CN220543713U - 一种具有液体冷却的wpt盘及wpt系统 - Google Patents

Abstract

无线电力传输的发射端含有至少一个发射盘，用于产生电磁场，而在接收端含有至少一个接受盘从电磁场拾取能量为设备提供电能或充电。发射盘和接收盘内部由线圈和磁性材料构成。电流和磁通会在发射盘和接收盘内部产生电损耗和磁损耗，产生热能引起很高的温升。为了避免金属在电磁场中产生的涡流损耗，发射盘和接收盘的表面和侧面封装采用低热导率的非金属材料，这加剧了内部热能的积聚。发射盘和接收盘内部产生过高的温升，会导致发射盘和接收盘损坏或进行非正常工作。本实用新型提出使用液冷有效地导出或发散出发射盘和接收盘内部热能的方式，提出了使用浸没式液冷的实施结构，并提出配合使用框架磁片和金属封装框架进一步增强液冷效果的创新方式。

Description

一种具有液体冷却的WPT盘及WPT系统

技术领域

本实用新型涉及无线电力传输(用于充电的无线电力传输或实时无线电力传输)的改进。

背景技术

通常，无线电力传输(WPT)是一种能够将电力从初级侧/发射端侧无线传输到所需设备(拾能端/接收端/负载侧)的技术。

为了传输电力，发射端中的初级线圈由交流电流供电，产生时变磁场或磁通量。根据安培定律，产生的磁场的强度取决于交流电流和空间的磁导率。根据法拉第定律，所产生的时变磁场的一部分与接收端的拾能线圈连接，以感应电压。交联的磁场或磁通量被称为耦合，并被表示为耦合系数k。基本上，对于给定的交流电流和空间磁导率，耦合系数k越高，拾能导体上的感应电压越高。

图1示出了用于无线电力传输的一对传统的WPT盘10(初级/发射盘11、次级/拾能端、接收端盘12)。通常，WPT线圈16、17用电绝缘框架13、14和盖15、16密封在盘11、12内。主要问题是散热、耦合系数k和涡流引起的金属物体损耗。

线圈发热是由流过的交流电流引起的，频率、构成线圈的导线结构、线圈厚度都会影响线圈中产生的损耗。而磁通量密度决定了磁板中的损耗。线圈和磁板中的损耗可以通过精心的电路设计来转移或平衡。此外，线圈和磁板周围的散热环境不同，而且由于其放置得非常近，其间的热量会相互影响，因此其中一个的温度可能会高于另一个。控制线圈和磁板的温度都是理想的手段。当线圈变得太热时，导线的绝缘会受到损害，而当磁板变得太热时，磁性会发生急剧变化。在任一情况下，系统都可能发生故障。

发明内容

本实用新型的一个目的是提供一种具有液体冷却的WPT盘及WPT系统。

在一个方面，本实用新型可以说包括具有液体冷却的WPT盘，其包括：包含液体冷却剂的密封外壳、至少一个线圈和磁板，其中磁板完全浸没在液体冷却剂中。

可选地，WPT盘还包括位于WPT盘内部或外部的泵，用于循环外壳中的液体冷却剂。

可选地，线圈部分或全部浸没在液体冷却剂中。

可选地，WPT盘还包括内壁，其中内壁部分或全部浸没在液体冷却剂中。

可选地，内壁至少部分地在壳体内限定和形成两个或更多个腔室。

可选地，至少一个腔室提供屏蔽区域，所述屏蔽区域被屏蔽免受来自线圈的干扰。

可选地，WPT盘还包括位于屏蔽区域中的电子模块。

可选地，电子模块部分或全部浸入液体冷却剂中。

可选地，电子模块通过部分或全部浸没在液体冷却剂中的线圈电力电缆连接到线圈。

可选地，电子模块连接到部分或全部浸没在液体冷却剂中的外部电力电缆。

可选地，腔室被配置成允许液体冷却剂流动。

可选地，WPT盘还包括内壁中的一个或多个孔，用于液体冷却剂的流动。

可选地，WPT盘还包括连接到泵的散热器和/或液体冷却剂储器，其中泵、液体冷却剂储器和/或散热器在WPT盘的外部。

可选地，WPT盘还包括连接到泵的散热器和/或液体冷却剂储器，其中泵、液体冷却剂储器和/或散热器在WPT盘的内部。

可选地，WPT盘还包括由外壳提供并连接到外部部件的入口和出口，入口和出口为液体冷却剂流过WPT盘提供入口和出口点。

可选地，WPT盘、磁板是铁氧体板。

可选地，液体冷却剂是介电流体。

可选地，WPT盘还包括外部热交换器。

可选地，外部热交换器是液-液热交换器，例如外部冷却管。

可选地，WPT盘包括一个或多个：用于存储液体冷却剂的储器、用于循环液体冷却剂的泵、用于从液体冷却剂传递热量的散热器或热交换器。

在另一方面，本实用新型可以说包括一种液体冷却WPT盘的方法，所述方法包括以下步骤：提供线圈、磁板和/或WPT盘的内壁，所述盘部分或全部浸入包含在WPT盘的外壳内的液体冷却剂中；以及用泵循环液体冷却剂，使得其在外壳中流动并经过线圈、磁板和/或内壁。

可选地，磁板被完全浸没。

可选地，线圈被部分或全部浸没。

可选地，内壁被部分或全部浸没。

可选地，液体冷却剂循环通过壳体内的两个或更多个腔室。

可选地，液体冷却剂被循环，使得其流过位于由至少一个腔室提供的屏蔽区域中的电子模块，所述屏蔽区域被屏蔽以免受线圈的干扰。

可选地，散热器和/或液体冷却剂储器连接到泵，其中泵、液体冷却剂储器和/或散热器在WPT盘的外部。

可选地，WPT盘还包括连接到泵的散热器和/或液体冷却剂储器，其中泵、液体冷却剂储器和/或散热器在WPT盘的内部。

可选地，磁板是铁氧体板。

可选地，液体冷却剂是介电流体。

可选地，所述方法还包括通过外部热交换器从液体冷却剂中提取热量的步骤。

可选地，外部热交换器是液-液热交换器，例如外部冷却管。

可选地，WPT盘还包括金属框架和框架磁片。

可选地，WPT盘还包括有助于散热的灌封化合物。

可选地，WPT盘是发射盘，并且包括：盖、线圈、金属框架以及在金属框架和盖之间的框架磁片。

可选地，WPT发射盘包括金属基板。

可选地，WPT发射盘还包括线圈磁板。

可选地，框架磁片延伸超过金属框架的外周。

可选地，框架磁片延伸超过金属框架的内周界。

可选地，框架磁片设置在金属框架和盖之间。

可选地，框架磁片与盖有间隙。

可选地，框架磁片与金属框架有间隙。

可选地，框架磁片与线圈磁板有间隙。

可选地，金属框架与框架磁片有间隙。

可选地，金属框架与金属基板间有间隙。

可选地，金属框架与线圈磁板有间隙。

可选地，金属框架被成形为改善散热。

可选地，WPT发射盘还包括一个或多个风扇。

可选地，WPT发射盘还包括液体冷却。

可选地，框架磁片和/或线圈磁板由以下一种或多种材料制成：

●铁磁材料，

●亚铁磁性材料，或

●纳米晶体材料，

和/或例如可以是：

●铁氧体，

●锰锌铁氧体，

●镍锌铁氧体。

可选地，WPT是接收盘，并且包括：盖、线圈、金属框架和在金属框架和盖之间的框架磁片。

可选地，WPT接收盘还包括金属基板。

可选地，WPT接收盘还包括线圈磁板。

可选地，框架磁片延伸超过金属框架的外周。

可选地，框架磁片延伸超过金属框架的内周界。

可选地，框架磁片设置在金属框架和盖之间。

可选地，框架磁片与盖隔开。

可选地，框架磁片与金属框架隔开。

可选地，框架磁片与线圈磁板隔开。

可选地，金属框架与框架磁片隔开。

可选地，金属框架与金属基板间隔开。

可选地，金属框架与线圈磁板隔开。

可选地，金属框架被成形为改善散热。

可选地，WPT接收盘还包括一个或多个风扇。

可选地，WPT接收盘还包括液体冷却。

可选地，框架磁片和/或线圈磁板由以下一种或多种材料制成：

●铁磁材料，

●亚铁磁性材料，或

●纳米晶体材料，

和/或例如可以是：

●铁氧体，

●锰锌铁氧体，

●镍锌铁氧体。

在另一方面，可以说本实用新型包括一种WPT系统，所述系统包括根据任何前述段落的发射端盘和根据任何前述段落的接收端盘。

本文公开的数字范围(例如，1至10)也包括所述范围内的所有有理数(例如，1、1.1、2、3、3.9、4、5、6、6.5、7、8、9和10)以及所述范围内的任何有理数范围(例如，2至8、1.5至5.5和3.1至4.7)，因此，本文明确公开的所有范围的所有子范围在此明确公开。这些仅仅是具体意图的例子，并且所列举的最低值和最高值之间的数值的所有可能组合都被认为是以类似的方式在本申请中明确陈述的。

