四方交叠式无线电能传输耦合线圈结构制造技术

本发明专利技术涉及一种四方交叠式无线电能传输耦合线圈结构，属于无线电能传输领域。该结构分为发射端与接收端，且发射端和接收端的结构、尺寸均相同；发射端或接收端包括在平面上相结合的四块磁芯，以及绕制在磁芯上的八捆线圈；四块磁芯在水平面上呈中心对称排布，八捆线圈以螺线管的形式分别交叠绕制于四块磁芯外侧；其中，每块磁芯上绕制两捆线圈，且两捆线圈垂直交叠绕制在磁芯外侧；发射端或接收端黏附在亚克力板上。本发明专利技术通过对线圈结构的设计，使磁场变得中心对称、更加集中，相较于传统的线圈结构抗偏移的效果更显著。的线圈结构抗偏移的效果更显著。的线圈结构抗偏移的效果更显著。

【技术实现步骤摘要】
四方交叠式无线电能传输耦合线圈结构


[0001]本专利技术属于无线电能传输领域，涉及一种四方交叠式无线电能传输耦合线圈结构。

技术介绍

[0002]近些年来，无线电传输技术已逐渐应用于各个领域中，且产生了远超预期的成效，例如在移动设备充电方面，无线充电相较于有线充电具有更方便、更快捷的优点；在医疗方面，随着无线电传输技术的快速发展，人们逐渐攻克了植入式电子医疗设备充电的难题。
[0003]但在无线充电过程中，线圈相对位置的偏移将会导致传输效率降低。大量文献显示传输的效率和传输、接收线圈二者的相对位置密切相关，并且在实际的应用中，传输和接收线圈的相对位置难以保持在空间上的正对，二者相对位置必然存在一定的偏移，而线圈的偏移将会导致互感系数的改变、耦合效应降低、传输效率等问题。
[0004]通过查找相关的文献与资料可得系统传输效率的公式为：
[0005][0006]由效率公式中可以看出，因为R
l
、R1、R2、ω＝2πf、f为定值，因此仅与互感M有关且成正相关关系。当线圈发生偏移时，互感会随之发生改变，从而引起系统无线传输的效率改变。例如目前人们常用的一种典型的线圈结构，圆形耦合绕线型线圈结构，对其做仿真模拟偏移后得到互感系数变化如图1所示。
[0007]由图1(a)可见，沿径向偏移时，正对时(横坐标为0处)互感系数最大，当相对位置朝两侧偏移时，互感系数将逐渐减小。
[0008]由图1(b)可见，起初互感系数M衰减较为缓慢，随着偏移的增大，其数值急剧减少(仅偏心30mm，互感系数就缩小为初始互感系数M0的十分之一)。在针对多个方向测量后，发现测量结果大体相同，互感系数M大小随偏移的增大而急剧减少。将轴向和径向偏移结合，当线圈同时发生轴向和径向偏移时，互感系数测量数值如表1所示：
[0009]表1轴向径向同时偏移时的线圈互感系数
[0010][0011][0012]可见当轴向偏移与径向偏移共同发生时，规律与单独轴向或径向偏移符合。
[0013]综上所述，线圈发生较小程度的偏移就会导致互感系数变化较大，传输功率明显降低，由于互感系数变化率很大，因此研究一种可以较为良好地维持互感系数的抗偏移线圈是非常有必要的。

