无线充电用抗横向偏移十字螺线管耦合机构及其设计方法技术

本申请公开了一种无线充电用抗横向偏移十字螺线管耦合机构及其设计方法，涉及无线电技术领域，该抗横向偏移十字螺线管耦合机构的发射结构在短边的中部绕制有中央发射线圈、短边的两端绕制有偏移补偿线圈，每一端的偏移补偿线圈与中央发射线圈之间还分别绕制有若干个填谷线圈，在设计时，发射结构中的各个线圈的匝数以及所述接收结构中各个线圈的匝数经过匹配设计得到，以使得抗横向偏移十字螺线管耦合机构满足目标抗横向偏移参数要求，该抗横向偏移十字螺线管耦合机构具有较宽的恒定互感区域，同时能够通过填谷线圈填补互感谷值，可以为接收结构提供更大且更稳定的工作区域，具有高抗横向偏移性能，可以用于对抗横向偏移性能要求较高的场合。性能要求较高的场合。性能要求较高的场合。

【技术实现步骤摘要】
无线充电用抗横向偏移十字螺线管耦合机构及其设计方法


[0001]本申请涉及无线电
，尤其是一种无线充电用抗横向偏移十字螺线管耦合机构及其设计方法。

技术介绍

[0002]近些年来，无线电能传输技术因其安全环保、可靠性高等优点，迅猛发展，逐渐进入到各行各业。目前，无线电能传输技术已经应用于电动汽车领域、消费类便携电子产品领域、医疗植入设备领域等等。
[0003]然而，与传统有线充电技术相比，无线电能传输技术具有一大弊端，即较差的空间自由度。当无线电能传输系统磁耦合机构之间的相对位置发生偏移时，系统的传输效率和传输功率会受到较大程度的影响。当偏移达到一定距离时，系统将无法正常工作，这一特性大大局限了无线电能传输技术的发展。
[0004]许多磁耦合机构已被提出并应用在不同的领域，但现有各种通过磁耦合机构以及补偿网络来提升系统的抗偏移性能的做法都有一个共性缺点，即在发生偏移的情况下，收发线圈之间的互感均会有一定程度的波动，这是由于发射线圈无法提供一个均匀的磁场。公开号为CN113793746A的专利设计了一种具有高偏移性能的十字螺线管磁耦合机构，其可以一定程度上减小线圈横向偏移造成的互感衰减，但是这种磁耦合机构提供的磁场仍然是不够均匀的，抗偏移特性还是不够理想，仍然会导致工作平面上的输出功率不够平滑。

