一种磁集成线圈及其无线能量传输系统

技术领域

本申请涉及无线能量传输技术领域，尤其涉及一种磁集成线圈以及使用该线圈的无线能量传输系统。

背景技术

目前无线能量传输技术广泛应用在电磁感应加热和无线充电，以磁耦合谐振技术的传输效率较高，得到了广泛的应用，其电路拓扑大至有采用扼流线圈加单管驱动感应线圈、扼流线圈加半桥驱动感应线圈、扼流线圈加全桥驱动感应线圈等，交变电流通过感应线圈时产生交变磁场，当交变磁场的负载为金属锅具时，金属对象会产生感应电流（即涡流），可实现感应加热，而当交变磁场的负载为接收线圈时，接收线圈会产生感应电流，可实现无线输电，其中扼流电感和感应线圈是常用的功率器件，这两种器件的磁芯都是由软磁材料构成。软磁材料目前主要使用的有铁氧体、金属粉芯、铁硅铝、非晶叠片等，这几种材质有各自的特点，铁氧体的导磁率高损耗低，屏蔽效果较好，用其绕制一定感量的线圈需要的匝数少，但在一样条件下，铁氧体比铁硅铝、金属粉芯等材料更容易磁饱和，一定功率下可以增加磁芯截面积克服，而铁硅铝、金属粉等导磁率较低，用其绕制一定感量的线圈需要的更多的匝数，相应的磁芯截面积也可以比铁氧体少，所以根据系统实际应用选择合理的软磁材料也显得尤为重要。

感应线圈在系统应用中充当输送能量的功率器件，一般需要在感应线圈做功的背面设置隔磁片，以提高感应线圈的效率，和避免电磁辐射，隔磁片通常是用软磁材料成形为薄壁的结构，其外形根据感应线圈外形，一般做得比感应线圈大。

扼流电感一般采用软磁磁环来制作，在电路中扼流电感起到阻交流通直流和储存电能的作用，在一定的功率要求和体积要求下，磁环电感的体积缩小后会造成磁路截面积变少，容易产生磁饱和，在系统应用条件允许的情况下，应该尽量增加磁路截面积以加大扼流电感的磁饱和参数，从而提高系统的允许功率。

磁集成技术是将变换器中的两个或多个分立器件比如电感、变压器等，绕制在一副磁芯上，从结构上集中在一起，能够减小磁性器件的体积、重量，有时还能减小电流纹波、降低磁件损耗、改善电源动态性能等，对提高变换器的性能及功率密度有重要意义。本申请所述磁集成线圈及其无线能量传输系统中，感应线圈相当于一个磁耦合变换器，其中至少一组线圈缠绕线圈用臂形成的磁通环电感，则构成系统应用所需要的扼流电感。

相关技术中，通常采用分立器件的扼流电感和感应线圈。这种设计方案会存在功率密度低，成本高，不利于小型化等缺点，难以满足有些应用对产品的体积、厚度、功率等比较苛刻的要求。

发明内容

本申请的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一。

为此，本申请的一个目的在于提出一种具有体积小、低成本等特点的磁集成线圈。

为达到上述目的，本申请一实施例提出的磁集成线圈，包括：

一组以上的线圈；

磁芯，包括至少一个线圈用臂，至少一组线圈缠绕所述线圈用臂形成磁通环电感，另外至少

一组的线圈，分布于磁芯表面，形成感应线圈。

在本发明上述实施例中，所述的线圈用臂为磁芯一体成型，具有闭合磁路，设置在磁芯的任意位置。

所述的磁芯可根据感应线圈的外观形状设置为不同的外观形状，并构成所述感应线圈的隔磁功能。

所述的磁芯材料为软磁材料。

本发明同时提供一种无线能量传输系统，其特征在于，所述无线能量传输系统的感应线圈采用本发明所述的磁集成线圈。

采用上述结构的磁集成线圈，由于直接在隔磁片上集成了磁通环电感，相当于在实际的系统应用电路上省略了一个体积较大的元件，所以获得了减小产品体积降低成本等有益效果。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1所示为无线能量传输系统示意图；