本说明书中使用的术语“包括”是指“至少部分包括”。当解释本说明书中包括术语“包括”的每个陈述时，除了所述术语或以所述术语开头的特征之外的特征也可能存在。诸如“包括(comprise/comprises)”的相关术语将以相同的方式解释。除非上下文明确要求，否则在整个说明书和权利要求书中，词语“包括(comprise/comprising)”等应被解释为包含的意义，而不是排他或穷尽的意义，也就是说，是“包括，但不限于”的意义。

附图说明

现在将参考附图描述实施例，其中：

图1示出了传统的WPT盘。

图2示出了根据当前实施例的WPT盘。

图3A、3B、3C示出了WPT发射端盘的全截面、特写和平面图。

图4A、4B、4C示出了WPT接收端盘全截面、特写和平面图。

图5A、5B、5C示出了A、B和F的尺寸与涡流和磁损耗之间的折衷。

图5D、5E、5F示出了I、J和N的尺寸与涡流和磁损耗之间的折衷。

图6A、6B示出了传统发射端盘/接收端盘和本文所述的发射端盘/接收端盘之间的温度比较。

图7示出了本文所述的盘与没有框架磁片的盘之间的k差异。

图8示出了没有框架磁片的发射端/接收端盘片与本文所述的发射端/接收端盘片之间的涡流损耗比较。

图9A、9B示出了传统接收端盘上的磁通量分布和欧姆损耗分布。

图10A、10B示出了本文所述的接收端盘片上的磁通量分布和欧姆损耗分布。

图11A、11B示出了在金属基板后面带有风扇的传统发射端/接收端盘。

图12A、12B示出了本文所述的发射端/接收端盘，在金属基板后面有风扇。

图13A、13B示出了在金属基板和线圈磁性框架之间具有风扇的传统发射端/接收端盘。

图14A、14B示出了本文所述的发射端/接收端盘，在金属基板和线圈磁性框架之间具有风扇。

图15A、15B示出了没有风扇的传统发射端/接收端盘和在两个位置具有风扇的传统发射端/接收端盘之间的温度比较。

图16A、16B示出了没有风扇的发射端/接收端盘和在两个位置都有风扇的传统发射端/接收端盘之间的温度比较，如本文所述。

图17A、17B示出了用于金属框架的带有液体冷却的WPT盘。

图18A示出了具有形成为散热器的金属框架的WPT盘。

图19是示出用于WPT盘的液体冷却系统的液体冷却剂循环回路的流径图。

图20示出了可以浸没在浸没液体冷却系统中的WPT盘元件。

图21示出了浸没液体冷却的WPT盘的实施例。

图22示出了线圈嵌入外壳的浸没液体冷却的WPT盘的实施例。

图23示出了独立的浸没液体冷却的WPT盘的实施例。

图24示出了具有金属框架的浸没液体冷却的WPT盘的实施例。

图25示出了浸没液体冷却的WPT盘的实施例，其中线圈在具有金属框架的外壳外部。

图26示出了具有金属框架的独立浸没液体冷却的WPT盘的实施例。

具体实施方式

1.概述

传统的WPT发射端/接收端盘10(发射端11、接收端12)具有散热和涡流损耗的缺点。两者都具有盖18、19。

在这种盘10中使用的电绝缘材料13、14是热的不良导体。由线圈17、16损耗和线圈磁板9、8损耗(磁芯损耗)产生的热量不能足够快地消散，因此，WPT盘10的温度将随时间增加。此外，拾能盘12通常是紧凑的，这意味着拾能盘12更容易受到温度升高的影响。

到目前为止，已经有其他人尝试解决散热问题，但是这些解决方案引入了其它问题。例如，如果用热的良导体代替电绝缘材料框架，则拾能盘的温度可以低于非金属框架的温度，因为热量可以通过良导体快速传导和消散。然而，热的良导体也可以是电的良导体。其屏蔽了发射线圈和拾能线圈之间的一些磁通量，因此，发射和拾能盘之间的k耦合系数急剧下降，感应电压降低。这导致电力传输效率较低。

此外，传统的WPT盘10在金属板上有损耗。磁通量在导电物体的表面感应出涡流，这导致额外的电阻损耗或固体损耗。它被称为涡流效应。

时变磁通量在导体内感应出电流回路。这些(涡流)电流在垂直于磁通量的平面内，通过导体电阻形成闭合回路，因此在导体中产生热量损耗。这些由涡流引起的导体损耗被称为固体损耗。固体损耗影响WPT系统的效率。

本实施例通过提供金属框架和框架磁片布置来解决这些缺点。金属框架增加了散热。它还减少了金属板中的涡流。金属框架可以降低k，也可以引入新的涡流损耗。然而，框架磁片的添加有助于减小k值的降低，并减少金属框架中的涡流，使得金属框架和金属板的总涡流损耗小于传统WPT盘10的金属板中的涡流损耗。注意，框架磁片通常比线圈磁板薄，因此被称为磁片。但是这不应被认为是对其厚度的限制。

参考图2，所公开的实施例提供了具有金属框架和框架磁片的无线电力传输(WPT)盘20(初级/发射端盘21、次级/拾能端/接收端盘22)的结构，以帮助散热，减小对耦合系数的金属屏蔽效应，以将k维持在期望值，并减少由于涡流引起的固体损耗(金属物体上的损耗)。在实施例中，存在具有到线圈磁板的高度和距离的金属框架。金属框架是良好的导热体，与传统的WPT盘相比，可以改善热传导。因此，由磁芯损耗和线圈损耗产生的热量可以通过这些金属框架快速传导和消散。但是如前所述，金属元件本身会损害耦合系数和/或增加金属板损耗。与传统的主发射端盘相比，根据设计规格具有特定尺寸和间距的金属框架和框架磁片的组合提供了改进式散热，同时仍然能够实现足够的(例如保持)耦合系数K，并且能够降低金属板中的损耗。

在此，对WPT盘的任何引用通常可以被解释为意指和/或覆盖WPT发射端盘、WPT接收端盘或两者。

2.WPT盘-带有金属框架和磁片的第一实施例

现在将参考发射端盘和接收端盘来描述第一实施例。

2.1发射端盘

在图2、3A、3B和3C中示出了发射端(初级)盘21。图3A以图解形式示出了发射端盘的横截面，图3B更详细地示出了每个发射端盘的横截面，图3C示出了具有初级框架磁片的发射端盘的平面图，以及图2示出了位于接收端盘下面的发射端盘的透视图。图3C示出了示例性的尺寸，但这仅是示例性的，不应被视为限制性的。

发射端盘21包括初级金属基板33和夹在初级盘盖32和初级盘线圈磁板36之间的初级线圈35。这种布置以通常的方式向接收端盘22提供感应电力传输。发射端盘21还包括作为侧壁在初级盘盖32和初级金属基座33之间延伸的初级金属框架31，以及设置在初级金属框架31和初级盘盖32之间的初级框架磁片34。线圈磁板36和框架磁片34可以由任何具有磁性的材料制成，例如铁磁材料、亚铁磁材料或纳米晶材料，并且可以是例如铁氧体、锰锌铁氧体、镍锌铁氧体等。线圈磁板和框架磁片可以由相同或不同的磁性材料制成。

与传统的初级盘相比，初级金属框架31允许改善热传导，但是如前所述，金属元件本身会损害耦合系数k和/或增加金属板损耗。与传统的主发射端盘11相比，初级金属框架31和初级框架磁片34的组合以及其的相对定位提供了改进的散热，同时仍然能够实现足够的耦合系数k，并且能够降低金属板中的损耗。

具体而言，初级金属框架31和初级框架磁片34可以根据以下设计规格布置，以实现本文所述的改进结果。可以应用这些设计规格中的一个或多个。并非所有设计规格都是必需的，也不是必不可少的。其只是为更优化的解决方案提供选项。框架磁板和金属框架的任何布置都可能达到可接受的结果，不管其是否遵循这些规格。也就是说，在这一点上，包括尺寸A、B和F的设计规格是当前模拟的首选。

应注意，所提到的折衷是在过大的规格尺寸和过小的规格尺寸之间，规格尺寸过大会产生过大和/或过重的盘，而规格尺寸过小则不能在散热、降低K值和减少涡流损耗方面提供益处。

