一种高频磁耦合谐振式无线电能传输线圈制造技术

本实用新型专利技术公开了一种高频磁耦合谐振式无线电能传输线圈，涉及无线电能传输，由多股绞线导电体、第一绝缘层、特定开口角度特定厚度导电金属薄层、第二绝缘层构成；多股绞线导电体构成高频磁耦合谐振式无线电能传输线圈的发射线圈或接收线圈，特定开口角度特定厚度导电金属薄层构成高频磁耦合谐振式无线电能传输线圈的激励线圈或负载线圈。本实用新型专利技术不仅能够有效解决传统线圈对设备空间占用过高的问题，而且还能在占用同等大小设备空间的前提下大大提高各个线圈自身的自感系数、品质因数以及线圈两两之间的互感系数、耦合系数，有效抑制集肤效应与邻近效应引起的高频损耗电阻过高问题，提升系统整体的传输效率。

【技术实现步骤摘要】
一种高频磁耦合谐振式无线电能传输线圈
本技术涉及无线电能传输领域，具体涉及一种高频磁耦合谐振式无线电能传输线圈。
技术介绍
目前，电能是人们生活中使用最广泛的一种能源形式，其具备绿色、环保、便捷等一系列优势，在现代工业文明中扮演着极其重要的角色。传统的电能传输一般采用输电网络，借助于电力电缆进行电能输送。但是随着科技的进步，现有的电能传输手段已无法满足譬如植入式设备、水下装置、移动终端等设备的需求。对于无线电能传输技术的迫切需求，催生了许多类型的技术方案，包括电磁感应式、微波式、激光式、磁耦合谐振式等传输技术。基于目前的研究成果，最具前景与商业应用价值的中距离、中等功率、高效率的无线输电手段是磁耦合谐振式无线电能传输（MCR-WPT）技术。磁耦合谐振式无线电能传输（MCR-WPT）系统主要包括能量发送端跟接收端两大部分，其核心组件是发射线圈、接收线圈与谐振电容。由于谐振电容具有很高的品质因数，其高频损耗基本上可以忽略不计。因此，磁耦合谐振式无线电能传输（MCR-WPT）最核心的技术难点在于研发高性能的能量传输线圈。磁耦合谐振式无线电能传输（MCR-WPT）系统均采用四线圈结构模式，即激励线圈、发射线圈、接收线圈、负载线圈。四线圈结构相较于双线圈结构的电磁感应式无线电能传输（MCI-WPT）系统由于额外增加了两个线圈，小型化器件以及对于设备空间要求较高的精密仪器等应用场景下，为安装线圈所能预留的设备空间是十分有限的，过多的线圈无疑对设备空间占用太大。同时，为了尽可能减小线圈对设备空间的占比，发射端与接收端两组线圈，两两之间均采用同轴共面的排布方式。一般来说，在设备空间有限情况下为了保证发射线圈、接收线圈的性能要求，常规的做法是降低激励线圈、负载线圈的性能，即减少激励线圈、负载线圈的匝数用来增加发射线圈、接收线圈的匝数。此时，由于激励线圈、负载线圈的匝数较少，降低了它们与发射线圈、接收线圈之间的电磁耦合度，并且这种做法不可避免的降低了线圈两两之间的耦合系数、互感系数等重要性能指标，进而影响了系统整体的传输效率，所以现有的磁耦合谐振式无线电能传输线圈严重制约了磁耦合谐振式无线电能传输技术的推广使用。
技术实现思路
本技术针对上述问题，提供一种高频磁耦合谐振式无线电能传输线圈，包括多股绞线导电体、第一绝缘层、导电金属薄层、第二绝缘层；所述导电金属薄层的开口带有角度；所述导电金属薄层构成所述高频磁耦合谐振式无线电能传输线圈的激励线圈或负载线圈，所述多股绞线导电体构成所述高频磁耦合谐振式无线电能传输线圈的发射线圈或接收线圈。进一步地，所述多股绞线导电体、导电金属薄层的材质均为银、铜、铝或其合金中的任意一种。更进一步地，所述导电金属薄层的厚度等于高频系统工作频率下所使用导电材料集肤深度的π/2倍。更进一步地，所述导电金属薄层开口角度范围在0°~360°之间，不包括0°或360°。更进一步地，所述导电金属薄层的位置，位于第一绝缘层表面的任意位置。更进一步地，所述导电金属薄层在第一绝缘层表面不同位置的总数量，为至少一片。更进一步地，所述导电金属薄层在第一绝缘层表面不同位置由多片组成时，不同片导电金属薄层为相同开口角度或不同开口角度中的任意一种方式。更进一步地，所述无线电能传输线圈绕制采用的电磁线横截面为圆形或矩形中的任意一种。更进一步地，所述无线电能传输线圈相邻匝间距为固定或逐渐变窄或变宽中的任意一种方式。更进一步地，所述无线电能传输线圈为螺线管式线圈、平面螺旋式线圈或平面矩形线圈中的任意一种；激励线圈与发射线圈形状相同。本技术的优点：本技术解决了现有的高频磁耦合谐振式无线电能传输线圈对设备空间占用过高，造成设备体积过大或者其它元器件所需安装空间严重受限，无法满足技术进步需要的问题；解决了现有的磁耦合谐振式无线电能传输线圈在设备空间有限的情况下，普遍采用减少激励线圈（或负载线圈）匝数以挪出部分空间用来增加发射线圈（或接收线圈）匝数的做法，造成四个线圈的性能不同程度上相互影响制约，导致各个线圈自感系数较小、品质因数较差的问题；解决了传统发射线圈与激励线圈（或接收线圈与负载线圈）之间存在一定的气隙，增大了漏磁，降低了相互之间的互感及耦合系数，系统整体的传输效率不高的问题；解决了现有的高频磁耦合谐振式无线电能传输线圈由于空间受限，进而会造成线圈匝数较少的情况，导致激发出的磁场强度较弱，能量交换效率偏低的问题。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本技术作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。图1是本新型实施例采用的横截面为圆形的电磁线结构示意图；图2是本新型实施例采用的横截面为矩形的电磁线结构示意图；图3是本新型实施例中由圆形截面电磁线绕制的固定匝间距平面螺旋式线圈示意图；图4是本新型实施例中由矩形截面电磁线绕制的固定匝间距平面螺旋式线圈示意图；图5是本新型实施例中由圆形截面电磁线绕制的固定匝间距螺线管式线圈示意图；图6是本新型实施例中由矩形截面电磁线绕制的固定匝间距平面矩形式线圈示意图。附图标记：1为多股绞线导电体、2为第一绝缘层、3为特定开口角度特定厚度导电金属薄层、4为第二绝缘层、5为发射线圈（或接收线圈）、6为激励线圈（或负载线圈）。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。参考图1至图6，如图1至图6所示，一种高频磁耦合谐振式无线电能传输线圈，包括多股绞线导电体1、第一绝缘层2、导电金属薄层3、第二绝缘层4；所述导电金属薄层3的开口带有角度；所述导电金属薄层3构成所述高频磁耦合谐振式无线电能传输线圈的激励线圈或负载线圈，所述多股绞线导电体1构成所述高频磁耦合谐振式无线电能传输线圈的发射线圈或接收线圈。特定开口角度特定厚度导电金属薄层3构成的激励线圈（或负载线圈）不仅能够满足高频条件下高频损耗电阻最小的要求，而且符合实际能量传输时对导体的载流量需求，并能在提高线圈综合性能的前提下，将励线圈（或负载线圈）的尺寸大小最优化，使其占据最小的设备空间；特定开口角度特定厚度导电金属薄层3同时也使内侧发射线圈（或接收线圈）充分处于交变电磁场中，线圈之间耦合效果更好；多股绞线导电体1能够有效抑制集肤效应与邻近效应引起高频损耗电阻增加对线圈品质因数造成的不利影响。本技术解决了现有的高频磁耦合谐振式无线电能传输线圈对设备空间占用过高，造成设备体积过大或者其它元器件所需安装空间严重受限，无法满足技术进步需要的问本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高频磁耦合谐振式无线电能传输线圈，其特征在于，包括多股绞线导电体（1）、第一绝缘层（2）、导电金属薄层（3）、第二绝缘层（4）；所述导电金属薄层（3）的开口带有角度；/n所述导电金属薄层（3）构成所述高频磁耦合谐振式无线电能传输线圈的激励线圈或负载线圈，所述多股绞线导电体（1）构成所述高频磁耦合谐振式无线电能传输线圈的发射线圈或接收线圈。/n

