一种具有电磁屏蔽层的非接触式无线电能传输装置天线制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开的一种具有电磁屏蔽层的非接触式无线电能传输装置天线，包括以非接触式方式相对设置的发射线圈和接收线圈，所述发射线圈和接收线圈的两个外侧分别具有与其相对设置的屏蔽层，所述发射线圈和接收线圈分别与其两侧的屏蔽层之间的距离不小于0.5cm。本实用新型专利技术的一种具有电磁屏蔽层的非接触式无线电能传输装置天线通过对电磁屏蔽层铁氧体、非铁氧体和天线的合理设计实现了针对基于电磁波近场耦合无线电能传输系统非工作区的电磁波屏蔽，减少传输装置电磁场辐射对人体和工作环境的影响，并改善了因电磁屏蔽层的设置对传输系统磁场耦合的强度的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种具有电磁屏蔽层的非接触式无线电能传输装置天线
本技术属于微波辐射与天线
，具体涉及一种具有电磁屏蔽层的非接触式无线电能传输装置天线。
技术介绍
基于非辐射磁共振近场耦合的无线电能传输(非接触式无线电能传输)方式，是利用两个或多个具有相同谐振频率及高品质因数的电磁系统，通过工作于特定频率的电感及电容耦合作用产生电磁谐振，充分利用电磁波传播的近场谐振技术。该传输方式具有耦合方向性强、传输效率高以及传输距离中等的优点，适合能量传输；但对电路、天线设计要求比较高，需要设计高频振荡发射系统和高频功率放大器，以及品质因数较高的谐振匹配天线。在实际设计无线电能传输系统时，可通过对非辐射磁共振近场耦合无线电能传输系统的电磁环境分析，得到传输系统各参数对传输效率、距离与电磁辐射环境的影响，从而设计出一种具有电磁屏蔽层的无线传输天线。比如，可以在非辐射性磁场区域内放置一对谐振匹配的天线，它们以相同频率振荡，从而在非辐射性磁场内部发生谐振，形成强的磁耦合，可以在数米距离范围内来高效率地传递能量，并且对该范围内的其它物体没有影响，达到既要对能量传输工作区的磁场进行加强，又尽可能地减少非工作区的磁场对人体和设备工作影响的目的。目前无线传输系统天线设计主要考虑因素包括：1.天线选材，考虑成本、传输效率等因素，主要选择铜线或利兹线作为天线材料；2.屏蔽层非铁氧体选材，非铁氧体材料在电磁场作用下会产生涡流，涡流产生的电磁场会阻碍原磁场的变化，涡流产生也会损耗部分磁场能量，磁力线在金属材料中会产生折射，这些是屏蔽层设计的主要依据，考虑不同金属的电导率不同，因涡流损耗的能量也有所不同，目前选择的是铜片层；3.线圈形状，常用的形状有圆形、四边形、六边形、多边形等，一般是方形和圆形的平面圆盘式线圈和立体螺旋线圈；4.屏蔽层铁氧体选材，没有磁芯可以减少天线的自感系数，使得谐振频率变小，因空气磁阻大于磁芯磁阻，有效抑制磁力线在非工作区的传播。而现有的无线传输系统天线主要存在以下缺点：第一，现有的无线传输天线一般是平面方形螺旋线圈或立体螺旋线圈，前者存在边角效应，而后者占用空间成本大；第二，在谐振式磁耦合天线加入屏蔽层会影响到天线互感系数、减少天线的耦合强度，进而降低传输效率；有些无线传输系统把线圈磁芯设计成空心区域和实心区域相结合的结构，由于空心区域空气磁阻大于磁芯的磁阻，有效屏蔽磁力线，但是减弱了线圈的耦合强度，降底了天线品质因数，直接影响到传输效率；第三，采用单线圈作为发射和接收线圈，其互感系数降低，传输效率减少；第四，因天线线圈与屏蔽层过于靠近，使系统工作在过耦合区域，产生较大的阻抗损耗，从而影响天线的耦合。
技术实现思路
针对
技术介绍
提到的上述缺点，本技术针对性地提出一种具有电磁屏蔽层的非接触式无线电能传输装置天线。本技术所采用的技术方案是：一种具有电磁屏蔽层的非接触式无线电能传输装置天线，包括以非接触式方式相对设置的发射线圈和接收线圈，所述发射线圈和接收线圈的两个外侧分别具有与其相对设置的屏蔽层，所述发射线圈和接收线圈分别与其两侧的屏蔽层之间的距离不小于0.5cm。优选的，考虑到屏蔽效果及经济成本，所述屏蔽层的底层为铝板。优选的，为了尽可能地降低边缘效应带来的不利影响，所述铝板的面积大于所述发射线圈和接收线圈的面积。且所述铝板的厚度不大于1mm。进一步的，所述屏蔽层的底层贴合设置有散热层。进一步的，所述屏蔽层的底层靠近发射线圈和接收线圈的一侧贴有绝缘隔膜。进一步的，所述发射线圈和接收线圈均具有铁氧体层。优选的，所述铁氧体层为锰锌铁氧体片。优选的，所述发射线圈和接收线圈均为至少两层的平面盘式螺旋线圈。本技术的有益效果是：本技术的一种具有电磁屏蔽层的非接触式无线电能传输装置天线通过对电磁屏蔽层铁氧体、非铁氧体和天线的合理设计实现了针对基于电磁波近场耦合无线电能传输系统非工作区的电磁波屏蔽，减少传输装置电磁场辐射对人体和工作环境的影响，并改善了因电磁屏蔽层的设置对传输系统磁场耦合的强度的影响。