CN203706838U - 用于无线电能传输的电磁耦合线圈 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于无线电能传输的电磁耦合线圈，包括线圈和磁芯，其特征在于：磁芯设有环形绕线盘，其上均匀分布有N条支撑臂，N条支撑臂的一端汇聚在环形绕线盘的圆心处，另一端朝环形绕线盘的径向延伸形成N个自由端，在汇聚处的中心开设有穿线孔，在每个自由端开设有向下凹陷的绕线槽，线圈的一端从任意一个绕线槽伸入，其前半段沿着绕线槽纵向重叠绕制，其后半段沿着环形绕线盘呈盘状绕制，线圈的另一端从所述穿线孔伸出。其显著效果是：综合了圆盘式线圈和圆柱式线圈的优势，在保证功率传输等级的前提下，扩大了电磁耦合机构的充电区域，提高了系统的传输功率和传输效率，减小了耦合机构之间的漏磁现象，避免电磁暴露。
Description
技术领域
本实用新型涉及电磁耦合技术，具体涉及一种用于无线电能传输的电磁耦合线圈。
背景技术
无线电能传输是利用一种特殊设备将电源的电能转变为可无线传播的能量，在接收端又将次此能量转变回电能，从而到达对用电器的无线供电。现有的无线电能传输大多采用非接触式充电技术，利用电磁感应原理，将两个线圈靠近作为电磁耦合机构，当电流在一个线圈中流动时，所产生的磁通量成为媒介，导致另一个线圈中也产生电动势。
作为无线电能传输系统而言，电磁耦合机构的性能对系统的传输功率和传输效率具有重要的影响，常见的线圈通常为圆盘状或圆柱状，有空心式的也有磁芯式的，通常作为变压器以及高频磁环使用。
对于无线供电而言，采用圆盘状的线圈可以获得较大的充电区域，但是发射线圈和接收线圈的对位要求较高，随着位置的偏移，传输功率的衰减较大，而采用圆柱式的线圈虽然抗衰减的能力较强，但是充电区域又太小，在无线电能传输系统的应用过程中，现在的线圈结构还存在各种缺陷。
实用新型内容
针对上述缺陷，本实用新型提供了一种用于无线电能传输的电磁耦合线圈，通过改变电磁耦合机构的磁芯结构和绕线方式，从而综合了圆盘式线圈和圆柱式线圈的优势，在保证功率传输等级的前提下，扩大了电磁耦合机构的充电区域，从而提高系统的传输功率和传输效率，减小耦合机构之间的漏磁现象。
为了达到上述目的，本实用新型所采用的具体技术方案如下：
一种用于无线电能传输的电磁耦合线圈，包括线圈和磁芯，其关键在于：所述磁芯设有一环形绕线盘，该环形绕线盘上均匀分布有N条支撑臂，N条支撑臂的一端汇聚在环形绕线盘的圆心处，N条支撑臂的另一端朝环形绕线盘的径向延伸形成N个自由端，在N条支撑臂汇聚处的中心开设有穿线孔，在每个支撑臂的自由端开设有向下凹陷的绕线槽，所述线圈采用利兹线，线圈的一端从任意一个支撑臂自由端的绕线槽伸入，其前半段沿着所述N个支撑臂的绕线槽纵向重叠绕制，其后半段沿着所述环形绕线盘呈盘状绕制，线圈的另一端从所述穿线孔伸出。
为了便于实施，所述环形绕线盘和N条支撑臂由铁氧体材料一体成型。
根据具体应用场景的需求，所述环形绕线盘的内径为26cm，外径为32cm，支撑臂的自由端到汇聚处的中心距离为21cm，每条支撑臂的宽度为3cm。
为了便于线圈的固定，所述绕线槽的外槽堤高于内槽堤。
作为具体描述，所述绕线槽的槽口宽度为1cm,支撑臂的厚度为1cm,绕线槽的底壁与支撑臂底壁的垂直距离为3cm，线圈在所述绕线槽内纵向重叠绕制的高度为4.5cm。
本实用新型的显著效果是：
通过改变电磁耦合机构的磁芯结构和绕线方式，从而综合了圆盘式线圈和圆柱式线圈的优势，在保证功率传输等级的前提下，扩大了电磁耦合机构的充电区域，提高了系统的传输功率和传输效率，减小了耦合机构之间的漏磁现象，避免电磁暴露。
附图说明
图1为本实用新型的磁芯结构示意图；
图2为图1的A-A剖视图；
图3为在图1上绕制线圈后的安装结构示意图；
图4为图3的A-A剖视图；
图5为利用本实用新型所组成的电磁耦合机构的磁力线分布图；
图6为未加磁芯结构的情况下，各种耦合机构的互感系数对比关系图；
图7为加入磁芯结构的后，各种耦合机构的互感系数对比关系图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。
如图1-图4所示，一种用于无线电能传输的电磁耦合线圈，包括线圈5和磁芯1，所述磁芯1设有一环形绕线盘，该环形绕线盘上均匀分布有N条支撑臂2，N条支撑臂2的一端汇聚在环形绕线盘的圆心处，N条支撑臂2的另一端朝环形绕线盘的径向延伸形成N个自由端，在N条支撑臂2汇聚处的中心开设有穿线孔3，在每个支撑臂2的自由端开设有向下凹陷的绕线槽4，所述线圈5采用利兹线，线圈5的一端从任意一个支撑臂2自由端的绕线槽4伸入，其前半段沿着所述N个支撑臂2的绕线槽4纵向重叠绕制，其后半段沿着所述环形绕线盘呈盘状绕制，线圈5的另一端从所述穿线孔3伸出。