【技术特征摘要】
1.一种高频磁耦合谐振式无线电能传输线圈，其特征在于，包括多股绞线导电体（1）、第一绝缘层（2）、导电金属薄层（3）、第二绝缘层（4）；所述导电金属薄层（3）的开口带有角度；
所述导电金属薄层（3）构成所述高频磁耦合谐振式无线电能传输线圈的激励线圈或负载线圈，所述多股绞线导电体（1）构成所述高频磁耦合谐振式无线电能传输线圈的发射线圈或接收线圈。


2.根据权利要求1所述的高频磁耦合谐振式无线电能传输线圈，其特征在于，所述多股绞线导电体（1）、导电金属薄层（3）的材质均为银、铜、铝或其合金中的任意一种。


3.根据权利要求1所述的高频磁耦合谐振式无线电能传输线圈，其特征在于，所述导电金属薄层（3）的厚度等于高频系统工作频率下所使用导
电材料集肤深度的π/2倍。


4.根据权利要求1所述的高频磁耦合谐振式无线电能传输线圈，其特征在于，所述导电金属薄层（3）开口角度范围在0°~360°之间，不包括0°或360°。


5.根据权利要求1所述的高频磁耦合谐振式无线电能传输线圈，其特征在于，所述导电金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：程琳，李平，
申请(专利权)人：兰州大学，
类型：新型
国别省市：甘肃;62