CN113937905A - 一种共享磁芯双通道无线电能传输耦合装置制造方法 - Google Patents

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CN113937905A CN202111273685.3A CN202111273685A CN113937905A CN 113937905 A CN113937905 A CN 113937905A CN 202111273685 A CN202111273685 A CN 202111273685A CN 113937905 A CN113937905 A CN 113937905A
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白璟
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邓虎
范黎明
贾利春
郑超华
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Abstract

本发明公开了一种共享磁芯双通道无线电能传输耦合装置制造方法，属于无线电能传输技术领域，其特征在于，包括以下步骤：a、先在内筒磁环的外壁上分别绕制原边信号线圈和原边能量线圈，原边能量线圈与原边信号线圈相接触；b、再在外筒磁环的内壁上分别绕制副边信号线圈和副边能量线圈，副边能量线圈与副边信号线圈相接触；c、将外筒磁环套接在内筒磁环上，形成一体式能量传输通道和信号传输通道，得到共享磁芯双通道无线电能传输耦合装置。本发明能量线圈与信号线圈之间能够实现完全解耦，相互之间不存在干扰，能够有效保障能量信号同步传输。

Description

一种共享磁芯双通道无线电能传输耦合装置制造方法
技术领域
本发明涉及到无线电能传输技术领域，尤其涉及一种共享磁芯双通道无线电能传输耦合装置制造方法。
背景技术
在井下石油勘探时，由于尺寸有限，传统的独立双通道无线电能传输系统由于存在信号通道使得系统体积大。在传统的独立双通道无线电能传输系统中，能量传输通道和信号通道各占一块区域，且在能量传输通道和信号传输通道之间需要添加隔离层才能减少它们之间的干扰，使得耦合机构尺寸变长，系统成本增加。此外，独立双通道会在一定程度上降低系统的灵活性，在工作过程中如果出现耦合机构不同心的情况，会使纵向偏移增大，系统参数发生变化，可能导致系统不能正常工作。而且，对于操作空间有限的应用，额外增设信号耦合线圈会大大增加系统的设计难度。
公开号为CN 112564303A，公开日为2021年03月26日的中国专利文献公开了一种套筒式无线电能传输耦合机构，其特征在于，包括发射线圈组件和接收线圈组件；
所述发射线圈组件包括套接在转动轴上的筒式结构、固定在所述筒式结构上的能量发射线圈和信号发射线圈；
所述接收线圈组件包括固定在所述转动轴上的芯体结构、固定在所述芯体结构上的能量接收线圈和信号接收线圈，所述芯体结构嵌套式配合安装在所述筒式结构内；
无线传输时，所述能量发射线圈与所述能量接收线圈相对，所述信号发射线圈和所述信号接收线圈相对。
该专利文献公开的套筒式无线电能传输耦合机构，能够用于旋转结构无线能量信号同步传输系统中，产品结构紧凑，安装方便，能量和信号线圈交错布置，采用不同谐振频率工作，可有效减少二者之间相互影响，同时还可融合滑环、电刷结构，实现滑动接触式电能传输。但是，能量线圈与信号线圈之间不能实现完全解耦，相互之间还是存在干扰，不能有效保障能量信号同步传输。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种共享磁芯双通道无线电能传输耦合装置制造方法，本发明能量线圈与信号线圈之间能够实现完全解耦，相互之间不存在干扰，能够有效保障能量信号同步传输。
本发明通过下述技术方案实现：
一种共享磁芯双通道无线电能传输耦合装置制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、先在内筒磁环的外壁上分别绕制原边信号线圈和原边能量线圈，原边能量线圈与原边信号线圈相接触；
