CN116599235A - 一种基于柏拉图立体结构的发射线圈及其绕制方法 - Google Patents
一种基于柏拉图立体结构的发射线圈及其绕制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116599235A CN116599235A CN202310605253.0A CN202310605253A CN116599235A CN 116599235 A CN116599235 A CN 116599235A CN 202310605253 A CN202310605253 A CN 202310605253A CN 116599235 A CN116599235 A CN 116599235A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- coil
- sub
- coils
- plane
- winding
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 title claims abstract description 57
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 21
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 abstract description 12
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 11
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 11
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 11
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 11
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 22
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 7
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 7
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 2
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/005—Mechanical details of housing or structure aiming to accommodate the power transfer means, e.g. mechanical integration of coils, antennas or transducers into emitting or receiving devices
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/40—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using two or more transmitting or receiving devices
- H02J50/402—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using two or more transmitting or receiving devices the two or more transmitting or the two or more receiving devices being integrated in the same unit, e.g. power mats with several coils or antennas with several sub-antennas
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Coils Or Transformers For Communication (AREA)
Abstract
本发明涉及无线电能传输技术领域，具体公开了一种基于柏拉图立体结构的发射线圈及其绕制方法，该发射线圈包括顺序串联的N≥4个子线圈，该N个子线圈依照N平面柏拉图立体的样式均匀分布；每个子线圈的绕制方向是：当由N平面柏拉图立体的几何中心看向该子线圈所处平面时，各子线圈均为顺时针方向或逆时针方向。本发明从消除多个线圈间磁场相互影响方向性的目的出发，基于柏拉图立体的几何特点，提出了使线圈均匀分布的一种发射线圈结构及绕制方法，有效利用了相邻线圈之间的磁场分布特性，在提高所产生磁场分布的自由度和方向性，进而增强了磁耦合无线电能传输系统的抗位移鲁棒性的同时，又减少了绕制线圈的数量，降低了机构制作成本。
Description
技术领域
本发明涉及无线电能传输技术领域，尤其涉及一种基于柏拉图立体结构的发射线圈及其绕制方法。
背景技术
无线电能传输系统对耦合系数的变化敏感，采用传统耦合机构时，若线圈的位置状态变化，传输线圈间的磁耦合系数变化将会大幅改变，进而导致系统的抗位移鲁棒性较差，传能效率将会显著降低。
为实现磁场在空间中的均匀分布，实现无线电能的三维动态传输，现已有许多种磁耦合机构被提出，包括最为传统的三维正交线圈，这些线圈所产生均匀磁场的自由度不高，未能够利用好线圈等效环形电流之间磁场的特性，使线圈结构浪费了许多方向上的自由度，但同时，由多个线圈构成的这些发射线圈由于线圈的相互影响，需要设置多个激励来对每个线圈单独控制来达到磁场的均匀分布，增加了系统的控制难度。
发明内容
本发明提供一种基于柏拉图立体结构的发射线圈及其绕制方法，解决的技术问题在于：如何在单激励下提高发射线圈所产生磁场的自由度和方向性，以主动对抗由于线圈位置改变给系统传能带来的不利影响。
为解决以上技术问题，本发明提供一种基于柏拉图立体结构的发射线圈，该发射线圈包括顺序串联的N≥4个子线圈，该N个子线圈依照N平面柏拉图立体的样式均匀分布；每个所述子线圈的绕制方向是：当由所述N平面柏拉图立体的几何中心看向该子线圈所处平面时，各所述子线圈均为顺时针方向或逆时针方向。
优选的，每个所述子线圈均匀绕制成圆形多匝螺旋状线圈。
优选的，每个所述子线圈的外半径均小于其所在N平面柏拉图立体每个平面的内切圆半径。
优选的，每个所述子线圈的形状、大小、匝数均相同。
优选的，该发射线圈由一根导线绕制而成。
本发明还提供一种基于柏拉图立体结构的发射线圈的绕制方法，其关键在于，包括步骤：
采用一根导线依照N平面柏拉图立体的样式顺序绕制N≥4个子线圈，每个所述子线圈的绕制方向是：当由所述N平面柏拉图立体的几何中心看向该子线圈所处平面时，各所述子线圈均为顺时针方向或逆时针方向，得到发射线圈。
进一步地，每个所述子线圈均绕制成圆形多匝螺旋状线圈。
进一步地，每个所述子线圈的外半径均小于其所在N平面柏拉图立体每个平面的内切圆半径。
进一步地，该方法包括步骤：
S1：选取N平面柏拉图立体作为分布样式并选取其中一个面作为底面，并将与所述底面有共同顶点或共同边的面视为第一层；若还有与所述底面平行的面，则将该面作为顶面，若还剩下面，则将剩下的面视为第二层；
S2：以所述底面的几何中心为圆心绕制圆形多匝螺旋状线圈作为第一子线圈；
S3：选取所述第一层中与底面有公共边的一个面，在该面的几何中心继续绕制圆形多匝螺旋状线圈作为第二子线圈，所述第二子线圈的起点与所述第一子线圈的线圈终点相连接，连接线垂直于所在两面的二面角角平分线，从所述N平面柏拉图立体的几何中心向该两面几何中心看到的螺旋绕制方向保持一致；
S4：按相邻顺序依次选取所述第一层的剩余面，在这些面上顺序绕制多个圆形多匝螺旋状线圈得到多个子线圈，绕制规则与所述步骤S3相同；
S5：若还只存在所述顶面，则在所述顶面上绕制圆形多匝螺旋状线圈且与所述第一层最后一个子线圈相连接；若还同时存在所述第二层与所述顶面，将与所述第一层最后一个子线圈有公共边的一个面作为所述第二层第一个面，按相邻顺序依次选取所述第二层的剩余面、最后选择所述顶面，在这些面上依次绕制圆形多匝螺旋状线圈得到多个子线圈；绕制规则与步骤S3相同。
本发明提供的一种基于柏拉图立体结构的发射线圈及其绕制方法，为减小目前已有磁耦合结构的控制难度，更好地利用线圈电流产生磁场的特性，提高磁耦合机构所产生磁场的自由度和方向性，缩小因接收线圈位移导致电能传输效率降低的缺点，从消除多个线圈间磁场相互影响方向性的目的出发，基于柏拉图立体的几何特点，提出了使子线圈按柏拉图立体结构分布的一种发射线圈结构及缠绕方法，有效利用了相邻子线圈之间的磁场分布特性，在提高所产生磁场分布的自由度和方向性，进而增强了磁耦合无线电能传输系统的抗位移鲁棒性的同时，又减少了传统机构在达到同等数目方向性较好的方向时所需绕制线圈的数量，进而降低了机构制作成本。