●初级框架磁片34被布置成从初级金属框架31的外周/侧面突出。所述突出减少了初级金属框架上的涡流损耗，并保持耦合k。突出越多，金属框架上的涡流损耗越少，耦合k保持得越好。然而，这种突出增加了整个盘21的尺寸/重量以及线圈磁板的损耗。这是盘尺寸/重量、有益散热、k和涡流之间的折衷。展示折衷的一些可能尺寸如下所示，并在图5A中绘出。

O A长度：

○初级线圈磁板损耗:

■0mm-53W

■4mm-53.6W

■10mm-54.1W

■2mm-54.7W

■40mm-55.8W

○初级金属框架损耗：

■0mm-5.87W

■4mm-4.3W

■10mm-3.05W

○根据上述规格，A可以是，例如，10mm，在初级磁板和初级金属框架上提供可接受的损耗，并具有合理的初级盘尺寸。

●初级框架磁片34被布置成从初级金属框架31的内周/内侧突出B。所述突起减少了金属基板上的涡流损耗，并保持耦合k。突起越多，金属基板上的涡流损耗越少，耦合k保持得越好。然而，这种突出增加了盘的重量、金属框架31上的涡流损耗以及线圈磁板的损耗。这是盘尺寸/重量、有益散热、k和涡流之间的折衷。随着B的增加，使用更多的磁性材料。如上所述，初级框架磁片的尺寸由B决定。展示折衷的一些可能尺寸如下所示，并在图5B中绘出。

○B长度：

○初级线圈磁板损耗：

■0mm-50.2W

■4mm-50.6W

■10mm-51.4W

■20mm-54.1W

■40mm-56.1W

○初级金属框架损耗：

■0mm-12.4W

■4mm-8.5W

■10mm-6.1W

■20mm-3.05W

■40mm-1.64W

○k：

■0mm-0.407

■4mm-0.408

■10mm-0.41

■20mm-0.414

■40mm-0.417

○根据上述规格，作为一个例子，B可以是20mm，以获得合理的磁板损耗和金属框架损耗。耦合系数k保持在0.414。

●初级框架磁片34和初级金属框架31之间的间隙/间距C影响盘21的热传导效率。间隙越小，导热效率越好。然而，其影响了盘的重量/尺寸，并增加了金属框架31上的涡流损耗。金属框架和磁片之间的间隙越小，意味着金属框架越高，这增加了金属框架的重量，反之亦然。盘的总高度是固定的，因此，间隙C的变化意味着框架高度的变化。更高的金属框架意味着导体的表面增加，这增加了涡流回路。因此，涡流损耗增加。这需要在盘尺寸/重量、有益散热、k和涡流之间取一个折衷。

●初级框架磁片34和初级盘31之间的间隙/间距D也能影响盘的热传导效率。间隙越小，导热效率越好。然而，其会影响整个盘尺寸、耦合k和初级金属框架上的涡流损耗。需要在间距和利弊的折衷。

●初级金属框架和初级金属基板33之间的间隙/间距E影响初级金属基板33和初级金属框架31上的涡流损耗。间隙越大，基板上的损耗越多。盘的总高度是固定的，因此，如果间隙E改变，这意味着框架的高度改变。随着E的减小，这减少了金属基板上的大部分涡流损耗，零E(基板和金属框架的接触)提供了涡流损耗的最佳减少。还有，零E也是最佳散热位置，因为它使用的金属体积最大。然而，如上所述，当框架的高度增加时，在金属框架上将引起更多的涡流损耗。重量也由于金属体积的增加而增加。这是盘尺寸/重量、有益散热、k和涡流之间的折衷。

●初级金属框架31和初级线圈磁板36之间的间隙/间距F影响初级金属框架31和耦合k上的涡流损耗。间隙越大，损耗越小，k降低。然而，大的间隙增加了盘尺寸。这是盘尺寸/重量、有益散热、k和涡流之间的折衷。随着F的增加，盘尺寸也增加。展示折衷的一些可能尺寸如下所示，并在图5C中绘出。

○F长度：

○初级线圈磁板损耗：

■0mm-53.5W

■5mm-53.9W

■10mm-54W

■20mm-54.1W

■30mm-52.1W

■40mm-51.6W

○初级金属框架损耗：

■0mm-12.7W

■4mm-4.8W

■10mm-4.2W

■20mm-3.05W

■40mm-2.4W

○较大的间隙意味着较大的盘尺寸和重量，但金属框架上的涡流损耗较小。

●初级金属框架31的厚度G影响框架上的涡流损耗。框架越厚，涡流损耗越小。但是，其会影响盘的尺寸/重量。

●初级框架磁片34的厚度H影响其自身的磁损。片越厚，磁损越小。然而，较厚的片增加了整个盘的重量。

●增加金属框架的高度可以改善散热，但会增加盘的尺寸和重量。

2.2接收端盘

在图2、4A、4B和4C中示出了接收端(拾能、次级)盘22。图4A以图解形式示出了接收端盘22的横截面，图4B更详细地示出了每个接收端盘的横截面，图4C示出了接收端盘的平面图，图2示出了位于发射端盘上方的接收端盘的透视图。图4C示出了示例性的尺寸，但这仅是示例性的，不应被视为限制性的。

接收端(拾能端)盘22包括次级(接收端/拾能端)金属基板43和夹在次级(接收端/拾能端)盘盖42和次级(接收端/拾能端)线圈磁板46之间的次级(接收端/拾能端)线圈45。这种布置以通常的方式提供了来自发射端21的感应电力传输。接收端盘22还包括作为侧壁在第二盘盖42和第二金属基座43之间延伸的第二金属框架41，以及设置在第二金属框架41和第二盘盖42之间的第二框架磁片44。线圈磁板36和框架磁片44可以由任何具有磁性的材料制成，例如铁磁材料、亚铁磁材料或纳米晶材料，并且可以是例如铁氧体、锰锌铁氧体、镍锌铁氧体等。

线圈磁板和框架磁片可以由相同或不同的磁性材料制成。

与传统的辅助盘22相比，辅助金属框架41允许改善热传导，但是如前所述，金属元件本身会损害耦合系数和/或增加金属板损耗。与传统的次级发射端盘12相比，次级金属框架41和次级框架磁片44的组合提供了改进的散热，同时仍然能够实现足够的耦合系数K，并且能够降低金属板中的损耗。

具体地，类似于发射端盘，次级金属框架41和次级框架磁片44可以根据以下设计规格来布置，以实现本文所述的改进结果。可以应用这些设计规格中的一个或多个。并非所有设计规格都是必需的，也不是必不可少的。其只是为更优化的解决方案提供选项。框架磁板和金属框架的任何布置都可能达到可接受的结果，不管其是否遵循这些规格。也就是说，在这一点上，包括尺寸I、J和N的设计规格在当前的模拟中是优选的。

应注意，所提到的折衷是在过大的规格尺寸和过小的规格尺寸之间，规格尺寸过大会产生过大和/或过重的盘，而规格尺寸过小则不能在散热、降低K值和减少涡流损耗方面提供益处。

●次级框架磁片44布置成从次级金属框架外部41的周边/侧面突出。所述突出减少了金属框架上的涡流损耗，并保持了耦合k。突出越多，金属框架上的涡流损耗越小，耦合k保持得越好。然而，这种突出增加了盘的尺寸/重量以及线圈磁板的损耗。这是盘尺寸/重量、有益散热、k和涡流之间的折衷。展示这种折衷的一些可能的尺寸如下所示，并绘制在图5D中。

○对于突起I：

○I长度：

○拾能端磁板损耗

■0mm-42.9W

■5mm-44.6W

■10mm-45W

■15mm-46.25W

■20mm-46.9W

■25mm-47.7mm

○拾能金属框架损耗：

■0mm-24.03mm

■5mm-12.42W

■10mm-10.6W

■15mm-7W

■20mm-6.15W

■25mm-5.63W

○基于上述比较，10mm是一个最佳点，在拾能端磁板和拾能金属框架上具有可接受的损耗，并具有合理的初级盘尺寸。

●次级框架磁片44被布置成从次级金属框架41的内周/内侧突出。所述突起减少了金属基板上的涡流损耗并保持耦合k。突出越多，金属基板上的涡流损耗越小，耦合k保持得越好。然而，这种突出增加了盘重量、金属框架41上的涡流损耗和线圈磁板损耗。这是盘尺寸/重量、有益散热、k和涡流之间的折衷。随着J的增加，使用更多的磁性材料。如上所述，初级框架磁片的尺寸由J决定。展示折衷的一些可能尺寸如下所示，并在图5E中绘出。