b、再在外筒磁环的内壁上分别绕制副边信号线圈和副边能量线圈，副边能量线圈与副边信号线圈相接触；
c、将外筒磁环套接在内筒磁环上，形成一体式能量传输通道和信号传输通道，得到共享磁芯双通道无线电能传输耦合装置。
还包括仿真步骤，运用COMSOL磁场仿真软件对模型进行仿真，采用的仿真磁性材料为铁氧体，气隙介质为空气，结合仿真参数分别进行二维磁场仿真及三维磁场仿真。
所述仿真参数包括原边磁芯、原边能量线圈、副边能量线圈、原边信号线圈、副边信号线圈和副边磁芯。
所述原边能量线圈和副边能量线圈的匝数均为10匝，原边信号线圈和副边信号线圈的匝数均为15匝，原边能量线圈和副边能量线圈的单匝导线电流为5A，线径为3mm，原边信号线圈和副边信号线圈的单匝导线电流为1A，线径为1mm。
所述步骤a中，原边能量线圈采用Q型线圈绕制方式进行绕制，原边信号线圈采用双D型线圈绕制方式进行绕制。
所述步骤a中，内筒磁环的内径为95mm，外径为100mm，厚度为5mm，高度为110mm。
所述步骤b中，外筒磁环的内径为115mm，外径为120mm，厚度为5mm，高度为110mm。
所述步骤b中，副边能量线圈采用Q型线圈绕制方式进行绕制，副边信号线圈采用双D型线圈绕制方式进行绕制。
所述原边信号线圈采用双D型线圈绕制方式绕制在原边能量线圈外部。
所述副边信号线圈采用双D型线圈绕制方式绕制在副边能量线圈外部。
本发明所述COMSOL是指高级数值仿真软件。
本发明的有益效果主要表现在以下方面：
1、本发明，a、先在内筒磁环的外壁上分别绕制原边信号线圈和原边能量线圈，原边能量线圈与原边信号线圈相接触；b、再在外筒磁环的内壁上分别绕制副边信号线圈和副边能量线圈，副边能量线圈与副边信号线圈相接触；c、将外筒磁环套接在内筒磁环上，形成一体式能量传输通道和信号传输通道，得到共享磁芯双通道无线电能传输耦合装置；相较于传统的独立双通道无线电能传输系统由于增设了信号传输区域使得体积偏大，通过将能量线圈和信号线圈集成到同一块区域，通过线圈之间的相互解耦解决其相互干扰的问题，保证能量与信号能够正常传输。作为一个完整的技术方案，较现有技术而言，本发明能量线圈与信号线圈之间能够实现完全解耦，相互之间不存在干扰，能够有效保障能量信号同步传输。
2、本发明，还包括仿真步骤，运用COMSOL磁场仿真软件对模型进行仿真，采用的仿真磁性材料为铁氧体，气隙介质为空气，结合仿真参数分别进行二维磁场仿真及三维磁场仿真，采用磁场仿真软件能够直观反映出线圈磁场分布情况以及系统参数。
3、本发明，步骤a中，原边能量线圈采用Q型线圈绕制方式进行绕制，原边信号线圈采用双D型线圈绕制方式进行绕制，能够相互解耦，互不影响，独立传输。
4、本发明，步骤a中，内筒磁环的内径为95mm，外径为100mm，厚度为5mm，高度为110mm，便于安装调试。
5、本发明，步骤b中，外筒磁环的内径为115mm，外径为120mm，厚度为5mm，高度为110mm，与内筒磁环的高度一致，便于实际应用安装。
6、本发明，步骤b中，副边能量线圈采用Q型线圈绕制方式进行绕制，副边信号线圈采用双D型线圈绕制方式进行绕制，能量线圈电流变化时引起的磁场变化在信号线圈中会相互抵消，信号线圈变化时产生的磁场在能量线圈中的总磁通接近于零，从而使得能量线圈和信号线圈能够实现独立传输能量与信号。
7、本发明，原边信号线圈采用双D型线圈绕制方式绕制在原边能量线圈外部，实现了在同一块磁芯区域放置的效果，能够有效节约空间。
8、本发明，副边信号线圈采用双D型线圈绕制方式绕制在副边能量线圈外部，与原边结构相对称，安装调试更加方便。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的具体说明：
图1为本发明无线电能传输示意图；
图2为本发明Q型线圈剖面图；
图3为本发明双D型线圈剖面图。
具体实施方式
实施例1
参见图1，一种共享磁芯双通道无线电能传输耦合装置制造方法，包括以下步骤：
a、先在内筒磁环的外壁上分别绕制原边信号线圈和原边能量线圈，原边能量线圈与原边信号线圈相接触；