附图说明
图1是本发明实施例提供的三维空间中的五种柏拉图立体图，其中(a)、(b)、(c)、(d)、(e)分别对应正四面体、正六面体、正八面体、正十二面体、正二十面体；
图2是本发明实施例提供的单个载流圆线圈的坐标分析图；
图3是本发明实施例提供的两线圈在垂直线圈平面上所产生的磁感线分布示意图；
图4是本发明实施例提供的图2中的线圈的坐标分析图；
图5是本发明实施例提供的5个附加线圈在基线圈中轴线上某点处产生的磁感应强度示意图；
图6是本发明实施例提供的5个附加线圈在基线圈中轴线上某点处产生的磁感应强度在水平面上的分量图；
图7是本发明实施例提供的12面柏拉图立体结构发射线圈的立体示意图；
图8是本发明实施例提供的12面柏拉图立体结构发射线圈分布拓扑图以及连接顺序图，其中(a)、(b)分别对应线圈分布拓扑图、连接顺序图；
图9是本发明实施例提供的12面柏拉图立体结构发射线圈周围空间中的磁感线分布示意图，其中(a)、(b)、(c)分别对应平行于xy平面的第二层线圈中心所在平面、yz平面、xz平面。
具体实施方式
下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本发明的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制，因为在不脱离本发明精神和范围基础上，可以对本发明进行许多改变。
本发明实施例提供一种基于柏拉图立体结构的发射线圈，该发射线圈包括由一根导线绕制而成的顺序串联的N≥4个子线圈，该N个子线圈依照N平面柏拉图立体的样式均匀分布；每个子线圈的绕制方向是：当由N平面柏拉图立体的几何中心看向该子线圈所处平面时，各子线圈均为顺时针方向或逆时针方向。其中，每个子线圈均匀绕制成圆形多匝螺旋状线圈，包括在一个平面内即不具有纵向节距(即高度)的平面螺旋和不在一个平面内即具有纵向节距的立体螺旋。每个子线圈的外半径均小于其所在N平面柏拉图立体平面的内切圆半径。每个子线圈的形状、大小均相同，每个子线圈匝数的整数圈数均相同。
对应的，本实施例还提供一种基于柏拉图立体结构的发射线圈的绕制方法，其包括：采用一根导线依照N平面柏拉图立体的样式顺序绕制N≥4个子线圈，每个子线圈的绕制方向是：当由N平面柏拉图立体的几何中心看向该子线圈所处平面时，各子线圈均为顺时针方向或逆时针方向，得到发射线圈。
三维空间中有且仅有五种柏拉图立体，如图1，当N＝4时，4平面柏拉图立体为正四面体，如图1(a)所示；当N＝6时，6平面柏拉图立体为正六面体，如图1(b)所示；当N＝8时，8平面柏拉图立体为正八面体，如图1(c)所示；当N＝12时，12平面柏拉图立体为正十二面体，如图1(d)所示；当N＝20时，20平面柏拉图立体为正二十面体，如图1(e)所示。若将柏拉图立体的任意一个面作为底面，将与底面有共同顶点或共同边的面视为第一层，将与底面平行的面作为顶面，将剩余的既不是底面也不是顶面也不是第一层的其他面均作为第二层，则正四面体只有底面和第一层，正六面体和正八面体有底面、第一层、顶面，正十二面体和正二十面体有底面、第一层、第二层、顶面。在这三种情况中，五种柏拉图立体均至少设置有底面和第一层。
针对这三种情况，本发明实施例提供的一种基于柏拉图立体结构的发射线圈的绕制方法，具体包括步骤：
S1：选取N平面柏拉图立体作为分布样式并选取其中一个面作为底面，并将与底面有共同顶点或共同边的面视为第一层；若还有与底面平行的面，则将该面作为顶面，若还剩下面，则将剩下的面视为第二层；
S2：以底面的几何中心为圆心绕制圆形多匝螺旋状线圈作为第一子线圈；
S3：选取第一层中与底面有公共边的一个面，在该面的几何中心继续绕制圆形多匝螺旋状线圈作为第二子线圈，第二子线圈的起点与第一子线圈的线圈终点相连接，连接线垂直于所在两面的二面角角平分线，从N平面柏拉图立体的几何中心向该两面几何中心看到的螺旋绕制方向保持一致；
S4：按相邻顺序依次选取第一层的剩余面，在这些面上顺序绕制多个圆形多匝螺旋状线圈得到多个子线圈，绕制规则与步骤S3相同；
S5：若还只存在顶面，则在顶面上绕制圆形多匝螺旋状线圈且与第一层最后一个子线圈相连接；若还同时存在第二层与顶面，将与第一层最后一个子线圈有公共边的一个面作为第二层第一个面，按相邻顺序依次选取第二层的剩余面、最后选择顶面，在这些面上依次绕制圆形多匝螺旋状线圈得到多个子线圈；绕制规则与步骤S3相同。
