(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210721319.8 (22)申请日 2022.06.24 (71)申请人 广东泰坦智能动力有限公司 地址 519000 广东省珠海市金鼎镇创新 三 路128号中国泰坦左栋4楼 (72)发明人 陈健斌　徐宇峰　邹建俊　蒙贵　 涂书专　 (74)专利代理 机构 珠海中知耕作知识产权代理 事务所(普通 合伙) 44841 专利代理师 何承鑫 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 一种带磁芯的无线充电平面线圈的尺寸预 估方法 (57)摘要 本发明针对无线充电平 面圆形线圈， 在给定 的工作频率、 额定传输功率、 最大传输距离、 最大 横向偏移情况下， 提出一种针对 带磁芯的无线充 电平面线圈的尺寸预估 方案， 在互感镜像法的基 础上， 利用空心线圈互感的解析式， 在MATLAB或 其他计算软件绘制对应互感匝数关系图， 以目标 互感的一半对应的空心线圈半径和匝数为起始 值， 在目标互感对应的无穷大面积片状磁芯线圈 半径和匝数， 至目标互感对应的空心线圈半径和 匝数的搜索范围里， 再通过有限元仿真修正， 从 而得到合理的线圈模型。 这种设计过程从理论上 估算出磁耦合机构的尺寸范围， 则可减少有限元 仿真与模型的修 正次数， 从而节约仿真时间。 权利要求书3页 说明书5页 附图2页 CN 115081281 A 2022.09.20 CN 115081281 A 1.一种带磁芯的无线 充电平面线圈的尺寸预估方法， 其特 征在于， 它包括以下步骤： A.根据传输需求， 明确各项技术指标要求， 各项技术指标包括传输功率效率、 工作频 率、 输入及输出电压范围、 传输距离范围和偏移量； B.根据给定的最大传输距离和最大允许的横向偏移量， 按照补偿拓扑方式， 先得到最 小的目标互感值； C.基于线圈有效值计算公式， 确定初级和次级线圈电流有效值， 确定导线导体部分的 截面积和线径， 确定匝数比； D.利用互感镜像法计算公式， 编程计算并绘制空心线圈的互感匝数关系图； E.根据曲线图分别找出在最小目标互感值、 最小目标互感值的一半和最小目标互感值 得四分之一时对应的各自 匝数值， 并分别确定其外半径； F.以最小目标互感值的一半对应的外半径进行建模， 在最小互感和四分之一最小互感 分别对应的外半径范围内， 根据有限元仿真结果， 不断增加或减少匝数与半径， 修正模型， 直到互感的仿真结果接 近最小目标互感。 2.根据权利要求1所述的一种带磁芯的无线充电平面线圈的尺寸预估方法， 其特征在 于， 所述步骤A具体为： A1.参考国际电信联盟和电磁环境限值的相关标准， 期间选择参 考SAE‑2954的标准； A2.SAE‑2954对无线充电核心频率的规定， 基于两线圈模式的无线充电系统， 工作频率 选择90kHz， 明确各项技术指标要求， 包括传输功 率效率、 输入及输出电压范围、 传输距离范 围和偏移量。 3.根据权利要求2所述的一种带磁芯的无线充电平面线圈的尺寸预估方法， 其特征在 于， 所述步骤B具体为： B1.根据给定的最大传输距离和最大允许的横向偏移量， 指定补偿拓扑结构为谐振拓 扑结构； B2.由拓扑 结构得到的功率表达式， 并由该功率表达式得到最小目标互感值表达式； B3.根据最小目标互感表达式， 代入进行计算， 得到最小目标互感值相应的数值。 4.根据权利要求3所述的一种带磁芯的无线充电平面线圈的尺寸预估方法， 其特征在 于， 所述步骤C具体为： C1.基于线圈电流有效值的推导式， 确定初次级 线圈电流有效值； C2.由初次级 线圈电流有效值确定导线的线径和截面积； C3.由导线 线径确认初次级 线圈的匝数比。 5.根据权利要求4所述的一种带磁芯的无线充电平面线圈的尺寸预估方法， 其特征在 于， 所述步骤D具体为： D1.空心线圈互感具有解析解， 利用互感镜像法计算公式， 进行编程计算； D2.根据编程计算结果， 绘制 相应匝数与互感关系曲线图。 6.根据权利要求5所述的一种带磁芯的无线充电平面线圈的尺寸预估方法， 其特征在 于， 所述步骤E具体为： E1.根据曲线图分别找出在最小目标互感值、 最小目标互感值的一半和最小目标互感 值得四分之一时对应的各自 匝数值； E2.根据各自 匝数值， 分别确定其外半径。权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115081281 A 27.根据权利要求6所述的一种带磁芯的无线充电平面线圈的尺寸预估方法， 其特征在 于， 所述步骤F具体为： F1.在有限元仿真软件中， 先以最小目标互感值的一半对应的外半径进行建模； F2.并在最小互感和四分之一最小互感分别对应的外半径范围内， 根据有限元仿真结 果， 不断增 加或减少匝数与半径， 进行仿真； F3.修正模型， 直到互感的仿真结果接近最小目标互感， 取此时的匝数和半径作为最终 值。 8.根据权利要求3所述的一种带磁芯的无线充电平面线圈的尺寸预估方法， 其特征在 于： 所述步骤B2中的所述功率表达式为： 其中上式中ω0为角频率， Pm为最大传输功率， U1为输入电压， U2为输出电压， M为线圈间 的目标最小互感， Lf1和Lf2分别为原副边谐振电感值。 所述步骤B2中的最小目标互感值表达式为： 其中式(1)ω0为角频率， Pm为最大传输功率， U1为输入电压， U2max为输出电压最大值， λ1 和 λ2分别为原副边电流基波幅值的比例系数， Mmin为线圈间的目标最小互感， Lf1和Lf2分别为 原副边谐振电感值。 9.根据权利要求4所述的一种带磁芯的无线充电平面线圈的尺寸预估方法， 其特征在 于： 所述步骤C1中的线圈电流有效值的推导式为： 其中式(2)和式(3)中Ip为流经初级线圈电流有效值， Is为流经次级线圈电流有效值， ω0为角频率， Pm为最大传输功率， U1为输入电压， U2max为输出电压最大值， λ1和 λ2分别为原副 边电流基波幅值的比例系数， Lf1和Lf2分别为原副边谐振电感值。 10.根据权利要求5所述的一种带磁芯的无线充电平面线 圈的尺寸预估方法， 其特征在 于： 所述步骤D1中空心线圈互感互感镜像法计算公式为： 其中式(4)中： μ0为真空磁导率， 为积分变量， r0、 r分别为两线圈内半径和外半权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115081281 A 3