[发明专利]适用于高频磁耦合式无线充电系统的利兹线的制备方法

说明书

适用于高频磁耦合式无线充电系统的利兹线的制备方法属于无线充电技术领域。本发明解决了现有高频无线电能传输应用中、大股数绝缘绞合线内电流分布依然不均匀的问题。本发明包括单股绝缘铜线的半径Rs选取依据、利兹线所需的高频导线的总绞合次数i、参与每次绞合的高频导线线束复数数量和绞距的确定。相对于现有无线充电系统利兹线，本发明的方法制备的利兹线结构可降低导线内部由于高频磁场作用导致的趋肤效应和内部邻近效应，起到抑制交流阻抗的作用，从而在无线电能传输系统中降低损耗，提升传输效率。

技术领域

本发明涉及一种适用于高频磁耦合式无线充电系统的利兹线的制备方法，属于无线充电技术领域。

背景技术

近年来，基于电磁场传递能量的无线电能传输技术越来越得到广泛关注，应用该技术的产品在移动设备充电、医疗产品、电动汽车、轨道交通等众多领域得到应用和推广。为了提高无线电能传输系统的传输效率、降低线圈铜损，需要对作为线圈材料的多股绝缘铜绞线(也称利兹线)进行优化，以降低其在高频电流激励情况下的等效串联阻抗。影响导线高频阻抗的因素包括：通过导线的电流强度、电流的工作频率、导线电流在收到高频磁场激励情况下产生的趋肤效应和邻近效应。随着无线电能传输技术在功率等级方面的不断提高，要求线圈必须能够承受持续的高频率大电流激励，未经优化的导线将会带来严重的发热和功率损耗，还会导致传输效率的降低。因此，尽可能降低高频情况下的线圈内阻是无线电能传输系统设计中的一个重要部分。

利兹线最早应用于变压器和高频电感器设计，通过将多股绝缘铜线并联使用，限制了线内的高频效应导致的电流分布变化现象，使电流保持均匀分布，从而降低高频阻抗。但随着功率等级的上升，更大股数、更大线径的利兹线开始被投入使用。仅进行简单分束、绞合的利兹线将无法保证电流的均匀分布，从而导致在高频情况下的性能如不预期。因此，需要进一步优化多股绝缘绞线的绞合模式，保证电流的均匀分布，充分利用导线内部的所有线束，降低导线的高频阻抗。

发明内容

本发明为了解决现有高频无线电能传输应用中、大股数绝缘绞合线内电流分布依然不均匀的问题，提供了一种适用于高频无线电能传输系统的大股数绝缘绞合线制作方法。

本发明的技术方案：

适用于高频磁耦合式无线充电系统的利兹线的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、确定利兹线所需的绝缘铜线的总股数n；

步骤二、确定利兹线所需的单股绝缘铜线的半径Rs；

步骤三、确定第一次绞合得到的一束高频导线中绝缘铜线的最大股数n₁；

步骤四、确定利兹线所需的高频导线的总绞合次数i和参与每次绞合的高频导线线束复数数量；

当n＞5n₁时，根据导线的总股数a进行复数次绞合；设定共需要绞合i次，参与第一次绞合的绝缘铜线的最大股数n₁为：

其中，δ为导体材料的趋肤深度，Rs为利兹线所需的单股绝缘铜线的半径，ω为导线应用的无线电能传输系统的最大工作频率，μ为空气磁导率，为导体的电导率；

参与第i次绞合的高频导线线束为复数数量的第i-1次绞合的高频导线线束，即第i-1次绞合得到的线束作为第i次绞合的基本单元，并且第i次绞合方向与第i-1次绞合方向相反；

高频导线线束绞合次数i与参与第i次绞合时参与绞合的线束单元数量n_i关系，如下式所示：

n＝n₁×n₂×n₃…×n_i 2≤n_i,i≠1≤5 (2)