无线能量发射机构、无线能量接收机构及电磁耦合机构的制作方法

本发明涉及无线电能传输技术领域，具体涉及无线能量发射机构、无线能量接收机构及电磁耦合机构。

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，在接收端又将无线能量转变回电能，从而实现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，所产生的电磁场成为媒介，导致另一个线圈中也产生电动势。

电磁耦合机构在传递能量的过程中，磁路是受磁阻影响的，空气磁阻相对于磁芯磁阻较大，所以在环形线圈中，采用环形磁芯存在一个问题，就是磁力线很容易在磁芯内部形成回路，所以就会出现磁力线聚集在原边线圈的磁芯部分，而不利于将磁力线引导至副边线圈，导致传递能量的能力降低；而且较大的环形磁芯存在易碎、抗震能力差等问题，汽车出现震动是一种常见的现象，所以需满足抗震动要求的指标，而环形抗震动能力很弱，一旦磁芯断裂，电磁耦合机构便会被影响，使系统参数发生改变，有可能使系统不再工作在谐振状态，从而影响能量的传输。

技术实现要素：

本发明解决的问题在于提供一种重量轻且电能传递能力稳定的无线能量发射机构、无线能量接收机构及电磁耦合机构。

具体技术方案如下：

一种无线能量发射机构，包括原边线圈和原边磁芯，其关键在于：所述原边磁芯包括N条第一T型磁芯和N条第二T型磁芯，所述第一T型磁芯包括第一横向磁芯和第一竖向磁芯，所述第一横向磁芯的长度小于所述第一竖向磁芯的长度；所述第二T型磁芯包括第二横向磁芯和第二竖向磁芯，所述第二横向磁芯的长度大于所述第二竖向磁芯的长度，所述第一竖向磁芯的长度大于所述第二竖向磁芯的长度；所述原边线圈为环形盘状线圈，所述第一T型磁芯和第二T型磁芯相互交替地贴附在所述原边线圈的环形环面上，二者分别呈中心对称均匀分布，所述第一竖向磁芯和第二竖向磁芯均沿所述原边线圈的环形盘面径向设置。

无线能量发射机构的技术方案原理，在原边线圈上设置原边磁芯，用于引导磁力线的走向，从而使更多的磁力线可以通过副边线圈；中心对称设置的第一T型磁芯和第二T型磁芯组合后，与铺满磁芯的引导磁力线的能力相同的情况下，第一T型磁芯和第二T型磁芯组合后的抗震性比铺满磁芯的抗震性更好，且第一T型磁芯和第二T型磁芯组合成的原边磁芯重量较轻。

为更好实现一种无线能量发射机构，可进一步为：

所述第一横向磁芯的内侧面靠近所述原边线圈最外一匝绕线的边缘；所述第二横向磁芯的外侧面靠近所述原边线圈最外一匝绕线的边缘，这样设置的结构，使原边磁芯引导磁力线的效果更好，使磁场分布更均匀；

所述第一T型磁芯和第二T型磁芯均由条形铁氧体拼接而成，所述第一横向磁芯包括两条所述条形铁氧体，所述第一竖向磁芯包括一条所述条形铁氧体；所述第二横向磁芯包括一条所述条形铁氧体，所述第二竖向磁芯包括两条所述条形铁氧体，铁氧体的导磁能力比较强，利用条形铁氧体拼接构成原边磁芯，使原边磁芯的抗震性更好，导磁作用更稳定。

一种无线能量接收机构，包括副边线圈和副边磁芯，其关键在于：所述副边磁芯包括N条T型副边磁芯和N条条形副边磁芯，所述T型副边磁芯包括横向副边磁芯和竖向副边磁芯，所述横向副边磁芯的长度大于所述竖向副边磁芯的长度；

所述副边线圈为矩形盘状线圈，所述T型副边磁芯和条形副边磁芯相互交替地贴附在所述副边线圈的盘面上，二者分别呈中心对称均匀分布，在所述副边线圈的盘面上设有以所述副边线圈中心点为圆心的环形分布区，所述竖向副边磁芯和条形副边磁芯均沿所述环形分布区的径向设置。

