一種無線電能傳輸裝置的制作方法

本發明涉及一種無線電能傳輸裝置，屬于無線電能傳輸領域。

背景技術：

無線電能傳輸也稱非接觸式電能傳輸，就是將電能轉換為其他形式的能量，例如電磁場、微波、超聲波等，傳輸一定距離之后，由接收器將這些能量轉換為電能，用來進行能量傳遞的一種技術。一些便攜式電器如筆記本電腦、手機、音樂播放器等移動設備都需要電池和充電，電源電線頻繁地拔插，既不安全，也容易磨損，無線充電技術避免的漏電，跑電等安全隱患。

但是在實際電能傳輸過程中，現有技術中都是單發射端，單接收端，一對一的傳輸結構。作為發射端和接收端通常為平面二維結構，這種結構有特定的傳輸方向性，相對位置的不同會導致傳輸效率的差別，很難實現空間內多負載能量有效率的傳輸。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種無線電能傳輸裝置，給空間內多負載傳輸能量，解決了現有技術的不足，并有一定的傳輸效率。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

本發明提供一種無線電能傳輸裝置，包括發射端和接收端，所述發射端包括全向發射線圈、驅動底盤、底座、橫向旋轉軸以及設置在驅動底盤上的電源輸入模塊和信號處理模塊。所述全向發射線圈由三個形狀尺寸一致的正三角形線圈組成，其中，每個所述正三角形線圈均有一條邊固定在驅動底盤上，三個所述正三角形線圈中固定底盤上的邊的對角的頂點重合，三個所述正三角形線圈與驅動底盤圍成一個正四面體；所述底座上設有與驅動底盤連接的橫向旋轉軸，橫向旋轉軸上設有驅動橫向旋轉軸轉動的電機；所述電源輸入模塊的輸出端與所述全向發射線圈的輸入端相連；所述信號處理模塊分別與電源輸入模塊和電機相連，用于通過接收到的控制信號來控制電源輸入模塊和電機的工作狀態；所述接收端包括接收線圈、第一整流濾波模塊和負載，接收線圈的輸出端與第一整流濾波模塊的輸入端相連，第一整流濾波模塊的輸出端與負載相連。

作為本發明的進一步技術方案，所述橫向旋轉軸上還設有轉速控制器，用于控制橫向旋轉軸的轉速。

作為本發明的進一步技術方案，所述電源輸入模塊包括電源模塊、第二整流濾波模塊和逆變電路模塊，電源模塊的輸出與第二整流濾波模塊的輸入端相連，第二整流濾波模塊的輸出與逆變電路模塊的輸入相連，逆變電路模塊的輸出端與發射線圈輸入端相連。

作為本發明的進一步技術方案，所述發射端的發射線圈包裹于塑料線圈外殼里。

作為本發明的進一步技術方案，所述驅動底盤為圓柱體結構。

本發明采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：本發明通過控制發射端橫向轉軸的轉動，消除空間中的能量傳輸死區及能量接收低點，并可為空間內多負載傳送能量，且效率維持在一段較高的范圍內。

附圖說明

圖1是本發明包裹在塑料外殼里單個發射線圈示意圖；

圖2是本發明發射端與空間任意方向接收端的接收線圈示意圖；

圖3是本發明等效電路圖；

圖4是本發明發射端結構示意圖；

圖5是選定參數后仿真效率圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的技術方案做進一步的詳細說明：

本發明提供了一種無線電能傳輸裝置，包括發射端和接收端。其中，發射端包括全向發射線圈，該全向發射線圈由第一發射線圈、第二發射線圈和第三發射線圈構成，三個發射線圈的形狀皆為正三角形，且尺寸一致，如圖1所示，本發明中的發射線圈包裹在在塑料外殼里。如圖2和圖4所示，每個正三角形發射線圈中的一條邊固定在驅動底盤上，另兩條與其余兩個正三角形發射線圈的邊重合，且三個線圈固定在驅動底盤上的邊的對角的頂點重合。本發明中發射線圈的匝數、尺寸、材料都可根據實際需求來具體選擇。