○J长度：

○拾波线圈磁板损耗

■0mm-39W

■4mm-40W

■10mm-41W

■20mm-45W

■30mm-45.9w

○初级金属框架损耗：

■0mm-40.22W

■4mm-24.23W

■10mm-18.54W

■20mmmm-10.6W

■30mmmm-10W

○k：

■0mm-0.392

■0.4mm-0.396

■10mm-0.401

■20mm-0.414

■40mm-0.419

○基于以上比较，选择J为20mm，以具有合理的磁板损耗和金属框架损耗。耦合系数k保持在0.414。次级框架磁片和次级金属框架之间的间隙/间距K提高了盘的热传导效率。间隙越小，导热效率越好。然而，其会影响盘重量，并增加金属框架上的涡流损耗。盘的总高度是固定的，因此，间隙K的变化意味着框架高度的变化。金属框架越高，意味着框架使用的金属越多，导致框架重量越大。并且导体的表面也增加了，这增加了涡流回路。因此，涡流损耗增加。这是盘尺寸/重量、有益散热、k和涡流之间的折衷。

●次级框架磁片44和次级盘盖42之间的间隙/间距L影响了盘的热传导效率。间隙越小，导热效率越好。然而，它影响次级金属框架41上的盘尺寸、耦合k和涡流损耗。是间距和利弊的折衷。

●次级框架磁片44和次级金属基板43之间的间隙/间距M影响次级金属基板43和次级金属框架41上的涡流损耗。间隙越大，基板上的损耗越多。此处的总盘高度是固定的，因此，间隙M的变化意味着框架高度的变化。M可以为零(相互接触)，以减少金属基板上的大部分涡流损耗。触摸也是最好的散热位置。因为其使用了最大的金属体积。然而，如上所述，当框架高度增加时，会在金属框架上引起更多的涡流损耗。重量也由于金属体积的增加而增加。这是盘尺寸/重量、有益散热、k和涡流之间的折衷。

●次级金属框架41和次级线圈磁板46之间的间隙/间距N影响次级金属框架和耦合k上的涡流损耗。间隙越大，损耗越小，k降低。然而，大的间隙增加了盘尺寸。这是盘尺寸/重量、有益散热、k和涡流之间的折衷。随着F的增加，盘尺寸也增加。展示折衷的一些可能尺寸如下所示，并在图5C中绘出。

○对于间隙N：

○N长度：

○拾能端磁板损耗

■5mm-44.16W

■10mm-44.7W

■20mm-45W

■30mm-42.05W

■40mm-41.54W

■50mm-41.32W

○初级金属框架损耗：

■5mm-17.63mm

■10mm-13.91W

■20mm-10.6W

■30mm-9.5W

■40mm-8.04W

■50mm-6.3W

○较大的间隙意味着较大的盘尺寸和重量，但金属框架上的涡流损耗较小

●次级金属框架41的厚度O影响次级金属框架41上的涡流损耗。框架越厚，涡流损耗越小。但是，其会影响盘的尺寸/重量。

●次级框架磁片44的厚度P影响其自身的磁损。薄板越厚，磁损越小。然而，较厚的板增加了盘的重量。

●增加金属框架的高度可以改善散热，但会增加盘的尺寸和重量。

3.盘材料、实施例的设计规格结果

WPT盘由基板、框架和盘套构成密封的“盒子”，如图2至4C所示。

初级框架磁片34和次框架磁片44可由通常通过将大部分铁氧化物与小部分一种或多种附加金属元素如钡、锰、镍、锌等混合并烧制而成的材料制成。其不导电，容易被磁化。例如，本文中可以使用软铁氧体，其通常由镍、锌和/或锰化合物制成。其具有低矫顽力，易于磁化而不消耗太多能量，并且具有高电阻率，以防止涡流造成太多损耗。

初级和次级框架磁片34、33靠近金属框架31、41放置，以帮助调节磁通量。其调节磁通量，并且其有助于保持初级线圈35和拾能线圈45之间的链接磁通量部分。其防止耦合系数k由于金属框架31、41的屏蔽而下降。此外，由于通量调节，金属物体周围的通量会减少。这意味着附加金属框架和基板上的涡流和电阻损耗或固体损耗更低。

应注意，初级/次级框架磁片厚度A、B、C、D、J、I、H和J的尺寸可以根据WPT盘的不同尺寸和具体情况而变化。加框磁片的A、B、C、D的长度甚至可以是0mm。就耦合和损耗而言，所提出的WPT盘的性能将或多或少地受到影响。所提出的结构的优点仍然存在。

初级/次级金属框架高度，初级/次级金属框架31、41和初级/次级线圈磁板36、46之间的间距F和L，初级/次级金属框架31、41和初级/次级基板33、43之间的间距E和K，以及初级/次级金属框架31、41和初级/次级框架磁片34、44之间的间距C和I，减轻了链接的磁通量阻塞和耦合系数K的下降。需应注意，非优化的框架高度F、L、E、K、C和L会导致框架上的大的固体损耗和耦合系数K的显著下降。

传统的WPT盘10使用电绝缘框架13、14代替金属材料，以避免由导体表面上的涡流引起的耦合下降和固体损耗。然而，电绝缘材料是热的不良导体。线圈损耗和铁氧体损耗产生的热量无法及时散发，会积聚在盘内部。因此，整个盘的温度最终会升高。

本文中的实施例使用金属框架31、41将热量从盘的内部消散到外部。因为金属材料是热的良导体，所以可以将框架制成具有多层翅片的形状，以增加导体表面积，从而提高散热效率。典型的电绝缘框架无法实现这一点。

通过如上选择尺寸，初级盘可以设计成满足提供散热的目的，同时仍然保持期望的K系数并减少涡流损耗。

4.示出相对改进的模拟

现在通过将传统的WPT盘10与根据本实施例的WPT盘20进行比较的各种模拟来展示由本实施例获得的改进。

4.1模拟参数

对于模拟，以下规格用于WPT盘-尺寸参考图3B、3C和4B、4C所示的字母。

模拟的环境温度为25°。

在本例中，铁氧体用于框架磁片和线圈磁铁板。铝用于金属框架和基板。金属材料可以是任何金属，如铝、铁或合金。线圈磁板/框架磁片可以是任何具有磁性的材料，如亚铁磁性材料、铁磁材料等。

参考图1，在模拟中指定的传统WPT盘10具有表1中的以下尺寸。

表1，用于模拟的传统盘的尺寸

参考图2、3B、3C、4B、4C，根据本实施例并在模拟中指定的WPT盘20具有表2中的以下尺寸。

/>

表2，拟模拟结构的尺寸

零(0)mm用于C/K、D/L、E/M，因为这是最佳值。对于这些尺寸，装配0mm的盘更容易。如果有间隙，则需要填充材料，并且需要考虑组装。

框架磁片和金属框架上的损耗也被指定用于模拟，如下表3所示。

表2用于模拟的损耗

4.2散热比较

在上文指定的盘上运行散热模拟。这示出了根据本实施例的具有金属框架的WPT盘和没有金属框架的传统盘之间的散热改善。

图6A、6B通过传统WPT发射端/接收端盘10(11、12)的模拟与根据本实施例的WPT发射端/接收端盘20(21、22)的模拟的比较，展示了由上述本实施例在散热方面获得的散热改进。根据本实施例的WPT盘20的磁板、线圈、金属板、金属框架和盖的温度都低于传统的WPT盘10的温度。本实施例的布置清楚地提供了改进的散热。

4.3磁通耦合(k耦合系数)比较

如上所述，金属框架可以降低k，但是增加框架磁片可以缓解这种情况。根据本实施例(和上述尺寸)，在WPT盘上运行电磁耦合的模拟，另一个没有框架磁片(但尺寸相同)。

图7示出了模拟的结果，并通过比较没有框架磁片的WPT接收端盘片12的模拟和根据本实施例的具有磁片的WPT接收端盘片22的模拟，展示了由上述本实施例获得的磁通量耦合(k)的改善。

根据本实施例的具有根据设计规格的尺寸的WPT盘20有助于减轻由于金属框架引起的磁通量阻塞，并保持耦合系数k。根据模拟结果，k的比较在表4中给出。

表4两个WPT盘之间的耦合系数k的比较，一个有框架磁片，一个没有

在WPT盘20中，框架磁片34、44将一部分磁通量调节成初级线圈35和拾能线圈45之间的链接磁通量。尺寸符合设计规格的金属框架31、41和磁片34、44留有足够的空间来防止磁通阻塞。保持两个线圈35、45之间的耦合。

如图4B所示，通过增加磁片44来调节拾能框架41外部的磁通量。初级线圈35和拾能线圈45之间链接的磁通量的部分和大小都增加和加强。这是耦合系数k在本文中的实施例中较高的原因。实施例的一个目的是防止耦合系数k降低。

4.4涡流比较，展示固体损耗的减小

如上所述，金属框架可以减少磁板中的涡流损耗，但是会引入新的涡流，但是增加框架磁板可以缓解这种情况。根据本实施例(和上述尺寸)，在WPT盘上运行电磁耦合的模拟，另一个没有框架磁片(但尺寸相同)。