无线能量接收机构的技术方案原理，在副边线圈上设置副边磁芯，用于引导磁力线的走向，从而使更多的磁力线可以穿过副边线圈；中心对称设置的T型副边磁芯和条形副边磁芯组合后，与铺满磁芯引导磁力线的能力相同的情况下，T型副边磁芯和条形副边磁芯组合后的抗震性比铺满磁芯的抗震性更好，且T型副边磁芯和条形副边磁芯组合成的副边磁芯重量较轻。

为更好实现一种无线能量接收机构，可进一步为：

所述副边磁芯包括四条所述T型副边磁芯和四条所述条形副边磁芯，四条所述条形副边磁芯分别位于所述副边线圈的两条对角线上，四条所述横向副边磁芯的外侧面靠近所述副边线圈的最外一匝绕线的边缘；这样设置的结构，使副边磁芯引导磁力线的效果更好，使磁场分布更均匀；

所述T型副边磁芯和条形副边磁芯均由条形铁氧体拼接而成，所述横向副边磁芯包括两条所述条形铁氧体，所述竖向副边磁芯包括一条所述条形铁氧体，所述条形副边磁芯包括一条所述条形铁氧体；铁氧体的导磁能力比较强，利用条形铁氧体拼接构成副边线圈，使副边线圈的抗震性更好，导磁作用更稳定。

基于上述发明中的无线能量发射机构和无线能量接收机构，还设计出另一种发明，电磁耦合机构，其关键在于：将所述无线能量发射机构与所述无线能量接收机构相互耦合实现无线能量传输。

电磁耦合结构的技术方案原理，当原边线圈和副边线圈之间传递能量时，在所述原边线圈和副边线圈两侧分别设置原边磁芯和副边磁芯，用于引导原边线圈和副边线圈之间的磁力线，使更多磁力线穿过副边线圈。

为更好的实现一种电磁耦合结构，可进一步为：

所述无线能量发射机构还设置有原边壳体，该原边壳体包括第一壳体和第二壳体，在所述第一壳体的内表面开设有原边线圈容置槽，所述原边线圈固设在所述原边线圈容置槽内；在所述第二壳体的内表面开设有原边磁芯容置槽，所述原边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型磁芯分别固设在所述第一T型磁芯容置槽和第二T型磁芯容置槽内，这样便于携带和安装所述无线能量发射机构；

所述无线能量接收机构还设置有副边壳体，该副边壳体包括第三壳体和第四壳体，在所述第三壳体的内表面开设有副边线圈容置槽，所述副边线圈固设在所述副边线圈容置槽内；在所述第四壳体的内表面开设有副边磁芯容置槽，所述副边磁芯容置槽包括T型副边磁芯容置槽和条形副边磁芯容置槽，所述T型副边磁芯和条形副边磁芯分别固设在所述T型副边磁芯容置槽和条形副边磁芯容置槽内，这样便于携带和安装所述无线能量接收机构；

在所述第一壳体、第二壳体、第三壳体和第四壳体的内表面上还分布有空槽，这样能减轻原边壳体和副边壳体的重量，和减少生产原边壳体及副边壳体的用材。

本发明的有益效果为：原边磁芯和副边磁芯均采用多块磁芯呈中心对称的方式组成，在和铺满磁芯的引磁效果相同的情况下，分别减轻了无线能量发射机构和无线能量接收机构的设计重量，便于生产和使用，同时，这种结构相对铺满磁芯的抗震效果更好，从而使原边磁芯和副边磁芯的导磁效果更稳定；原边磁芯采用T型磁芯结构，可有效防止磁场在原边磁芯处形成闭环，使更多的磁力线穿过副边线圈，使无线能量传输的能力变得更强。