图2所示为第一种较佳的磁集成线圈结构示意图；

图3所示为第二种较佳的磁集成线圈结构示意图；

图4所示为第三种较佳的磁集成线圈结构示意图；

图5所示为第四种较佳的磁集成线圈结构示意图；

图6所示为单管驱动电路示意图；

图7所示为半桥驱动电路示意图；

图8所示为全桥驱动电路示意图；

附图标记：

102--磁芯；

202--电感绕组1；

204--电感绕组2；

206--电感绕组3；

208--电感绕组4；

302--感应线圈1；

304--感应线圈2。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，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，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

实施例一：

如图2所示的一种磁集成线圈，磁芯102采用软磁材料一体成型，呈薄壁圆环状，电感线圈用臂为整个磁芯环，根据系统应用需要的感量来决定电感绕组202的绕制圈数，感应线圈302采用多股利兹线根据系统需要的感量，绕成比磁芯102外形尺寸少的环状空心线圈，紧贴于电感绕组202表面。

上述结构的磁芯材料优先选择不易磁饱和的铁硅铝材料，其次为铁氧体材料，根据材料的特性，采用铁硅铝材料的功率密度要比采用铁氧体材料要高，但电感绕组202所需的绕制圈数相对要多一些，为了更加减少磁集成线圈的厚度，也可以用多股细线组成扁平线来绕制。此例适用于对厚度有要求的应用，适用于如图6单管驱动或如图8全桥驱动方式。

实施例二：

如图3所示的一种磁集成线圈，磁芯102采用软磁材料一体成型，呈薄壁圆环状，圆环内沿与外沿有着与感应线圈302与感应线圈304叠加厚度相当的凸台，感应线圈302与感应线圈304采用多股利兹线相互对向时针的绕法，构成双层线圈并且在线圈内部两个引出线连接在一起形成抽头，构成的双层线圈镶嵌在磁芯两个凸台中间的凹台表面，电感线圈用臂为整个磁芯环和包围的感应线圈环。

上述结构由于在磁芯的内外沿增加了凸台，相当于增加了磁芯的截面积，在功率与体积等综合因素下优先选择铁氧体材料以利于减少电感绕组202的圈数，同时由于采用对称抽头的绕法，感应线圈内部的两个抽头与电感绕组202的内部引出线相连接，感应线圈302与感应线圈304的两个外部引出线可直接使用如图7半桥的两个驱动臂驱动，从而可以减少磁集成线圈引出线的数量，简化了电路的结构。

实施例三：

如图4所示的一种磁集成线圈，磁芯102采用软磁材料一体成型，呈薄壁圆状，内部设置了多个线圈用臂，线圈用臂上分别缠绕着电感绕组202、电感绕组204、电感绕组206、电感绕组208，电感绕组之间采用串联的方式构成一个整体的电感绕组。感应线圈302采用多股利兹线根据系统需要的感量，绕成比磁芯102外形尺寸少的环状空心线圈，紧贴于磁芯102表面。

上述结构由于在磁芯的内部构成磁通环结构，其磁通环截面积相对较少，可用于对功率要求不高，对厚度有要求的应用，适用于如图6单管驱动或如图8全桥驱动方式。

实施例四：

如图5所示的一种磁集成线圈，磁芯102采用软磁材料一体成型，呈圆管环状，电感线圈用臂为整个管状环，根据系统应用需要的感量来决定电感绕组202的绕制圈数，感应线圈302根据系统需要的感量，绕成比电感绕组202内环外形尺寸少或比电感绕组202外环外形尺寸大的环状空心线圈，紧贴于电感绕组202表面。

上述结构适用于管状金属或线圈的负载，需要指出的是如果感应线圈302设置在电感绕组202管状内表面，则能对管状负载的外表面做功，而如果感应线圈302设置在电感绕组202管状外表面，则能对管状负载的内表面做功。

本申请所述的磁芯一体成型，并不限定由材料，压制烧结所形成的整体，比如，由两块磁芯通过对端面进行镜面等技术处理，然后连接在一起也能达到同等的技术效果。

本申请所述的线圈用臂，比如，利用一体成型电感的技术，线圈用臂成型在软磁材料的内部，软磁材料完全把线圈包裹住，也能达到同样的技术效果。

由上述实施例可以看出，本发明由于在系统应用中，相同的功率要求下，省略了一个磁截面积较少厚度较大的扼流电感元件，把磁芯、感应线圈、扼流电感集成在一起，构成了磁截面积较大厚度较少的磁集成线圈，从而得到了增大功率密度、减少系统体积、简化了电路的结构、降低成本等有益效果。

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