無線能量發射機構、無線能量接收機構及電磁耦合機構的制作方法

本發明涉及無線電能傳輸技術領域，具體涉及無線能量發射機構、無線能量接收機構及電磁耦合機構。

背景技術：

無線電能傳輸是利用一種特殊設備將電源的電能轉變為可無線傳播的能量，在接收端又將無線能量轉變回電能，從而實現對用電器的無線供電。現有的無線電能傳輸大多采用非接觸式充電技術，利用電磁感應原理，將兩個線圈靠近作為電磁耦合機構，當電流在一個線圈中流動時，所產生的電磁場成為媒介，導致另一個線圈中也產生電動勢。

電磁耦合機構在傳遞能量的過程中，磁路是受磁阻影響的，空氣磁阻相對于磁芯磁阻較大，所以在環形線圈中，采用環形磁芯存在一個問題，就是磁力線很容易在磁芯內部形成回路，所以就會出現磁力線聚集在原邊線圈的磁芯部分，而不利于將磁力線引導至副邊線圈，導致傳遞能量的能力降低；而且較大的環形磁芯存在易碎、抗震能力差等問題，汽車出現震動是一種常見的現象，所以需滿足抗震動要求的指標，而環形抗震動能力很弱，一旦磁芯斷裂，電磁耦合機構便會被影響，使系統參數發生改變，有可能使系統不再工作在諧振狀態，從而影響能量的傳輸。

技術實現要素：

本發明解決的問題在于提供一種重量輕且電能傳遞能力穩定的無線能量發射機構、無線能量接收機構及電磁耦合機構。

具體技術方案如下：

一種無線能量發射機構，包括原邊線圈和原邊磁芯，其關鍵在于：所述原邊磁芯包括N條第一T型磁芯和N條第二T型磁芯，所述第一T型磁芯包括第一橫向磁芯和第一豎向磁芯，所述第一橫向磁芯的長度小于所述第一豎向磁芯的長度；所述第二T型磁芯包括第二橫向磁芯和第二豎向磁芯，所述第二橫向磁芯的長度大于所述第二豎向磁芯的長度，所述第一豎向磁芯的長度大于所述第二豎向磁芯的長度；所述原邊線圈為環形盤狀線圈，所述第一T型磁芯和第二T型磁芯相互交替地貼附在所述原邊線圈的環形環面上，二者分別呈中心對稱均勻分布，所述第一豎向磁芯和第二豎向磁芯均沿所述原邊線圈的環形盤面徑向設置。

無線能量發射機構的技術方案原理，在原邊線圈上設置原邊磁芯，用于引導磁力線的走向，從而使更多的磁力線可以通過副邊線圈；中心對稱設置的第一T型磁芯和第二T型磁芯組合后，與鋪滿磁芯的引導磁力線的能力相同的情況下，第一T型磁芯和第二T型磁芯組合后的抗震性比鋪滿磁芯的抗震性更好，且第一T型磁芯和第二T型磁芯組合成的原邊磁芯重量較輕。

為更好實現一種無線能量發射機構，可進一步為：

所述第一橫向磁芯的內側面靠近所述原邊線圈最外一匝繞線的邊緣；所述第二橫向磁芯的外側面靠近所述原邊線圈最外一匝繞線的邊緣，這樣設置的結構，使原邊磁芯引導磁力線的效果更好，使磁場分布更均勻；

所述第一T型磁芯和第二T型磁芯均由條形鐵氧體拼接而成，所述第一橫向磁芯包括兩條所述條形鐵氧體，所述第一豎向磁芯包括一條所述條形鐵氧體；所述第二橫向磁芯包括一條所述條形鐵氧體，所述第二豎向磁芯包括兩條所述條形鐵氧體，鐵氧體的導磁能力比較強，利用條形鐵氧體拼接構成原邊磁芯，使原邊磁芯的抗震性更好，導磁作用更穩定。

一種無線能量接收機構，包括副邊線圈和副邊磁芯，其關鍵在于：所述副邊磁芯包括N條T型副邊磁芯和N條條形副邊磁芯，所述T型副邊磁芯包括橫向副邊磁芯和豎向副邊磁芯，所述橫向副邊磁芯的長度大于所述豎向副邊磁芯的長度；

