用於無線電能傳輸的電磁耦合線圈的製作方法

2023-05-01 03:25:01 1

用於無線電能傳輸的電磁耦合線圈的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用於無線電能傳輸的電磁耦合線圈，包括線圈和磁芯，其特徵在於：磁芯設有環形繞線盤，其上均勻分布有N條支撐臂，N條支撐臂的一端匯聚在環形繞線盤的圓心處，另一端朝環形繞線盤的徑向延伸形成N個自由端，在匯聚處的中心開設有穿線孔，在每個自由端開設有向下凹陷的繞線槽，線圈的一端從任意一個繞線槽伸入，其前半段沿著繞線槽縱向重疊繞制，其後半段沿著環形繞線盤呈盤狀繞制，線圈的另一端從所述穿線孔伸出。其顯著效果是：綜合了圓盤式線圈和圓柱式線圈的優勢，在保證功率傳輸等級的前提下，擴大了電磁耦合機構的充電區域，提高了系統的傳輸功率和傳輸效率，減小了耦合機構之間的漏磁現象，避免電磁暴露。
【專利說明】用於無線電能傳輸的電磁耦合線圈
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電磁耦合技術，具體涉及一種用於無線電能傳輸的電磁耦合線圈。
【背景技術】
[0002]無線電能傳輸是利用一種特殊設備將電源的電能轉變為可無線傳播的能量，在接收端又將次此能量轉變回電能，從而到達對用電器的無線供電。現有的無線電能傳輸大多採用非接觸式充電技術，利用電磁感應原理，將兩個線圈靠近作為電磁耦合機構，當電流在一個線圈中流動時，所產生的磁通量成為媒介，導致另一個線圈中也產生電動勢。
[0003]作為無線電能傳輸系統而言，電磁稱合機構的性能對系統的傳輸功率和傳輸效率具有重要的影響，常見的線圈通常為圓盤狀或圓柱狀，有空心式的也有磁芯式的，通常作為變壓器以及高頻磁環使用。
[0004]對於無線供電而言，採用圓盤狀的線圈可以獲得較大的充電區域，但是發射線圈和接收線圈的對位要求較高，隨著位置的偏移，傳輸功率的衰減較大，而採用圓柱式的線圈雖然抗衰減的能力較強，但是充電區域又太小，在無線電能傳輸系統的應用過程中，現在的線圈結構還存在各種缺陷。
實用新型內容
[0005]針對上述缺陷，本實用新型提供了一種用於無線電能傳輸的電磁耦合線圈，通過改變電磁耦合機構的磁芯結構和繞線方式，從而綜合了圓盤式線圈和圓柱式線圈的優勢，在保證功率傳輸等級的前提下，擴大了電磁耦合機構的充電區域，從而提高系統的傳輸功率和傳輸效率，減小耦合機構之間的漏磁現象。
[0006]為了達到上述目的，本實用新型所採用的具體技術方案如下:
[0007]一種用於無線電能傳輸的電磁耦合線圈，包括線圈和磁芯，其關鍵在於:所述磁芯設有一環形繞線盤，該環形繞線盤上均勻分布有N條支撐臂，N條支撐臂的一端匯聚在環形繞線盤的圓心處，N條支撐臂的另一端朝環形繞線盤的徑向延伸形成N個自由端,在N條支撐臂匯聚處的中心開設有穿線孔，在每個支撐臂的自由端開設有向下凹陷的繞線槽，所述線圈採用利茲線，線圈的一端從任意一個支撐臂自由端的繞線槽伸入，其前半段沿著所述N個支撐臂的繞線槽縱向重疊繞制，其後半段沿著所述環形繞線盤呈盤狀繞制，線圈的另一端從所述穿線孔伸出。
[0008]為了便於實施，所述環形繞線盤和N條支撐臂由鐵氧體材料一體成型。
[0009]根據具體應用場景的需求，所述環形繞線盤的內徑為26cm，外徑為32cm，支撐臂的自由端到匯聚處的中心距離為21cm，每條支撐臂的寬度為3cm。
[0010]為了便於線圈的固定，所述繞線槽的外槽堤高於內槽堤。
