[发明专利]一种电磁耦合能量传输装置

说明书

一种电磁耦合能量传输装置，其特征是，具有线圈模组、交流电能转换模块；所述线圈模组包括螺旋线圈、第一软磁材料；所述螺旋线圈在所述螺旋线圈的径向平面上的投影的第一外轮廓类似鼓型、第一内轮廓类似长方形，所述第一外轮廓长为L和宽为W、所述第一内轮廓的长为a和宽为b，且（π*r+arcsin((W‑2*r)/L)*L）/(a+b)的范围是0.9~1.2，所述π是圆周率的数值。

技术领域

本发明涉及一种电磁耦合能量传输装置，尤其是一种类似鼓形盘绕螺旋线圈模组的设计方案。

背景技术

一般的电磁耦合能量传输装置，尤其是电磁耦合能量输出装置，也就是通常说的无线充电器，会采用直径超过40mm圆形或者长宽超过50mm的圆角方形线圈模组，这也就导致了无线充电器产品无法做成宽度很窄的形状，去为条形或充电面很窄的电子产品，比如电动拖把、小型吸尘器、按摩仪、电子笔进行无线充电。

为此缘故，本发明人申请了CN2021103294064专利来保护一种长条状横向绕组型线圈模组，以实现将无线充电器产品做成宽度很窄的条状。但是在实际使用中，所述CN2021103294064技术被发现耦合系数（Co-eff）VS耦合距离（Distance）的下降趋势十分明显，也就是只能在很近的距离内进行较高效率能量传输，而且当电磁耦合能量输入装置即使采用的是直径与所述CN2021103294064技术所用线圈长度匹配的圆形或者方形线圈模组时，耦合的能量密度也较小，也就是说不能传输较大的能量。

因此，需要进一步发明出一种线圈模组，不仅保持长条状的外观不变，而且能为适配尺寸匹配的圆形或者方形线圈模组提供更高的能量，以及实现耦合系数（Co-eff）VS耦合距离（Distance）在较大范围内降低趋势缓慢。

发明内容

为了实现上述目的，发明人从电磁耦合能量传输是通过闭合的交变磁场实现能量传输这一原理出发，首先通过增加本发明线圈旁边第一软磁材料上磁感线从本发明线圈的内圈到本发明线圈外圈的距离，来增加相应磁路的磁阻以增加本发明线圈产生的磁感线绕过对面线圈绕组而直接闭合的数量，从而实现耦合系数（Co-eff）VS耦合距离（Distance）在较大范围内降低趋势缓慢的目的，所述对面线圈指的是与本发明线圈相互作用实现电磁耦合能量传输的线圈。因此采用以下方式都可以增加磁阻：

1， 本发明线圈绕组增加轴向厚度t，一般而言t越大，效果越好。

2， 本发明线圈绕组增加径向厚度f，由于本发明线圈的目标是一长条形线圈，如果本发明采用的是与CN2021103294064一样的横向绕组型线圈，那么f越大越好；如果本发明采用的线圈是旋转轴朝向电磁耦合能量输出/输入方向的螺旋线圈，还需要细分为长边的线圈径向厚度为x和短边的线圈径向厚度y，x与y越大，效果越好。

3， 第一软磁材料靠近本发明线圈的一侧为平面或者具有远离本发明线圈趋势的斜面，又或者与本发明线圈之间有距离为d的缝隙。为保证线圈模组的电感量变化＜20%以避免影响本发明所述装置的工作可靠性，d≤(2t+x)/3或d≤(2t+y)/3。

简单而言，就是本发明线圈外尺寸被基本限定后，本发明螺旋线圈的中心孔越小效果越好。

但是当本发明线圈与对面线圈的距离较远时进行电磁耦合能量传输，横向绕组型线圈朝向电磁耦合能量传输方向一侧与远离电磁耦合能量传输方向的一侧的磁阻是比较接近的，因此在远离电磁耦合能量传输方向的一侧也有不可忽略的闭合磁感线，因此横向绕组型线圈被放弃。下文的内容将会围绕具有中心孔的类似鼓形的螺旋线圈的水平绕制的螺旋线圈进行展开。