本發(fā)明涉及充電設備領域，特別涉及一種歸一化無線充電線圈設計方法。

背景技術：

1、無線充電作為一種新型的充電方式，由于供電設備和充電設備之間不需要進行物理連接，其充電過程更加安全和便捷。為了實現(xiàn)無線充電功能的需求，一般設計使用無線充電線圈。

2、而目前的無線充電線圈設計方法或者流程，一般僅考慮線圈本身功能的設計，因此往往忽略了實際產(chǎn)品中存在的各影響，比如受產(chǎn)品尺寸限制、受金屬環(huán)境、永磁體磁場的影響等。

3、此外，針對不同產(chǎn)品，對無線充電線圈性能的要求側(cè)重點不盡相同。例如：可以精準對位的產(chǎn)品，主要關注無線充電線圈中心點的系統(tǒng)效率；可以隨意放置的產(chǎn)品，則對無線充電線圈的充電自由度要求更高。而現(xiàn)有的無線充電線圈的設計方法或者流程，并不能滿足以上實際產(chǎn)品的設計要求。

技術實現(xiàn)思路

1、為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種歸一化無線充電線圈設計方法，其考慮到實際產(chǎn)品的限制包括但不限于產(chǎn)品中存在的磁鐵和金屬影響等，以及性能側(cè)重點的要求包括但不限于產(chǎn)品效率的要求和自由度的要求，彌補了現(xiàn)有無線充電線圈設計方法的不足，可以滿足實際產(chǎn)品的設計要求。

2、根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種歸一化無線充電線圈設計方法，包括以下步驟:

3、s1:確定線圈模組周圍是否存在永磁體；

4、s2:當步驟s1中的確定結(jié)果為是時，則繼續(xù)判斷是否需要設計磁吸力；

5、s3:當步驟s2中的判斷結(jié)果為否時，確定線圈模組的尺寸范圍，通過磁場仿真確定鐵氧體最大允許尺寸，并繼續(xù)執(zhí)行步驟s6；

6、s4:當步驟s2中的判斷結(jié)果為是時，在結(jié)構(gòu)允許尺寸范圍內(nèi)，按照所需磁吸力的大小，通過磁場仿真進行磁鐵設計，確定線圈模組的尺寸范圍，并繼續(xù)執(zhí)行步驟s6；

7、s5:當步驟s1中的確定結(jié)果為否時，確定線圈模組的尺寸范圍，并繼續(xù)執(zhí)行步驟s6；

8、s6:確定線圈類型范圍；

9、s7:選擇線圈類型范圍中一種線圈類型，對其線圈尺寸和鐵氧體尺寸進行磁場仿真，其中磁場仿真包括靜態(tài)場仿真和渦流場仿真；

10、s8:通過靜態(tài)場仿真得到tx線圈的直流電阻系數(shù)rdc-tx'、rx線圈的直流電阻系數(shù)rdc-rx'，通過渦流場仿真得到tx線圈的交流電阻系數(shù)rac-tx'、rx線圈的交流電阻系數(shù)rac-rx'、tx線圈的電感系數(shù)ltx'、rx線圈的電感系數(shù)lrx'、tx和rx線圈的耦合系數(shù)k；

11、s9:通過數(shù)學模型計算各個尺寸下線圈的系統(tǒng)品質(zhì)因數(shù)qs；

12、s10:確認是否已經(jīng)仿真完成所有的線圈類型，如果確認為否，則選擇一種未進行仿真的線圈類型對其進行仿真，直到所有的線圈類型均仿真完成；

13、s11:根據(jù)產(chǎn)品對性能的要求，選擇線圈類型和線圈模組尺寸；

14、s12:根據(jù)整流電壓vrect和整流功率prect的要求，以tx和rx線圈圈數(shù)為變量，使用數(shù)學模型計算不同tx線圈和rx線圈圈數(shù)組合下的線圈損耗之和prx+ptx；

15、s13:選擇與最小線圈損耗之和所對應的tx線圈和rx線圈圈數(shù)組合作為tx和rx的最優(yōu)線圈的圈數(shù)；

16、s14:將最優(yōu)線圈的參數(shù)帶入電路仿真軟件中，并仿真其系統(tǒng)效率和功率，完成設計。

17、在一些實施方式中，在步驟s1中，永磁體包括釹鐵硼永磁體、鐵氧體永磁體、釤鈷永磁體、鐵鉻鈷永磁體、鋁鎳鈷永磁體。其有益之處在于，描述了永磁體的含義范圍。

18、在一些實施方式中，在步驟s3、s4和s5中，確定線圈模組的尺寸范圍的方法為根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸限制，確定線圈模組的最大允許尺寸。其有益之處在于，描述了確定線圈模組的尺寸范圍的具體方法。