也即是：针对正四面体，顺序绕制底面和第一面；针对正六面体和正八面体，顺序绕制底面、第一层的面和顶面；针对正十二面体和正二十面体，顺序绕制底面、第一层的面、第二层的面、顶面。而每相邻两个面的线圈连接线垂直于所在两面的二面角角平分线，从该柏拉图立体的几何中心向该两面几何中心看到的螺旋绕制方向保持一致。
电流流过单个螺旋状导线时会在其周围空间中产生磁场，磁场方向遵守右手螺旋定则，单个半径为a的圆环线圈在球坐标系下通有大小为I的电流时(如图2)，在其周围空间所产生的磁感应强度推导为：
其中表示磁矢位，μ0为介质的磁导率，/>为电流密度函数，π为圆周率，/>为场点的向量，/>和dV′分别为场源点(即电流元)的向量和体积元。电流密度矢量/>仅在Φ方向(球坐标系下，从x轴正方向开始逆时针旋转的角度方向)上有分量：
其中δ(x)为狄拉克函数(Dirac deltafunction)，θ′和r′分别为场源点在θ方向的角度值和与原点的距离值，a为圆环线圈半径，也为环形电流的半径大小。
由于狄拉克函数把电流限制在半径为a的环内流动，于是电流密度矢量在直角坐标系中写成：
其中分别为直角坐标系下x和y方向的基向量，Φ′为场源点在Φ方向的角度值，JΦ′为场源点的电流密度大小。
把观测点放在x-z平面上(即考虑Φ＝0)，则：
其中r为场点与原点的距离值，θ是场点在球坐标系下θ方向(球坐标系下，从z轴正方向开始逆时针的角度方向)的角度值，r′2sinθ′dΩ′表示场源点在球坐标系下的体积元。
显然，由于对称性电流对磁矢位x分量贡献为0，因此只考虑磁矢位的y分量，将其记为AΦ，由于r′＝a，因此：
再由磁感应强度与磁矢位/>的关系：
其中是Nabla算符，积分可得：
其中Br为r方向上的磁感应强度大小，Bθ为θ方向上的磁感应强度大小，BΦ为Φ方向上的磁感应强度大小。因此单个环形线圈通电后所产生磁感应强度方向仅存在于垂直于线圈平面的平面上。
当有多个线圈靠得较近且同时通电后，它们在空间中产生的磁场可由各个单独线圈产生的磁场进行矢量叠加。图3是两个位置呈轴对称的线圈且两平面有一定夹角并靠得较近时所产生的磁感线示意图，其中两线圈磁矩夹角为锐角。
当存在如图3所示的两个线圈时，如图4，两线圈在线圈所在平面二面角平分线(此二面角平分线过柏拉图立体几何中心)上的P点磁感应强度θ分量和Φ分量经矢量合成后均为0，仅在r方向上有磁感应强度分量，所以在此方向上的磁场具有较好的方向性。
当空间中仅存在一个圆形线圈C1时，其中轴线上的磁感线方向垂直于圆平面，具有良好的方向性。但是当多出另一个线圈C2时，C2所产生的磁场会影响C1线圈中轴线上的磁场，使其方向性受到影响。因此可以再设置多个相同的线圈C3、C4…Cn，n≥3，并使它们关于C1中轴线均匀分布来去除附加线圈对C1中轴线上磁场的影响。当附加线圈数量为5时，假定C1为基线圈，各线圈通有相同的电流此时各附加线圈C2、C3、C4、C5、C6在C1中轴线上所产生的磁场Bn空间分布示意如图5所示，在水平面方向上的分量如图6所示，由于各线圈时均匀分布，故Bn在水平面上的分量之间夹角α均相等，所以其在水平面上的分量的合成量为0，故此种均匀分布方式可以消除附加线圈对基线圈中轴线上磁场方向的影响。
所以当每个线圈周围都有相同数量均匀分布的相同的附加线圈时，每个线圈中轴线上的磁场强度方向均不会收到影响。因是均匀分布的线圈，这些线圈与其他相邻线圈平面交线所组成的多边形一定为正多边形，若将以这种分布方式的各线圈视为在正多边形的中心，那么这些多边形构成的多面体即为柏拉图立体，并且各线圈中心均在这些多边形的几何中心上。同时，当每个线圈周围都有相同均匀分布方式和相同形状大小的线圈时，较靠近的两个线圈二面角平分线(此二面角平分线过柏拉图立体几何中心)上的磁场方向受其他线圈所产生的磁场的影响也可以由矢量叠加原理消除，也就是说相邻线圈二面角平分线上磁感应强度的方向性依旧良好。本例以研究图1(d)中的12平面柏拉图立体分布的线圈为例。
本实施例以N＝12为例，该发射线圈以正十二面体样式均匀分布有12个立体圆形螺旋的子线圈，其立体结构如图7所示。
现存许多三维分布的线圈为达到均匀控制磁场的目的，将每个线圈单独设置激励，这无疑增添了整体系统的调控难度，而本例所研究的线圈模型采用单导线绕制，即保证了各线圈中电流相等的必要条件，又降低了整体系统的调控难度。
图7所示线圈分布取用正十二面体的柏拉图立体为结构，每个线圈的连接顺序如图8所示，图8(a)为从顶面俯视的顺序拓扑图，图8(b)为12个线圈的立体分布示意图，其中子线圈1假定为底面线圈，则子线圈2-6为第一层线圈，子线圈7-11为第二层线圈，子线圈12为顶面线圈。为保证每个子线圈周围的线圈均以均匀分布，各个子线圈的大小以及在其所处正多边形的面上的位置均要相同。
