一种无线供电磁芯结构的制作方法

本发明涉及无线供电技术领域，具体涉及一种无线供电磁芯结构。

背景技术：

当仪器设备存在转动部件，并且转子部分有电路的时候，就需要通过滑环传送电源和信号。但是滑环存在致命的缺陷，寿命很难超过1亿转。一个普通工作在1200rpm的滑环，也就只能连续使用两个月，即使采用水银滑环也不能根本上解决这个问题。基于此，最近一两年，随着无线充电、旋转式传感器等应用需要，基于谐振耦合的无刷旋转无线供电装置也日趋成熟。这种新型的无线供电方案，不需要任何触点，无噪音，无磨损，因此可以实现十年以上超长寿命，并且跟旋转速度无关，因此它将逐渐取代滑环的使用。

为了实现无线供电通常可由两种方式来实现，其一为无铁芯耦合线圈，其二为上下型耦合磁芯结构。

无铁芯耦合线圈需要有两个线圈来耦合传送能量。线圈是无线供电中最核心的部件，可以用两个用铜线绕制的特斯拉环，但是这种环的体积和尺寸都很大，一个10w的供电环通常有直径100mm。

上下型耦合磁芯结构则类似于开关电源的变压器，初级线圈产生的磁场环路顺着磁芯结构，把次级线圈包括在内，当初级线圈中有电流变化时，就可以在次级线圈中产生感应电压，从而把能量耦合到次级。因为磁芯的作用，整个线圈的尺寸就可以小很多，这个耦合磁芯是同等功率容量的开关变压器的2-3倍。同时，这种结构通过把转子通过转动轴两端的轴承固定，因为两个轴承保持了足够的距离，就可以提供较大的侧向扭矩，因此这样的转动结构很稳定。但是上下型耦合磁芯结构也存在较为明显的短板：

1、因为上下型的磁芯结构初级和次级都需要提供内环和外环来保证磁路畅通，因此体积较大；

2、因为穿线的需要，会在靠近中间的耦合面处开口，初级和次级的开口在旋转的过程中一定会对上，这就造成磁路耦合的不稳定；

3、因为轴承的固有特性，转子在轴向的位置很难精确定位，这就会导致上下型磁环之间的缝隙不稳定，而这个缝隙相当于变压器的气隙，直接影响谐振点，并影响传送效率。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明提供了一种无线供电磁芯结构，根据本发明的实施例，该无线供电磁芯结构包括：

内环磁芯，所述内环磁芯的外周形成有第一豁口；

外环磁芯，所述外环磁芯的内周形成有第二豁口，所述外环磁芯套设在所述内环磁芯的外周，使得所述第二豁口与所述第一豁口围成一大致封闭的腔体；及

线圈，所述线圈绕制在所述腔体内。

作为所述无线供电磁芯结构的进一步可选方案，所述线圈包括内环线圈及外环线圈，所述内环线圈贴附在所述第一豁口，所述外环线圈贴附在所述第二豁口。

作为所述无线供电磁芯结构的进一步可选方案，所述内环线圈及所述外环线圈通过粘接剂分别紧贴在所述第一豁口及所述第二豁口。

作为所述无线供电磁芯结构的进一步可选方案，所述线圈采用金属导线或者漆包线制成。

作为所述无线供电磁芯结构的进一步可选方案，所述金属导线包括铜导线。

作为所述无线供电磁芯结构的进一步可选方案，所述内环磁芯与所述外环磁芯同轴设置。

作为所述无线供电磁芯结构的进一步可选方案，所述第一豁口为l形，所述第二豁口为倒l形，所述第一豁口与所述第二豁口围成一横截面大致呈长方形的腔体。

作为所述无线供电磁芯结构的进一步可选方案，所述内环磁芯及所述外环磁芯采用锰锌铁氧体制成。

作为所述无线供电磁芯结构的进一步可选方案，所述内环磁芯及所述外环磁芯一次成型。

作为所述无线供电磁芯结构的进一步可选方案，所述内环磁芯的中部具有一转轴孔，使得所述内环磁芯可随着转轴而转动。

本发明的有益效果：

依据以上实施例中的无线供电磁芯结构，由于内环磁芯的外周具有第一豁口，外环磁芯的内周具有第二豁口，且外环磁芯是套设在内环磁芯的外周的，这样会使得第一豁口与第二豁口围成一大致封闭的腔体，此时线圈绕制在腔体内即可，与传动的上下型耦合磁芯结构相比，大大降低了磁芯结构的体积。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了根据本发明实施例所提供的一种无线供电磁芯结构的立体图；

