[发明专利]基于集中磁场的非对称磁耦合结构

说明书

基于集中磁场的非对称磁耦合结构，属于无线电能传输领域，解决了现有感应式无线电能传输系统的电能传输效率受原、副边耦合线圈的相对位置影响过大的问题。所述非对称磁耦合结构：原边磁芯和原边线圈均为两端开口的空心矩形体。原边磁芯的两个开口端相对且均为正方形，原边线圈的两个开口端相对且均为正方形。原边线圈紧密套设在原边磁芯上，原边线圈的第一开口端和第二开口端分别与原边磁芯的第一开口端和第二开口端平齐。副边磁芯和副边线圈均为正方形框体，副边线圈沿着副边磁芯的第一开口端的外缘设置。副边线圈的第一开口端的外边长大于原边线圈的第一开口端的外边长。本发明所述的非对称磁耦合结构适用于电能的高效无线传输。

技术领域

本发明涉及一种磁耦合结构，属于无线电能传输领域。

背景技术

近年来，感应式无线电能传输技术因具有安全、灵活、环保、可靠性高和维护费用低等诸多优点而受到人们越来越多的关注。目前，感应式无线电能传输技术已经被广泛地应用于电动汽车、家用电器、便携式电子设备、医疗植入设备和航空航天等领域。

与有线电能传输技术相比，感应式无线电能传输技术的最大优势在于其具有较高的空间自由度。然而，当感应式无线电能传输系统的原边耦合线圈与副边耦合线圈的相对位置发生偏移时，系统的电能传输效率明显降低，甚至是无法实现电能的无线传输。因此，电能传输效率受原边耦合线圈与副边耦合线圈的相对位置影响过大的问题严重制约着感应式无线电能传输技术的进一步发展。

目前，研究人员主要采用优化补偿拓扑结构和耦合线圈结构的方式来提高感应式无线电能传输系统的抗偏移能力。对于优化补偿拓扑结构：研究人员提出了多种新型的补偿拓扑结构，例如SS补偿拓扑结构、SP/S补偿拓扑结构、S/SP补偿拓扑结构、T/S补偿拓扑结构、LCC/S补偿拓扑结构和S/CLC补偿拓扑结构等。与传统的补偿拓扑结构相比，这些新型的补偿拓扑结构具有更优秀的抗偏移性能，然而，在抗偏移性能的提升上，这些新型的补偿拓扑结构远远没有达到研究人员的预期。对于优化耦合线圈结构：研究人员提出了多种新型的耦合线圈，例如DD线圈、DDQ线圈、BP线圈、圆形非对称线圈、四面体型线圈和三维正交铁氧体线圈等。这些新型的耦合线圈在一定程度上提升了感应式无线电能传输系统的抗偏移能力，但是也远远没有达到研究人员的预期。同时，这些新型的耦合线圈都有各自的缺点：DD线圈对沿线圈长度方向的位移和角度偏移过于敏感，且与非极化线圈不兼容。DDQ线圈和BP线圈被用作发射线圈时，需要两个同步运行的逆变器，这不仅增加了系统的体积，而且增加了系统的成本。圆形非对称线圈对感应式无线电能传输系统的抗偏移能力的提升作用微乎其微。四面体型线圈和三维正交铁氧体线圈的耦合系数随线圈相对位置的波动过大，并且对水平和垂直方向的偏移过于敏感。

发明内容

为解决现有感应式无线电能传输系统的电能传输效率受原、副边耦合线圈的相对位置影响过大的问题，本发明提出了一种基于集中磁场的非对称磁耦合结构。

本发明所述的基于集中磁场的非对称磁耦合结构包括原边磁芯1、原边线圈2、副边磁芯3和副边线圈4；

原边磁芯1为两端开口的空心矩形体，原边磁芯1的第一开口端和第二开口端相对且均为正方形；

原边线圈2为两端开口的空心矩形体，原边线圈2的第一开口端和第二开口端相对且均为正方形；

原边线圈2紧密套在原边磁芯1上，原边线圈2的第一开口端和第二开口端分别与原边磁芯1的第一开口端和第二开口端平齐；

副边磁芯3和副边线圈4均为正方形框体，副边线圈4沿着副边磁芯3的第一开口端的外缘设置；

副边线圈4的第一开口端的外边长大于原边线圈2的第一开口端的外边长。

作为优选的是，副边磁芯3的第一开口端的内边长大于原边线圈2的第一开口端的外边长。

作为优选的是，原边磁芯1和副边磁芯3均为铁氧体。