一种多绕组磁耦合接收线圈结构制造技术

本发明专利技术涉及一种多绕组磁耦合接收线圈结构，具体包括一环形磁芯、若干组绕组以及多路选通开关网络；所述若干组绕组分为两类，第一类包括大于等于3组的绕组，该第一类绕组沿所述环形磁芯的截面绕制，用以耦合感应与环形磁芯平面平行方向但任意角度的外部磁场；第二类包括1组绕组，该第二类绕组沿所述环形磁芯的磁环圆周绕制，用以耦合感应与环形磁芯平面垂直方向的外部磁场；所述若干组绕组的端口通过一个多路选通开关网络实现不同的选通连接后输出，用以使得各个绕组的耦合感应电压相互叠加。本发明专利技术可以尽可能多的耦合感应空间任意方向的磁场，而且结构简单，具有平面化低矮的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种多绕组磁耦合接收线圈结构
本专利技术涉及磁感应式无线电能传输领域，特别是一种多绕组磁耦合接收线圈结构。
技术介绍
现有的磁耦合平面线圈的基本结构如图1、图2以及图3所示。其中，如图1所示，主要有平面螺旋O形线圈、8字形线圈以及螺线管形线圈。为了增大接收侧线圈位置偏移对磁耦合的影响，如图2在图1中8字形线圈结构的基础上叠加0形线圈。为了能够接收不同方向的磁场，如图3采用多个不同方向布置的正交绕组分别感应不同方向的磁场，分别整流后在直流侧串联或并联输出。但是，上述图1的方案主要接收单一方向的磁场，主要应用于发射侧和接收侧位置位于不同平行平面的位置且位置相对固定的场合，不能接收其它方向的磁场，还需要与发射侧线圈结构配合；图2的方案应用于接收侧和发射侧线圈存在一定相对横向位置偏移的场合，以提高耦合系数，但同样不能接收其他方向的磁场；图3的结构虽然采用多个线圈可以接收不同方向的磁场，但需要对应多个接收侧电路，不仅电路复杂，而且每个接收侧电路由于输出需要串联或并联，使得各个输出电流或电压被强迫一致，导致各个接收侧电路互相影响，无法达到最佳阻抗匹配工作状态。此外图3的多线圈使得磁芯和线圈结构复杂，体积大，高度高，不便于平面化应用场合。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提出一种多绕组磁耦合接收线圈结构，可以尽可能多的感应空间任意方向的磁场，而且结构简单，具有平面化低矮的特点。本专利技术采用以下方案实现：一种多绕组磁耦合接收线圈结构，具体包括一环形磁芯以及若干组绕组；所述若干组绕组分为两类，第一类包括大于等于3组的绕组，该第一类绕组沿所述环形磁芯的截面绕制，用以耦合感应与环形磁芯平面平行方向的任意角度的外部磁场；第二类包括1组绕组，该第二类绕组沿所述环形磁芯的磁环圆周绕制，用以耦合感应与环形磁芯平面垂直方向的外部磁场；所述若干组绕组的端口通过一个多路选通开关网络实现不同的选通连接，用以使得各个绕组的感应电压相互叠加。进一步地，所述绕组端口连接关系的确定通过分析法、试探法、测试法或替代法实现。进一步地，所述分析法适用于外部磁场方向已知的场合，事先分析出在所有外部磁场方向作用下的各绕组端口的串联顺序，根据所述的串联顺序确定选通开关的接通或关断，排除不必要的连接；当某个已知方向的外部磁场作用时，通过选通相应的开关得到感应电压最大的绕组端口串联顺序。进一步地，所述试探法适用于外部磁场方向未知的场合，可以不通过判断电压极性来实现连接，首先将各组绕组端口通过任意一种串联顺序连接，从进线端所在的绕组开始，每次通过选通开关切换相邻两个绕组间的连接端，比较二者的感应电压大小，如果切换后感应电压变大，则按照切换后的连接端进行选通，如果切换后感应电压变小，则仍保持切换前的选通方式，如果切换前后感应电压并没有发生变化，则切换前后的选通方式可任选其一，以此类推，直到将所有绕组都串联起来，便可得到空间内某个方向磁场下的最大感应电压。进一步地，所述测试法适用于外部磁场方向未知的场合，通过判断所有绕组的电压极性再进行串联。首先测量出所有绕组两端的电压大小，取电压最大的绕组作为参考绕组，然后将参考绕组与剩下的绕组逐个分别串联，每次仅仅将参考绕组与剩余的其中一组绕组串联，测量每次串联后的进线端和出线端间的电压，如果该电压与参考绕组原来的电压相比增大了，则此时与参考绕组串联的绕组两端的极性相对应的与参考绕组两端的极性相反，反之亦然，以此判断出所有绕组两端的电压极性，再通过选通开关实现同感应电压极性绕组的串联。进一步地，所述替代法适用于外部磁场方向未知的场合，提供另一种判断所有绕组两端电压极性的方法。首先在每一个原绕组的正中间套一个辅助绕组，即辅助绕组的对称轴与原绕组的对称轴是重合的，但是辅助绕组的匝数比原绕组少，仅需绕制少量的匝数即可，然后按照上述测试法的方法测试所有辅助绕组两端的电压极性，则每个辅助绕组两端的极性即可代表相对应的原绕组两端的极性。以此判断出所有原绕组的电压极性，再通过选通开关实现串联。与现有技术相比，本专利技术有以下有益效果：1、本专利技术可以在任意位置和角度最大地接收和感应空间中任意方向的磁场，并不局限于仅感应单一方向的磁场。2、本专利技术结构简单，高度低，适合于平面低矮化应用。3、本专利技术绕组沿磁环截面绕制，绕组平均匝长短，电阻小。附图说明图1为本专利技术
技术介绍
中的绕制方案一。图2为本专利技术
技术介绍
中绕制方案二。图3为本专利技术