本發明中，發射端還包括底座，底座上設有與驅動底盤連接的橫向旋轉軸。如圖4所示，驅動底盤為圓柱體結構，全向發射線圈的底邊固定在驅動底盤的中心。發射端還包括設置在驅動底盤上的電源輸入模塊、信號處理模塊；電源輸出模塊的輸出端與發射線圈輸入端相連，電源輸入模塊包括依次連接的電源模塊、整流濾波模塊和逆變電路模塊，電源模塊的輸出與整流濾波模塊的輸入端相連，整流濾波模塊的輸出與逆變電路模塊的輸入相連，逆變電路模塊的輸出端與發射線圈輸入端相連。驅動底盤之下就是與之連接的橫向旋轉軸，橫向旋轉軸上設有驅動橫向轉軸轉動的電機，橫向旋轉軸還設有轉速控制器，用來控制轉軸轉速。

本發明的工作流程為：當需要充電時，開啟本發明的電能傳輸裝置，產生充電信號給信號處理模塊，信號處理模塊根據收到的充電信號驅動電源輸入模塊和橫向轉軸上的電機開始工作。電機驅動橫向轉軸勻速轉動，同時電源輸入模塊給發射線圈輸入電流電壓開始工作。當結束充電時，關閉本發明電能傳輸裝置，充電信號也隨之消失，電能傳輸裝置停止運行，避免多余能量流失。

本發明中的全向發射線圈的三維結構也可用于接收線圈，當然接收端也可用普通的二維圓形線圈，如圖2所示，在能量傳輸的過程中，三個發射線圈同時旋轉，發射線圈的轉速可以通過轉速控制器來設置，當轉速達到某一值時，可以消除能量傳輸死區，使能量傳輸效率穩定維持在一較高范圍內，同時實現為空間內多負載穩定傳輸能量。

如圖3所示的本發明等效電路圖，現在我們根據kvl方程對接收端為單接收線圈的情況進行分析：

其中，m12、m13、m23分別為發射線圈1與發射線圈2的互感、發射線圈1與發射線圈3的互感、發射線圈2與發射線圈3的互感；m1、m2、m3分別為發射線圈1與接收線圈的互感、發射線圈2與接收線圈的互感、發射線圈3與接收線圈的互感；z1為發射線圈1的阻抗，z2為發射線圈2的阻抗，z3為發射線圈3的阻抗，z4為負載端阻抗；us1、us2、us3分別為發射線圈1、發射線圈2、發射線圈3的電源電壓；is1、is2、is3分別為發射線圈1、發射線圈2、發射線圈3的電流；i1為負載端電流。通過計算可以得到單個線圈的傳輸效率。

如圖2所示，因為線圈固定在驅動底盤中心，所以我們以驅動底盤的圓心作為坐標原點，驅動底盤的面作為xoy平面，建立三維直角坐標系。分析其中一種情況，當接收端在xoz平面時，其中心與坐標系原點形成夾角為α，兩者之間的傳輸距離保持不變。裝置工作時，三個發射線圈相對于接收線圈位置不斷變化，轉速一定的情況下，電能在一定時間內的平均傳輸效率穩定在較高范圍內。選定參數，保持傳輸距離不變，通過仿真軟件，仿真出角度α與傳輸效率的關系，如圖5所示。

以上所述，僅為本發明中的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術的人在本發明所揭露的技術范圍內，可理解想到的變換或替換，都應涵蓋在本發明的包含范圍之內，因此，本發明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。

技術特征：

技術總結
本發明公開了一種無線電能傳輸裝置，包括發射端和接收端。所述發射端包括全向發射線圈、驅動底盤、底座、橫向旋轉軸以及設置在驅動底盤上的電源輸入模塊和信號處理模塊。所述接收端包括接收線圈、第一整流濾波模塊和負載，接收線圈的輸出端與第一整流濾波模塊的輸入端相連，第一整流濾波模塊的輸出端與負載相連。本發明通過控制發射端橫向轉軸的轉動，消除空間中的能量傳輸死區及能量接收低點，并可為空間內多負載傳送能量，且效率維持在一段較高的范圍內。

技術研發人員：江兵;劉毅;徐紅斌;臧鑫善;廖沁祎
受保護的技術使用者：南京郵電大學
技術研發日：2017.06.28
技術公布日：2017.09.08