本实施例还利用COMSOL有限元仿真软件，对上述12平面柏拉图立体分布的线圈模型施加10A的直流激励，其产生的磁感线分布如图9所示，其中图9(a)、图9(b)、图9(c)分别对应平行于xy平面的第二层线圈中心所在平面、yz平面、xz平面。
在本仿真实验中，为保证子线圈之间的连接线对磁场的影响降到最低，使每个多匝子线圈连接顺畅，不采用整数圈的子线圈，但子线圈圈数均在5圈左右。而在实际应用中，每个线圈的圈数将远多于不为整数的圈数，因此可忽略不为整数的圈数产生的影响。
仿真过程中，每个相邻子线圈最短距离约为34.03mm，导线半径为2mm，表1是每个子线圈具体参数。
表1各子线圈具体参数
| 子线圈编号 | 子线圈主半径/mm | 子线圈高度/mm | 子线圈圈数 |
| 1 | 150 | 50 | 5.4 |
| 2 | 150 | 50 | 5.2 |
| 3 | 150 | 50 | 5.4 |
| 4 | 150 | 50 | 5.4 |
| 5 | 150 | 50 | 5.4 |
| 6 | 150 | 50 | 4.6 |
| 7 | 150 | 50 | 5.4 |
| 8 | 150 | 50 | 4.6 |
| 9 | 150 | 50 | 4.6 |
| 10 | 150 | 50 | 4.6 |
| 11 | 150 | 50 | 4.8 |
| 12 | 150 | 50 | 5.4 |
由于产生的磁感线闭合且不相交，故在较为接近的两子线圈附近的磁感线和子线圈中轴线上的磁感线具有较好的方向性，则可分析得出该机构在42个方向上具有较好的方向性，其中12个方向为12个子线圈中轴线的方向，这些方向上的磁感应强度大小相同，且这些方向的数目等于所选柏拉图立体的平面数，30个方向为相互最为靠近的两子线圈二面角平分线(该二面角平分线过柏拉图立体几何中心)的方向这些方向上的磁感应强度大小相同，且这些方向的数目等于所选柏拉图立体的棱边数。
表2是各子线圈中轴线上距该子线圈中心150mm(指出柏拉图立体几何中心的方向)点的磁通密度模数值。表3是各个相邻两子线圈间二面角平分线(此二面角平分线过柏拉图立体几何中心)上且距两子线圈平面相交处棱边100mm(指出柏拉图立体几何中心的方向)处的磁通密度模数值。
表2各子线圈中轴线上距该子线圈中心150mm(指出柏拉图立体几何中心的方向)点的磁通密度模值
| 子线圈编号 | 磁通密度模/10^(-5)T |
| 1 | 2.344348767 |
| 2 | 2.41552458 |
| 3 | 2.367708038 |
| 4 | 2.372841625 |
| 5 | 2.403929628 |
| 6 | 2.368239166 |
| 7 | 2.385368552 |
| 8 | 2.345969887 |
| 9 | 2.413718856 |
| 10 | 2.34629533 |
| 11 | 2.392552008 |
| 12 | 2.395194687 |
表3各相邻两子线圈二面角平分线(此二面角平分线过柏拉图立体几何中心)上且距两子线圈平面相交处棱边100mm(指出柏拉图立体几何中心的方向)处的磁通密度模数值
| 两子线圈编号 | 磁通密度模/10^(-5)T | 两子线圈编号 | 磁通密度模/10^(-5)T |
| 1.2 | 1.18716085 | 4.9 | 1.158122273 |
| 1.3 | 1.175299961 | 4.10 | 1.061239113 |
| 1.4 | 1.120877843 | 5.10 | 1.109728321 |
| 1.5 | 1.123470721 | 5.11 | 1.109434968 |
| 1.6 | 1.108139283 | 6.11 | 1.240067707 |
| 2.3 | 1.105719808 | 11.7 | 1.29255132 |
| 3.4 | 1.228031897 | 7.8 | 1.111813668 |
| 4.5 | 1.159151295 | 8.9 | 0.990392057 |
| 5.6 | 1.019616576 | 9.10 | 1.135897728 |
| 6.2 | 1.180154966 | 10.11 | 1.129245686 |