附图说明

图1为一种无线能量发射机构的结构示意图；

图2为一种无线能量接收机构的结构示意图；

图3为原边线圈和第一壳体的安装结构示意图；

图4为原边磁芯和第二壳体的安装结构示意图；

图5为副边线圈和第三壳体的安装结构示意图；

图6为副边磁芯和第四壳体的安装结构示意图；

图7为连续圆环磁芯结构示意图；

图8为断续圆环磁芯结构示意图；

图9为不同磁芯结构下互感值随拾取端偏移距离的变化表格；

图10为不同磁芯结构互感偏移曲线；

图11为不同磁芯结构互感变化曲线。

注释：第一横向磁芯为1-1，第一竖向磁芯为1-2，第二横向磁芯为2-1，第二竖向磁芯为2-2，原边线圈为3，横向副边磁芯为5-1，竖向副边磁芯为5-2，条形副边磁芯为4，副边线圈为6，第一壳体为7-1，第二壳体为7-2，第三壳体为8-1，第四壳体为8-2，空槽为9，连续圆环磁芯为10，断续圆环磁芯11。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1所示：一种无线能量发射机构，包括原边线圈3和原边磁芯，原边磁芯包括四条第一T型磁芯和四条第二T型磁芯，第一T型磁芯包括第一横向磁芯1-1和第一竖向磁芯1-2，第一横向磁芯1-1的长度小于第一竖向磁芯1-2的长度；第二T型磁芯包括第二横向磁芯2-1和第二竖向磁芯2-2，第二横向磁芯2-1的长度大于第二竖向磁芯2-2的长度，第一竖向磁芯1-2的长度大于第二竖向磁芯的长度2-2；

原边线圈3为环形盘状线圈，第一T型磁芯和第二T型磁芯相互交替地贴附在原边线圈3的环形环面上，二者分别呈中心对称均匀分布，第一竖向磁芯1-2和第二竖向磁芯2-2均沿原边线圈3环形盘面的径向设置；第一横向磁芯1-1的内侧面与原边线圈3最外一匝绕线的边缘在竖直方向上重合；第二横向磁芯2-1的外侧面与原边线圈3最外一匝绕线的边缘在竖直方向上重合；

第一T型磁芯和第二T型磁芯可以通过建模一体成型，也可以采用多块标准化的条形铁氧体拼接而成，本实施例中，第一T型磁芯和第二T型磁芯均由市场上标准尺寸的条形铁氧体拼接而成，原边磁芯中使用的条形铁氧体尺寸为4cm*9cm*1cm，第一横向磁芯1-1包括两条条形铁氧体，第一竖向磁芯1-2包括一条条形铁氧体；第二横向磁芯2-1包括一条条形铁氧体，第二竖向磁芯2-2包括两条条形铁氧体，其中，条形铁氧体的拼接关键在于，两两条形铁氧体的端面相互重合。

如图2所示：一种无线能量接收机构，包括副边线圈6和副边磁芯，副边磁芯包括四条T型副边磁芯和四条条形副边磁芯4，T型副边磁芯包括横向副边磁芯5-1和竖向副边磁芯5-2，横向副边磁芯5-1的长度大于竖向副边磁芯5-2的长度；

副边线圈6为矩形盘状线圈，T型副边磁芯和条形副边磁芯4相互交替地贴附在副边线圈6的盘面上，二者分别呈中心对称均匀分布，在副边线圈6的盘面上设有以副边线圈6中心点为圆心的环形分布区，竖向副边磁芯5-2和条形副边磁芯4均沿环形分布区的径向设置；

副边磁芯包括四条T型副边磁芯和四条条形副边磁芯4，四条条形副边磁芯4分别位于副边线圈6的两条对角线上，四条横向副边磁芯5-1的外侧面与副边线圈6的最外一匝绕线的边缘在竖直方向上重合；