技术实现思路

[0005]本申请人针对上述问题及技术需求，提出了一种抗横向偏移十字螺线管耦合机构及其设计方法，本申请的技术方案如下：
[0006]一种无线充电用抗横向偏移十字螺线管耦合机构，该抗横向偏移十字螺线管耦合机构用于构建无线充电系统，该抗横向偏移十字螺线管耦合机构包括相对设置的发射结构和接收结构；
[0007]接收结构包括接收导磁片以及两个接收线圈，接收导磁片呈长方形结构，第一接收线圈沿着接收导磁片的长边方向绕制在接收导磁片的中部、第二接收线圈沿着接收导磁片的短边方向绕制在接收导磁片的中部，第一接收线圈和第二接收线圈以十字正交的方式绕制；
[0008]发射结构包括发射导磁片、水平发射线圈、中央发射线圈、两个偏移补偿线圈和若干个填谷线圈；发射导磁片呈长方形结构并与接收导磁片平行间隔，且发射导磁片的短边和长边均不小于接收导磁片的对应边长；
[0009]水平发射线圈沿着发射导磁片的长边方向绕制在发射导磁片的中部，中央发射线圈沿着发射导磁片的短边方向绕制在发射导磁片的中部，两个偏移补偿线圈分别沿着发射导磁片的短边方向绕制在发射导磁片的两端处，每一端的偏移补偿线圈与中央发射线圈之间分别绕制有若干个填谷线圈，每一个填谷线圈分别沿着发射导磁片的短边方向绕制在发
射导磁片上；
[0010]其中，发射结构中的各个线圈的匝数以及接收结构中各个线圈的匝数经过匹配设计得到，以使得抗横向偏移十字螺线管耦合机构满足目标抗横向偏移参数要求。
[0011]其进一步的技术方案为，当接收结构位于发射结构的不同横向偏移位置处时，接收结构中的线圈与发射结构中的线圈之间的总互感的误差量始终不超过误差阈值。
[0012]其进一步的技术方案为，抗横向偏移十字螺线管耦合机构中包括若干个填谷线圈对，每一个填谷线圈对分别包括位于中央发射线圈的两侧且相对于中央发射线圈对称的两个填谷线圈，同一个填谷线圈对中的两个填谷线圈的规格相等。
[0013]其进一步的技术方案为，每一端的偏移补偿线圈与中央发射线圈之间的区域均匀间隔绕制有若干个填谷线圈。
[0014]一种无线充电用抗横向偏移十字螺线管耦合机构的设计方法，该设计方法包括：
[0015]确定接收结构的结构设计包括长方形结构的接收导磁片，以及在接收导磁片上以十字正交的方式绕制的第一接收线圈和第二接收线圈，第一接收线圈沿着接收导磁片的长边方向绕制在接收导磁片的中部、第二接收线圈沿着接收导磁片的短边方向绕制在接收导磁片的中部；
[0016]确定发射结构的结构设计包括长方形结构的发射导磁片、水平发射线圈、中央发射线圈、两个偏移补偿线圈和若干个填谷线圈，水平发射线圈位于发射导磁片的中部并沿着发射导磁片的长边方向绕制，中央发射线圈位于发射导磁片的中部且沿着发射导磁片的短边方向绕制，两个偏移补偿线圈分别位于发射导磁片的两端处且均沿着发射导磁片的短边方向绕制，每一端的偏移补偿线圈与中央发射线圈之间分别包括若干个填谷线圈，每个填谷线圈沿着发射导磁片的短边方向绕制；发射导磁片的短边和长边均不小于接收导磁片的对应边长；
[0017]确定相对平行间隔设置的接收导磁片与发射导磁片的垂直距离；
[0018]初始化线圈匝数组合，线圈匝数组合包括接收结构和发射结构中所有线圈的匝数；
[0019]在当前的线圈匝数组合下，基于接收结构的结构设计、发射结构的结构设计以及两者之间的垂直距离，计算抗横向偏移十字螺线管耦合机构是否满足目标抗横向偏移参数要求；
[0020]当不满足目标抗横向偏移参数要求时，调整线圈匝数组合，直至满足目标抗横向偏移参数要求时，设计得到用于构建无线充电系统的抗横向偏移十字螺线管耦合机构。
[0021]其进一步的技术方案为，计算抗横向偏移十字螺线管耦合机构是否满足目标抗横向偏移参数要求，包括：
[0022]计算是否满足接收结构位于发射结构的各个横向偏移位置处时、接收结构中的线圈与发射结构中的线圈之间的总互感之间的误差量始终不超过误差阈值的要求；
[0023]当满足要求时，确定抗横向偏移十字螺线管耦合机构满足目标抗横向偏移参数要求，否则确定不满足目标抗横向偏移参数要求。
[0024]其进一步的技术方案为，发射导磁片的长边平行于接收导磁片的长边，发射导磁片的短边平行于接收导磁片的短边；
[0025]每个横向偏移位置处的总互感包括水平发射线圈与第一接收线圈之间的互感M
L
、
中央发射线圈与第二接收线圈之间的互感M
M
、一个偏移补偿线圈与第二接收线圈之间的互感M
C1
、另一个偏移补偿线圈与第二接收线圈之间的互感M
C2
；每个填谷线圈与第二接收线圈之间的互感M
V
，横向偏移位置处的总互感M
total
＝M
L
+M
M
+M
C1
+M
C2
+∑M
V
；
[0026]且任意两个线圈i和线圈j之间的互感其中，l
i
是线圈i的长度矢量，l
j
是线圈j的长度矢量，dl
i
是线圈i的长度矢量的微元，dl
j
是线圈j的长度矢量的微元，R
ij
是当前横向偏移位置处dl
i
和dl
j
之间的距离，N
i
是线圈i在当前的线圈匝数组合下的匝数，N
j
是线圈j在当前的线圈匝数组合下的匝数，μ0是真空磁导率。