19、在一些實施方式中，在步驟s6中，線圈類型范圍包括fpc線圈、繞線線圈、平面線圈、棒狀線圈。其有益之處在于，描述了線圈類型范圍的具體內(nèi)容。

20、在一些實施方式中，在步驟s9中，數(shù)學模型為：

21、qs＝ω*m/(rrx*rtx)0.5

22、其中，ω為角頻率，m為互感，rrx為rx線圈交流電阻，rtx為tx線圈交流電阻。其有益之處在于，描述了該步驟中數(shù)學模型的具體結(jié)構(gòu)。

23、在一些實施方式中，在步驟s10中，選擇一種未進行仿真的線圈類型時，重復步驟s7～s9對其進行仿真。其有益之處在于，描述了對未進行仿真的線圈類型進行仿真的方法。

24、在一些實施方式中，在步驟s11中，當要求效率最高時，選擇最大系統(tǒng)品質(zhì)因數(shù)對應的線圈類型和線圈模組尺寸；當要求可充電面積大時，對比不同線圈類型和線圈模組尺寸的系統(tǒng)品質(zhì)因數(shù)在不同位置的分布，并選擇系統(tǒng)品質(zhì)因數(shù)分布更均勻的線圈類型和線圈模組尺寸為最優(yōu)的線圈類型和線圈模組尺寸。其有益之處在于，描述了選擇線圈類型和線圈模組尺寸的具體方法。

25、在一些實施方式中，在步驟s12中，數(shù)學模型為

26、prx+ptx＝irx2*rrx+(vrect/(ωm))2*rtx，

27、其中irx為rx線圈電流。

28、其有益之處在于，描述了計算tx線圈和rx線圈圈數(shù)組合下的線圈損耗之和的數(shù)學模型。

技術特征：

1.一種歸一化無線充電線圈設計方法，其特征在于：包括以下步驟

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種歸一化無線充電線圈設計方法，其特征在于：在步驟s1中，永磁體包括釹鐵硼永磁體、鐵氧體永磁體、釤鈷永磁體、鐵鉻鈷永磁體、鋁鎳鈷永磁體。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種歸一化無線充電線圈設計方法，其特征在于：在步驟s3、s4和s5中，確定線圈模組的尺寸范圍的方法為根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸限制，確定線圈模組的最大允許尺寸。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種歸一化無線充電線圈設計方法，其特征在于：在步驟s6中，線圈類型范圍包括fpc線圈、繞線線圈、平面線圈、棒狀線圈。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種歸一化無線充電線圈設計方法，其特征在于：在步驟s9中，數(shù)學模型為

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種歸一化無線充電線圈設計方法，其特征在于：在步驟s10中，選擇一種未進行仿真的線圈類型時，重復步驟s7～s9對其進行仿真。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種歸一化無線充電線圈設計方法，其特征在于：在步驟s11中，當要求效率最高時，選擇最大系統(tǒng)品質(zhì)因數(shù)對應的線圈類型和線圈模組尺寸；當要求可充電面積大時，對比不同線圈類型和線圈模組尺寸的系統(tǒng)品質(zhì)因數(shù)在不同位置的分布，并選擇系統(tǒng)品質(zhì)因數(shù)分布更均勻的線圈類型和線圈模組尺寸為最優(yōu)的線圈類型和線圈模組尺寸。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種歸一化無線充電線圈設計方法，其特征在于：在步驟s12中，數(shù)學模型為

技術總結(jié)
本發(fā)明公開了一種歸一化無線充電線圈設計方法。該方法包括以下步驟:確定線圈模組周圍是否存在永磁體、確定線圈模組的尺寸范圍、確定線圈類型范圍、依次對范圍內(nèi)各線圈類型進行靜態(tài)場仿真和渦流場仿真、選擇線圈類型和線圈模組尺寸、選擇Tx和Rx的最優(yōu)線圈的圈數(shù)、將最優(yōu)線圈的參數(shù)帶入電路仿真軟件中，并仿真其系統(tǒng)效率和功率。本發(fā)明中的一種歸一化無線充電線圈設計方法考慮到實際產(chǎn)品的限制以及性能側(cè)重點的要求等，彌補了現(xiàn)有無線充電線圈設計方法的不足，可以滿足實際產(chǎn)品的設計要求。

技術研發(fā)人員：劉恒,劉超
受保護的技術使用者：領勝城科技（江蘇）有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/10/21