CN215793210U - 一种无线充电接收端结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种无线充电接收端结构，包括从下至上依次设置的底盘、线圈绕组、平铺磁芯、金属外壳，所述线圈绕组通过至少一根利兹线绕制形成，每根所述利兹线包括设于其表面的绝缘膜，所述绝缘膜采用非粘性材料。与现有技术相比，本实用新型通过采用非粘性的绝缘膜，能够大幅改善利兹线在拐弯处变形的情况。

Description

一种无线充电接收端结构

技术领域

本实用新型属于电动汽车无线充电技术领域，特别是一种无线充电接收端结构。

背景技术

随着我国近年来在电动汽车领域的高速发展，如何实现电动汽车的安全、便捷和快速的充电意义重大。电动汽车充电的传统方案是通过充电桩从电网直接获取电能，然而电动汽车进行有线充电时，充电插座或者电缆线通常有裸露在外的部分，在大功率充电时，容易产生电火花和电弧，存在重大安全隐患；同时传统的有线充电需要用户进行手动操作，人为的疏忽和充电插座的频繁插拔产生的硬件磨损均容易造成接触不良的现象，导致发生大功率环境下的人身安全事件。

为解决以上问题，通常采用近距离无线输电技术来实现电动汽车无线充电。电动汽车无线充电技术，通常是在电动汽车底盘安装一个接收端，并使安装在地面或地下的发射端的线圈流过高频交变电流来产生磁场，接收端线圈在交变磁场的影响下产生与发射端同频率的高频交变电流，经整流成直流后向电动汽车电池充电。在目前的汽车无线充电使用中，为了避免高频交变电流在线圈上因为趋肤效应产生过高损耗，往往使用利兹线作为发射端与接收端的线圈绕组，利兹线由多股漆包线绞合而成，其上覆盖有绝缘膜，此绝缘膜粘性较强，在绕制线圈时，在线圈的拐弯处此种利兹线往往会挤压变形，产生凸起，与磁芯直接接触甚至将磁芯顶起，带来绝缘风险并使漏磁增大，降低整个无线充电系统的效率甚至带来安全问题。

因此，如何设计一种提高充电效率的无线充电接收端结构是业界亟待解决的技术问题。

实用新型内容

针对现有技术中，利兹线挤压变形增大漏磁，从而降低无线充电系统充电效率的问题，本实用新型提出了一种无线充电接收端结构。

本实用新型的技术方案为，提出了一种无线充电接收端结构，包括从下至上依次设置的底盘、线圈绕组、平铺磁芯、金属外壳，所述线圈绕组通过至少一根利兹线绕制形成，每根所述利兹线包括设于其表面的绝缘膜，所述绝缘膜采用非粘性材料。

进一步，所述绝缘膜在所述利兹线折弯处的覆盖率高于非折弯处的覆盖率。

进一步，还包括设于所述底盘上用于安装所述线圈绕组的走线槽，所述走线槽的形状与所述线圈绕组相匹配，使每圈所述线圈绕组均处于所述走线槽内。

进一步，所述平铺磁芯上设有用于走线的缺口，在所述缺口处还设有用于覆盖所述缺口的盖板磁芯，所述盖板磁芯连通所述平铺磁芯缺口相对的两侧，用于降低所述缺口处的漏磁。

进一步，还包括设于所述金属外壳与所述平铺磁芯之间的导热胶，所述导热胶分别连接所述平铺磁芯与所述金属外壳，并通过所述金属外壳向外部散热。

进一步，所述导热胶采用带粘性的导热胶。

进一步，所述金属外壳朝向所述平铺磁芯的一面设有至少一处条纹状凸起，所述导热胶连接于所述金属外壳上条纹状凸起处。

进一步，所述绝缘膜采用聚酯亚胺、特氟龙、聚氨酯材料中任意一种。

进一步，所述利兹线的横截面的外形为方形、圆形、椭圆形中任意一种。

进一步，所述线圈绕组包括两条并行设置的利兹线，并通过两条并行的利兹线绕组而成。

与现有技术相比，本实用新型至少具有如下有益效果：

1、通过采用非粘性的利兹线，能够有效降低利兹线在拐弯处变形的情况，从而降低安装难度，防止与磁芯直接接触带来的安全隐患。

2、在平铺磁芯的缺口处设置有盖板磁芯，通过盖板磁芯的设置，能够降低缺口处产生的漏磁，从而提高充电效率。

3、在金属外壳与平铺磁芯之间设置有导热胶，同时在金属外壳朝向平铺磁芯的一侧设有条纹状的凸起，能够提高散热效果，避免热风险问题的发生。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型无线充电接收端的结构示意图；