从图1可以看出，本实施例中支撑臂2设计了8条，环形绕线盘和8条支撑臂2由铁氧体材料一体成型,8条支撑臂2组成一个“米”字形。
结合汽车无线充电的需要，本例中每条支撑臂2的宽度为3cm，图中标注为d1，环形绕线盘的内径为26cm，图中标注为d4，外径为32cm，相当于图中环面宽度d2为3cm，支撑臂2的自由端到汇聚处的中心距离为21cm，相当于图中标注d3为42cm。
从图2和图4还可以看出，本实施例中，绕线槽4的外槽堤高于内槽堤1cm，图中标注为h1，并且绕线槽4的槽口宽度为1cm,图中标注为d5，支撑臂2的厚度为1cm,图中标注为h2，绕线槽4的底壁与支撑臂2底壁的垂直距离为3cm，图中标注为h3，线圈5在所述绕线槽4内纵向重叠绕制的高度为4.5cm。
从图3和图4还可以具体的看出，线圈5在绕线槽4内纵向重叠环绕，当线圈5填充满绕线槽4后线圈5的高度与绕线盘的高度相同，接下来，线圈5就可以在绕线盘上按照螺旋状绕制成圆盘状（图3中示意性的表述为按照圆环状依次绕制），最后从绕线盘中央的穿线孔3将线圈5引出。
下面结合图5-图7来进一步理解本实用新型的显著效果：
如图5所示，利用本实用新型所设计的线圈配对成电磁耦合机构，将下端的线圈作为发射线圈，上端的线圈作为接收线圈，可以看出，通入高频电流时，电磁耦合机构之间的磁力线分布状况为图5所示。从图5中可以看出，采用本实用新型所设计的磁芯结构之后，磁力线基本都往线圈上方发射，下方只有少量的磁力线通过，漏磁得到了很大的改善，且有效地减小了传能路径之外区域的B值，在一定程度上保证了电磁暴露的安全性。穿过拾取端的磁通量增加，电磁耦合机构的传输功率等级得到较大地提升。
图6和图7是对各种电磁耦合机构的电磁仿真数据，在实验过程中，将圆盘状的线圈定义为圆形线圈，将纵向重叠的圆柱状线圈定义为集中线圈，将本实用新型所设计的线圈结构定义为组合式线圈，图6为各种线圈在不加磁芯的状况下，其电磁耦合机构的M值随着线圈横向偏移的变化曲线，图7为加入磁芯结构偶，各种电磁耦合机构的M值随着线圈横向偏移的变化曲线，通过对比可以发现，在不加磁芯的情况下，各种耦合机构的M值较小，加入磁芯后，各种耦合机构的M值均得到有效提升。
将三种磁芯线圈的L都定为190μH，并让拾取端线圈位于发射端线圈上方10cm处进行检测，通过图7所示的测试结果可以发现，圆盘线圈的互感系数较大，但是随着偏移量的增加，衰减较快，集中线圈互感系数较小，但是随着偏移量的增加，衰减比较缓和，组合线圈则综合了二者的优点，在保证一定M值的同时，降低了衰减速度，针对汽车无线供电而言，可以保证较大的充电区域，提高电磁耦合机构的传输能力。
最后需要说明的是，尽管以上结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但本实用新型不限于上述具体实施方式，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不违背本实用新型宗旨及权利要求的前提下，可以作出多种类似的表示，如：磁芯结构支撑臂数目的增加或者减少，穿线孔直径的增加或者减少，绕线槽的高度宽度的增加或者减少等，这样的变换均落入本实用新型保护范围之内。
Claims (5)
1.一种用于无线电能传输的电磁耦合线圈，包括线圈（5）和磁芯（1），其特征在于：所述磁芯（1）设有一环形绕线盘，该环形绕线盘上均匀分布有N条支撑臂（2），N条支撑臂（2）的一端汇聚在环形绕线盘的圆心处，N条支撑臂（2）的另一端朝环形绕线盘的径向延伸形成N个自由端，在N条支撑臂（2）汇聚处的中心开设有穿线孔（3），在每个支撑臂（2）的自由端开设有向下凹陷的绕线槽（4），所述线圈（5）采用利兹线，线圈（5）的一端从任意一个支撑臂（2）自由端的绕线槽（4）伸入，其前半段沿着所述N个支撑臂（2）的绕线槽（4）纵向重叠绕制，其后半段沿着所述环形绕线盘呈盘状绕制，线圈（5）的另一端从所述穿线孔（3）伸出。
2.根据权利要求1所述的用于无线电能传输的电磁耦合线圈，其特征在于：所述环形绕线盘和N条支撑臂（2）由铁氧体材料一体成型。
3.根据权利要求1或2所述的用于无线电能传输的电磁耦合线圈，其特征在于：所述环形绕线盘的内径为26cm，外径为32cm，支撑臂（2）的自由端到汇聚处的中心距离为21cm，每条支撑臂（2）的宽度为3cm。
4.根据权利要求1所述的用于无线电能传输的电磁耦合线圈，其特征在于：所述绕线槽（4）的外槽堤高于内槽堤。
5.根据权利要求4所述的用于无线电能传输的电磁耦合线圈，其特征在于：所述绕线槽（4）的槽口宽度为1cm,支撑臂（2）的厚度为1cm,绕线槽（4）的底壁与支撑臂（2）底壁的垂直距离为3cm，线圈（5）在所述绕线槽（4）内纵向重叠绕制的高度为4.5cm。
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