所述副邊線圈為矩形盤狀線圈，所述T型副邊磁芯和條形副邊磁芯相互交替地貼附在所述副邊線圈的盤面上，二者分別呈中心對稱均勻分布，在所述副邊線圈的盤面上設有以所述副邊線圈中心點為圓心的環形分布區，所述豎向副邊磁芯和條形副邊磁芯均沿所述環形分布區的徑向設置。

無線能量接收機構的技術方案原理，在副邊線圈上設置副邊磁芯，用于引導磁力線的走向，從而使更多的磁力線可以穿過副邊線圈；中心對稱設置的T型副邊磁芯和條形副邊磁芯組合后，與鋪滿磁芯引導磁力線的能力相同的情況下，T型副邊磁芯和條形副邊磁芯組合后的抗震性比鋪滿磁芯的抗震性更好，且T型副邊磁芯和條形副邊磁芯組合成的副邊磁芯重量較輕。

為更好實現一種無線能量接收機構，可進一步為：

所述副邊磁芯包括四條所述T型副邊磁芯和四條所述條形副邊磁芯，四條所述條形副邊磁芯分別位于所述副邊線圈的兩條對角線上，四條所述橫向副邊磁芯的外側面靠近所述副邊線圈的最外一匝繞線的邊緣；這樣設置的結構，使副邊磁芯引導磁力線的效果更好，使磁場分布更均勻；

所述T型副邊磁芯和條形副邊磁芯均由條形鐵氧體拼接而成，所述橫向副邊磁芯包括兩條所述條形鐵氧體，所述豎向副邊磁芯包括一條所述條形鐵氧體，所述條形副邊磁芯包括一條所述條形鐵氧體；鐵氧體的導磁能力比較強，利用條形鐵氧體拼接構成副邊線圈，使副邊線圈的抗震性更好，導磁作用更穩定。

基于上述發明中的無線能量發射機構和無線能量接收機構，還設計出另一種發明，電磁耦合機構，其關鍵在于：將所述無線能量發射機構與所述無線能量接收機構相互耦合實現無線能量傳輸。

電磁耦合結構的技術方案原理，當原邊線圈和副邊線圈之間傳遞能量時，在所述原邊線圈和副邊線圈兩側分別設置原邊磁芯和副邊磁芯，用于引導原邊線圈和副邊線圈之間的磁力線，使更多磁力線穿過副邊線圈。

為更好的實現一種電磁耦合結構，可進一步為：

所述無線能量發射機構還設置有原邊殼體，該原邊殼體包括第一殼體和第二殼體，在所述第一殼體的內表面開設有原邊線圈容置槽，所述原邊線圈固設在所述原邊線圈容置槽內；在所述第二殼體的內表面開設有原邊磁芯容置槽，所述原邊磁芯容置槽包括第一T型磁芯容置槽和第二T型磁芯容置槽，所述第一T型磁芯和第二T型磁芯分別固設在所述第一T型磁芯容置槽和第二T型磁芯容置槽內，這樣便于攜帶和安裝所述無線能量發射機構；

所述無線能量接收機構還設置有副邊殼體，該副邊殼體包括第三殼體和第四殼體，在所述第三殼體的內表面開設有副邊線圈容置槽，所述副邊線圈固設在所述副邊線圈容置槽內；在所述第四殼體的內表面開設有副邊磁芯容置槽，所述副邊磁芯容置槽包括T型副邊磁芯容置槽和條形副邊磁芯容置槽，所述T型副邊磁芯和條形副邊磁芯分別固設在所述T型副邊磁芯容置槽和條形副邊磁芯容置槽內，這樣便于攜帶和安裝所述無線能量接收機構；

在所述第一殼體、第二殼體、第三殼體和第四殼體的內表面上還分布有空槽，這樣能減輕原邊殼體和副邊殼體的重量，和減少生產原邊殼體及副邊殼體的用材。

本發明的有益效果為：原邊磁芯和副邊磁芯均采用多塊磁芯呈中心對稱的方式組成，在和鋪滿磁芯的引磁效果相同的情況下，分別減輕了無線能量發射機構和無線能量接收機構的設計重量，便于生產和使用，同時，這種結構相對鋪滿磁芯的抗震效果更好，從而使原邊磁芯和副邊磁芯的導磁效果更穩定；原邊磁芯采用T型磁芯結構，可有效防止磁場在原邊磁芯處形成閉環，使更多的磁力線穿過副邊線圈，使無線能量傳輸的能力變得更強。