其在发射天线与接收天线中加入锰锌铁氧体材料，提高磁场磁化强度，增加天线线圈耦合强度；采用多层平面盘式螺旋线圈组合，提高无线传输系统的耦合效率，并且将天线线圈与屏蔽层保持0.5cm以上距离，避免因线圈靠近屏蔽层时线圈工作在过耦合阶段区域，产生频率分裂现象，从而影响天线的耦合效果的问题。附图说明图1是本技术一种具有电磁屏蔽层的非接触式无线电能传输装置天线的结构示意图；图2是图1的部分结构剖视图。图中，1.锰锌铁氧体片，2.双层铜线圈，3.绝缘隔膜，4.铝板。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本技术进行详细说明。本技术提供的一种具有电磁屏蔽层的非接触式无线电能传输装置天线的结构如图1和图2所示，包括以非接触式方式相对设置的发射线圈和接收线圈，发射线圈和接收线圈可以选择双层铜线圈2。发射线圈和接收线圈的外侧分别具有与其相对设置的屏蔽层，线圈与屏蔽层之间的距离对于涡流损耗影响，随着线圈与金属板之间距离的变小，涡流损耗会急剧增加，考虑空间成本，将线圈与屏蔽层之间的距离最小设置为0.5cm，当然，大于0.5cm效果更佳。优选的，本技术的屏蔽层的底层为铝板4，铝板4的底部为散射层，之所以采用铝板4，而不采用铜板和铁板，是因为铁的相对磁导率较高，在铁板中产生涡流远大于铜和铝，并且随着频率的增加涡流也会随之增大。因铜和铝的电导率不同，铜板和铁板中的涡流会产生一定的差异，相差不大，考虑铝和铜的经济成本，选择铝板4作为屏蔽层底层材料。金属板的屏蔽机理是由于材料内部产生的涡流生成了反向磁场，与发射源之间的磁场相互抵消从而起到屏蔽作用。由于铝板4在无线电能传输装置工作区内容易产生磁力线汇聚，为了尽可能降低边缘效应给周边带来的不利影响，本技术进一步地设置屏蔽层底层的铝板4面积大于线圈面积，且厚度也尽可能的变小，达到1mm以下，这样可减少电磁场在铝板4的涡流损耗。因为发射和接收线圈的外侧放置屏蔽层使得系统线圈间工作区的磁场整体降低，影响传输效率。为此，要考虑抑制非工作区的磁场同时对工作区的磁场进行补偿。在发射线圈与接收线圈中设置铁氧体层，有助于增加系统工作区的磁场，提高线圈之间的耦合强度。铁氧体材料价格较为昂贵，由于磁滞等因素的存在会产生额外损耗，因此本技术使用磁滞损耗少、性价比高的锰锌铁氧体片1。为了进一步提高系统的耦合强度，本实施例的发射线圈和接收线圈采用两层铜线圈2，其设置为平面盘式螺旋线圈串联的结构，在距离相同情况下，双层线圈的互感值是单层线圈的3-4倍。当然，本技术也选择多层结构的线圈天线，这样会在损失极小体积的情况下极大地增加发射线圈和接收线圈的耦合强度，从而改善系统传输能力。进一步的，因铝板4上方为通以高频交流电的线圈，因此在铝板靠近发射线圈和接收线圈的一侧贴有绝缘隔膜3。为了便于铝板在工作时散热，在底层的铝板4贴上散热层，提高屏蔽层的工作效率。综合来说，本技术的一种具有电磁屏蔽层的非接触式无线电能传输装置天线的特点在于：1.金属板的屏蔽机理是由于材料内部产生的涡流生成了反向磁场，与发射源之间的磁场相互抵消从而起到屏蔽作用，本技术电磁屏蔽层底层采用铝板，因铜和铝的电导率不同，铜板和铝板本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有电磁屏蔽层的非接触式无线电能传输装置天线，其特征在于，包括以非接触式方式相对设置的发射线圈和接收线圈，所述发射线圈和接收线圈的两个外侧分别具有与其相对设置的屏蔽层，所述发射线圈和接收线圈分别与其两侧的屏蔽层之间的距离不小于0.5cm。

【技术特征摘要】
1.一种具有电磁屏蔽层的非接触式无线电能传输装置天线，其特征在于，包括以非接触式方式相对设置的发射线圈和接收线圈，所述发射线圈和接收线圈的两个外侧分别具有与其相对设置的屏蔽层，所述发射线圈和接收线圈分别与其两侧的屏蔽层之间的距离不小于0.5cm。2.如权利要求1所述的一种具有电磁屏蔽层的非接触式无线电能传输装置天线，其特征在于，所述屏蔽层的底层为铝板。3.如权利要求2所述的一种具有电磁屏蔽层的非接触式无线电能传输装置天线，其特征在于，所述铝板的面积大于所述发射线圈和接收线圈的面积。4.如权利要求3所述的一种具有电磁屏蔽层的非接触式无线电能传输装置天线，其特征在于，所述铝板的厚度不大于1mm。5.如权利要求2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟，程伟，王赟，余小最，
申请(专利权)人：广东工业大学华立学院，惠州市科力磁元有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44