CN110098667A - 一种基于磁结构的无线充电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于无线充电技术领域，公开了一种基于磁结构的无线充电系统，该系统包括：市电电源、PFC变换器、高频逆变器、谐振电路一、电磁耦合结构、谐电路二、整流器及蓄电池，其中，电磁耦合结构包括发射盘及接收盘，发射盘内设有谐振线圈一、接收盘内设置有谐振线圈二其中，市电电源依次与PFC变换器、高频逆变器、谐振电路一及谐振线圈一连接；蓄电池依次与整流器、谐振电路二及谐振线圈二电连接；谐振线圈二与谐振线圈一之间相对设置，且非接触连接。对磁芯的材料及形状进行了设计，并加入磁屏蔽结构，提高耦合程度，减少磁漏，减少磁损耗，提高充电效率，减少磁芯体积与重量，并提高系统的抗偏移能力。
Description
技术领域
本发明属于无线充电技术领域，提供了一种基于磁结构的无线充电系统。
背景技术
无线充电技术又称为非接触式充电，其与有线充电技术最大的区别在于无线充电技术的发射端与接收端没有物理连接，方便快捷。其基本原理是利用线圈的耦合原理，将电能从无线充电装置的发射端传送到接收端，其包括三种充电方式电磁感应式，电磁谐振式，微波式，其中电磁感应式无线充电原理是利用电磁感应原理在发射端产生高频交变的磁场，接收端在交变的磁场中产生电能。谐振式无线充电技术是利用谐振原理，实现电能从电源到用电设备的无线传输。谐振是一种非常有效的能量传输方式两个振动频率相同的物体之间可以高效地传输电能，而对于不同振动频率的物体几乎无影响。
传统的有线充电存在一些问题，在特殊天气可能会发生短路，断路的危险，充电电缆长期暴露在室外可能导致绝缘层的破裂继而引发漏电，火灾等危险，充电桩长期在室外需要人维护还增加了充电成本，而无线充电技术则可以避免这些问题，还能促进电动汽车的推广，现在的问题就如何提高电动汽车无线充电系统的充电效率。
发明内容
本发明实施例提供了一种基于磁结构的无线充电系统，旨在提高无线充电系统的充电效率。
为了实现上述目的，本发明提供了一种基于磁结构的无线充电系统，其特征在于，所述系统包括：
市电电源、PFC变换器、高频逆变器、谐振电路一、电磁耦合结构、谐电路二、整流器及蓄电池，其中，电磁耦合结构包括发射盘及接收盘，发射盘内设有谐振线圈一、接收盘内设置有谐振线圈二
其中，市电电源依次与PFC变换器、高频逆变器及谐振电路一及谐振线圈一连接；
蓄电池依次与整流器、谐振电路二及谐振线圈二电连接；
谐振线圈二与谐振线圈一之间相对设置，且非接触连接。
进一步的，发射盘依次包括：铝板一、设于铝板一上的磁芯一，及设于磁芯一上的谐振线圈一，谐振线圈一与磁芯一同心设置；
接收盘依次包括：铝板二、设于铝板二上的磁芯二，及设于磁芯二上的谐振线圈二，谐振线圈二与磁芯二同心设置；
磁芯一的半径大于磁芯二的半径，且谐振线圈一的半径大于谐振线圈二的半径。
进一步的，所述磁芯一及所述磁芯二均由若干磁条组成，磁条的截面呈T字型，磁条呈环形均匀分布，两磁条之间存在间隙。
进一步的，所述铝板的形状为圆形。
进一步的，所述磁芯的材料为铁基纳米晶合金。
进一步的，所述谐振线圈一及所述谐振线圈二为环形。
进一步的，所述系统还包括：电压检测单元，电压检测单元的输入端与整理器的输出端连接，电压检测单元的输出端与处理器的输入端连接，处理器的输出端与高频逆变器连接。
本发明实施例提供的基于磁结构的无线充电系统具有如下有益效果：
对磁芯的材料及形状进行了设计，并加入磁屏蔽结构，提高耦合程度，减少磁漏，减少磁损耗，提高充电效率，减少磁芯体积与重量，并提高系统的抗偏移能力。
附图说明
图1为本发明实施例提供的基于磁结构无线充电系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的耦合结构示意图；
图3为本发明实施例提供的发射盘正视图；
图4为本发明实施例提供的谐振电路一结构示意图；
图5为本发明实施例提供的谐振电路二结构示意图；
1.市电电源、2.PFC变换器、3.高频逆变器、4.谐振电路一、5.发射盘、6.接收盘、7.谐振电路二、8.整流器、9.蓄电池、51.铝板一、52.磁芯一、53.谐振线圈一、61.铝板一、62.磁芯二、63.谐振线圈二。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。
图1为本发明实施例提供的基于磁结构无线充电系统的结构示意图，为了便于说明，仅示出与本发明实施例相关的部分。
该无线充电系统适用于3.3KW小型电动汽车无线充电，无线充电系统包括：
市电电源1、PFC变换器2、高频逆变器3、谐振电路一4、电磁耦合结构、谐电路二7、整流器8及蓄电池9，其中，电磁耦合结构包括发射盘5及接收盘6，发射盘5内设有谐振线圈一53、接收盘6内设置有谐振线圈二63；其中，
市电电源1依次与PFC变换器2、高频逆变器3、谐振电路4及谐振线圈一连接；
蓄电池9依次与整流器8、谐振电路二7及谐振线圈二63电连接；
谐振线圈二63与谐振线圈一53之间非接触连接。