附圖說明

圖1為一種無線能量發射機構的結構示意圖；

圖2為一種無線能量接收機構的結構示意圖；

圖3為原邊線圈和第一殼體的安裝結構示意圖；

圖4為原邊磁芯和第二殼體的安裝結構示意圖；

圖5為副邊線圈和第三殼體的安裝結構示意圖；

圖6為副邊磁芯和第四殼體的安裝結構示意圖；

圖7為連續圓環磁芯結構示意圖；

圖8為斷續圓環磁芯結構示意圖；

圖9為不同磁芯結構下互感值隨拾取端偏移距離的變化表格；

圖10為不同磁芯結構互感偏移曲線；

圖11為不同磁芯結構互感變化曲線。

注釋：第一橫向磁芯為1-1，第一豎向磁芯為1-2，第二橫向磁芯為2-1，第二豎向磁芯為2-2，原邊線圈為3，橫向副邊磁芯為5-1，豎向副邊磁芯為5-2，條形副邊磁芯為4，副邊線圈為6，第一殼體為7-1，第二殼體為7-2，第三殼體為8-1，第四殼體為8-2，空槽為9，連續圓環磁芯為10，斷續圓環磁芯11。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發明的優點和特征能更易于被本領域技術人員理解，從而對本發明的保護范圍做出更為清楚明確的界定。

如圖1所示：一種無線能量發射機構，包括原邊線圈3和原邊磁芯，原邊磁芯包括四條第一T型磁芯和四條第二T型磁芯，第一T型磁芯包括第一橫向磁芯1-1和第一豎向磁芯1-2，第一橫向磁芯1-1的長度小于第一豎向磁芯1-2的長度；第二T型磁芯包括第二橫向磁芯2-1和第二豎向磁芯2-2，第二橫向磁芯2-1的長度大于第二豎向磁芯2-2的長度，第一豎向磁芯1-2的長度大于第二豎向磁芯的長度2-2；

原邊線圈3為環形盤狀線圈，第一T型磁芯和第二T型磁芯相互交替地貼附在原邊線圈3的環形環面上，二者分別呈中心對稱均勻分布，第一豎向磁芯1-2和第二豎向磁芯2-2均沿原邊線圈3環形盤面的徑向設置；第一橫向磁芯1-1的內側面與原邊線圈3最外一匝繞線的邊緣在豎直方向上重合；第二橫向磁芯2-1的外側面與原邊線圈3最外一匝繞線的邊緣在豎直方向上重合；

第一T型磁芯和第二T型磁芯可以通過建模一體成型，也可以采用多塊標準化的條形鐵氧體拼接而成，本實施例中，第一T型磁芯和第二T型磁芯均由市場上標準尺寸的條形鐵氧體拼接而成，原邊磁芯中使用的條形鐵氧體尺寸為4cm*9cm*1cm，第一橫向磁芯1-1包括兩條條形鐵氧體，第一豎向磁芯1-2包括一條條形鐵氧體；第二橫向磁芯2-1包括一條條形鐵氧體，第二豎向磁芯2-2包括兩條條形鐵氧體，其中，條形鐵氧體的拼接關鍵在于，兩兩條形鐵氧體的端面相互重合。

如圖2所示：一種無線能量接收機構，包括副邊線圈6和副邊磁芯，副邊磁芯包括四條T型副邊磁芯和四條條形副邊磁芯4，T型副邊磁芯包括橫向副邊磁芯5-1和豎向副邊磁芯5-2，橫向副邊磁芯5-1的長度大于豎向副邊磁芯5-2的長度；

副邊線圈6為矩形盤狀線圈，T型副邊磁芯和條形副邊磁芯4相互交替地貼附在副邊線圈6的盤面上，二者分別呈中心對稱均勻分布，在副邊線圈6的盤面上設有以副邊線圈6中心點為圓心的環形分布區，豎向副邊磁芯5-2和條形副邊磁芯4均沿環形分布區的徑向設置；

副邊磁芯包括四條T型副邊磁芯和四條條形副邊磁芯4，四條條形副邊磁芯4分別位于副邊線圈6的兩條對角線上，四條橫向副邊磁芯5-1的外側面與副邊線圈6的最外一匝繞線的邊緣在豎直方向上重合；