b、再在外筒磁环的内壁上分别绕制副边信号线圈和副边能量线圈，副边能量线圈与副边信号线圈相接触；
c、将外筒磁环套接在内筒磁环上，形成一体式能量传输通道和信号传输通道，得到共享磁芯双通道无线电能传输耦合装置。
本实施例为最基本的实施方式，a、先在内筒磁环的外壁上分别绕制原边信号线圈和原边能量线圈，原边能量线圈与原边信号线圈相接触；b、再在外筒磁环的内壁上分别绕制副边信号线圈和副边能量线圈，副边能量线圈与副边信号线圈相接触；c、将外筒磁环套接在内筒磁环上，形成一体式能量传输通道和信号传输通道，得到共享磁芯双通道无线电能传输耦合装置；相较于传统的独立双通道无线电能传输系统由于增设了信号传输区域使得体积偏大，通过将能量线圈和信号线圈集成到同一块区域，通过线圈之间的相互解耦解决其相互干扰的问题，保证能量与信号能够正常传输。作为一个完整的技术方案，较现有技术而言，本发明能量线圈与信号线圈之间能够实现完全解耦，相互之间不存在干扰，能够有效保障能量信号同步传输。
实施例2
参见图1，一种共享磁芯双通道无线电能传输耦合装置制造方法，包括以下步骤：
a、先在内筒磁环的外壁上分别绕制原边信号线圈和原边能量线圈，原边能量线圈与原边信号线圈相接触；
b、再在外筒磁环的内壁上分别绕制副边信号线圈和副边能量线圈，副边能量线圈与副边信号线圈相接触；
c、将外筒磁环套接在内筒磁环上，形成一体式能量传输通道和信号传输通道，得到共享磁芯双通道无线电能传输耦合装置。
还包括仿真步骤，运用COMSOL磁场仿真软件对模型进行仿真，采用的仿真磁性材料为铁氧体，气隙介质为空气，结合仿真参数分别进行二维磁场仿真及三维磁场仿真。
本实施例为一较佳实施方式，还包括仿真步骤，运用COMSOL磁场仿真软件对模型进行仿真，采用的仿真磁性材料为铁氧体，气隙介质为空气，结合仿真参数分别进行二维磁场仿真及三维磁场仿真，采用磁场仿真软件能够直观反映出线圈磁场分布情况以及系统参数。
实施例3
参见图1-图3，一种共享磁芯双通道无线电能传输耦合装置制造方法，包括以下步骤：
a、先在内筒磁环的外壁上分别绕制原边信号线圈和原边能量线圈，原边能量线圈与原边信号线圈相接触；
b、再在外筒磁环的内壁上分别绕制副边信号线圈和副边能量线圈，副边能量线圈与副边信号线圈相接触；
c、将外筒磁环套接在内筒磁环上，形成一体式能量传输通道和信号传输通道，得到共享磁芯双通道无线电能传输耦合装置。
还包括仿真步骤，运用COMSOL磁场仿真软件对模型进行仿真，采用的仿真磁性材料为铁氧体，气隙介质为空气，结合仿真参数分别进行二维磁场仿真及三维磁场仿真。
所述仿真参数包括原边磁芯、原边能量线圈、副边能量线圈、原边信号线圈、副边信号线圈和副边磁芯。
所述原边能量线圈和副边能量线圈的匝数均为10匝，原边信号线圈和副边信号线圈的匝数均为15匝，原边能量线圈和副边能量线圈的单匝导线电流为5A，线径为3mm，原边信号线圈和副边信号线圈的单匝导线电流为1A，线径为1mm。
所述步骤a中，原边能量线圈采用Q型线圈绕制方式进行绕制，原边信号线圈采用双D型线圈绕制方式进行绕制。
本实施例为又一较佳实施方式，步骤a中，原边能量线圈采用Q型线圈绕制方式进行绕制，原边信号线圈采用双D型线圈绕制方式进行绕制，能够相互解耦，互不影响，独立传输。
实施例4
参见图1-图3，一种共享磁芯双通道无线电能传输耦合装置制造方法，包括以下步骤：
a、先在内筒磁环的外壁上分别绕制原边信号线圈和原边能量线圈，原边能量线圈与原边信号线圈相接触；
b、再在外筒磁环的内壁上分别绕制副边信号线圈和副边能量线圈，副边能量线圈与副边信号线圈相接触；
c、将外筒磁环套接在内筒磁环上，形成一体式能量传输通道和信号传输通道，得到共享磁芯双通道无线电能传输耦合装置。
还包括仿真步骤，运用COMSOL磁场仿真软件对模型进行仿真，采用的仿真磁性材料为铁氧体，气隙介质为空气，结合仿真参数分别进行二维磁场仿真及三维磁场仿真。
所述仿真参数包括原边磁芯、原边能量线圈、副边能量线圈、原边信号线圈、副边信号线圈和副边磁芯。