图8示出了模拟的结果，并通过将没有框架磁片的WPT发射端和接收端盘的模拟与根据本实施例的具有磁片的WPT发射端21盘和接收端盘22的模拟进行比较，展示了如上所述的本实施例获得的涡流损耗改善

汇总如下。

○仅框架(无框架磁片)：

■○初级基板损耗：0.1277W

■○拾能端基板损耗：0.3913W

■○初级框架损耗：12.1546W

■○拾能框架损耗：44.2286W

○带框架磁片

■○初级基板损耗：0.0924W

■○拾能端基板损耗：0.2456W

■○初级框架损耗：3.05W

■○拾能框架损耗：11.418W

因此框架磁片减少了磁性框架中产生的涡流。而且，如前所述，金属框架也减少了金属板中的涡流。因此，添加金属框架和框架磁片(这有助于减少金属框架中的涡流)意味着金属框架和金属板的总涡流损耗小于传统WPT盘10的金属板中的涡流损耗。

根据本实施例的WPT盘还提供了优于传统WPT盘的涡流损耗改善。在另一个模拟中，结果证明了这一点，其中本实施例的涡流损耗与传统WPT盘的涡流损耗进行了比较，如下所示。

○传统盘：

■○初级基板损耗：4.96W

■○拾能端基板损耗：15.58W

■○总计：20.54W

○拟议的WPT盘：

■○初级基板损耗：0.0924W

■○拾能端基板损耗：0.2456W

■○初级框架损耗：3.05W

■○拾能框架损耗：11.418W

■○总计：14.806W

4.5其它k观测值

在上文指定的盘上运行k的模拟。所述图示出了根据本实施例的具有金属框架和框架磁片的WPT盘与没有金属框架和磁片的传统盘之间的相对k(耦合系数)。

图9A、9B和10A、10B通过传统WPT接收端盘12的模拟与根据本实施例的WPT接收端盘22的模拟的比较，展示了由上述本实施例获得的磁通量耦合(k)。这表明k至少在本实施例中得以保持，甚至略有提高。

根据本实施例的具有根据设计规格的尺寸的WPT盘20有助于减轻由于金属框架引起的磁通量阻塞，并保持耦合系数k。根据模拟结果，k的比较在表5中给出。

表5两个WPT盘之间耦合系数k的比较

在WPT盘20中，框架磁片34、44将一部分磁通量调节成初级线圈35和拾波线圈45之间的链接磁通量。尺寸符合设计规格的金属框架31、41和框架磁片34、44留有足够的空间来防止磁通阻塞。保持两个线圈35、45之间的耦合。这在图10A、10B中示出。相比之下，图10A、10B示出了使用电绝缘框架13、1 4的典型WPT盘10的磁通量演示。

如图4B所示，通过增加框架磁片44来调节拾能框架41外部的磁通量。初级线圈35和拾能线圈45之间链接的磁通量的部分和大小都增加和加强。这是耦合系数k在本文中的实施例中较高的原因。实施例的一个目的是防止耦合系数k降低。

如图9A、9B所示，具有电绝缘框架13、14的传统WPT盘10在金属基板的边缘周围具有高磁通量密度。因为磁通量既不会被金属物体阻挡，也不会被附加的框架磁片改变方向。结果，其导致以W/m³测量的高欧姆损耗或固体损耗。拾能基板上的欧姆损耗绘制在图6B中。相比之下，如图7所示，在金属基板43的边缘周围存在低磁通量密度。因此，与传统的WPT拾能盘相比，欧姆损耗较低。

下表给出了传统WPT盘10和本实施例20之间的固体损耗比较。通过使用所提出的结构，金属基板上的固体损耗可以在初级侧从4.66W显著降低到0.09W，在拾能侧从15.11W显著降低到0.23W。虽然金属框架在两侧带来了3.01W和10.58W的额外固体损耗，但总固体损耗从19.77W下降到13.91W。这几乎减少了30％的固体损耗，并且WPT系统的效率可以通过所提出的WPT盘结构来提高。换句话说，就温度而言，具有所提出的结构的盘比传统的WPT盘更冷。

表6固体损耗对比

6.鼓风(风扇)冷却的实施例

参考图11A、11B、12A、12B、13A、13B、14A、14B，在另一个实施例中，鼓风冷却器(例如风扇)80、81可以结合到发射端21’和/或接收端盘22’中，以改善散热。风扇在初级盘21’内部和拾能盘22’顶部提供气流，这有助于快速热传导。通过开口在拾能盘内部循环的空气改善了热传导。

6.1散热比较

在上面指定的盘10’、20’上进行散热模拟。

有两个区域可以放置风扇：

●区域1是WPT发射端/接收端盘中金属基板后面的区域。参见图11A、11B、12A、12B。

○图11A、11B：传统的盘10。风扇90、91(块)被添加在一对传统盘10’上的区域1中。箭头是气流方向。金属基板上增加了开口，以允许更高的空气流量。

○图12A、12B：本实施例的盘。根据本实施例，风扇80、81(块)被添加到一对盘20’上的区域1。箭头是气流方向。金属基板上增加了开口，以允许空气吹入。

●区域2是WPT发射端/接收端盘中金属基板和线圈磁板之间的区域。参见图13A、13B、14A、14B。这可以使盘更薄。

○图13A、13B：常规盘。风扇90、91(块)被添加在一对传统无线电力传输盘上的区域2中(在金属基板和线圈磁板之间)。箭头是气流方向。金属基板上增加了开口，以允许更高的空气流量。

○图14A、14B：本实施例的盘。风扇80、81(块)被添加在一对传统无线电力传输盘上的区域2中(在金属基板和线圈磁板之间)。箭头是气流方向。金属基板上增加了开口，以允许更高的空气流量。

如上所述，在鼓风冷却的盘10’、20’上进行第一次散热模拟，其中风扇布置在金属基板后面的区域1中，如图11A、11B(传统盘)和12A、12B(根据本实施例的盘)。对于非风扇冷却的实施例，使用了与前面所述相同的模拟规范。结果见图15A、15B、16A、16B。

如上所述，在鼓风冷却盘10’、20’上进行第二次热耗散模拟，其中风扇按照与前面针对非风扇冷却实施例所述相同的模拟规格布置在金属基板和线圈磁板之间的区域2中。

图15A至16B示出了：

●将风扇放置在初级盘或副盘中可以降低线圈磁板和盘内线圈的温升。

●在区域1放置风扇和在区域2放置风扇具有相似的效果

将风扇放置在传统盘或拟议盘中，可以降低盘内部磁板和线圈的温度升高。

总之，风扇可以用于传统的WPT盘和/或根据本实施例的WPT盘中，以改善散热。在任一区域都可以使用多个风扇。可以选择一个区域或两个区域来放置一个或多个风扇。将区域-2仅用于风扇可以减少容纳风扇的盘厚度。

7.具有散热器冷却的实施例

参考图18A，在另一个实施例中，可以将散热器冷却结合到盘20(发射端盘21和/或接收端盘22)中，以改善散热。这可以补充或代替-分冷和/或液体冷却。

金属框架31’、41’可以制成增加导体表面以帮助提高散热效率的任何形状。实际上，金属框架31’、41’变成了散热器。图18A中示出了一个例子。鳍状金属框架具有与传统散热器相似的形状。

8.带有液体冷却的实施例

液体冷却可以有多种实施方式。这些实施例可以应用于接收端侧或发送器侧盘。在图19示出了电池或其它接收端侧的组件，应理解，类似的实施例也可以用于发射端侧，而相关组件可以省略

8.1冷却管

参考图17A、17B，在另一个实施例中，液体冷却130、131可以结合到盘20″(发射端盘21″和/或接收端盘22″)中，以改善散热。这可以是风冷80、81的补充或替代。

液体冷却系统可以用连接到金属框架的冷却管130、131来实现。图13A、13B示出了两个例子。首先，液体冷却管130嵌入金属框架内。在第二种情况下，管道131连接到金属框架的表面。管道也可以放在金属框架的另一侧(磁板侧)。

8.2循环全浸没液体冷却

图19、20、21、22和23示出了具有浸液冷却的WPT盘20的各种实施例。这可以是另一种液体冷却130、131和/或鼓风冷却80、81的补充或替代。这是通用的，可以用于初级/发送器WPT盘，也可以用于次级/接收端WPT盘。

8.2.1概述

图20是概略地示出了被配置用于浸液冷却的WPT盘20的示意图。它包括密封外壳60、线圈35、45、磁性层(例如磁板36、46，如铁氧体板)和内壁63。这些与先前实施例中描述的相同。液体冷却剂133设置在外壳60中。这有助于冷却WPT盘20。优选地，冷却剂133完全浸没线圈35、45、磁板36、46和内壁63。然而，这不是必需的。例如，冷却剂133可能仅浸没那些部件的子集，和/或部分浸没那些部件中的一个或多个。例如：

