本发明专利技术公开了用于大气隙无线充电的螺线管磁耦合机构及制作方法，包括发射端和接收端；所述发射端包括发射线圈和发射端磁芯，发射线圈紧密绕置于发射端磁芯上，发射端磁芯为日字型；所述接收端包括接收线圈和接收端磁芯，接收线圈紧密绕置于接收端磁芯上，接收端磁芯为日字型；所述发射线圈包括多个分线圈，各分线圈所走电流方向相同，各分线圈产生的磁场在接收线圈处叠加。本发明专利技术的磁耦合机构具有较大传输距离，且抗偏移性能良好，可以用于大气隙且抗偏移性能要求较高的场合。气隙且抗偏移性能要求较高的场合。气隙且抗偏移性能要求较高的场合。
【技术实现步骤摘要】
用于大气隙无线充电的螺线管磁耦合机构及制作方法
[0001]本专利技术属于无线电能传输领域，具体涉及用于大气隙无线充电的螺线管磁耦合机构及制作方法。
技术介绍
[0002]无线电能传输是指将能量从电源侧以非直接接触的方式传递给用电设备的一种能量传输技术，摆脱了传统充电方式电线电缆的束缚，具有更好的适应性和安全性，作为新型充电方式受到国内外学者广泛关注和研究。耦合机构是无线电能传输系统中能量传递的关键部分，高频交流电经过发射线圈转化为高频磁场，高频磁场通过接收线圈转化为同频交流电，电能经处理后传输给负载，实现能量的无线传输。
[0003]已有的无线电能传输系统磁耦合机构多注重于传输效率和输出功率的提高，但其传输距离多集中在300mm左右，磁耦合机构气隙继续增大时，导致耦合系数和互感大幅度下降，抗偏移能力较弱。
技术实现思路
[0004]专利技术目的：本专利技术的目的在于提供一种用于大气隙无线充电的螺线管磁耦合机构及制作方法，该耦合机构可提高无线充电系统的抗偏移能力，解决现有磁耦合机构传输距离较小的问题。
[0005]技术方案：本专利技术的用于大气隙无线充电的螺线管磁耦合机构，包括发射端和接收端；所述发射端包括发射线圈和发射端磁芯，发射线圈紧密绕置于发射端磁芯上，发射端磁芯为日字型；所述接收端包括接收线圈和接收端磁芯，接收线圈紧密绕置于接收端磁芯上，接收端磁芯为日字型；所述发射线圈包括多个分线圈，各分线圈所走电流方向相同，各分线圈产生的磁场在接收线圈处叠加。
[0006]所述发射线圈包括三个分线圈，三个分线圈居中分布在发射端磁芯的三条横边上，沿横边螺旋前进绕制；所述接收线圈包括三个分线圈，三个分线圈居中分布在接收端磁芯的三条横边上，沿横边螺旋前进绕制，且磁耦合机构整体轴对称。
[0007]所述发射线圈的中心轴线、发射端磁芯的中心轴线、接收线圈的中心轴线、接收端磁芯的中心轴线共轴设置，为最优对准位置，此时无线充电效率最高。。
[0008]所述发射线圈和接收线圈的分线圈均采用同一根导线同向串联绕制而成，可以避免产生裸露的导线接口，避免在接线处产生额外损耗。
[0009]所述发射端磁芯和接收端磁芯均采用日字长方体型铁氧体材料，与传统磁芯设置方法相比更加节省材料且有利于散热。
[0010]所述发射端磁芯和接收端磁芯的三条横边宽度均与其磁芯横边间隙宽度相等，便于简化设计流程。
[0011]所述发射端磁芯和接收端磁芯的磁芯横边间隙长度均小于其磁芯长度，且大于相应线圈沿相应磁芯横边长度，与传统磁芯设置方法相比能够提升聚磁效果。
[0012]所述发射线圈和接收线圈包含的各分线圈匝数相等，该对称性设计更加有利于获得均匀磁场。
[0013]本专利技术还包括用于大气隙无线充电的螺线管磁耦合机构的制作方法，该制作方法包括以下步骤：
[0014](一)确定耦合机构气隙，即传输距离和输出功率，分别设置磁芯长度初始值L0、磁芯宽度W0，磁芯厚度设为固定值；
[0015](二)发射线圈和接收线圈尺寸设置方法保持一致，发射、接收线圈磁芯两端宽度初始值均为W
20
、线圈长度初始值均为L
10
，由线圈长度得到线圈匝数；
[0016](三)利用有限元仿真软件对耦合机构进行参数化仿真，获得满足约束条件的耦合机构参数磁芯长度L、磁芯宽度W、磁芯两端宽度W2和线圈长度L1。
[0017]步骤(三)中，所述约束条件设定为：
[0018][0019]W＝5W1[0020]L1＜L
‑
2W2＜L(W2＞0)
[0021]式中，P
out0
表示最小输出功率；V
im
表示最大输入电压；R1、R2分别表示发射线圈和接收线圈的等效电阻；I1、I2分别表示流过发射端和接收端的电流；R
L
表示负载电阻；M表示接收线圈和发射线圈之间的互感。
[0022]有益效果：本专利技术的技术方案与现有技术相比，其有益效果在于：发射线圈的各分线圈产生的磁场在接收线圈处能够叠加增强且产生较高的磁通路径，因此可以实现更大的传输距离，提高耦合机构的耦合强度，且该耦合机构具有较高的抗偏移性能。
附图说明
[0023]图1为本专利技术的结构示意图；