图2为本实用新型底盘与线圈绕组的安装示意图；

图3为本实用新型利兹线折弯处的示意图；

图4为本实用新型无线充电发射端的结构示意图。

其中，1为底盘、11为走线槽、2为线圈绕组、3为平铺磁芯、31为盖板磁芯、4为金属外壳。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

由此，本说明书中所指出的一个特征将用于说明本实用新型的一个实施方式的其中一个特征，而不是暗示本实用新型的每个实施方式必须具有所说明的特征。此外，应当注意的是本说明书描述了许多特征。尽管某些特征可以组合在一起以示出可能的系统设计，但是这些特征也可用于其他的未明确说明的组合。由此，除非另有说明，所说明的组合并非旨在限制。

下面结合附图以及实施例对本实用新型的原理及结构进行详细说明。

在目前的汽车无线充电使用中，为了避免高频交变电流在线圈上因为趋肤效应产生过高损耗，往往使用利兹线作为发射端与接收端的线圈绕组，利兹线由多股漆包线绞合而成，其上覆盖有绝缘膜，此绝缘膜粘性较强，在绕制线圈时，在线圈的拐弯处此种利兹线往往会挤压变形，产生凸起，与磁芯直接接触甚至将磁芯顶起，带来绝缘风险并使漏磁增大，降低整个无线充电系统的效率甚至带来安全问题。本实用新型的思路在于，采用不带粘性利兹线，其能够大幅改善利兹线在拐弯处变形的情况，从而提高无线充电接收端的充电效率。

具体的，请参见图1，本实用新型提出的无线充电接收端结构包括：底盘1、线圈绕组2、平铺磁芯3、金属外壳4。其中，底盘1设置在无线充电接收端结构的最底处，用于固定线圈绕组2和起到支撑作用，为确保磁场的能量传输，其采用塑料材料；线圈绕组2设置于底盘1上，并通过底盘1上的走线槽11起到固定作用，其由至少一根利兹线绕制而成，能够与磁场作用产生交变的电流，该交变的电流经过整流后可以提供给汽车的高压电池进行充电；平铺磁芯3设于线圈绕组2上方，并覆盖线圈绕组2，用于降低接收端与发射端之间的磁阻，能够让发射端产生的磁通更多的集中到与接收端的磁通耦合路径上，增大耦合系数，并提高传输能力；金属外壳4设于装置的最顶端，其与底盘1安装在一起，形成无线充电接收端的壳体，并将线圈绕组2和平铺磁芯3置于壳体内部，其一般采用金属材料，如铝制材料，由于发射端与接收端之间的距离一般较远，耦合路径较长，通常会产生较大的漏磁，通过金属金属外壳4的设置，能够吸收漏磁，避免其对接收端上方的工作电路产生影响。

进一步，每条利兹线包括设在其表面的绝缘膜，该绝缘膜采用非粘性的材料，其可以有效改善拐弯处利兹线的凸起，从而降低漏磁。具体的，绝缘膜采用聚酯亚胺，特氟龙，聚氨酯材料中的一种。

现有技术中，利兹线采用带粘性的材料是用于固定线圈绕组2，通过利兹线表面的粘性绝缘膜能够更好实现其与底盘1之间的固定，避免工作过程中利兹线运动从而影响感应电流的产生。本实用新型中，由于采用非粘性的材料，故还需要提高底盘1与线圈绕组2之间固定的稳定性。具体的，请参见图1和图2，在底盘1上设有容纳线圈绕组2放置的走线槽11，其用于更好的安装线圈绕组2，以保证线圈绕组2的稳定性，走线槽11的形状与线圈绕组2的形状相匹配，线圈绕组2由至少一根利兹线绕制而成，整体呈涡流形，走线槽11的形状也呈涡流形，使得每一圈线圈绕组2均能置于走线槽11内，起到良好的固定效果，避免线圈绕组2发生偏移影响感应电流的产生。

