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拓扑与电路
★ 4.0
用于感应功率传输的叠层磁芯:一种实现磁通平衡与最小屏蔽损耗的桥式结构
Laminated Cores in Inductive Power Transfer: A Viaduct Structure for Balanced Flux and Minimal Shielding Loss
| 作者 | |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 拓扑与电路 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | 铁基纳米晶材料 高架桥叠片磁芯结构 磁通密度分布 损耗分布 交流-交流效率 |
语言:
中文摘要
本信函介绍了一种采用铁基纳米晶材料的、用于大功率感应电能传输应用的创新型叠片磁芯结构。虽然这些材料具有出色的磁芯损耗性能,但传统叠片磁芯往往存在磁通密度分布不均匀的问题。此外,叠片间隙会增加漏磁通和屏蔽损耗。为解决这些问题,我们受高架桥启发,提出了一种高架桥式叠片磁芯结构。该设计采用水平叠片磁芯作为主要磁通导体,垂直叠片磁芯作为磁通平衡器。有限元方法模拟显示,磁通密度和损耗分布得到改善,消除了边缘磁通集中现象。该设计通过各向异性组合实现了准各向同性的磁通密度分布。输出功率高达 22 千瓦的实验证实了该设计的有效性,实现了 97.4% 的峰值交 - 交效率,通过降温超过 35 °C 消除了边缘热点。屏蔽损耗几乎降至零。
English Abstract
This letter introduces an innovative laminated core structure for high-power inductive power transfer applications using Fe-based nanocrystalline materials. While these materials offer excellent core loss performance, traditional laminated cores often suffer from uneven flux density distribution. In addition, lamination gaps can increase leakage flux and shielding loss. To address these issues, we propose a viaduct lamination core structure inspired by viaduct bridges. This design employs horizontally laminated cores as the main flux conductors and vertically laminated cores as flux balancers. Finite-element method simulations demonstrate improved flux density and loss distribution, eliminating edge flux concentration. The design achieves a quasi-isotropic flux density distribution through anisotropic combinations. Experiments with up to 22-kW output power confirm the design's effectiveness, achieving a peak ac–ac efficiency of 97.4% and eliminating edge hot spots by a temperature reduction of over 35 °C. Shielding loss is nearly reduced to zero.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项基于铁基纳米晶材料的创新叠层磁芯结构技术在无线充电领域具有显著的应用价值,特别是在我们正在拓展的电动汽车充电和储能系统互联方面。
该技术的核心创新在于"高架桥"式结构设计,通过水平与垂直叠层的协同配合,实现了磁通密度的准各向同性分布。这一突破直接解决了传统叠层磁芯边缘磁通集中和屏蔽损耗的痛点。实验数据显示,在22kW输出功率下达到97.4%的交流效率,边缘温度降低超过35°C,屏蔽损耗几乎降至零,这些指标对于我们的高功率应用场景极具吸引力。
对于阳光电源的储能变流器和光储充一体化解决方案,该技术可显著提升系统集成度和能量传输效率。特别是在电动汽车无线充电领域,高效率和低热损耗意味着更紧凑的系统设计和更低的散热成本,这与我们追求高功率密度产品的战略方向高度契合。此外,消除边缘热点问题将大幅提升产品可靠性和使用寿命。
从技术成熟度评估,该方案已通过22kW级实验验证,但向我们常见的百千瓦级储能应用扩展仍需进一步工程化验证。主要挑战包括铁基纳米晶材料的成本控制、复杂叠层结构的制造工艺优化,以及在更高功率密度下的热管理策略。建议我们的研发团队关注该技术在模块化储能系统无线互联、移动充电设备等场景的适配性研究,这可能成为差异化竞争的技术突破口。