[0027]其进一步的技本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无线充电用抗横向偏移十字螺线管耦合机构，其特征在于，所述抗横向偏移十字螺线管耦合机构用于构建无线充电系统，所述抗横向偏移十字螺线管耦合机构包括相对设置的发射结构和接收结构；所述接收结构包括接收导磁片以及两个接收线圈，所述接收导磁片呈长方形结构，第一接收线圈沿着所述接收导磁片的长边方向绕制在所述接收导磁片的中部、第二接收线圈沿着所述接收导磁片的短边方向绕制在所述接收导磁片的中部，所述第一接收线圈和第二接收线圈以十字正交的方式绕制；所述发射结构包括发射导磁片、水平发射线圈、中央发射线圈、两个偏移补偿线圈和若干个填谷线圈；所述发射导磁片呈长方形结构并与所述接收导磁片平行间隔，且所述发射导磁片的短边和长边均不小于所述接收导磁片的对应边长；所述水平发射线圈沿着所述发射导磁片的长边方向绕制在所述发射导磁片的中部，所述中央发射线圈沿着所述发射导磁片的短边方向绕制在所述发射导磁片的中部，两个偏移补偿线圈分别沿着所述发射导磁片的短边方向绕制在所述发射导磁片的两端处，每一端的偏移补偿线圈与所述中央发射线圈之间分别绕制有若干个所述填谷线圈，每一个填谷线圈分别沿着所述发射导磁片的短边方向绕制在所述发射导磁片上；其中，所述发射结构中的各个线圈的匝数以及所述接收结构中各个线圈的匝数经过匹配设计得到，以使得所述抗横向偏移十字螺线管耦合机构满足目标抗横向偏移参数要求。2.根据权利要求1所述的抗横向偏移十字螺线管耦合机构，其特征在于，当所述接收结构位于所述发射结构的不同横向偏移位置处时，所述接收结构中的线圈与所述发射结构中的线圈之间的总互感的误差量始终不超过误差阈值。3.根据权利要求1所述的抗横向偏移十字螺线管耦合机构，其特征在于，所述抗横向偏移十字螺线管耦合机构中包括若干个填谷线圈对，每一个填谷线圈对分别包括位于所述中央发射线圈的两侧且相对于所述中央发射线圈对称的两个填谷线圈，同一个填谷线圈对中的两个填谷线圈的规格相等。4.根据权利要求1所述的抗横向偏移十字螺线管耦合机构，其特征在于，每一端的偏移补偿线圈与所述中央发射线圈之间的区域均匀间隔绕制有若干个填谷线圈。5.一种无线充电用抗横向偏移十字螺线管耦合机构的设计方法，其特征在于，所述设计方法包括：确定接收结构的结构设计包括长方形结构的接收导磁片，以及在所述接收导磁片上以十字正交的方式绕制的第一接收线圈和第二接收线圈，第一接收线圈沿着所述接收导磁片的长边方向绕制在所述接收导磁片的中部、第二接收线圈沿着所述接收导磁片的短边方向绕制在所述接收导磁片的中部；确定发射结构的结构设计包括长方形结构的发射导磁片、水平发射线圈、中央发射线圈、两个偏移补偿线圈和若干个填谷线圈，所述水平发射线圈位于所述发射导磁片的中部并沿着所述发射导磁片的长边方向绕制，所述中央发射线圈位于所述发射导磁片的中部且沿着所述发射导磁片的短边方向绕制，两个偏移补偿线圈分别位于所述发射导磁片的两端处且均沿着所述发射导磁片的短边方向绕制，每一端的偏移补偿线圈与所述中央发射线圈之间分别包括若干个填谷线圈，每个填谷线圈沿着所述发射导磁片的短边方向绕制；所述发射导磁片的短边和长边均不小于所述接收导磁片的对应边长；
确定相对平行间隔设置的所述接收导磁片与所述发射导磁片的垂直距离；初始化线圈匝数组合，所述线圈匝数组合包括所述接收结构和所述发射结构中所有线圈的匝数；在当前的线圈匝数组合下，基于所述接收结构的结构设计、所述发射结构的结构设计以及两者之间的垂直距离，计算所述抗横向偏移十字螺线管耦合机构是否满足目标抗横向偏移参数要求；当不满足所述目标抗横向偏移参数要求时，调整线圈匝数组合，直至满足所述目标抗横向偏移参数要求时，设计得到用于构建无线充电系统的所述抗横向偏移十字螺线管耦合机构。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，计算所述抗横向偏移十字螺线管耦合机构是否满足目标抗横向偏移参数要求，包括：计算是否满足所述接收结构位于所述发射结构的各个横向偏移位置处时、所述接收结构中的线圈与所述发射结构中的线圈之间的总互感之间的误差量始终不超过误差阈值的要求；当满足所述要求时，确定所述抗横向偏移十字螺线管耦合机构满足目标抗横向偏移参数要求，否则确定不满足所述目标抗横向偏移参数要求。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述发射导磁片的长边平行于所述接收导磁片的长边，所述发射导磁片的短边平行于所述接收导磁片的短边；每个横向偏移位置处的总互感包括所述水平发射线圈与所述第一接收线圈之间的互感M
L
、所述中央发射线圈与所述第二接收线圈之间的互感M
M
、一个偏移补偿线圈与所述第二接收线圈之间的互感M
C1
、另一个偏移补偿线圈与所述第二接收线圈之间的互感M
C2
；每个填谷线圈与所述第二接收线圈之间的互感M
V
，所述横...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢闻州，张陈大为，赵健，陈海英，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：