[發明專利]自消磁結構、系統及方法

有效

• 申請號: 201780017084.1
• 申請日: 2017-03-13
• 公開（公告）號: CN109074945B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 毛恒春;楊勃
• 申請（專利權）人: 鯤騰科技有限公司
• 主分類號: H01F27/28
• 分類號: H01F27/28;H01F27/40;H01F38/14
• 代理公司: 深圳市六加知識產權代理有限公司 44372
• 代理人: 羅水江

一種自消磁結構包括線圈的多個第一匝以及具有與線圈的多個第一匝類似的形狀的線圈的多個第二匝，其中線圈的多個第一匝和線圈的多個第二匝具有類似的中心位置，并且流過線圈的多個第一匝的電流和流過線圈的多個第二匝的電流沿相反方向。

相關申請的交叉引用

本申請涉及2016年3月14日申請的題為“Self-Canceling Magnetic Structures(自消磁結構)”的美國臨時申請號62/307,915并主張其優先權，該臨時申請以引用的方式并入到本文。

技術領域

本發明涉及線圈結構，并且在特定實施例中，涉及無線電能傳輸系統中的線圈結構。

背景技術

無線電能傳輸(WPT)系統中的許多功率型電感器(包括在電源轉換器和EMI濾波器中使用的功率型電感器)以及傳送器線圈和接收器線圈需要在從10KHz到幾百MHz的高頻操作。為了達到更好的效率，需要精心設計此類電感器的繞組。由于磁性材料在此類較高頻率的性能不怎么好，或者在諸如WPT系統中所需的空間的給定空間中需要相當大的磁場，所以普遍采用空芯電感器。

空芯電感器的一個缺點是，它可能會對附近的組件造成顯著的磁干擾。更具體來說，通過采用空芯電感器，空芯電感器和周圍組件之間的干擾可能會造成顯著問題，例如擾亂操作和/或損壞周圍組件，增加由于相鄰金屬組件中的感生渦流引起的功率損耗，和/或類似問題。

圖1示出常規線圈結構的實現。圖1示出具有兩個匝的線圈結構。這兩個匝102和104可作為印刷電路板(PCB)上的導線或跡線實現。如圖1所示，第一匝102從線圈結構100的第一端子開始，并在第二匝104的起點處結束。第二匝104在線圈結構100的第二端子處結束。如圖1所示，線圈結構100的第一匝102和第二匝104作為兩個同心圓實現。如圖1所示，這兩個同心圓的電流沿相同方向流動。線圈結構100可具有其它合適的形狀，例如橢圓形、矩形等。

圖1中示出的線圈結構100可提供無線電能傳輸系統的期望電感。但是，該結構的磁場的很大一部分可能會擴張到線圈結構100的外面。

圖2示出圖1中示出的線圈結構的磁通量分布。圖2的水平軸表示距離圖1中示出的圓的中心的距離。水平軸的單位是米。垂直軸表示由圖1中示出的線圈結構產生的磁通量密度。垂直軸的單位是特斯拉。在圖1中示出的線圈結構100的上表面上方約1mm的高度測量磁通量密度。沿圖1中示出的線A-A’取圖2中示出的磁通量密度。

如圖2所示，磁通量密度具有兩個正峰值112和116與兩個負峰值114和118。返回參考圖1，線圈結構100的兩個匝彼此緊鄰。另外，流過這兩個匝的電流沿相同方向。

如圖2所示，稍微離開磁通量密度的峰值，由流過這兩個匝的電流產生的磁場不會抵消掉。因此，圖2中的磁通量密度花費較長的距離衰減至較低值。

圖3示出圖1中示出的線圈結構的另一個磁通量分布。圖3的水平軸表示距離圖1中示出的圓的中心的距離。水平軸的單位是米。垂直軸表示由圖1中示出的線圈結構產生的磁通量密度。垂直軸的單位是特斯拉。在線圈結構100的上表面上方約10mm的高度測量磁通量密度。沿圖1中示出的線A-A’取圖3中示出的磁通量密度。

圖3中示出的磁通量分布與圖2中示出的磁通量分布類似，不同之處在于，在圖1中示出的線圈結構的上表面上方約10mm而不是1mm的高度測量磁通量密度。

如圖2-3所示，由于磁通量密度花費較長的距離衰減至較低值，所以從圖1中示出的線圈結構100產生的大量磁通量位于線圈結構100的外部。該磁場可切入到附近的導電組件中，從而產生功率損耗并造成干擾。尤其是，如果線圈結構100是WPT線圈，并且另一個組件是近場通信(NFC)標簽。當NFC標簽移動到與線圈結構100相鄰的位置時，由線圈結構100產生的磁場可能會擾亂或損壞NFC標簽中的組件。因此，重要的是具有對附近組件具有最小影響的線圈結構。

發明內容