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电动汽车驱动 ★ 4.0

考虑均匀磁通分布的感应功率传输系统阶梯形磁芯设计方法

Terrace-Shaped Core Design Method for Inductive Power Transfer System Considering Uniform Magnetic Flux Distribution

作者 Chen Chen · C. Q. Jiang · Xiaosheng Wang · Liping Mo · Weisheng Guo · Sheng Ren
期刊 IEEE Transactions on Industrial Electronics
出版日期 2025年1月
技术分类 电动汽车驱动
相关度评分 ★★★★ 4.0 / 5.0
关键词 感应电能传输 非均匀磁通量分布 阶梯形纳米晶薄片带铁芯 温度平衡 传输效率
语言:

中文摘要

感应电能传输(IPT)已引起广泛关注,且呈现向高功率应用发展的趋势。然而,IPT 系统中存在磁通量分布不均匀的问题且尚未得到解决,这会导致磁芯损耗不均衡和局部发热,降低系统的稳定性。因此,本文提出并研究了一种由纳米晶薄片带材(NFR)制成的新型阶梯形磁芯,用于平衡弯曲双 D 型耦合器磁芯中的磁通量。与仅增加中心区域磁芯厚度不同,阶梯形纳米晶薄片带材(T - NFR)能够实现沿磁芯的磁通量均匀分布和温度均衡。在传输效率为 92.13%的 1 kW IPT 系统上验证了 T - NFR 磁芯的可行性和有效性。实验结果表明,中心区域的最高温度可从 55 °C 降至 41.6 °C,温度差异改善了 51.2%。同时,所提出的 T - NFR 磁芯重量仅为 47.2 g,与传统等厚度条形磁芯相比,重量减轻了 62.27%。

English Abstract

Inductive power transfer (IPT) has attracted a lot of attention, and it has a tendency toward high-power applications. However, the problem of nonuniform magnetic flux distribution exists and is unsolved in IPT systems, which will cause unbalanced core loss and local heat, lowering the system’s stability. Therefore, a novel terrace-shaped core made of nanocrystalline flake ribbon (NFR) is proposed and investigated to balance the magnetic flux in the core for curved double-D couplers. Unlike merely increasing the core thickness in the center area, the terrace-shaped NFR (T-NFR) can realize uniform magnetic flux distribution and balanced temperature along the core. The feasibility and effectiveness of the T-NFR core are verified on a 1 kW IPT system with a transmission efficiency of 92.13%. The experiment results show that the maximum temperature in the center area can be mitigated from 55 to 41.6 °C, exhibiting a 51.2% improvement in temperature discrepancy. Meanwhile, the weight of the proposed T-NFR core is only 47.2 g, obtaining a 62.27% reduction compared to the traditional bar-shaped core with uniform thickness.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项梯形磁芯无线电能传输技术具有重要的战略价值。当前我们在储能系统、电动汽车充电设备及分布式能源管理等领域正面临功率密度提升和热管理优化的双重挑战,该技术提供了一个创新性的解决思路。

该论文提出的纳米晶薄带梯形磁芯设计通过优化磁通分布,在1kW系统上实现了92.13%的传输效率,同时将中心区域最高温度从55°C降至41.6°C,温度差异改善达51.2%。这对我们的储能变流器(PCS)和车载充电系统意义重大。特别是在大功率应用场景下,磁性元件的热失衡一直是制约系统可靠性和功率密度的关键瓶颈。该技术通过结构创新而非简单增加材料厚度,实现了62.27%的重量削减,这与我们追求高功率密度、轻量化产品的方向高度契合。

从应用前景看,该技术可直接赋能我们的无线充电产品线,尤其是在电动汽车大功率无线充电和移动储能设备的非接触式能量传输场景。技术成熟度方面,1kW级别的验证为进一步扩展至10kW甚至更高功率等级奠定了基础,但仍需关注几个挑战:纳米晶材料的成本控制、梯形结构的批量化制造工艺、以及在实际工况下的长期可靠性验证。

建议我们的研发团队重点评估该技术在模块化储能系统内部无线互联、光储充一体化站点的灵活配置等场景的应用潜力,同时探索与现有磁性元件供应链的协同可能性,将其纳入下一代高功率密度产品的技术储备路线图。