技术实现思路

[0014]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种四方交叠式无线电能传输耦合线圈结构，以较为良好的维持互感系数，减小线圈偏移对传输效率影响。
[0015]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0016]一种四方交叠式无线电能传输耦合线圈结构，该结构分为发射端与接收端，且发射端和接收端的结构、尺寸均相同；
[0017]发射端或接收端包括在平面上相结合的四块磁芯，以及绕制在磁芯上的八捆线圈；
[0018]四块磁芯在水平面上呈中心对称排布，八捆线圈以螺线管的形式分别交叠绕制于四块磁芯外侧；其中，每块磁芯上绕制两捆线圈，且两捆线圈垂直交叠绕制在磁芯外侧。
[0019]优选地，线圈结构中，通过对各线圈中的电流方向的调整，使每个线圈所产生的磁场都为由线圈内穿出指向中心的方向，各个线圈分别产生的磁场相叠加后得到一个中心区域密集且均匀对称的磁场。
[0020]优选地，发射端或接收端黏附在亚克力板上。
[0021]优选地，每捆线圈匝数均为20匝。
[0022]优选地，每块磁芯的尺寸均为98mm
×
98mm，每捆线圈的宽度均为55mm，整个线圈结构的尺寸为200mm
×
200mm。
[0023]优选地，线圈中通过的电流大小为100A。
[0024]本专利技术的有益效果在于：本专利技术采取让线圈磁场集中化且均匀分布的思路，通过对结构的设计，使得耦合磁场保持为一个中心对称的均匀磁场，且磁场在线圈对应的区域内相对更加集中，相较于传统的线圈结构，偏移对耦合系数的影响更小，传输效率的变化较传统的线圈也更小，抗偏移的效果更显著。
[0025]本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0026]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优选的详细描述，其中：
[0027]图1为圆形耦合绕线型线圈偏移时互感系数变化情况((a)表示沿径向偏移，(b)表示沿轴向偏移)；
[0028]图2为四方交叠式无线电能传输耦合线圈结构空间示意图；
[0029]图3为本专利技术新型线圈平面示意图；
[0030]图4为本专利技术新型线圈空间示意图；
[0031]图5为线圈中电流方向示意图；
[0032]图6为单一十字线圈的结构和磁场分布图((a)表示单一十字线圈结构，(b)表示磁场分布)；
[0033]图7为针对单一十字线圈结构的改进；
[0034]图8为本专利技术新型线圈磁场分布图；
[0035]图9为平面矩形螺旋线圈和平面圆形螺旋线圈；
[0036]图10为沿y轴偏移后的空间示意图；
[0037]图11为新型线圈结构和圆形线圈结构互感系数变化率曲线。
[0038]附图标记：1、线圈；2、磁芯。
具体实施方式
[0039]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0040]其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利技术的限制；为了更好地说明本专利技术的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0041]本专利技术采取让线圈磁场集中化且均匀分布的思路，通过对结构的设计，使得耦合磁场保持为一个中心对称的均匀磁场，且磁场在线圈对应的区域内相对更加集中。当线圈不可避免的发生偏移时，由于磁场本身的对称均匀性，即使发生了偏移，磁场也不会发生太大的变化。
[0042]由图6单一十字线圈的结构和磁场分布可知，典型十字线圈的磁场具有：磁场沿方形磁芯的一条对角线上均匀分布且对角线磁场强度大小较其他区域更大的特点。而该特点会造成“整体的线圈所产生的磁场不够均匀对称”的问题(即在线圈结构对应的对角线上，两线圈所产生的磁场是一个相互叠加的增强区域，而在另一对角线上的磁场区域磁场强度相对较小，并且增强区域两端的磁场方向是相反的)。
[0043]针对“磁场不够均匀对称”的问题，本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种四方交叠式无线电能传输耦合线圈结构，其特征在于：分为发射端与接收端，且发射端和接收端的结构、尺寸均相同；发射端或接收端包括在平面上相结合的四块磁芯，以及绕制在磁芯上的八捆线圈；四块磁芯在水平面上呈中心对称排布，八捆线圈以螺线管的形式分别交叠绕制于四块磁芯外侧；其中，每块磁芯上绕制两捆线圈，且两捆线圈垂直交叠绕制在磁芯外侧。2.根据权利要求1所述的一种四方交叠式无线电能传输耦合线圈结构，其特征在于：通过对各线圈中的电流方向的调整，使每个线圈所产生的磁场都为由线圈内穿出指向中心的方向，各个线圈分别产生的磁场相叠加后得到一个中心区域密集且均匀对称的磁场。3.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：余传祥，王晓天，喻昌立，吴宇腾，汪金刚，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：