-线圈、磁板和内壁可能完全浸没

-线圈和磁板可能完全浸没；

-磁板和内壁可能完全浸没；

-仅磁板(如铁氧体板)可能完全浸没；

-线圈和内壁可能部分浸没，而磁板可能完全浸没。

-其它变化也是可能的

在一些变型中，磁板具有更高的损耗和各种其它热特性，这使得冷却具有更高的优先级。线圈是下一个重点，内壁。内壁优选主要用于流动控制和/或腔室分隔，但是也可以可选地是金属的，以提供屏蔽作为辅助功能。在这种情况下，浸没内壁有利于冷却。

液体冷却剂133可以是静态的。可选地，液体冷却剂133可以流动，例如在WPT盘20中循环。在这种情况下，参考图19，还提供了冷却剂储器138、泵送冷却剂133以使其在WPT盘20中流动(例如循环)的泵137以及用于提取热量的散热器139。在WPT盘20是接收端盘22的情况下，冷却系统可以由电池56共享，电池56可以向诸如泵137的部件提供电力。储器138、泵137、散热器139和/或电池56连同WPT盘20一起形成浸没液体冷却系统132。所述系统可以另外包括一个或多个其它热交换装置，例如压缩机或冷凝器。在图19中，储器138、泵137、散热器139和/或电池56被示出在WPT盘20的外部，但是其中的一个或多个可以形成WPT盘20的一部分。在所有那些组件(不包括电池56)都在WPT盘20中的情况下，WPT盘20变成系统132。

完全浸没意味着一定体积的液体冷却剂133覆盖给定部件的所有外表面。给定部件仍然被认为是完全浸没的，即使其表面积的可忽略部分没有被液体冷却剂133覆盖，例如如果其安装点是唯一没有被覆盖的位置。部分浸没意味着小于完全浸没的任何程度的浸没，例如如果一定体积的液体冷却剂133仅覆盖给定部件的一个或一些外表面和/或仅部分覆盖一个或多个外表面。如果给定部件被包裹在保护层中以防止与液体冷却剂133直接接触，则所述部件仍然被认为是部分或完全浸没的，也就是说，保护层的存在不会改变其浸没状态。由于与液体冷却剂133接触的表面积的比例更大，所以完全浸没可以提供比部分浸没更好的冷却性能。例如，磁板36、36可以在外壳53中。如果外壳的所有外表面都被液体冷却剂133覆盖，则认为磁板36、46完全浸没。完全浸没也包括基本上完全浸没，即未被覆盖的小区域不会对整体冷却产生实质性影响的部件仍被视为完全浸没。全浸也包括例如两个部件，其一起覆盖了所有的外表面，即使部件邻接的相邻部分可能没有被覆盖。

图21至23示出了图19和20所示的一般实施例的各种示例性实施例。

本实用新型描述了使用金属框架来辅助冷却的实施例，以及使用浸入式冷却来辅助冷却的实施例。将这两种技术结合起来是可能的。图24至26示出了图19和20所示的浸没冷却的一般实施例和例如图3A、3B、4A、4B的金属框架的组合的各种示例性实施例。

8.2.2第一示例性实施例

图21示出了具有浸液冷却的WPT盘20的一个示例实施例。这是通用的，可以是初级/发送端WPT盘21或次级/接收端WPT盘22。为了清楚起见，所述图将示出来自3B图3A的发射端盘的附图标记，但是将使用发射端盘和接收端盘的附图标记，并且所述图同样适用于接收端盘。

8.2.2.1概述

WPT盘20包括内壁63(用于流动控制和/或分隔内腔)、磁板36、46和位于磁板36、46上的线圈35、45。内壁可以是金属的或非金属的。内壁优选主要用于流动控制和/或腔室分隔。壁63控制冷却剂136的流动，以确保足够的冷却剂流过需要带走热量的每个部分。内壁63可以是金属的或非金属的。如果是金属，壁可以为底部腔室增加额外的磁屏蔽能力。它可以可选地是金属的，以提供屏蔽作为辅助功能。在这种情况下，将内壁63浸入冷却剂133中有利于冷却目的。这些是示例性的而非限制性的，内壁63可以采取任何合适的形式。

磁板36、46可以装入板外壳53中，而线圈35、45可以装入线圈外壳55中。内壁63装配在磁板36、46和壳体60的底部之间，这在壳体中形成两个腔室。在内壁中提供开口，以在第一(底部)和第二(顶部)腔室之间提供通路。磁板36、46和线圈组装在顶部腔室中。优选地，磁板36、46是铁氧体板。WPT盘20具有入口导管134和出口导管135，并且密封外壳60包含液体冷却剂133，其至少完全浸没磁板36、46，并且可选地还浸没线圈35、45和/或内壁63。优选地，液体冷却剂133是介电流体。液体冷却剂133可以从入口导管134流过外壳60并到达出口导管135，以冷却磁板36、46、线圈35、45和内壁63。出口导管135还可选地为耦合到电子模块50的外部电力电缆52提供路径。外部电力电缆52可以替代地单独进入WPT盘20，例如经由外壳60上的连接器，因此冷却剂不能泄漏。液体冷却剂133的流动可以沿任一方向通过WPT盘20，使得入口导管134和出口导管135的角色可互换。

8.2.2.2外壳

外壳60具有第一壁61、第二壁62和在其之间延伸的侧壁65。外壳60可以是任何形状，例如其可以基本上是立方体，使得有四个直的侧壁65，或者它可以基本上是圆柱形，使得侧壁65是弯曲和连续的。这些壁限定了包含液体冷却剂133和WPT盘20的其它部件的空腔。第一壁61被定义为邻近线圈35、45的壁，而第二壁62被定义为与线圈35、45相对的壁。对于发射端盘21，第一壁61在发射侧，而对于接收端盘22，第一壁61在接收侧。因此，第二壁62位于离线圈35、45最远的相对侧，即不发射或接收的一侧。第二壁62可以被配置为散热器139，以将热量从液体冷却剂133辐射到外部介质。可选地，它可以是热交换器。可能是金属的。为了促进热传递，第二壁62可以由导热率比第一壁61高的材料构成，例如铝。第二壁62可以等同于图3A、3B、4A、4B中实施例的金属基板(初级/发射端33、次级/接收端43)。也就是说，金属外壳的并不是必须的，其可以是非金属的并形成WPT盘的外壁/外壳。

8.2.2.3线圈

如果WPT盘20是发射端盘21，则线圈是初级线圈35。或者，如果WPT盘20是接收端盘22，则线圈是拾能线圈45。在任一情况下，线圈35、45都浸没在液体冷却剂133中。如图15A和15B所示，在传统的WPT盘中，初级线圈的温度达到大约71摄氏度82因此液体浸入式冷却有助于限制最高温度和散热。

8.2.2.4磁板

如果WPT盘20是发射端盘21，那么线圈磁板是初级线圈磁板36。或者，如果WPT盘20是接收端盘22，则磁板是拾能线圈磁板46。在任一情况下，磁板36、46都浸没在液体冷却剂133中。如图15A和15B所示，在传统的WPT盘中，初级线圈的磁板温度达到大约68摄氏度，而次级线圈的磁板温度达到大约83，因此液体浸入式冷却有助于限制最高温度和散热。因为磁板36、46的质量较大，所以它可以具有比线圈35、45更高的热容量，因此优先用于液体冷却。它还可以具有比线圈35、45更低的热导率，使得它更难冷却，因此更受益于具有更好效果的冷却措施。此外，磁板可能位于线圈下方，在此处热量被截留(而线圈靠近部分热量可以散发到空气中的情况)，这可能因此是磁板优先用于冷却的原因。磁板36、46也可能由于磁饱和(由于当温度变得过高时其磁性的改变或急剧变化)而易于在达到某一温度极限时导致故障，而线圈35、45可能能够在绝缘损坏之前承受更高的温度。

8.2.2.5外壳

线圈35、45的导线可以涂有线圈绝缘54，以提供线圈回路之间以及与液体冷却剂133的电绝缘。线圈35、45可以另外装入线圈外壳55中，并且磁板36、46可以被一个磁板外壳53包封，这可以提供一层电绝缘和保护，防止液体冷却剂133可能造成的退化。磁板外壳53、55可以具有网状结构，以增加有效表面积，并因此促进从线圈35、45和磁板36、46到液体冷却剂133的热传递。诸如环氧树脂之类的灌封化合物可以用在外壳53、55的内部，以确保没有空气被截留，从而提高导热性。这也有助于结构刚性、绝缘、保护、防水和振动。