通过走线槽11的设置，使本实用新型采用带非粘性的绝缘膜也能起到很好的固定效果，避免了线圈绕组2松脱的问题，同时降低了因利兹线凸起产生的漏磁。

根据利兹线上绝缘膜缠绕的层数和其覆盖率的关系可以很明确的知道，利兹线表面缠绕的绝缘膜的层数和其覆盖率成正比，可以得到利兹线对绝缘膜的缠绕层数和覆盖率满足

，其中m为绝缘膜对利兹线的覆盖率、k为绝缘膜在利兹线上的缠绕层数。

请参见图3，利兹线在拐弯处内径为r1，外径为r2，利兹线绝缘膜缠绕层数为k，覆盖率为m，则此时利兹线的覆盖率为：

在拐弯处，外圈利兹线长度拉伸变长，此时内外径拐弯周长分别为：

由于绝缘膜不带粘性此时会发生位移，导致外侧利兹线绝缘膜绕制层数变稀，令此处层数为k₁，覆盖率为m₁：

从式中可以看出，利兹线拐弯外侧绝缘膜覆盖率减少，覆盖率减少可能导致耐压问题，为了使在拐弯外侧的绝缘膜覆盖率达到m，其整体绝缘膜覆盖率需要增加到m2，缠绕层数需要增加到k2：

从公式可以看出，利兹线拐弯半径较小时，其外径与内径比值大，导致绝缘膜覆盖率减小程度大，因此在补偿其覆盖率时，需要以其拐弯半径最小处的减小值为标准，同时为保有余量，可在此覆盖率上再增大10%来进行利兹线的绝缘膜绕制。

需要说明的是，利兹线的覆盖率直接与利兹线的耐压相关，其覆盖率越高利兹线的耐压越高，因此本实用新型中需要对利兹线的覆盖率进行补偿。

优选的，绝缘膜在利兹线拐弯处的覆盖率高于其在非拐弯处的覆盖率，覆盖率通过利兹线的缠绕层数设定，通过该设置方式能够在一定程度上节省绝缘膜的使用，但如果同时增加利兹线在拐弯处和非拐弯处的缠绕层数，将会大大增加绝缘膜的使用成本。从上述公式可知，利兹线在拐弯处外侧的绕制层数变稀，其覆盖率低于非拐弯处的覆盖率，故只需要对拐弯处的绝缘膜进行补偿即可，故这里设置绝缘膜在利兹线拐弯处的缠绕层数高于非拐弯处的缠绕层数。

其中，相较于传统的无线充电接收端设计，本实用新型中利兹线上绝缘膜的缠绕层数更高，其用于增加利兹线整体绝缘膜的覆盖率来抵消折弯处绝缘膜因位移导致的覆盖率减少。

请参见图1，在平铺磁芯3上设有用于走线的缺口，由于线圈绕组2产生的交变电流需要传输到接收端上方的电路中，其需要通过走线连接，故该缺口的设置是不可避免的。但由于该缺口的设置，将会导致此处的磁芯不连贯，部分磁通会进入到空气中，成为漏磁，其会切割线圈并在金属外壳4上产生涡流，从而产生额外损耗。本实施例中，在平铺磁芯3的缺口处设置有盖磁芯31，通过盖板磁芯31将平铺磁芯3上的缺口盖住，并将位于缺口两侧的平铺磁芯3连通，通过盖板磁芯31的设置，能够将磁通维持在平铺磁芯3内部，进而减少漏磁的产生和影响。

具体的，本实用新型设置盖板磁芯31后从缺口处流过的磁通能够通过盖板磁芯31流入到缺口另一侧的平铺磁芯3中，从而避免了该磁通流入空气，产生漏磁的问题。

进一步，在金属外壳4与平铺磁芯3之间填充有导热胶，由于无线充电接收端在进行工作时会产生热量，如果热量过高容易烧坏器件，故在平铺磁芯3与金属外壳之间填充有导热胶，由于金属外壳4为无线充电接收端壳体的一部分，其与外部相互连接，使得导热胶能够通过金属外壳4将热量散发出去，避免器件的损坏。

