性能相关的耦合性能参数；利用控制变量法，结合所述耦合性能参数，调试所述第二类结构参数，得到所述第二类结构参数的优化结果。6.根据权利要求5所述的用于无线充电系统的磁耦合系统的结构参数优化方法，其特征在于，所述第一类结构参数包...

【专利技术属性】
技术研发人员：高胜含，孙磊，季金虎，郭鑫，
申请(专利权)人：北京机械设备研究所，
类型：发明
国别省市：