图2示出了根据本发明实施例所提供的一种无线供电磁芯结构的俯视图；

图3示出了图2中沿a-a方向的剖视图。

主要元件符号说明：

100-内环磁芯；200-外环磁芯；300-线圈；400-腔体；110-第一豁口；120-转轴孔；210-第二豁口；310-内环线圈；320-外环线圈；410-外周面；420-内周面。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例

本实施例提供了一种无线供电磁芯结构。

请参考图1-3，该无线供电磁芯结构包括内环磁芯100、外环磁芯200及线圈300。

其中，内环磁芯100的外周形成有第一豁口110。外环磁芯200的内周形成有第二豁口210，外环磁芯200套设在内环磁芯100的外周，使得第二豁口210与第一豁口110围成一大致封闭的腔体400。线圈300绕制在腔体400内。

如此，由于内环磁芯100的外周具有第一豁口110，外环磁芯200的内周具有第二豁口210，且外环磁芯200是套设在内环磁芯100的外周的，这样会使得第一豁口110与第二豁口210围成一大致封闭的腔体400，此时线圈300绕制在腔体400内即可，与传动的上下型耦合磁芯结构相比，大大降低了磁芯结构的体积。

同时，上述无线供电磁芯结构的设置很明显有利于磁芯结构的开模。具体而言，磁芯材料一般使用锰锌铁氧体，需要用模具将磁粉压制，脱模后在1500度高温中烧结。在烧结之前虽然能够加工，但是磁粉很容易脱落，无法夹持，因此一般都放在烧结之后加工。但是烧结后的磁芯硬度很高，只有用金刚石砂石砂轮才能研磨，加工难度很大。所以磁芯材料最好能一次性成型。而脱模工艺需要在工件在脱模的方向上向内单向回缩。这个限制使得内外环的磁芯材料不能做成对称结构，即使做成对称结构，后期磨削加工也很费事。

进一步的，请继续参考图3，线圈300包括内环线圈310及外环线圈320，其中，内环线圈310贴附在第一豁口110，外环线圈320贴附在第二豁口210。

具体而言，为了将线圈300绕制在腔体400内，针对内环线圈310而言，由于是贴附在内环磁芯100的外周，因此在绕制时，只需通过拉力拉住线圈300的两端即可完成绕制。针对外环线圈320而言，由于腔体400是大致呈密封结构，其周边均有着限制，再加上线圈300的弹性效果，因此在绕制时可通过下述步骤进行：

s100、通过专用模具，将线圈300绕制成预设形状；

s200、将具备预设形状的线圈300滑入到第二豁口210即可。

可见，本发明实施方式中由于第一豁口110及第二豁口210的设置，使得在对磁芯进行绕线时，更加容易进行，提高了生产效率。这明显不同于传统的绕线方式，传统的绕线均存在绕线上的工艺难点，特别是外环，在绕线时，需要把线圈绕在外环的内侧，这就没有办法把线拉紧绕，只能适当地推送线，利用胶水的附着力把线圈一圈圈放进去，这样的操作难度很高。

可以理解的是，上述内环磁芯100与内环线圈310对应于传统技术中的初级磁芯及初级线圈，而外环磁芯200与外环线圈320则对应于传统技术中的次级磁芯及次级线圈，本发明实时方式中的磁芯结构的工作过程可大体描述如下：首先给内环线圈310通过，通电后内环线圈310产生的磁场环路通过内环磁芯100与外环磁芯200而将外环线圈320包裹在内，此时若内环线圈310中的电流发生变化，就可以在外环线圈320中产生感应电压，从而实现了将能量、信号等耦合到外环线圈320。