T型副边磁芯和条形副边磁芯4可以通过建模一体成型，也可以采用多块标准化的条形铁氧体拼接而成，本实施例中，T型副边磁芯和条形副边磁芯4均由市场上标准尺寸的条形铁氧体拼接而成，副边磁芯中使用的条形铁氧体尺寸为4cm*4cm*1cm，横向副边磁芯5-1包括两条条形铁氧体，竖向副边磁芯5-2包括一条所述条形铁氧体，条形副边磁芯4包括一条条形铁氧体，其中，条形铁氧体的拼接关键在于，两两条形铁氧体的端面相互重合。

如图1至图6所示：一种电磁耦合机构，包括实施例无线能量发射机构和无线能量接收机构中所述的所有技术特征外，将无线能量发射机构与无线能量接收机构相互耦合实现无线能量的传输；

无线能量发射机构还设置有原边壳体，原边壳体的尺寸为50cm*50cm*3cm，原边壳体包括第一壳体7-1和第二壳体7-2，在第一壳体7-1的内表面开设有原边线圈容置槽，原边线圈3固设在原边线圈容置槽内；在第二壳体7-2的内表面开设有原边磁芯容置槽，原边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型磁芯分别固设在第一T型磁芯容置槽和第二T型磁芯容置槽内；第一T型磁芯容置槽和第二T型磁芯容置槽的尺寸大小，刚好可以分别使第一T型磁芯和第二T型磁芯镶嵌在里边；第一壳体7-1和第二壳体7-2四个角由螺杆固定连接，二者扣合后使原边磁芯刚好贴附在原边线圈3的环形盘面上；

无线能量接收机构还设置有副边壳体，副边壳体的尺寸为30cm*30cm*3cm，副边壳体包括第三壳体8-1和第四壳体8-2，在第三壳体8-1的内表面开设有副边线圈容置槽，副边线圈6固设在副边线圈容置槽内；在第四壳体8-2的内表面开设有副边磁芯容置槽，副边磁芯容置槽包括T型副边磁芯容置槽和条形副边磁芯容置槽，T型副边磁芯和条形副边磁芯4分别固设在T型副边磁芯容置槽和条形副边磁芯容置槽内，在第一壳体7-1、第二壳体7-2，第三壳体8-1和第四壳体8-2的内表面上还分布有空槽9；T型副边磁芯容置槽和条形副边磁芯容置槽的尺寸大小，刚好可以分别使T型副边磁芯和条形副边磁芯4镶嵌在里边，起到固定T型副边磁芯和条形副边磁芯4作用，第三壳体8-1和第四壳体8-2四个角由螺杆固定连接，二者扣合后使副边磁芯刚好贴附在副边线圈6上；另外，为了便于原边线圈3和副边线圈6外接电源线，在原边壳体和副边壳体的侧壁上还开设有出线孔，原边线圈3和副边线圈6的两个接线端头分别通过出线孔向外引出。

为进一步体现本发明的显著效果，接下来针对T型磁芯、连续圆环磁芯和断续圆环磁芯进行对比分析，如图7至图11出示了在其他实验条件相同的情况下，三者不同磁芯结构的互感值分别随拾取端偏移距离变化的情况，其中发射端的电感量均为50uh，由图9的表格和图10的互感偏移曲线中可以看出，T型磁芯，即本发明中的原边磁芯结构，其在副边线圈与原边线圈之间的距离从0cm变化到15cm的过程中，互感值从47.184uh变化到22.307uh，相同情况下，连续圆环磁芯的互感值从31.858uh变化到14.225uh，断续圆环磁芯的互感值从35.804uh变化到16.294uh，相对于另外两种磁芯结构的原边磁芯，在副边磁芯结构相同，同时拾取端偏移距离变化的情况下，T型磁芯结构使副边线圈接收到的互感量始终最多；从图11中可以看出，在副边磁芯结构相同，同时拾取端偏移距离变化的情况下，采用T型磁芯结构原边磁芯，原边线圈和副边线圈之间传输电感量的变化率最小；

综上所述，原边磁芯采用T型磁芯结构，可有效防止磁场在原边磁芯处形成闭环，保证有更多的磁力线通过副边线圈，使无线能量传输的效率变得更高。