(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210842719.4 (22)申请日 2022.07.18 (71)申请人 广西电网有限责任公司电力科 学研 究院 地址 530013 广西壮 族自治区南宁市 兴宁 区民主路6 -2号 申请人 重庆大学 (72)发明人 龚文兰　王智慧　唐春森　肖静　 吴晓锐　韩帅　陈绍南　吴宁　 莫宇鸿　陈卫东　郭敏　郭小璇　 左志平　李小飞　周浩　 (74)专利代理 机构 重庆敏创专利代理事务所 (普通合伙) 50253 专利代理师 刘思言　黄梅(51)Int.Cl. H02J 50/00(2016.01) H02J 50/12(2016.01) H02J 3/32(2006.01) H01F 5/00(2006.01) B60L 53/122(2019.01) B60L 53/34(2019.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 113/04(2020.01) (54)发明名称 双向MC-WPT系统的磁耦合机构及其参数设 计方法 (57)摘要 本发明涉及磁耦合无线电能传输技术领域， 具体公开了一种双 向MC‑WPT系统的磁耦合机构 及其参数设计方法， 磁耦合机构 包括外部密绕线 圈和内部疏绕线圈， 外部密绕线圈可以确保线圈 自感、 互感满足最基础的功率传输要求， 内部疏 绕线圈可以使得磁场分布更均匀， 综合提升线圈 的抗偏移特性。 外密内疏式线圈可以减少线圈的 用线量和成本， 降低线圈自感和内阻。 车载端线 圈采用多层密绕的方式绕制而成， 可提升车载端 线圈的自感和互感， 以保证能量传输能达到相应 的性能要求。 在地面端线圈外径有所限制的前提 下， 该参数设计方法通过参数化扫描和3d仿真， 得到磁耦合机构几个参数的最佳关系， 在保证充 足互感的情况下， 使系统拥有更好的抗偏移能 力。 权利要求书2页 说明书14页 附图13页 CN 115313670 A 2022.11.08 CN 115313670 A 1.双向MC ‑WPT系统的磁耦合机构， 其特征在于： 包括地面端耦合结构和车载端耦合结 构， 所述地面端耦合结构包括 地面端线圈， 所述车 载端耦合结构包括车 载端线圈； 所述地面端线圈由采用密绕式方法绕制的外部密绕线圈和采用疏绕式方法与所述外 部密绕线圈同向绕制的内部疏绕线圈串联而成； 所述车载端线圈采用多层密绕的方式绕制 而成； 所述外部密绕线圈的匝数为N1， 外部尺寸为x1*y1； 所述内部疏绕线圈的匝数为N2， 外部 尺寸为x2*y2， 匝间距为d； 所述外 部密绕线圈与内部疏绕线圈之间的间隔距离为Δd。 2.根据权利 要求1所述的双向MC ‑WPT系统的磁耦合机构， 其特征在于： 所述车载端线圈 采用双层密绕的方式 绕制而成。 3.根据权利要求2所述的双向M C‑WPT系统的磁耦合机构， 其特 征在于： 所述地面端线圈与所述车 载端线圈采用同种规格的利兹线绕制而成。 4.根据权利要求2所述的双向M C‑WPT系统的磁耦合机构， 其特 征在于： 所述地面端耦合结构包括由底向上层级设置的地面金属屏蔽板、 地面磁芯、 所述地面 端线圈； 所述车载端耦合结构包括由底向上层级设置的所述车载端线圈、 车载磁芯、 车载金属 屏蔽板； 所述地面磁芯与所述车 载磁芯均由多个方块磁芯拼接而成。 5.根据权利 要求2所述的双向MC ‑WPT系统的磁耦合机构， 其特征在于： 所述双向MC ‑WPT 系统包括地面端和车载端， 所述地面端包括顺序连接的地面端直流电源、 地面端全桥变换 模块、 地面端谐振网络、 所述地面端耦合结构， 所述车载端包括顺序连接的所述车载端耦合 结构、 车载端谐振网络、 车 载端全桥变换模块、 滤波电路和车 载端电池； 所述地面端全桥变换模块和所述车载端全桥变换模块均包括一个全桥逆变器以及与 所述全桥逆变 器的四个开关管一 一反向并联的四个功率 开关管； 当所述地面端向所述车载端进行能量正向传输时， 所述地面端全桥变换模块工作在逆 变状态， 将所述地面端直流电源转换为高频交流电， 而所述车载端全桥变换模块工作在整 流状态， 所述车载端全桥变换模块的四个开关管关断， 通过对应的反向并联 的四个功率开 关管组成车载全桥整流电路， 将所述车载端线圈感应到的高频交流电整流为直流电， 最后 供给所述车载端电池充电； 当所述车载端向所述地面端进行能量反 向传输时， 所述车载端全桥变换模块工作在逆 变状态， 将所述车载端电池提供 的直流电源转换为高频交流电， 而所述地面端全桥变换模 块工作在整流状态， 即所述地面端全桥变换模块的四个开关管关断， 通过对应的反向并联 的四个功率开关管组成地面全桥整流电路， 将所述地面端线圈感应到的高频 交流电整流为 直流电， 最后供 给所述地面端直流电源。 6.根据权利 要求5所述的双向MC ‑WPT系统的磁耦合机构， 其特征在于： 所述地面端谐振 网络与所述车 载端谐振网络均采用LC C谐振网络， 构成LC C‑LCC谐振拓扑。 7.根据权利要求6所述的双向MC ‑WPT系统的磁耦合机构， 其特征在于， 所述LCC ‑LCC谐 振拓扑满足条件：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115313670 A 2其中， w表示系统工作角频率， Lr1、 Cp、 Cr1分别表示所述地面端的LCC谐振网络中的电感、 串联电容和并联电容对应的参数值， Lr2、 Cs、 Cr2分别表示所述车载端的LCC谐振网络中的电 感、 串联电容和并联电容对应的参数值。 8.权利要求2～7任一项所述的双向MC ‑WPT系统的磁耦合机构的参数设计方法， 其特征 在于， 包括 步骤： S1、 根据性能要求确定所述磁耦合机构的最小互感Mmi n和最小耦合系数 Kmin； S2、 对所述车 载端线圈的匝数进行参数化扫描， 确定最优匝数； S3、 根据实际需求确定所述外 部密绕线圈的外 部尺寸x1*y1； S4、 搭建3d仿真模型， 对所述外部密绕线圈的匝数N1进行参数化扫描， 得到所述磁耦合 机构的互感， 得到所述磁耦合机构的互感大于 Mmin时的匝数N1的取值范围； S5、 根据实际需求确定所述内部疏绕线圈的外 部尺寸x2*y2； S6、 对所述内部疏绕线圈的匝数N2和所述外部密绕线圈与内部疏绕线圈之间的间隔距 离为Δd进 行参数化扫描， 分别得到所述磁耦合机构的耦合系数， 得到所述磁耦合机构的互 感大于Mmin时的匝数N2和Δd的取值范围； S7、 对所述内部疏绕线圈的匝间距d进行参数化扫描， 得到所述磁耦合机构的互感和耦 合系数， 根据互感和耦合系数确定最优的匝间距d； S8、 在N1、 N2和Δd各自的取值范围内确定一组值， 获取该组值与最优匝间距下的系统 抗偏移特性和传输特性； S9、 判断系统抗偏移特性和传输特性是否达到设计要求， 若是则确定此 时的N1、 N2、 Δd 和d值为最终设计的参数值， 若否则返回至步骤S 8。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115313670 A 3