所述原边能量线圈和副边能量线圈的匝数均为10匝，原边信号线圈和副边信号线圈的匝数均为15匝，原边能量线圈和副边能量线圈的单匝导线电流为5A，线径为3mm，原边信号线圈和副边信号线圈的单匝导线电流为1A，线径为1mm。
所述步骤a中，原边能量线圈采用Q型线圈绕制方式进行绕制，原边信号线圈采用双D型线圈绕制方式进行绕制。
所述步骤a中，内筒磁环的内径为95mm，外径为100mm，厚度为5mm，高度为110mm。
所述步骤b中，外筒磁环的内径为115mm，外径为120mm，厚度为5mm，高度为110mm。
本实施例为又一较佳实施方式，步骤a中，内筒磁环的内径为95mm，外径为100mm，厚度为5mm，高度为110mm，便于安装调试。
步骤b中，外筒磁环的内径为115mm，外径为120mm，厚度为5mm，高度为110mm，与内筒磁环的高度一致，便于实际应用安装。
实施例5
参见图1-图3，一种共享磁芯双通道无线电能传输耦合装置制造方法，包括以下步骤：
a、先在内筒磁环的外壁上分别绕制原边信号线圈和原边能量线圈，原边能量线圈与原边信号线圈相接触；
b、再在外筒磁环的内壁上分别绕制副边信号线圈和副边能量线圈，副边能量线圈与副边信号线圈相接触；
c、将外筒磁环套接在内筒磁环上，形成一体式能量传输通道和信号传输通道，得到共享磁芯双通道无线电能传输耦合装置。
还包括仿真步骤，运用COMSOL磁场仿真软件对模型进行仿真，采用的仿真磁性材料为铁氧体，气隙介质为空气，结合仿真参数分别进行二维磁场仿真及三维磁场仿真。
所述仿真参数包括原边磁芯、原边能量线圈、副边能量线圈、原边信号线圈、副边信号线圈和副边磁芯。
所述原边能量线圈和副边能量线圈的匝数均为10匝，原边信号线圈和副边信号线圈的匝数均为15匝，原边能量线圈和副边能量线圈的单匝导线电流为5A，线径为3mm，原边信号线圈和副边信号线圈的单匝导线电流为1A，线径为1mm。
所述步骤a中，原边能量线圈采用Q型线圈绕制方式进行绕制，原边信号线圈采用双D型线圈绕制方式进行绕制。
所述步骤a中，内筒磁环的内径为95mm，外径为100mm，厚度为5mm，高度为110mm。
所述步骤b中，外筒磁环的内径为115mm，外径为120mm，厚度为5mm，高度为110mm。
所述步骤b中，副边能量线圈采用Q型线圈绕制方式进行绕制，副边信号线圈采用双D型线圈绕制方式进行绕制。
本实施例为又一较佳实施方式，步骤b中，副边能量线圈采用Q型线圈绕制方式进行绕制，副边信号线圈采用双D型线圈绕制方式进行绕制，能量线圈电流变化时引起的磁场变化在信号线圈中会相互抵消，信号线圈变化时产生的磁场在能量线圈中的总磁通接近于零，从而使得能量线圈和信号线圈能够实现独立传输能量与信号。
实施例6
参见图1-图3，一种共享磁芯双通道无线电能传输耦合装置制造方法，包括以下步骤：
a、先在内筒磁环的外壁上分别绕制原边信号线圈和原边能量线圈，原边能量线圈与原边信号线圈相接触；
b、再在外筒磁环的内壁上分别绕制副边信号线圈和副边能量线圈，副边能量线圈与副边信号线圈相接触；
c、将外筒磁环套接在内筒磁环上，形成一体式能量传输通道和信号传输通道，得到共享磁芯双通道无线电能传输耦合装置。
还包括仿真步骤，运用COMSOL磁场仿真软件对模型进行仿真，采用的仿真磁性材料为铁氧体，气隙介质为空气，结合仿真参数分别进行二维磁场仿真及三维磁场仿真。
所述仿真参数包括原边磁芯、原边能量线圈、副边能量线圈、原边信号线圈、副边信号线圈和副边磁芯。
所述原边能量线圈和副边能量线圈的匝数均为10匝，原边信号线圈和副边信号线圈的匝数均为15匝，原边能量线圈和副边能量线圈的单匝导线电流为5A，线径为3mm，原边信号线圈和副边信号线圈的单匝导线电流为1A，线径为1mm。
所述步骤a中，原边能量线圈采用Q型线圈绕制方式进行绕制，原边信号线圈采用双D型线圈绕制方式进行绕制。
所述步骤a中，内筒磁环的内径为95mm，外径为100mm，厚度为5mm，高度为110mm。
所述步骤b中，外筒磁环的内径为115mm，外径为120mm，厚度为5mm，高度为110mm。
所述步骤b中，副边能量线圈采用Q型线圈绕制方式进行绕制，副边信号线圈采用双D型线圈绕制方式进行绕制。
