[發(fā)明專利]一種大功率無(wú)線充電磁耦合機(jī)構(gòu)及其電能傳輸系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010420767.5
• 申請(qǐng)日: 2020-05-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111584220B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉邦銀;朱金煒;李其琪;徐煒鈺
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01F38/14
• 分類號(hào): H01F38/14;H01F27/24;H01F27/28;H01F27/32;H01F27/08;H02J50/10
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 李智

本發(fā)明公開(kāi)了一種大功率無(wú)線充電磁耦合機(jī)構(gòu)及其電能傳輸系統(tǒng)，屬于無(wú)線充電領(lǐng)域。磁耦合機(jī)構(gòu)包括原邊機(jī)構(gòu)和副邊機(jī)構(gòu)，原邊機(jī)構(gòu)和副邊機(jī)構(gòu)完全對(duì)稱。原邊機(jī)構(gòu)由下至上依次是鋁殼散熱罩、風(fēng)機(jī)、散熱器組件、磁芯組件、絕緣板組件、線圈層、硅膠層和絕緣壓板，超過(guò)百千瓦功率在原邊機(jī)構(gòu)和副邊機(jī)構(gòu)進(jìn)行無(wú)線傳輸。本發(fā)明中無(wú)線充電磁耦合機(jī)構(gòu)應(yīng)用于高能量密度傳輸場(chǎng)景，原邊機(jī)構(gòu)和副邊機(jī)構(gòu)在遠(yuǎn)距離下仍能保持高耦合系數(shù)水平，減少了無(wú)線充電過(guò)程中的能量損耗，同時(shí)擁有優(yōu)異的散熱性能和磁屏蔽性能，實(shí)現(xiàn)了大功率無(wú)線充電的輕量化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無(wú)線充電技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種大功率無(wú)線充電磁耦合機(jī)構(gòu)及其電能傳輸系統(tǒng)。

背景技術(shù)

電磁感應(yīng)式無(wú)線充電在電動(dòng)交通工具中已經(jīng)得到廣泛成熟的應(yīng)用，但目前功率只有千瓦級(jí)。針對(duì)功率超過(guò)百千瓦的大功率無(wú)線充電系統(tǒng)，要求無(wú)線充電磁耦合機(jī)構(gòu)具有較高的功率密度，以及緊湊簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性要求較高，同時(shí)為了減少漏磁，對(duì)磁屏蔽的要求也更高。

目前大功率無(wú)線充電的磁耦合機(jī)構(gòu)多采用平板結(jié)構(gòu)，即采用圓形線圈背部貼合一整塊平面磁芯的做法，這種結(jié)構(gòu)方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳輸效率和抗偏移特性較好，但是由于其沒(méi)有充分利用耦合機(jī)構(gòu)的高度，加強(qiáng)耦合機(jī)構(gòu)高度方向的磁場(chǎng)，導(dǎo)致耦合機(jī)構(gòu)盡管可以做到較薄，但是其面積太大，功率密度較低，損耗較大，磁屏蔽效果較差，同時(shí)也大多沒(méi)有考慮磁耦合機(jī)構(gòu)的散熱問(wèn)題。由此可見(jiàn)，現(xiàn)有的大功率無(wú)線充電磁耦合機(jī)構(gòu)在結(jié)構(gòu)方面還需改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種大功率無(wú)線充電磁耦合機(jī)構(gòu)及其電能傳輸系統(tǒng)，其目的在于提供一種適用于功率超過(guò)百千瓦的大功率無(wú)線充電的磁耦合機(jī)構(gòu)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種大功率無(wú)線充電磁耦合機(jī)構(gòu)，包括：對(duì)稱分布的原邊機(jī)構(gòu)和副邊機(jī)構(gòu)；所述原邊機(jī)構(gòu)包括從下至上依次分布的散熱器組件、磁芯組件、絕緣板組件、線圈層、硅膠層和絕緣壓板；

散熱器組件設(shè)置有凹槽，磁芯組件嵌于凹槽內(nèi)；絕緣板組件固定于磁芯組件層和線圈層之間，實(shí)現(xiàn)電氣絕緣；硅膠層設(shè)置在線圈層和絕緣壓板之間，用于絕緣和散熱；絕緣壓板用于防塵防水；

其中，磁芯組件采用分層結(jié)構(gòu)，由標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)方體鐵氧體磁芯堆疊而成，按磁感應(yīng)曲線方向排列，根據(jù)線圈層不同位置的磁場(chǎng)強(qiáng)度設(shè)置不同的厚度；線圈層采用利茲線纏繞，由兩個(gè)八字型結(jié)構(gòu)的橢圓線盤上下堆疊而成；線圈層內(nèi)形成交流電流進(jìn)行無(wú)線功率傳輸。

進(jìn)一步地，所述磁芯組件為三層結(jié)構(gòu)；最下層和中間層為完整立方體結(jié)構(gòu)；最下層厚度最大，中間層厚度最小；中間層寬度大于最下層；最上層由兩個(gè)小立方體凸臺(tái)組成，分別設(shè)置于線圈層磁場(chǎng)最強(qiáng)的位置。

進(jìn)一步地，絕緣板組件采用環(huán)氧樹(shù)脂材料，對(duì)應(yīng)磁芯組件中的兩個(gè)立方體凸臺(tái)位置設(shè)置有通孔，使絕緣板組件與磁芯組件完全貼合。

進(jìn)一步地，所述機(jī)構(gòu)還包括：鋁殼散熱罩和風(fēng)機(jī)；

多個(gè)風(fēng)機(jī)嵌于散熱器組件內(nèi)，用于機(jī)構(gòu)中的熱量排出；

所述鋁殼散熱罩完全包裹多個(gè)風(fēng)機(jī)和散熱器組件，用于機(jī)構(gòu)的固定、機(jī)械防護(hù)和磁屏蔽。

進(jìn)一步地，散熱器組件背面裝有插片，便于熱量排出；側(cè)面打有螺孔，用于固定風(fēng)機(jī)和鋁殼散熱罩。

進(jìn)一步地，絕緣壓板采用環(huán)氧樹(shù)脂材料。

按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種大功率無(wú)線充電磁耦合機(jī)構(gòu)的電能傳輸系統(tǒng)，包括上述大功率無(wú)線充電磁耦合機(jī)構(gòu)、直流電源、高頻逆變器、原邊機(jī)構(gòu)補(bǔ)償電容、副邊機(jī)構(gòu)補(bǔ)償電容、高頻整流器和負(fù)載；

所述直流電源與高頻逆變器一端連接，用于提供大功率電能；高頻逆變器另一端與原邊結(jié)構(gòu)補(bǔ)償電容連接，將直流電源提供的直流電壓轉(zhuǎn)換為高頻交流電壓；