8.2.2.6内壁

基本平坦的内壁63容纳在外壳60内，并与线圈35、45和磁板36、46一起浸入液体冷却剂133中。内壁63位于第一壁61和第二壁62之间并基本平行于其。内壁63将外壳60的内腔分成两个室。它提供了整个WPT盘的冷却剂流量控制。

如果是金属的，内壁63还用作线圈35、45的屏蔽，防止传输或接收的能量越过内壁63并在一个腔室中产生屏蔽区域。屏蔽区域可以包围整个室，或者可以是室的一部分。内壁63由于感应涡流而吸收掉一些能量，但可以由铝或顺磁性材料制成以减少这一点。涡流引起内壁63的加热，然而热量可以传递到液体冷却剂133而被带走。

8.2.2.7流径

为了促进液体冷却剂133在整个外壳60中的流动136，内壁63具有至少一个孔64，流体可以流过所述孔。液体冷却剂133能够通过穿过一个或多个孔64而顺序流过腔室。例如，可以有由内壁63分开的入口腔室和出口腔室，并且在远离入口53的一侧由单个孔64连接。腔室被配置为提供冷却剂流136的路径，所述路径确保在浸没的元件的表面上流动，从而改善冷却。因此，冷却剂流136在入口134进入，流过线圈35、45，流过磁板36、46，流过内壁63的一个表面，然后流过孔64，流回内壁63的另一侧，流过电子模块50，并在出口135离开。

8.2.2.8系统

如图19所示，浸没液体冷却系统132包括WPT盘20(如上所述)、泵137、散热器139和冷却剂储器138。其还可以包括其它元件，例如电池56。泵137、散热器139和冷却剂储器138可以在WPT盘20的外部，并连接到冷却剂回路中。冷却剂流136然后在这些元件之间的回路中循环。可选地，这些元件中的一些可以结合到WPT盘20中。

8.2.2.9泵

WPT盘20被配置为连接到至少一个外部泵137以形成液体冷却系统132。泵137可用于使液体冷却剂133循环通过外壳60，使得其连续流过线圈35、45、磁板36、46和内壁63，从而在操作期间吸收热量。为了便于由外部泵137驱动的液体冷却剂133的流动，WPT盘20包括入口导管134和出口导管135。入口134连接到外壳60的侧壁65，而出口135连接到外壳60的第二壁61，然而其可以位于外壳60上的任何地方，只要内腔被配置成提供经过线圈35、45、磁板36、46和内壁63的合适的流径。

8.2.2.10散热器

散热器139被配置成将来自液体冷却剂133的热量辐射到周围环境，例如通过翅片辐射到空气中。它优选地在WPT盘20的外部，并且在冷却剂回路中连接到其上，但是第二壁62在某种程度上可以充当散热器。第二壁62也可能充当液体冷却系统132的主散热器139。

8.2.2.11冷却剂储器

冷却剂储器138包含用于在回路中循环的液体冷却剂133。外壳60和/或散热器139可在某种程度上充当冷却剂储器，但外部储器138可用于提供额外体积的液体冷却剂133以供循环。

8.2.2.12电池

电池56可以是安装有接收端盘22的电动车辆或其它设备的电池。如果WPT盘20是接收端盘22，它可以被配置成给电池56充电。电池56可以是冷却剂回路的一部分，因为它被液体冷却剂133的冷却剂流136冷却。

8.2.2.13电子模块

WPT盘20包括容纳在外壳60内的电子模块50。在发射端盘21的情况下，电子模块50可以被配置为向线圈16提供驱动电流，或者在接收端盘22的情况下，处理从线圈35、45接收的信号和能量。电子模块50可以经由线圈电力电缆51连接到线圈35、45，并且经由外部电力电缆52连接到外部源或设备。电子模块50、线圈电力电缆51和/或外部电力电缆52可以正当地绝缘，并且至少部分地浸入液体冷却剂133中以给予冷却。外部电力电缆52可穿过入口导管134或出口导管135，使得其可沿着电缆的长度部分或全部浸入液体冷却剂133中，所述电缆最终离开冷却剂回路以连接到电源。

电子模块50位于第二壁62和内壁63之间形成的腔室中，使得它与线圈35、45屏蔽开。最小化线圈电力电缆51的长度可能在电力效率或其它电效应方面具有优势。将电子模块50定位在外壳60内部的屏蔽区域中，与外壳60外部相反，可以允许更短的电力电缆51，从而除了提供冷却益处之外，还提高了电力效率或其它性能特征。

8.2.2.14液体冷却剂

液体冷却剂133是适于用泵137驱动的导热液体。它优选是电介质液体。

8.2.2.2带有金属框架的液体冷却剂浸没

最初参照图21描述的浸液冷却的第一示例性实施例可以与图24所示的金属框架一起使用。这具有图21中描述的所有特征，并且另外具有框架磁片34/44和金属框架31/41。磁片和金属框架可以以如上所述的任何方式布置。这提供了结合了如前所述的浸没液体冷却和金属框架的优点。

8.2.3次级典型实施例

图22示出了具有浸液冷却的WPT盘20的另一个示例实施例。这是通用的，可以是初级/发送器WPT盘21或次级/接收端WPT盘22。

8.2.3.1概述

WPT盘20主要包括与图21的实施例中相同的元件，WPT盘20的构造有一些不同。

一个不同之处在于，线圈35、45安装(嵌入)在外壳60的外部，并且热耦合到第一壁61，而不是浸没在液体冷却剂133中。另一个区别是入口134和出口135的位置，在所述实施例中，入口134和出口135相邻并被附加壁66分隔开，以确保通过所有腔室的流动。但这不是限制性的。内壁以及入口和出口的位置不受限制。入口和出口的位置由实际安装决定，总尺寸(包括入口和出口的尺寸)限制。

8.2.3.2入口/出口

入口导管134和出口导管135相邻，并且都连接到外壳60的第二壁62。分隔壁66在第二壁62和内壁63之间正交延伸，以将入口流与出口流分开。分隔壁66和内壁可以单独或一起形成流动控制壁。

8.2.3.3沉浸

只有磁板36、46包含在外壳53内并浸入液体冷却剂133中，而线圈35、45安装在外壳60的外部并热耦合到第一壁61。线圈盖55可以在线圈35、45的顶部提供保护层，以防止来自外部来源的损坏，而不是保护免受液体冷却剂133的影响。液体冷却剂133仍然通过穿过第一壁61的热耦合向线圈35、45提供冷却。

8.2.3.4流径

内壁63具有两个孔，一个靠近入口134，一个在入口134的相对端。因此，冷却剂流136在入口134处进入，流过第一孔64，经过磁板36、46并经过内壁63的一个表面，然后流过第二孔64，返回经过内壁63的另一侧，经过电子模块50并在出口135处离开。

8.2.3.5带有金属框架的液体冷却剂浸没

最初参照图22描述的浸没液体冷却的次级示例性实施例可以与如图25所示的金属框架一起使用。这具有图22中描述的所有特征，并且另外具有框架磁片34/44和金属框架31/41。磁片和金属框架可以以如上所述的任何方式布置。这提供了结合了如前所述的浸没液体冷却和金属框架的优点。

8.2.4第三示例性实施例

图23示出了具有浸液冷却的WPT盘的一个示例实施例。这是通用的，并且可以是初级/发送器WPT 21或次级/接收端WPT盘22。所述实施例在不容易具有外部热交换/流体路径的接收端(例如车辆侧)上可能特别有用。

8.2.4.1概述

WPT盘20主要包括与图21的实施例中相同的元件，WPT盘20的构造有一些不同。

一个不同之处在于，线圈35、45安装(嵌入)在外壳60的外部，并且热耦合到第一壁61，而不是浸没在液体冷却剂133中。另一个区别是WPT盘20是独立的系统132，因此泵137在系统内部，并且没有入口134或出口135。因此，外部电力电缆52没有浸入液体冷却剂中，而是通过外壳60(例如，次级壁62)直接连接到电子模块50。实际上，在电子模块和墙上的连接器之间可以有内部连接的电力电缆。

8.2.4.2泵

在所述实施例中，WPT盘20也是独立的液体冷却系统132。因此，泵137在外壳60的内部。泵137可安装在第二壁62和内壁63之间正交延伸的分隔壁66中，使得所有冷却剂流136穿过泵137。分隔壁66和内壁可以单独或一起形成流动控制壁。可选地，泵137可以安装在WPT盘20内部的任何其它合适的位置，和/或任何其它合适的装置可以用于驱动流体流动，例如风扇。