所述原边信号线圈采用双D型线圈绕制方式绕制在原边能量线圈外部。
所述副边信号线圈采用双D型线圈绕制方式绕制在副边能量线圈外部。
本实施例为最佳实施方式，原边信号线圈采用双D型线圈绕制方式绕制在原边能量线圈外部，实现了在同一块磁芯区域放置的效果，能够有效节约空间。
副边信号线圈采用双D型线圈绕制方式绕制在副边能量线圈外部，与原边结构相对称，安装调试更加方便。
下面结合仿真结果对本发明进行说明：
当原边能量线圈通入5A电流，原边信号线圈通入1A电流时，仿真结果如表1所示。
表1
Figure 979565DEST_PATH_IMAGE001
当原边能量线圈通入5A电流，副边信号线圈通入0A电流时，由于副边信号线圈无电流，仿真无参数，仿真结果如表2所示。
表2
Figure DEST_PATH_IMAGE002
通过表1和表2可知，原边信号线圈和副边信号线圈电流的变化对原边能量线圈和副边能量线圈参数的影响可忽略不计。
当原边能量线圈通入0A电流，副边信号线圈通入1A电流时，由于原边能量线圈无电流，仿真无参数，仿真结果如表3所示。
表3
Figure 35987DEST_PATH_IMAGE003
通过表1和表3可知，原边能量线圈和副边能量线圈电流的变化对原边信号线圈和副边信号线圈参数的影响可忽略不计。

Claims (10)

1.一种共享磁芯双通道无线电能传输耦合装置制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、先在内筒磁环的外壁上分别绕制原边信号线圈和原边能量线圈，原边能量线圈与原边信号线圈相接触；
b、再在外筒磁环的内壁上分别绕制副边信号线圈和副边能量线圈，副边能量线圈与副边信号线圈相接触；
c、将外筒磁环套接在内筒磁环上，形成一体式能量传输通道和信号传输通道，得到共享磁芯双通道无线电能传输耦合装置。
2.根据权利要求1所述的一种共享磁芯双通道无线电能传输耦合装置制造方法，其特征在于：还包括仿真步骤，运用COMSOL磁场仿真软件对模型进行仿真，采用的仿真磁性材料为铁氧体，气隙介质为空气，结合仿真参数分别进行二维磁场仿真及三维磁场仿真。
3.根据权利要求2所述的一种共享磁芯双通道无线电能传输耦合装置制造方法，其特征在于：所述仿真参数包括原边磁芯、原边能量线圈、副边能量线圈、原边信号线圈、副边信号线圈和副边磁芯。
4.根据权利要求1所述的一种共享磁芯双通道无线电能传输耦合装置制造方法，其特征在于：所述原边能量线圈和副边能量线圈的匝数均为10匝，原边信号线圈和副边信号线圈的匝数均为15匝，原边能量线圈和副边能量线圈的单匝导线电流为5A，线径为3mm，原边信号线圈和副边信号线圈的单匝导线电流为1A，线径为1mm。
5.根据权利要求1所述的一种共享磁芯双通道无线电能传输耦合装置制造方法，其特征在于：所述步骤a中，原边能量线圈采用Q型线圈绕制方式进行绕制，原边信号线圈采用双D型线圈绕制方式进行绕制。
6.根据权利要求1所述的一种共享磁芯双通道无线电能传输耦合装置制造方法，其特征在于：所述步骤a中，内筒磁环的内径为95mm，外径为100mm，厚度为5mm，高度为110mm。
7.根据权利要求1所述的一种共享磁芯双通道无线电能传输耦合装置制造方法，其特征在于：所述步骤b中，外筒磁环的内径为115mm，外径为120mm，厚度为5mm，高度为110mm。
8.根据权利要求1所述的一种共享磁芯双通道无线电能传输耦合装置制造方法，其特征在于：所述步骤b中，副边能量线圈采用Q型线圈绕制方式进行绕制，副边信号线圈采用双D型线圈绕制方式进行绕制。
9.根据权利要求1所述的一种共享磁芯双通道无线电能传输耦合装置制造方法，其特征在于：所述原边信号线圈采用双D型线圈绕制方式绕制在原边能量线圈外部。
10.根据权利要求1所述的一种共享磁芯双通道无线电能传输耦合装置制造方法，其特征在于：所述副边信号线圈采用双D型线圈绕制方式绕制在副边能量线圈外部。
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