技术介绍
中绕制方案三。图4为本专利技术实施例中的结构示意图。图5为本专利技术实施例中五绕组结构示意图。图6为本专利技术实施例中空间内磁场方向示意图。图7为本专利技术实施例中Bt方向为指向两组绕组间的分界处示意图。图8为本专利技术实施例中Bt方向为偏向于Aa绕组A端的某一角度示意图。图9为本专利技术实施例中Bt方向指向于Aa绕组的中间对称点示意图。图10为本专利技术实施例中Bn是垂直纸面向里或向外时示意图。图11为本专利技术实施例中将接收线圈分成4个扇区示意图。图12为本专利技术实施例中所有绕组的开关连接示意图。图13为本专利技术实施例中采用试探法得到的开关网络连接示意图。图14为本专利技术实施例中采用测试法得到的开关网络连接示意图。图15为本专利技术实施例中采用替代法得到的开关网络连接示意图。图16为本专利技术实施例中谐振电容的选择示意图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明。本实施例提供了一种多绕组磁耦合接收线圈结构，包括一环形磁芯、若干组绕组以及多路选通开关网络；所述若干组绕组分为两类，第一类包括大于等于3组的绕组，该第一类绕组沿所述环形磁芯的截面绕制，用以接收与环形磁芯平面平行方向的磁场；第二类包括1组绕组，该第二类绕组沿所述环形磁芯的磁环圆周绕制，用以接收与环形磁芯平面垂直方向的磁场；所述若干组绕组的端口通过一个多路选通开关网络实现不同的选通连接，用以使得各个绕组的感应电压相互叠加。在本实施例中，如图4所示，在环形磁芯上沿磁环圆周绕磁芯截面布置有三组以上的若干组绕组1，用于接收与环形磁芯平面平行方向的磁场；在环形磁芯沿磁环圆周绕制一组绕组2，用于接收与环形磁芯平面垂直方向的磁场；各个绕组的端口根据一定的方法通过一个多路选通开关网络实现不同的选通连接，以使得各个绕组的感应电压相互叠加。为方便原理阐述，以五组绕组为例，如图5所示，其中Aa、Bb、Cc、Dd分别为沿磁环圆周绕磁芯截面布置的四个绕组，Ee为沿磁环圆周绕制一组绕组。如图6所示，在本实施例中，空间内任意方向的磁场都可以分解为平行磁环平面磁场分量Bt和垂直磁环平面磁场分量Bn两个正交分量，Bt分量由绕组Aa，Bb，Cc和Dd感应，Bn分量由绕组Ee感应，由于这两部分绕组是正交解耦的，可以将其分别考虑，最后根据感应电压极性串联叠加即可。对于平行平面磁场分量Bt，由于其没有穿过绕组Ee，在绕组Ee上的感应电压为0，但会在绕组Aa、Bb、Cc、Dd上感应出电压。为分析方便，分别针对Bt的三个典型方向作分析。如图7所示，在本实施例中，设Bt方向为指向两组绕组间的分界处，如B1，磁芯中的磁场会沿着两侧的路径1和路径2分布。根据电磁感应定律，磁芯上的四组绕组都会感应出相应极性的感应电压，分别为A正a负，B正b负，C负c正，D负d正，此时只需将相同极性的绕组串联起来，便可以使得所有绕组感应的电压同极性相加，总本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多绕组磁耦合接收线圈结构，其特征在于：包括一环形磁芯以及若干组绕组；所述若干组绕组分为两类，第一类包括大于等于3组的绕组，该第一类绕组沿所述环形磁芯的截面绕制，用以耦合感应与环形磁芯平面平行方向的任意角度的外部磁场；第二类包括1组绕组，该第二类绕组沿所述环形磁芯的磁环圆周绕制，用以耦合感应与环形磁芯平面垂直方向的外部磁场；所述若干组绕组的端口通过一个多路选通开关网络实现不同的选通连接后输出，用以使得各个绕组的耦合感应电压相互叠加。

【技术特征摘要】
1.一种多绕组磁耦合接收线圈结构，其特征在于：包括一环形磁芯以及若干组绕组；所述若干组绕组分为两类，第一类包括大于等于3组的绕组，该第一类绕组沿所述环形磁芯的截面绕制，用以耦合感应与环形磁芯平面平行方向的任意角度的外部磁场；第二类包括1组绕组，该第二类绕组沿所述环形磁芯的磁环圆周绕制，用以耦合感应与环形磁芯平面垂直方向的外部磁场；所述若干组绕组的端口通过一个多路选通开关网络实现不同的选通连接后输出，用以使得各个绕组的耦合感应电压相互叠加。2.根据权利要求1所述的一种多绕组磁耦合接收线圈结构，其特征在于：所述绕组的端口连接关系的确定通过分析法、试探法、测试法或替代法实现。3.根据权利要求2所述的一种多绕组磁耦合接收线圈结构，其特征在于：所述分析法适用于外部磁场方向已知的场合，具体为：事先分析出在所有外部磁场方向作用下的各绕组端口的串联顺序，根据所述的串联顺序确定选通开关的接通或关断，排除不必要的连接；当某个已知方向的外部磁场作用时，通过选通相应的开关得到感应电压最大的绕组端口串联顺序。4.根据权利要求2所述的一种多绕组磁耦合接收线圈结构，其特征在于：所述试探法适用于外部磁场方向未知的场合，具体为：首先将各组绕组端口通过任意一种串联顺序连接，从进线端所在的绕组开始，每次通过选通开关切换相邻两个绕组间的连接端，比较二者的感应电压大小，如果切换后感应电压变大，则按照切换后...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈为，郑端端，陈庆彬，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35