8.2.4.3散热器

第二壁62可以代替外部散射器充当主散射器139。可选地，它可以是热交换器。可能是金属的。

8.2.4.4流径

内壁63可以具有两个孔，以允许腔室之间的循环回路。因此，冷却剂流136可离开泵137，流过第一孔64，围绕磁板36、46，围绕线圈35、45，并经过内壁63的一个表面，然后流过第二孔64，返回经过内壁63的另一侧，经过电子模块50，并重新进入泵137。

8.2.4.5液-液热交换器

液-液热交换器140可位于流径中，以便提供从液体冷却剂133传递热量的额外手段。注意，图23中的热交换器140示出了将热交换器140与壁62结合的方法之一。只要热交换器140不损害被密封的壳体的结构完整性，它可以是壁62的一部分，也可以是壁62的内部。类似地，冷却管可以结合到第二壁62中或者穿过其外表面，使得热量可以通过第二壁62从液体冷却剂133传递到冷却管。冷却管可以具有其自己的循环冷却剂，其可以与所述专利的液体冷却剂分开，其中即使使用外部冷却剂回路来帮助传热，仍有一定量的液体冷却剂133仅在WPT盘20内循环而不离开它。

8.2.4.2带有金属框架的液体冷却剂浸没

最初参照图23描述的浸没液体冷却的第三示例性实施例可以与如图26所示的金属框架一起使用。这具有图23中描述的所有特征，并且另外具有框架磁片34/44和金属框架31/41。磁片和金属框架可以以如上所述的任何方式布置。这提供了结合了如前所述的浸没液体冷却和金属框架的优点。

8.2.5优势

浸没液体冷却的WPT盘20相对于替代的WPT盘冷却系统具有许多优点。由于线圈35、45和磁板36、46中的损耗，有效地消散其的热量尤其重要。将蓄热元件浸没在液体冷却剂133中最大化了能够有效传热的表面积，并且与主动循环相结合，提供了比其它液体冷却和/或空气冷却方法、被动浸没或包含在具有高导热性的固体材料中更高水平的冷却。

由于空气的低导热率，浸没于液体冷却剂133中将由于更高的导热率而获得更好的热性能。

与空气相比，浸没式冷却的导热性更好，与灌封相比，强制对流可用于有效冷却系统。此外，与灌封相比，液体更轻。

用于灌封的固体介质只能通过传导来传递热量，并且不提供浸液冷却的对流冷却优势。此外，灌封化合物(例如环氧树脂)可能遭受降低热性能的气泡，这对于液体冷却剂133来说不是问题。液体冷却剂133还优选比环氧树脂密度小，这在减轻接收端盘22的重量方面可能特别有价值。

磁板36、46经历最高的损耗，因此从浸没液体冷却中获益最多。线圈35、45经历较低的损耗，但是温度更快达到峰值，因此浸没冷却也是良好选择，尽管其它方法可能也是足够的。

在外壳60内包括内壁63允许由涡流产生的热量被有效地传递到液体冷却剂133，尽管这些涡流可能代表比磁板和线圈中的损耗更少量的热量。然而，内壁63创造了电子模块50的屏蔽室，并使电子模块50在其中接受冷却这是增加内壁63的额外好处。

此外，磁板位于线圈下方，热量被截留，而线圈靠近外壳，部分热量可以散发到空气中。

9.实施变化

发射端盘和接收端盘都不必具有金属基板。更确切地说，盖可以更多地是外壳的形式，并且也提供基板，从而包围线圈、和/或金属框架和/或框架磁片和/或线圈磁板和/或风扇以及其它适当的部件。

在盘具有金属基板的情况下，盖可以包封基板。

发射端盘和接收端盘都不必具有线圈磁板。

因此，发射端盘和/或接收端盘可以仅包括线圈、盖、金属框架和框架磁片。

磁板的形状可能会有一些变化。例如，它可以是盘形的而不是正方形/矩形的，和/或它可以具有突起或其它表面特征，只要它的磁性不被破坏。

所述的任何冷却实施例可以与金属框架、框架磁片和/或线圈磁板的任何所述实施例和变型一起使用。然而，所描述的一些冷却实施例，特别是浸没液体冷却，也可以适用于改善没有金属框架、框架磁片和/或线圈磁板的WPT盘的冷却。

在浸没液体冷却与金属框架(根据前述实施例)、框架磁片和/或线圈磁板结合使用的情况下，例如当与第一和第二示例性实施例中的装置一起使用时，这种部件也可以通过在至少一侧上与液体冷却剂133直接接触而受益于冷却，或者例如当与第三示例性实施例的装置一起使用时，可以用于散发从液体冷却剂133传递的热量。

任何冷却技术都可以单独使用或结合使用来帮助冷却。

下面描述的感应电力传输系统可以用于各种应用中，用于通过感应电力传输进行充电和/或实时供电。

本文所述的实施例可以用于任何合适的最终用途的任何合适的感应无线电能传输系统。例如，实施例可用于实现电荷存储装置(例如电池、超级电容器或类似物)的感应无线电能转移充电的系统中，例如用于车辆或其它电气设备。或者，例如，实施例可以用于通过感应无线电能传输实现实时供电的系统。用于需要无线电能传输充电或实时供电的终端用途，非限制性示例包括：电动车辆、电动踏板车、电动自行车、机器人、制造设备、电荷存储设备(例如，电池或超级电容器)，或任何其它合适的电气系统/设备(“电气设备”)。所描述的实施例可以不受限制地用于工业、商业和/或家用场合。所描述的实施例不仅限于高功率/高电流终端应用。

Claims (22)

1.一种具有液体冷却的WPT盘，其特征是：包括：

包含液体冷却剂的密封外壳，

至少一个线圈，以及

磁板，

其中所述磁板完全浸没在所述液体冷却剂中。

2.根据权利要求1所述的WPT盘，其特征是：还包括位于所述WPT盘内部或外部的泵，用于循环所述外壳中的所述液体冷却剂。

3.根据权利要求1所述的WPT盘，其中所述线圈部分或全部浸没在所述液体冷却剂中。

4.根据权利要求1所述的WPT盘，其特征是：还包括内壁，其中所述内壁部分或全部浸没在所述液体冷却剂中。

5.根据权利要求4所述的WPT盘，其中所述内壁至少部分地在所述外壳内限定并形成两个或更多个腔室。

6.根据权利要求5所述的WPT盘，其中至少一个腔室提供屏蔽区域，所述屏蔽区域被屏蔽以免受所述线圈的干扰。

7.根据权利要求6所述的WPT盘，其特征是：还包括位于所述屏蔽区域中的电子模块。

8.根据权利要求7所述的WPT盘，其中所述电子模块部分或全部浸没在所述液体冷却剂中。

9.根据权利要求7或8所述的WPT盘，其中所述电子模块通过部分或全部浸没在所述液体冷却剂中的线圈电力电缆与线圈连接。

10.根据权利要求7至8中任一项所述的WPT盘，其中所述电子模块与部分或全部浸没在所述液体冷却剂中的外部电力电缆连接。

11.根据权利要求5至8中任一项所述的WPT盘，其中所述腔室被配置为允许所述液体冷却剂流动。

12.根据权利要求11所述的WPT盘，其特征是：还包括一个或多个位于所述内壁上的孔，用于液体冷却剂的流动。

13.根据权利要求2中所述的WPT盘，其中所述WPT盘还包括连接至所述泵的散热器和/或液体冷却剂储器，其中所述泵、液体冷却剂储器和/或散热器位于所述WPT盘的外部。

14.根据权利要求2所述的WPT盘，其中所述WPT盘还包括连接至所述泵的散热器和/或液体冷却剂储器，其中所述泵、液体冷却剂储器和/或散热器位于所述WPT盘的内部。

15.根据权利要求1至8中任一项所述的WPT盘，其特征是：还包括入口和出口，所述入口和出口由所述外壳提供并连接到外部部件，所述入口和出口为液体冷却剂流过所述WPT盘提供入口和出口点。

16.根据权利要求1至8中任一项所述的WPT盘，其中所述磁板是铁氧体板。

17.根据权利要求1至8中任一项所述的WPT盘，其中所述液体冷却剂是介电流体。

18.根据权利要求1至8中任一项所述的WPT盘，其特征是：还包括外部热交换器。

19.根据权利要求18所述的WPT盘，其中所述外部热交换器是液-液热交换器，例如外部冷却管。

20.根据权利要求1至8中任一项所述的WPT盘，其特征是：还包括金属框架和框架磁片。

21.根据权利要求1至8中任一项所述的WPT盘，其特征是：包括有助于散热的灌封化合物。

22.一种WPT系统，其特征在于：包括根据权利要求1-21中任一项所述的WPT盘，并且包括以下一项或多项：

用于存储液体冷却剂的储器，

用于循环所述液体冷却剂的泵，

散热器或热交换器，用于从所述液体冷却剂传递热量。