[0024]图2为图1中磁芯的结构示意图；
[0025]图3为本专利技术的无线充电简化电路图；
[0026]图4为本专利技术的耦合系数偏移特性曲线图；
[0027]图5为本专利技术的耦合系数保持率随偏移变化曲线图。
具体实施方式
[0028]下面结合具体实施方式和说明书附图对本专利技术的技术方案进行详细介绍。
[0029]如图1和图2所示，本专利技术的磁耦合机构包括发射端和接收端，接收端与发射端正对，位于接收端正上方h处。发射端包括发射线圈2和发射端磁芯1，发射线圈2紧密绕置于发射端磁芯1上，发射端磁芯1为日字型；具体为，发射线圈2包括三个分线圈，三个分线圈居中分布在发射端磁芯1的三条横边上，沿横边螺旋前进绕制。接收端包括接收线圈3和接收端磁芯4，接收线圈3紧密绕置于接收端磁芯4上，接收端磁芯4为日字型；具体为，接收线圈3包括三个分线圈，三个分线圈居中分布在接收端磁芯4的三条横边上，沿横边螺旋前进绕制。发射线圈2包含的各分线圈匝数相等，接收线圈3包含的各分线圈匝数相等。磁耦合机构整体轴对称，本实施例中，发射线圈2的中心轴线、发射端磁芯1的中心轴线、接收线圈3的中心
轴线、接收端磁芯4的中心轴线共轴设置，此为最优对准位置，此时无线充电效率最高。发射线圈2和接收线圈3的分线圈均采用同一根导线同向串联绕制而成，可以避免产生裸露的导线接口，避免在接线处产生额外损耗。发射端磁芯1和接收端磁芯4均采用日字长方体型铁氧体材料。发射端磁芯1和接收端磁芯4的三条横边宽度均与其磁芯横边间隙宽度相等。发射端磁芯1和接收端磁芯4的磁芯横边间隙长度均小于其磁芯长度，且大于相应线圈沿相应磁芯横边长度。
[0030]本专利技术还包括一种用于大气隙无线充电的日字螺线管磁耦合机构的制作方法，该制作方法包括以下步骤：
[0031](一)确定传输距离和输出功率，根据传输距离和输出功率等级来确定磁芯长度初始值L0、磁芯宽度初始值W0、磁芯厚度设为固定值10mm；
[0032](二)发射线圈和接收线圈尺寸设置方法保持一致，设置发射、接收线圈磁芯两端宽度初始值W
20
、线圈长度初始值L
10
，由线圈长度得到线圈匝数；
[0033](三)利用有限元仿真软件ANSYS Maxwell对耦合机构进行参数化仿真，获得满足条件的耦合机构参数磁芯长度L、磁芯宽度W、磁芯两端宽度W2和线圈长度L1，约束条件设定为：
[0034][0035]W＝5W1[0036]L1＜L
‑
2W2＜L(W2＞0)
[0037]式中，P
out0
表示最小输出功率；V...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.用于大气隙无线充电的螺线管磁耦合机构，包括发射端和接收端；其特征在于：所述发射端包括发射线圈(2)和发射端磁芯(1)，发射线圈(2)紧密绕置于发射端磁芯(1)上，发射端磁芯(1)为日字型；所述接收端包括接收线圈(3)和接收端磁芯(4)，接收线圈(3)紧密绕置于接收端磁芯(4)上，接收端磁芯(4)为日字型；所述发射线圈(2)包括多个分线圈，各分线圈所走电流方向相同，各分线圈产生的磁场在接收线圈(3)处叠加。2.根据权利要求1所述的用于大气隙无线充电的螺线管磁耦合机构，其特征在于：所述发射线圈(2)包括三个分线圈，三个分线圈居中分布在发射端磁芯(1)的三条横边上，沿横边螺旋前进绕制；所述接收线圈(3)包括三个分线圈，三个分线圈居中分布在接收端磁芯(4)的三条横边上，沿横边螺旋前进绕制，且磁耦合机构整体轴对称。3.根据权利要求2所述的用于大气隙无线充电的螺线管磁耦合机构，其特征在于：所述发射线圈(2)的中心轴线、发射端磁芯(1)的中心轴线、接收线圈(3)的中心轴线、接收端磁芯(4)的中心轴线共轴设置。4.根据权利要求2所述的用于大气隙无线充电的螺线管磁耦合机构，其特征在于：所述发射线圈(2)和接收线圈(3)的分线圈均采用同一根导线同向串联绕制而成。5.根据权利要求1所述的用于大气隙无线充电的螺线管磁耦合机构，其特征在于：所述发射端磁芯(1)和接收端磁芯(4)均采用日字长方体型铁氧体材料。6.根据权利要求1所述的用于大气隙无线充电的螺线管磁耦合机构，其特征在于：所述发射端磁芯(1)和接收端磁芯(4)的三条横边宽度均与其磁芯横边间隙宽度相等。7.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：王维，王硕，杨靖宇，吕晓飞，窦真兰，
申请(专利权)人：国网电力科学研究院有限公司南京师范大学，
类型：发明
国别省市：
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