在无线充电接收端工作时，由于其热胀冷缩较为明显，容易造成导热胶连接不牢固，从而松开与平铺磁芯之间的连接，导致散热效果不佳，为解决上述问题，本实用新型中采用粘性强的导热胶，如聚氨酯胶等材料，能够增强平铺磁芯3与金属外壳4之间的粘结效果。

进一步的，在金属外壳4朝向平铺磁芯3的一面设置有条纹状凸起，其设置有至少一处，通过条纹状凸起与导热胶连接，能够进一步增强导热胶与金属外壳4之间的连接，同时，条纹状凸起还能够增大金属外壳4与导热胶的接触面积，从而提高散热效果，在本实用新型一些其他实施例中，还可以将凸起的形状设计为方形等，只要能起到增大接触面积的效果即可。

进一步，线圈绕组包括两条并行的利兹线，并通过两条并行的利兹线缠绕而成，相较于一根利兹线的方案，在相同截面积的情况下，可以避免因为单根线线径过粗导致的加工，绕制的困难。相应的，利兹线的横截面的形状也可以相应设置为方形、圆形、椭圆形中的一种。

请参见图4，本实用新型提出的利兹线的设计还可以适用于发射端中，其与接收端的结构相反，其底盘1、线圈绕组2、平铺磁芯3、金属外壳4从上自下依次设置，进一步的，为保证无线充电接收端和无线充电发射端之间能量的良好传输，发射端的尺寸相较于接收端的尺寸大。

与现有技术相比，本实用新型采用不带粘性的绝缘膜，能够有效改善利兹线在拐弯处凸起的问题，从而降低漏磁的问题；通过在平铺磁芯上设置盖板磁芯，避免了缺口处产生的漏磁，提高了充电效率；通过设置在金属外壳和平铺磁芯之间的导热胶，以及设置在盖上的条纹状凸起，能够对无线充电接收端结构进行散热，避免热风险问题的发生。

上述实施例仅用于说明本实用新型的具体实施方式。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和变化，这些变形和变化都应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种无线充电接收端结构，包括从下至上依次设置的底盘、线圈绕组、平铺磁芯、金属外壳，其特征在于，所述线圈绕组通过至少一根利兹线绕制形成，每根所述利兹线包括设于其表面的绝缘膜，所述绝缘膜采用非粘性材料。

2.根据权利要求1所述的无线充电接收端结构，其特征在于，所述绝缘膜在所述利兹线折弯处的覆盖率高于非折弯处的覆盖率。

3.根据权利要求1所述的无线充电接收端结构，其特征在于，还包括设于所述底盘上用于安装所述线圈绕组的走线槽，所述走线槽的形状与所述线圈绕组相匹配，使每圈所述线圈绕组均处于所述走线槽内。

4.根据权利要求1所述的无线充电接收端结构，其特征在于，所述平铺磁芯上设有用于走线的缺口，在所述缺口处还设有用于覆盖所述缺口的盖板磁芯，所述盖板磁芯连通所述平铺磁芯缺口相对的两侧，用于降低所述缺口处的漏磁。

5.根据权利要求1所述的无线充电接收端结构，其特征在于，还包括设于所述金属外壳与所述平铺磁芯之间的导热胶，所述导热胶分别连接所述平铺磁芯与所述金属外壳，并通过所述金属外壳向外部散热。

6.根据权利要求5所述的无线充电接收端结构，其特征在于，所述导热胶采用带粘性的导热胶。

7.根据权利要求5所述的无线充电接收端结构，其特征在于，所述金属外壳朝向所述平铺磁芯的一面设有至少一处条纹状凸起，所述导热胶连接于所述金属外壳上条纹状凸起处。

8.根据权利要求1所述的无线充电接收端结构，其特征在于，所述绝缘膜采用聚酯亚胺、特氟龙、聚氨酯材料中任意一种。

9.根据权利要求1所述的无线充电接收端结构，其特征在于，所述利兹线的横截面的外形为方形、圆形、椭圆形中任意一种。

10.根据权利要求1所述的无线充电接收端结构，其特征在于，所述线圈绕组包括两条并行设置的利兹线，并通过两条并行的利兹线绕组而成。

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