| 6.7 | 1.146275197 | 11.12 | 1.139238159 |
| 2.7 | 1.212430666 | 7.12 | 1.13549278 |
| 2.8 | 1.092601692 | 8.12 | 1.177168256 |
| 3.8 | 1.175160127 | 9.12 | 1.073737022 |
| 3.9 | 1.162335017 | 10.12 | 1.138778048 |
由此可见上述方向性较好的方向上的点磁感应强度在误差范围内可以视为相同，模型增加空间磁场自由度和增强方向性的目的得到了验证。
而由同样的分析可以知道，正四面体可有4+6＝10个方向的磁场方向性较好，正六面体可有6+12＝18个方向的磁场方向性较好，正八面体可有8+12＝20个方向的磁场方向性较好，正二十面体可有20+30＝50个方向的磁场方向性较好。
本例提供的基于柏拉图立体结构的发射线圈具有较好的方向性，适用各种类型的接收线圈，组成的磁耦合机构具有良好的抗位移鲁棒性。
本实施例提供了一种基于柏拉图立体结构的发射线圈及其绕制方法，为了优化磁耦合无线传能系统的磁耦合机构，基于柏拉图立体的几何特点，提出了一种发射机构的线圈分布结构，有效利用了相邻线圈之间的磁场分布特性，在提高所产生磁场分布的自由度和方向性的，进而增强了磁耦合无线电能传输系统的抗位移鲁棒性的同时，又减少了传统机构在达到同等数目方向性较好的方向时所需绕制线圈的数量，降低了机构制作成本。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于柏拉图立体结构的发射线圈，其特征在于，该发射线圈包括顺序串联的N≥4个子线圈，该N个子线圈依照N平面柏拉图立体的样式均匀分布；每个所述子线圈的绕制方向是：当由所述N平面柏拉图立体的几何中心看向该子线圈所处平面时，各所述子线圈均为顺时针方向或逆时针方向。
2.根据权利要求1所述的一种基于柏拉图立体结构的发射线圈，其特征在于：每个所述子线圈均匀绕制成圆形多匝螺旋状线圈。
3.根据权利要求1所述的一种基于柏拉图立体结构的发射线圈，其特征在于：每个所述子线圈的外半径均小于其所在N平面柏拉图立体平面的内切圆半径。
4.根据权利要求1所述的一种基于柏拉图立体结构的发射线圈，其特征在于：每个所述子线圈的形状、大小、匝数均相同。
5.根据权利要求1所述的一种基于柏拉图立体结构的发射线圈，其特征在于：该发射线圈由一根导线绕制而成。
6.一种基于柏拉图立体结构的发射线圈的绕制方法，其特征在于，包括步骤：
采用一根导线依照N平面柏拉图立体的样式顺序绕制N≥4个子线圈，每个所述子线圈的绕制方向是：当由所述N平面柏拉图立体的几何中心看向该子线圈所处平面时，各所述子线圈均为顺时针方向或逆时针方向，得到发射线圈。
7.根据权利要求6所述的一种基于柏拉图立体结构的发射线圈的绕制方法，其特征在于：每个所述子线圈均绕制成圆形多匝螺旋状线圈。
8.根据权利要求7所述的一种基于柏拉图立体结构的发射线圈的绕制方法，其特征在于：
每个所述子线圈的外半径均小于其所在N平面柏拉图立体平面的内切圆半径。
9.根据权利要求6～8任一项所述的一种基于柏拉图立体结构的发射线圈的绕制方法，其特征在于，包括步骤：
S1：选取N平面柏拉图立体作为分布样式并选取其中一个面作为底面，并将与所述底面有共同顶点或共同边的面视为第一层；若还有与所述底面平行的面，则将该面作为顶面，若还剩下面，则将剩下的面视为第二层；
S2：以所述底面的几何中心为圆心绕制圆形多匝螺旋状线圈作为第一子线圈；
S3：选取所述第一层中与底面有公共边的一个面，在该面的几何中心继续绕制圆形多匝螺旋状线圈作为第二子线圈，所述第二子线圈的起点与所述第一子线圈的线圈终点相连接，连接线垂直于所在两面的二面角角平分线，从所述N平面柏拉图立体的几何中心向该两面几何中心看到的螺旋绕制方向保持一致；
S4：按相邻顺序依次选取所述第一层的剩余面，在这些面上顺序绕制多个圆形多匝螺旋状线圈得到多个子线圈，绕制规则与所述步骤S3相同；