[0011]作為具體描述，所述繞線槽的槽口寬度為1cm，支撐臂的厚度為1cm，繞線槽的底壁與支撐臂底壁的垂直距離為3cm，線圈在所述繞線槽內縱向重疊繞制的高度為4.5cm。[0012]本實用新型的顯著效果是:
[0013]通過改變電磁耦合機構的磁芯結構和繞線方式，從而綜合了圓盤式線圈和圓柱式線圈的優勢，在保證功率傳輸等級的前提下，擴大了電磁耦合機構的充電區域，提高了系統的傳輸功率和傳輸效率，減小了耦合機構之間的漏磁現象，避免電磁暴露。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型的磁芯結構示意圖；
[0015]圖2為圖1的A-A剖視圖；
[0016]圖3為在圖1上繞制線圈後的安裝結構示意圖；
[0017]圖4為圖3的A-A剖視圖；
[0018]圖5為利用本實用新型所組成的電磁耦合機構的磁力線分布圖；
[0019]圖6為未加磁芯結構的情況下，各種耦合機構的互感係數對比關係圖；
[0020]圖7為加入磁芯結構的後，各種耦合機構的互感係數對比關係圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步詳細說明。
[0022]如圖1-圖4所不,一種用於無線電能傳輸的電磁稱合線圈,包括線圈5和磁芯I,所述磁芯I設有一環形繞線盤，該環形繞線盤上均勻分布有N條支撐臂2，N條支撐臂2的一端匯聚在環形繞線盤的圓心處，N條支撐臂2的另一端朝環形繞線盤的徑向延伸形成N個自由端，在N條支撐臂2匯聚處的中心開設有穿線孔3，在每個支撐臂2的自由端開設有向下凹陷的繞線槽4，所述線圈5採用利茲線，線圈5的一端從任意一個支撐臂2自由端的繞線槽4伸入，其前半段沿著所述N個支撐臂2的繞線槽4縱向重疊繞制，其後半段沿著所述環形繞線盤呈盤狀繞制，線圈5的另一端從所述穿線孔3伸出。
[0023]從圖1可以看出，本實施例中支撐臂2設計了 8條，環形繞線盤和8條支撐臂2由鐵氧體材料一體成型，8條支撐臂2組成一個「米」字形。
[0024]結合汽車無線充電的需要，本例中每條支撐臂2的寬度為3cm，圖中標註為dl，環形繞線盤的內徑為26cm，圖中標註為d4，外徑為32cm，相當於圖中環面寬度d2為3cm，支撐臂2的自由端到匯聚處的中心距離為21cm，相當於圖中標註d3為42cm。
[0025]從圖2和圖4還可以看出，本實施例中，繞線槽4的外槽堤高於內槽堤1cm，圖中標註為hi,並且繞線槽4的槽口寬度為Icm,圖中標註為d5,支撐臂2的厚度為Icm,圖中標註為h2，繞線槽4的底壁與支撐臂2底壁的垂直距離為3cm，圖中標註為h3，線圈5在所述繞線槽4內縱向重疊繞制的高度為4.5cm。
[0026]從圖3和圖4還可以具體的看出，線圈5在繞線槽4內縱向重疊環繞，當線圈5填充滿繞線槽4後線圈5的高度與繞線盤的高度相同，接下來，線圈5就可以在繞線盤上按照螺旋狀繞製成圓盤狀(圖3中示意性的表述為按照圓環狀依次繞制)，最後從繞線盤中央的穿線孔3將線圈5引出。
[0027]下面結合圖5-圖7來進一步理解本實用新型的顯著效果:
[0028]如圖5所示，利用本實用新型所設計的線圈配對成電磁耦合機構，將下端的線圈作為發射線圈，上端的線圈作為接收線圈，可以看出，通入高頻電流時，電磁耦合機構之間的磁力線分布狀況為圖5所示。從圖5中可以看出，採用本實用新型所設計的磁芯結構之後，磁力線基本都往線圈上方發射，下方只有少量的磁力線通過，漏磁得到了很大的改善，且有效地減小了傳能路徑之外區域的B值，在一定程度上保證了電磁暴露的安全性。穿過拾取端的磁通量增加，電磁耦合機構的傳輸功率等級得到較大地提升。
