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案例丨Ansys maxwell在无线充电FOD检测中的应用

发布:2023-03-15 13:35:40    浏览:386

案例丨Ansys maxwell在无线充电FOD检测中的应用
-无线充电示意图



-无线充电热分析的必要性


1.充电持续时间长,热量难以快速扩散,地面端受到地面高温的影响热量难以扩散;

2.电功率越来越大,发射端和接收端受限于体积尺寸,体积功率密度逐渐增大;

3.国标的强制性要求,对于发射端和接收端的不同材料有这个温度限制,尤其是材料的外表面温度;

4.地面端和车载接收端的使用寿命要求,对材料的抗老化有着硬性指标;

5.地面端充电过程中在跌落金属异物时对发射端安全性的影响,及其国标对地面端塑料壳体的影响;

6.发射端底部腔体内部的处理,增加结构强度及其增大热导率的考量;



-无线充电发射端热分析及其FOD测试异物时温度
1.无线充电发射端的损耗计算。
2.模型导入SCDM进行优化。
3.优化后模型导入到icepak中进行maxwellicepak耦合分析。
4.分析关键器件的温升情况。
5.腔体内部灌胶处理降低温升。
6.发射端FOD检测到异物时温度的分布。

-无线发射端模型损耗计算
对发射端和接收端的电磁场用maxwell分析计算可得:
1.地面损耗比接收端大;
2.地面发射端的体积大于接收端,并且是放置在地面位置,因此面临着地面高温传导;
3.充电过程中,存在异物坠落问题,FOD进行检测,需要对异物检测,需要评估掉落异物存在的风险问题;



综上所述,本文对发射端使用ansys maxwell计算损耗,然后进行热分析。

-观察发射端场强分布
对接收端上部的场强分布进行查看
1.分析不同位置的场强分布;



2.充电过程中,存在掉落金属异物的风险,掉落位置不同及其金属大小和材质不同造成的损害各异;
3.根据无线充电规范,需要进行不同异物进行损耗计算,在表面放置不同异物计算损耗,査看后续金属发热给
射端的表面灼伤情况进行评估;



-CAD模型转化为icepak识别模型
模型的简化及其进行转化
1.外壳体结构进行简化;
2.线圈结构较为复杂,需要使用level3进行简化,保留原模型;
3.铝板及其外壳孔进行填充简化;腔体内部进行填充胶进行增大内部热导率并且增加结构强度问题;
4.壳体掉落金属异物,对异物进行模型简化;
FOD检测的金属异物形式多样,会有不同的CAD模型或者简化模型导入。



-简化后模型导入icepak
模型的简化及其进行转化
1.外壳体结构进行简化;
2.线圈结构进行简化;
3.塑料腔体内部进行无填充导热胶处理;
4.所有结构件进行转化为icepak认可的结构;



-网格剖分
MeshHD网格剖分
1.对CAD模型创建装配体;
2.对装配体使用MeshHD网格剖分方式;



3.背景使用MeshHD网格剖分;
4.装配体Slack设置,进行扩大;
5.对CAD模型使用多级网格设置;



-求解结果查看无填充导热胶情况下的热分布
器件温度
1.计算收敛,查看监控点温度;
2.铁氧体温度较高,温度最高超过100度;
3.外壳温度也超过70° ;
4.中间部分金属异物部分最高超过73度;
5.已经超过标准A类要求;



因此需要进行设计优化!!!

-结果后处理
查看器件温度
1.MaxwellIcepak耦合分析;
2.各个器件的温度数值。




因此对于FOD异物检测,会有金属类物质存 在温升偏高,造成外壳体灼伤现象。

-腔体内部进行灌胶处理并优化内部结构
如何避免壳体温度过高
1.输入端电流进行降低额度;
2.扩大发射端的体积尺寸;
3.改善传热路径热导率,壳体填充新材料;
实际使用中,经过综合评估,最后一种解决方式较为实用。

-改善内部导热计算
处理方式
1.壳体内部的结构件固定塑料件较多,尽量进行优化处 理;
2.内部进行灌胶填充,可以增加内部导热情况,并且胶 体固化后增加结构强度;
通过计算发现壳体及其后面板的温度都低于60°。



-灌胶后计算结果
壳体正面板温度分布
1.壳体正面的最高温度下降;
2.整体表面温度分布较为均匀;
3.金属硬币附近温度相对其他部分较高;
总体温度可控,能够满足国标A类要求。



-灌胶后计算结果
各器件的温度值统计
1.表面壳体最高温度得到控制;
2.各器件温度较为均衡,能够满足要求;
3.灌胶后MaxwellIcepak耦合分析;



-灌胶情况下掉落金属片影响分析
金属异物较大时充电时存在情况
1.通过灌胶能够使壳体表面温度控制一定范围;
2.各器件温度较为均衡,能够满足要求;
3.大块尺寸的金属异物造成较大涡流损耗;



-灌胶情况下掉落金属片影响分析
金属异物较大时造成温升状态
1.大块金属造成损耗较大,温升明显;
2.基本上是超过75度,会造成发射端存在安全隐患;



-案例总结
掉落金属异物及其灌胶的影响
1.通过对底壳体内部进行灌胶能够使发射端的总体问题得到控制;
2.金属异物较小尺寸时对发射端壳体的灼烧现象不明显;
3.大块尺寸的金属异物造成较大涡流损耗,会有一定的影响;
提高发射端的壳体耐温等级,能够满足要求,并且对壳体进行灌 胶处理。












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