[發明專利]基于凹凸磁芯的無線能量發射機構及其參數設計方法

有效

• 申請號: 201810490898.3
• 申請日: 2018-05-21
• 公開（公告）號: CN108667151B
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 唐春森;張楊;吳新剛;王智慧;孫躍;左志平;譚若兮;王州波;鐘良亮;羅飛鵬;劉羽;周斌;聞銘;許巍;田陽;王天響;程志國;康世利
• 申請（專利權）人: 重慶大學;國網浙江省電力公司寧波供電公司;北京智芯微電子科技有限公司
• 主分類號: H02J50/10
• 分類號: H02J50/10;H01F38/14;H01F27/25;H01F27/30;H01F41/02
• 代理公司: 成都時譽知識產權代理事務所(普通合伙) 51250
• 代理人: 陳千

本發明屬于無線能量傳輸技術領域，提供了一種基于凹凸磁芯的無線能量發射機構及其參數設計方法，機構包括磁芯和線圈，磁芯由多塊鐵氧體磁條按環形陣列分布而成，在每一塊磁條的上表面設有兩段凹凸部，多塊磁條按環形陣列分布后，其凹凸部圍成兩圈環形的線圈容置槽，所述線圈分為兩組并按照平面密繞的方式分別繞制在兩圈線圈容置槽中，且內、外兩組線圈相互串聯。通過仿真軟件分析得知，該結構能實現在相同的感應電壓條件下，互感另一端的橫向抗偏移能力、縱向傳輸距離顯著優于現有電磁耦合機構，提升無線能量傳輸系統對橫向、縱向偏移容忍度。

技術領域

本發明涉及無線能量傳輸領域，由其涉及一種基于凹凸磁芯的無線能量發射機構及其參數設計方法。

背景技術

無線能量傳輸，一般稱無線充電，是一種利用電磁感應原理進行非接觸式充電的技術。較之傳統的有線方式，無線充電使用靈活、操作方便、應用廣泛，具有明顯的優越性且潛在應用市場廣泛。

作為無線能量傳輸系統的主要組成部分，磁耦合機構的設計直接影響系統能量傳輸的能效特性。現有電磁耦合結構的設計主要是圍繞著提高耦合系數為中心，即單方面的增加縱向耦合能力，提高縱向傳輸距離，增大縱向抗偏移能力。但對于同時提高系統橫向和縱向抗偏移特性優化方面的研究相對較少。以圖1和圖2所示的能量發射機構為例，現有的能量發射機構通常包括磁芯和線圈，磁芯是由多塊矩形鐵氧體磁條按環形陣列分布而成，線圈為密繞線圈，線圈水平放置在磁芯上表面。通過實際應用發現，電動汽車無線充電系統中能量拾取端容易因為停車位置不準確而產生橫向偏移。同時，因為不同的電動汽車高度也可能不同，因此還存在著縱向偏移問題。而現有能量發射機構對能量接收機構的偏移容忍度較低，即在進行無線能量傳輸時，發射端對接收端的縱向傳輸高度限制較多以及拾取端的位置放置要求高，系統的空間冗余度底，使用不夠靈活，操作不夠方便，且不利于電動汽車無線充電的產業化推廣應用。

發明內容

針對現有無線能量傳輸的電磁耦合技術中，對互感另一端的偏移容忍度較低、使用的靈活性較低的問題，為提高無線能量傳輸中電磁耦合的抗偏移能力，及操作的便捷性，本發明提供一種基于凹凸磁芯的無線能量發射機構，通過優化磁芯結構與線圈繞線方式，提升耦合機構在橫向和縱向的抗偏移能力。

為實現上述目的，本發明所采用的具體技術方案如下：

一種基于凹凸磁芯的無線能量發射機構，包括磁芯和線圈，其關鍵在于：所述磁芯由多塊鐵氧體磁條按環形陣列分布而成，在每一塊磁條的上表面設有兩段凹凸部，多塊磁條按環形陣列分布后，其凹凸部圍成兩圈環形的線圈容置槽，所述線圈分為兩組并按照平面密繞的方式分別繞制在兩圈線圈容置槽中，且內、外兩組線圈相互串聯。優選的，磁芯由八塊鐵氧體磁條按環形陣列分布而成。

優選的，所述磁條包括矩形的底板，在所述矩形底板的上表面通過搭接兩塊矩形磁塊形成兩段凹凸部。

優先的，所述矩形底板上表面的第一矩形磁塊位于遠心端，第二矩形磁塊位于矩形底板的中部，且兩組線圈的側立面與對應的矩形磁塊的側壁緊貼。

優先的，靠近中心的一組線圈匝數少于遠離中心的一組線圈匝數。

優先的，所述線圈是由勵磁線繞制而成。

優先的，所述磁芯和線圈設置在一封裝盒中，在盒體側壁上設置有線圈的接線頭。

基于上述機構，本發明還提出了具體的參數設計方法，按以下步驟進行：

S1：設定磁耦合機構空間尺寸；

S2：建立分組串繞線圈與凹凸磁芯復合結構三維模型，并設置材料參數及邊界條件；

S3：初始化不變參數，包括線圈底部磁芯厚度h，單根磁條總長l，線圈容置槽的深度d_wire，d_wire與勵磁線線徑一致；