[0029]圖6和圖7是對各種電磁耦合機構的電磁仿真數據，在實驗過程中，將圓盤狀的線圈定義為圓形線圈，將縱向重疊的圓柱狀線圈定義為集中線圈，將本實用新型所設計的線圈結構定義為組合式線圈，圖6為各種線圈在不加磁芯的狀況下,其電磁稱合機構的M值隨著線圈橫向偏移的變化曲線，圖7為加入磁芯結構偶，各種電磁耦合機構的M值隨著線圈橫向偏移的變化曲線，通過對比可以發現，在不加磁芯的情況下，各種耦合機構的M值較小，加入磁芯後，各種耦合機構的M值均得到有效提升。
[0030]將三種磁芯線圈的L都定為190 μ H,並讓拾取端線圈位於發射端線圈上方IOcm處進行檢測，通過圖7所示的測試結果可以發現，圓盤線圈的互感係數較大，但是隨著偏移量的增加，衰減較快，集中線圈互感係數較小，但是隨著偏移量的增加，衰減比較緩和，組合線圈則綜合了二者的優點，在保證一定M值的同時，降低了衰減速度，針對汽車無線供電而言，可以保證較大的充電區域，提高電磁耦合機構的傳輸能力。
[0031]最後需要說明的是，儘管以上結合附圖對本實用新型的優選實施例進行了描述，但本實用新型不限於上述【具體實施方式】，本領域的普通技術人員在本實用新型的啟示下，在不違背本實用新型宗旨及權利要求的前提下，可以作出多種類似的表示，如:磁芯結構支撐臂數目的增加或者減少，穿線孔直徑的增加或者減少，繞線槽的高度寬度的增加或者減少等，這樣的變換均落入本實用新型保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種用於無線電能傳輸的電磁耦合線圈，包括線圈(5)和磁芯(1)，其特徵在於:所述磁芯(I)設有一環形繞線盤，該環形繞線盤上均勻分布有N條支撐臂(2 )，N條支撐臂(2 )的一端匯聚在環形繞線盤的圓心處，N條支撐臂(2)的另一端朝環形繞線盤的徑向延伸形成N個自由端，在N條支撐臂(2)匯聚處的中心開設有穿線孔(3)，在每個支撐臂(2)的自由端開設有向下凹陷的繞線槽(4)，所述線圈(5)採用利茲線，線圈(5)的一端從任意一個支撐臂(2)自由端的繞線槽(4)伸入，其前半段沿著所述N個支撐臂(2)的繞線槽(4)縱向重疊繞制，其後半段沿著所述環形繞線盤呈盤狀繞制，線圈(5)的另一端從所述穿線孔(3)伸出。
2.根據權利要求1所述的用於無線電能傳輸的電磁耦合線圈，其特徵在於:所述環形繞線盤和N條支撐臂(2)由鐵氧體材料一體成型。
3.根據權利要求1或2所述的用於無線電能傳輸的電磁耦合線圈，其特徵在於:所述環形繞線盤的內徑為26cm，外徑為32cm，支撐臂(2)的自由端到匯聚處的中心距離為21cm，每條支撐臂(2)的寬度為3cm。
4.根據權利要求1所述的用於無線電能傳輸的電磁耦合線圈，其特徵在於:所述繞線槽(4)的外槽堤高於內槽堤。
5.根據權利要求4所述的用於無線電能傳輸的電磁耦合線圈，其特徵在於:所述繞線槽(4)的槽口寬度為1cm，支撐臂(2)的厚度為1cm，繞線槽(4)的底壁與支撐臂(2)底壁的垂直距離為3cm，線圈(5)在所述繞線槽(4)內縱向重疊繞制的高度為4.5cm。
【文檔編號】H01F27/30GK203706838SQ201420045070
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年1月24日 優先權日:2014年1月24日
【發明者】高立克, 唐春森, 吳智丁, 梁朔, 祝文姬, 周楊珺, 歐世鋒, 李珊, 俞小勇, 吳麗芳, 吳劍豪, 李克文, 孫躍, 王智慧, 蘇玉剛, 戴欣, 葉兆虹 申請人:廣西電網公司電力科學研究院, 重慶大學