CN113852210A - 一种可拓宽无线充电系统充电区域的立体线圈结构 - Google Patents

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张艺明
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潘文斌
王辉
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Abstract

本发明涉及一种可拓宽无线充电系统充电区域的立体线圈结构，包括发射线圈和接收线圈，所述接收线圈对向设置于发射线圈上方，所述发射线圈在长边的左、右两端分别向下延伸一段弯折线圈，形成立体线圈结构。该结构有利于提高线圈结构的抗偏移性。

Description

一种可拓宽无线充电系统充电区域的立体线圈结构
技术领域
本发明属于无线充电技术领域，具体涉及一种可拓宽无线充电系统充电区域的立体线圈结构。
背景技术
目前，无论是电能的输送和分配（各种架空线和电缆），还是电能的使用（各种电气设备），电能主要通过导线中金属的点对点直接接触传输。这种传统的“有线”电能传输方式存在安全性、便利性和适用性等问题。由于导线在使用过程中很容易磨损和老化，电能在传输过程中很容易产生火花，进而影响用电设备的寿命和用电安全，尤其是矿井等特殊工业场合。随着人类经济的发展和社会的进步，各种各样的电子设备得到了广泛的使用。这些消费类电子产品受限于电池容量，需要经常充电。频繁的接上充电线进行充电，给生活使用带来了不便。此外，植入体内的医疗器械的长期运行，需要手术更换电池，给病人带来了不便和痛苦。这些问题都在呼唤一种脱离金属导线的电能传输方式，即无线电能传输。
在现有技术中，研究和应用得最为广泛的无线电能传输技术是磁耦合式无线电能传输技术，典型的应用场景包括消费类电子产品（如手机和电子手表）和电动汽车。在这些应用场合中，安装在被充电装置上的接收线圈需与发射线圈对齐，位置偏移会带来性能的下降，甚至不能进行无线充电。这对无线充电系统的便利性和可靠性造成了极大的影响。因此，需要研究自由位置无线充电系统，探究可拓宽充电区域的新型线圈。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可拓宽无线充电系统充电区域的立体线圈结构，该结构有利于提高线圈结构的抗偏移性。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种可拓宽无线充电系统充电区域的立体线圈结构，包括发射线圈和接收线圈，所述接收线圈对向设置于发射线圈上方，所述发射线圈在长边的左、右两端分别向下延伸一段弯折线圈，形成立体线圈结构。
进一步地，所述接收线圈为平面线圈结构或立体线圈结构。
进一步地，所述发射线圈包括发射线圈主体以及连接于其左、右两端的弯折线圈，所述弯折线圈向下弯折角度的取值范围为(0, 90]度。
进一步地，所述发射线圈主体为长方形线圈或正方形线圈。
进一步地，所述弯折线圈向下弯折的角度为90度。
进一步地，所述弯折线圈向下弯折的角度为45度。
进一步地，所述立体线圈结构为双极型线圈，其包括两对发射线圈和接收线圈，两个发射线圈沿长度方向平行并排设置，两个接收线圈沿长度方向平行并排设置。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：提供了一种可拓宽无线充电系统充电区域的立体线圈结构，该结构在相同占地面积下，提高了边缘位置（较大偏移处）的耦合系数，提高了线圈结构的抗偏移性，提高了线圈在边缘位置的效率和功率传输能力，减缓了耦合系数随位置偏移的变化，有利于无线充电系统的优化设计。
附图说明
图1是本发明实施例一的结构示意图。
图2是本发明实施例二的结构示意图。
图3是现有技术中平面线圈结构示意图。
图4是本发明实施例三的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1所示，本实施例提供了一种可拓宽无线充电系统充电区域的立体线圈结构，包括发射线圈和接收线圈，所述接收线圈对向设置于发射线圈上方，所述发射线圈在长边的左、右两端分别向下延伸一段弯折线圈，形成立体线圈结构。所述接收线圈可以仍为平面线圈结构，也可以是立体线圈结构。当接收线圈偏移至发射线圈边缘处甚至边缘外时，仍可以得到比较强的发射线圈与接收线圈的耦合。
具体地，所述发射线圈包括发射线圈主体以及连接于其左、右两端的弯折线圈，所述弯折线圈向下弯折角度的取值范围为(0, 90]度。所述发射线圈主体可以为多种形状结构，在本实施例中，发射线圈主体为长方形线圈。
如图1所示，在实施例一中，所述弯折线圈向下弯折的角度为90度。如图2所示，在实施例二中，所述弯折线圈向下弯折的角度为45度。所述弯折线圈向下弯折的角度还可以为其他角度，如30度等。
在占据相同面积的条件下，传统的平面线圈结构如图3所示。
在本实施例中，建立传统线圈结构和本发明线圈结构的仿真模型，得到在不同偏移位置的耦合系数，如表1所示。
表1 不同偏移下不同结构的耦合系数
Figure DEST_PATH_IMAGE002
从表1可以看出，本发明线圈结构在边缘位置处，取得较大的耦合系数，说明了本发明线圈结构可以拓宽无线充电系统的充电区域。在提升边缘位置耦合系数的同时，降低了中心位置的耦合系数，平缓了耦合系数的变化率，有利于无线充电系统的优化设计。
本发明不仅可以应用于单极性线圈，也可以用于双极型线圈（bipolar coil）。如图4所示，在实施例三中，所述立体线圈结构为双极型线圈，其包括两对发射线圈和接收线圈，两个发射线圈沿长度方向平行并排设置，两个接收线圈沿长度方向平行并排设置。
此外，可以在本发明提出的可拓宽充电区域的立体线圈结构上加铁氧体的导磁材料，增强耦合和做好屏蔽。加铁氧体等屏蔽结构的立体线圈结构同样在本发明的保护范围内。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种可拓宽无线充电系统充电区域的立体线圈结构，其特征在于，包括发射线圈和接收线圈，所述接收线圈对向设置于发射线圈上方，所述发射线圈在长边的左、右两端分别向下延伸一段弯折线圈，形成立体线圈结构。
2.根据权利要求1所述的一种可拓宽无线充电系统充电区域的立体线圈结构，其特征在于，所述接收线圈为平面线圈结构或立体线圈结构。
3.根据权利要求1所述的一种可拓宽无线充电系统充电区域的立体线圈结构，其特征在于，所述发射线圈包括发射线圈主体以及连接于其左、右两端的弯折线圈，所述弯折线圈向下弯折角度的取值范围为(0, 90]度。
4.根据权利要求3所述的一种可拓宽无线充电系统充电区域的立体线圈结构，其特征在于，所述发射线圈主体为长方形线圈或正方形线圈。
5.根据权利要求3所述的一种可拓宽无线充电系统充电区域的立体线圈结构，其特征在于，所述弯折线圈向下弯折的角度为90度。
6.根据权利要求3所述的一种可拓宽无线充电系统充电区域的立体线圈结构，其特征在于，所述弯折线圈向下弯折的角度为45度。
7.根据权利要求1所述的一种可拓宽无线充电系统充电区域的立体线圈结构，其特征在于，所述立体线圈结构为双极型线圈，其包括两对发射线圈和接收线圈，两个发射线圈沿长度方向平行并排设置，两个接收线圈沿长度方向平行并排设置。
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