市电电源1一般为充电柱或充电桩，用于提供220v、50Hz的常用交流电；
PFC变换器2将市电电源的电压转换成400v带纹波的直流高压，通常由开关管、高频电感以及滤波电容等元器件组成，可将其简单地认为是升压型开关电源变换器；
高频逆变器3将400v直流电压转换成频率为85KH、幅值为400v的交流电压；
谐振电路一4接收来自高频逆变器的交流电，通过谐振电路一4及谐振线圈一53之间的谐振，将电能传输到接收盘的谐振线圈二63，谐振电路一的结构示意图如图4所示，左端连接高频逆变器，右端连接发射盘。
谐振线圈二63与谐振电路二7之间的谐振，接收来谐振线圈一53发送的频率为85KH的交流电；谐振电路二的结构示意图如图5所示，左端连接接收盘，右端连接整理器。
整流器8，将交流电转换成直流电，将直流电输入蓄电池9，对蓄电池9进行充电。
在本发明实施例中，该系统还包括：
电压检测单元，电压检测单元的输入端与整理器的输出端连接；
电压检测单元的输出端与处理器的输入端连接，处理器的输出端与高频逆变器连接，电压电测单元用于检测整流器的输出电压，并发送至控制器，若电压单元检测到的电压值大于电压设定值，则增大高频逆变器的输出电压，若电压检测单元检测到的电压值小于电压预设值，则减小高频逆变器的输出电压。
在本发明实施例中，相对设置的发射盘5及接收盘9，两者之间存在气隙，接收盘5与发射盘6同轴设置，其中，发射盘5从外到内依次包括：铝板一51、设于铝板一51上的磁芯一52，及设于磁芯一52上的谐振线圈一53，谐振线圈一35与磁芯一52同心设置；
接收盘6从外到内依次包括：铝板二61、设于铝板二61上的磁芯二62，及设于磁芯二62上的谐振线圈二63，谐振线圈二63与磁芯二62同心设置；
磁芯一52的半径大于磁芯二62的半径，且谐振线圈一53的半径大于谐振线圈二63的半径，在本发明实施例中，谐振线圈一53及谐振线圈二63为环形，如图2所示，图2为本发明实施例提供的耦合结构示意图，为了便于说明，仅示出与本发明实施例相关的部分；
铝板一51、铝板二62用于屏蔽磁漏，需要完全包括磁芯一52、磁芯二62，其形状可以是圆形，由于磁芯一52的半径大于磁芯二62的半径，因此，铝板一51的半径大于铝板二52的半径。
现有的磁芯一般为圆盘形，从磁场分布图来看，磁场呈现中间高两边地的分布图，为了减少磁芯的体积与重量，本发明实施例中的磁芯一52、磁芯二62均由若干磁条组成，磁条的截面呈T字型，磁条呈环形均匀分布，两磁条之间存在间隙，磁芯一的结构如图3所述，图3为本发明实施例提供的发射盘正视图。
对磁芯材料进行选择，以ANSYA MAXWELL仿真软件建立磁结构模型及外部电路，并以瞬态场为仿真条件，步长为1s，通过后处理的磁损图来看，铁基纳米晶合金的磁损要远远小于铁氧体的磁损，最后选择铁基纳米晶合金作为磁芯材料，该材料比铁氧体的磁损较少70％
本发明实施例提供的基于磁结构的无线充电系统具有如下有益效果：
对磁芯的材料及形状进行了设计，并加入磁屏蔽结构，提高耦合程度，减少磁漏，减少磁损耗，提高充电效率，减少磁芯体积与重量，并提高系统的抗偏移能力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于磁结构的无线充电系统，其特征在于，所述系统包括：
市电电源、PFC变换器、高频逆变器、谐振电路一、电磁耦合结构、谐电路二、整流器及蓄电池，其中，电磁耦合结构包括发射盘及接收盘，发射盘内设有谐振线圈一、接收盘内设置有谐振线圈二
其中，市电电源依次与PFC变换器、高频逆变器及谐振电路一及谐振线圈一连接；
蓄电池依次与整流器、谐振电路二及谐振线圈二电连接；
谐振线圈二与谐振线圈一之间相对设置，且非接触连接。
2.如权利要求1所述基于磁结构的无线充电系统，其特征在于，发射盘依次包括：铝板一、设于铝板一上的磁芯一，及设于磁芯一上的谐振线圈一，谐振线圈一与磁芯一同心设置；
接收盘依次包括：铝板二、设于铝板二上的磁芯二，及设于磁芯二上的谐振线圈二，谐振线圈二与磁芯二同心设置；
磁芯一的半径大于磁芯二的半径，且谐振线圈一的半径大于谐振线圈二的半径。
3.如权利要求2所述基于磁结构的无线充电系统，其特征在于，所述磁芯一及所述磁芯二均由若干磁条组成，磁条的截面呈T字型，磁条呈环形均匀分布，两磁条之间存在间隙。
4.如权利要求1至3任一权利要求所述基于磁结构的无线充电系统，其特征在于，所述铝板的形状为圆形。
5.如权利要求1至3任一权利要求所述基于磁结构的无线充电系统，其特征在于，所述磁芯的材料为铁基纳米晶合金。
6.如权利要求2所述基于磁结构的无线充电系统，其特征在于，所述谐振线圈一及所述谐振线圈二为环形。
7.如权利要求1所述于磁结构的无线充电系统，其特征在于，所述系统还包括：电压检测单元，电压检测单元的输入端与整理器的输出端连接，电压检测单元的输出端与处理器的输入端连接，处理器的输出端与高频逆变器连接。
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