T型副邊磁芯和條形副邊磁芯4可以通過建模一體成型，也可以采用多塊標準化的條形鐵氧體拼接而成，本實施例中，T型副邊磁芯和條形副邊磁芯4均由市場上標準尺寸的條形鐵氧體拼接而成，副邊磁芯中使用的條形鐵氧體尺寸為4cm*4cm*1cm，橫向副邊磁芯5-1包括兩條條形鐵氧體，豎向副邊磁芯5-2包括一條所述條形鐵氧體，條形副邊磁芯4包括一條條形鐵氧體，其中，條形鐵氧體的拼接關鍵在于，兩兩條形鐵氧體的端面相互重合。

如圖1至圖6所示：一種電磁耦合機構，包括實施例無線能量發射機構和無線能量接收機構中所述的所有技術特征外，將無線能量發射機構與無線能量接收機構相互耦合實現無線能量的傳輸；

無線能量發射機構還設置有原邊殼體，原邊殼體的尺寸為50cm*50cm*3cm，原邊殼體包括第一殼體7-1和第二殼體7-2，在第一殼體7-1的內表面開設有原邊線圈容置槽，原邊線圈3固設在原邊線圈容置槽內；在第二殼體7-2的內表面開設有原邊磁芯容置槽，原邊磁芯容置槽包括第一T型磁芯容置槽和第二T型磁芯容置槽，第一T型磁芯和第二T型磁芯分別固設在第一T型磁芯容置槽和第二T型磁芯容置槽內；第一T型磁芯容置槽和第二T型磁芯容置槽的尺寸大小，剛好可以分別使第一T型磁芯和第二T型磁芯鑲嵌在里邊；第一殼體7-1和第二殼體7-2四個角由螺桿固定連接，二者扣合后使原邊磁芯剛好貼附在原邊線圈3的環形盤面上；

無線能量接收機構還設置有副邊殼體，副邊殼體的尺寸為30cm*30cm*3cm，副邊殼體包括第三殼體8-1和第四殼體8-2，在第三殼體8-1的內表面開設有副邊線圈容置槽，副邊線圈6固設在副邊線圈容置槽內；在第四殼體8-2的內表面開設有副邊磁芯容置槽，副邊磁芯容置槽包括T型副邊磁芯容置槽和條形副邊磁芯容置槽，T型副邊磁芯和條形副邊磁芯4分別固設在T型副邊磁芯容置槽和條形副邊磁芯容置槽內，在第一殼體7-1、第二殼體7-2，第三殼體8-1和第四殼體8-2的內表面上還分布有空槽9；T型副邊磁芯容置槽和條形副邊磁芯容置槽的尺寸大小，剛好可以分別使T型副邊磁芯和條形副邊磁芯4鑲嵌在里邊，起到固定T型副邊磁芯和條形副邊磁芯4作用，第三殼體8-1和第四殼體8-2四個角由螺桿固定連接，二者扣合后使副邊磁芯剛好貼附在副邊線圈6上；另外，為了便于原邊線圈3和副邊線圈6外接電源線，在原邊殼體和副邊殼體的側壁上還開設有出線孔，原邊線圈3和副邊線圈6的兩個接線端頭分別通過出線孔向外引出。

為進一步體現本發明的顯著效果，接下來針對T型磁芯、連續圓環磁芯和斷續圓環磁芯進行對比分析，如圖7至圖11出示了在其他實驗條件相同的情況下，三者不同磁芯結構的互感值分別隨拾取端偏移距離變化的情況，其中發射端的電感量均為50uh，由圖9的表格和圖10的互感偏移曲線中可以看出，T型磁芯，即本發明中的原邊磁芯結構，其在副邊線圈與原邊線圈之間的距離從0cm變化到15cm的過程中，互感值從47.184uh變化到22.307uh，相同情況下，連續圓環磁芯的互感值從31.858uh變化到14.225uh，斷續圓環磁芯的互感值從35.804uh變化到16.294uh，相對于另外兩種磁芯結構的原邊磁芯，在副邊磁芯結構相同，同時拾取端偏移距離變化的情況下，T型磁芯結構使副邊線圈接收到的互感量始終最多；從圖11中可以看出，在副邊磁芯結構相同，同時拾取端偏移距離變化的情況下，采用T型磁芯結構原邊磁芯，原邊線圈和副邊線圈之間傳輸電感量的變化率最小；

綜上所述，原邊磁芯采用T型磁芯結構，可有效防止磁場在原邊磁芯處形成閉環，保證有更多的磁力線通過副邊線圈，使無線能量傳輸的效率變得更高。