进一步的为了保证内环线圈310处于内环磁芯100外周的稳定性以及外环线圈320处于外环磁芯200内周的稳定性，在某些实施方式中，可通过粘接剂而将内环线圈310及外环线圈320分别紧贴在第一豁口110及第二豁口210。

在一些具体的实施方式中，上述粘接剂可选择胶水等。

胶水是能够粘接二个物体的物质，胶水不是独立存在的，它必须涂在二个物体之间才能发挥粘接作用。胶水中的高分子体(白胶中的醋酸乙烯是石油衍生物的一种)都是呈圆形粒子，一般粒子的半径是在0.5～5μm之间。物体的粘接，就是靠胶水中的高分子体间的拉力来实现的。在胶水中，水就是中高分子体的载体，水载着高分子体慢慢地浸入到物体的组织内。当胶水中的水分消失后，胶水中的高分子体就依靠相互间的拉力，将两个物体紧紧的结合在一起。在胶水的使用中，涂胶量过多就会使胶水中的高分子体相互拥挤在一起，高分子体间产生不了很好的拉力，高分子体相互拥挤，从而形成不了相互间最强的吸引力。同时，高分子体间的水分也不容易挥发掉。这样，在使用胶水时，应当合理选择用量。

另外，由于胶水的质地以及物理性质，使得当其粘接线圈300与磁芯时，一方面能够起到线圈300脱落的作用，另一方面还能够避免对线圈300或者磁芯本身造成损伤。

在某些实施方式中，线圈300采用金属导线或者漆包线。

金属导线优选为铜导线。

漆包线是绕组线的一个主要品种，由导体和绝缘层两部组成，裸线经退火软化后，再经过多次涂漆，烘焙而成。因为各种类型的漆包线都具备机械性能，化学性能，电性能，热性能等四大性能，在实际生产过程中可根据实际需求，例如性能偏向来选择合适种类的漆包线。

请参考图1-2，内环磁芯100的中部具有一转轴孔120，该转轴孔120的存在可使得内环磁芯100随着安装在转轴孔120内的转轴而转动。

结合前文所述，由于内环磁芯100与外环磁芯200的上述布置，使得磁芯结构的初级和次级的气隙只由内环磁芯100和外环磁芯200的同轴度保证，因此可以控制在很高的精度。一般都可以把气隙控制在0.1～0.2mm，而不影响转动。这样的气隙就和一般的开关变压器相当了。无论是耦合效率还是体积都可以做得很小，相比传统技术中的上下型耦合磁芯结构可以缩小至少一半的体积。

同时，在内环磁芯100的整个转动过程中，穿线的开口始终面对一个完整的环面，耦合面积保持恒定，因此不存在耦合效率波动的问题，这有助于提高谐振频率的精度和稳定度。

在本发明实施方式中，第一豁口110为l形，第二豁口210为倒l形，这样当将外环磁芯200套在内环磁芯100的外周后，第一豁口110与第二豁口210就会围成一横截面大致呈长方形的腔体400。线圈300就设置在该长方形的腔体400的相对的两个面上，其中一个面为内环磁芯100的外周面410，而另一个面则为外环磁芯200的内周面420。

此时可以理解的是，内环磁芯100的外周面410与外环磁芯200的内周面420均为在竖向上呈平滑的圆周面，请参考图3，其横截面为一竖直的直线，此时有利于线圈300的绕制。

在其它一些实施方式中，还可以将上述相对的两面均设置成向内凹陷或者向外凸出的弧形面，此时可在一定程度上增加线圈300的依托面积，使得在内环磁芯100的外周面410能够布置更多的内环线圈310，而在外环磁芯200的内周面420能够布置更多的外环线圈320，这样有利于提高能量或者信号等的耦合效果。

通过以上本发明各实施方式的描述可知，本发明至少具备如下的技术效果：

1、能够显著减少磁芯结构的体积；

2、磁芯结构容易开模；

3、绕线更加容易进行；

4、气隙可控制在一个很小的范围内；

5、在整个转动过程中，穿线的开口始终面对一个完整的环面，耦合面积保持恒定，因此不存在耦合效率波动的问题。这有助于提高谐振频率的精度和稳定度。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。