S5：若还只存在所述顶面，则在所述顶面上绕制圆形多匝螺旋状线圈且与所述第一层最后一个子线圈相连接；若还同时存在所述第二层与所述顶面，将与所述第一层最后一个子线圈有公共边的一个面作为所述第二层第一个面，按相邻顺序依次选取所述第二层的剩余面、最后选择所述顶面，在这些面上依次绕制圆形多匝螺旋状线圈得到多个子线圈；绕制规则与步骤S3相同。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310605253.0A CN116599235A (zh) | 2023-05-26 | 2023-05-26 | 一种基于柏拉图立体结构的发射线圈及其绕制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310605253.0A CN116599235A (zh) | 2023-05-26 | 2023-05-26 | 一种基于柏拉图立体结构的发射线圈及其绕制方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116599235A true CN116599235A (zh) | 2023-08-15 |
Family
ID=87600523
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310605253.0A Pending CN116599235A (zh) | 2023-05-26 | 2023-05-26 | 一种基于柏拉图立体结构的发射线圈及其绕制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116599235A (zh) |
-
2023
- 2023-05-26 CN CN202310605253.0A patent/CN116599235A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9030283B2 (en) | Double helix conductor | |
| CN112104102B (zh) | 一种无线充电发射端及无线充电器 | |
| US8749333B2 (en) | System configuration using a double helix conductor | |
| US20150001950A1 (en) | Apparatus for transferring electromagnetic energy | |
| KR20180006981A (ko) | 루프 안테나 어레이 및 루프 안테나 어레이군 | |
| WO2016121120A1 (ja) | ３次元造形システム、情報処理装置、３次元造形モデル配置方法および３次元造形モデル配置プログラム | |
| CN106252019A (zh) | 一种多层三维磁场发射线圈 | |
| CN116599235A (zh) | 一种基于柏拉图立体结构的发射线圈及其绕制方法 | |
| JP6287271B2 (ja) | ３軸アンテナ | |
| US11875937B2 (en) | Lightweight asymmetric array of magnet elements | |
| KR101790297B1 (ko) | 마이크로 로봇을 구동하기 위한 자기장 제어 장치 및 동작 방법 | |
| JPH11137721A (ja) | ゴルフボール | |
| KR102056208B1 (ko) | 루프 안테나 어레이 | |
| CN205319327U (zh) | 基于z字形的双环绕线式nfc天线及天线系统 | |
| CN111554467A (zh) | 一种矢量磁体结构 | |
| CN111628580B (zh) | 三相三层正六边形线圈阵列的空间磁场均匀性优化方法 | |
| CN111477423A (zh) | 一种dct超导磁体结构 | |
| CN211907130U (zh) | 一种矢量磁体结构 | |
| JP6423467B2 (ja) | ループアンテナアレイ | |
| TWI773162B (zh) | 馬達線圈繞線結構及馬達 | |
| CN112926268B (zh) | 一种用于扁平式结构卫星的磁力矩器的设计方法及磁力矩器组 | |
| JPWO2019039094A1 (ja) | デュアルループアンテナ | |
| US11837884B2 (en) | Layered double-D coil for wireless power transfer systems | |
| CN212365636U (zh) | 一种dct超导磁体结构 | |
| WO2023032017A1 (ja) | マルチ・アンテナの配置とその接続方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |