CN105375651A - 一种活动部件旋转界面间的长寿命无线电能传输装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种活动部件旋转界面间的长寿命无线电能传输装置，包括基体、设在所述基体内的转轴、固定部分和相对所述固定部分做旋转运动的旋转部分；所述固定部分包括直流电源、振荡电路、功率放大器、第一自动阻抗匹配电路、源线圈、发射线圈、第一谐振电容；所述旋转部分包括接收线圈、第二谐振电容、负载线圈、第二自动阻抗匹配电路、处理电路、负载，发射线圈与源线圈同轴安装在所述基体上，负载线圈与接收线圈同轴安装在所述转轴上，接收线圈与发射线圈同轴且对应。本发明可实现活动部件旋转界面间的长寿命无线电能传输，且传输效率高，电能传输过程稳定可靠。

Description

一种活动部件旋转界面间的长寿命无线电能传输装置

技术领域

本发明属于无线电能传输装置，具体涉及一种活动部件旋转界面间的长寿命无线电能传输装置。

背景技术

传统的电能传输方式已经不能满足某些特殊应用场合的需要。例如卫星在太空中运行时，依靠太阳能电池阵供电。为了从转动的太阳能电池阵向卫星本体部分传输电能，当前绝大多数情况下使用的是导电滑环。然而，导电滑环存在诸多不足：一是导电环存在磨损，如果润滑剂含量高，磨损量少，但导电性变差；反之，润滑剂含量少，导电性能好，但磨损量增大。二是滑环与电刷接触部位发热较大，由于导电环通道与通道之间是必须绝缘的，而绝缘材料通常导热性较差，因此导电环的散热难以通过传导实现。

为此，人们也尝试了一些新方法向旋转部件传输电能，例如采用滚环技术，将滑动摩擦变为滚动摩擦，减少了磨损量，但仍存在滚动体应力不均，磨削无法排出等问题；采用水银汇流环技术，利用液态金属替代滑动摩擦，无摩损，但密封困难；采用光汇流环技术，以非接触式光纤作为传输介质，但能够传递的功率较小。因此，这些技术都不能完全满足活动部件旋转界面间的长寿命电能传输的需求。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题而提供一种活动部件旋转界面间的长寿命无线电能传输装置，可实现活动部件旋转界面间的长寿命无线电能传输，且传输效率高，电能传输过程稳定可靠。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

本发明提供的活动部件旋转界面间的长寿命无线电能传输装置，包括基体、设在所述基体内的转轴、固定部分和相对所述固定部分做旋转运动的旋转部分；所述固定部分包括直流电源、振荡电路、功率放大器、第一自动阻抗匹配电路、源线圈、发射线圈、第一谐振电容，振荡电路、功率放大器、第一自动阻抗匹配电路、源线圈依次电连接，直流电源与功率放大器连接，发射线圈与第一谐振电容相连接，发射线圈与源线圈同轴安装在所述基体上；所述旋转部分包括接收线圈、第二谐振电容、负载线圈、第二自动阻抗匹配电路、处理电路、负载，负载线圈、第二自动阻抗匹配电路、处理电路、负载依次电连接，接收线圈与第二谐振电容相连接，负载线圈与接收线圈同轴安装在所述转轴上，所述接收线圈与所述发射线圈同轴且对应。

所述第一自动阻抗匹配电路、第二自动阻抗匹配电路均由输入端口、检测电路、AD采样电路、单片机、驱动电路、可变电容/电感阵列、输出端口、通信模块组成，所述输入端口、检测电路、可变电容/电感阵列、输出端口依次电连接，所述检测电路、AD采样电路、单片机、驱动电路、可变电容/电感阵列依次电连接，所述通信模块与单片机相连；其中第一自动阻抗匹配电路中的输入端口和输出端口分别与功率放大器和源线圈连接，第二自动阻抗匹配电路中的输入端口和输出端口分别与负载线圈和处理电路连接。

有益效果：

1、本发明与传统的导电滑环相比较的优势在于：发射线圈与接收线圈之间通过磁耦合谐振方式传输电能，没有物理接触，从而彻底消除了摩损，大大提高了输电装置的使用寿命，也解决了滑环与电刷接触部位难散热的问题。

2、本发明与基于电磁感应原理的非接触电能传输方法相比较的优势在于：1）利用磁耦合谐振技术而非传统的电磁感应原理技术实现无线电能传输，发射线圈通过源线圈间接与电源相连接、接收线圈通过负载线圈间接与负载相连接，有利于提高发射线圈与接收线圈的品质因数，并且实现整个系统的阻抗匹配；2）发射线圈与接收线圈工作在强耦合谐振状态，大大提高了从发射线圈向接收线圈传输电能的效率，延伸了传输距离，可适用于发射线圈与接收线圈的安装位置相距较远的情况。3）源线圈与功率放大器之间、负载线圈与负载之间可实现自动阻抗匹配，使整个无线电能传输系统能时刻保持最高传输效率，电能传输过程稳定可靠。

下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中的自动阻抗匹配电路图。

具体实施方式

本发明提供的活动部件旋转界面间的长寿命无线电能传输装置，如图1所示，包括基体、设在所述基体内的转轴、固定部分和相对所述固定部分做旋转运动的旋转部分；所述固定部分包括直流电源、振荡电路、功率放大器、自动阻抗匹配电路1、源线圈、发射线圈、谐振电容1，振荡电路、功率放大器、自动阻抗匹配电路1、源线圈依次电连接，直流电源与功率放大器连接，发射线圈与谐振电容1相连接，发射线圈与源线圈同轴安装在所述基体上；所述旋转部分包括接收线圈、谐振电容2、负载线圈、自动阻抗匹配电路2、处理电路、负载，负载线圈、自动阻抗匹配电路2、处理电路、负载依次电连接，接收线圈与谐振电容相连接2，负载线圈与接收线圈同轴安装在所述转轴上，所述接收线圈与所述发射线圈同轴且对应。

见图2，所述自动阻抗匹配电路1由输入端口1、检测电路1、AD采样电路1、单片机1、驱动电路1、可变电容/电感阵列1、输出端口1、通信模块1组成，输入端口1、检测电路1、可变电容/电感阵列1、输出端口1依次电连接，检测电路1、AD采样电路1、单片机1、驱动电路1、可变电容/电感阵列1依次电连接，通信模块1与单片机1相连，其中自动阻抗匹配电路1中的输入端口1和输出端口1分别与功率放大器和源线圈连接；所述自动阻抗匹配电路2由输入端口2、检测电路2、AD采样电路2、单片机2、驱动电路2、可变电容/电感阵列2、输出端口2、通信模块1组成，输入端口2、检测电路2、可变电容/电感阵列2、输出端口2依次电连接，检测电路2、AD采样电路2、单片机2、驱动电路2、可变电容/电感阵列2依次电连接，通信模块2与单片机2相连，其中自动阻抗匹配电路2中的输入端口2和输出端口2分别与负载线圈和处理电路连接。

本发明中各部分功能如下：

固定部分：直流电源、振荡电路、功率放大器用于产生高频交流电并输入到源线圈中，在源线圈周围激发交变磁场；自动阻抗匹配电路1用于自动调节源线圈的输入阻抗与功率放大器的输出阻抗相匹配，使功率放大器输出功率最大；源线圈与发射线圈之间通过电磁感应发生耦合，从而使发射线圈发生电磁振荡，能量从源线圈向发射线圈传输。改变源线圈与发射线圈之间的距离可调节源线圈与发射线圈之间的映射阻抗；发射线圈与谐振电容1构成发射回路，通过调节谐振电容1使发射回路的谐振频率与功率放大器输出频率一致，此时发射回路发生谐振。

旋转部分：接收线圈在发射线圈产生的高频磁场激励下发生电磁振荡，从而使能量从发射线圈向接收线圈传输，发射线圈与接收线圈的品质因数越高，发射线圈向接收线圈传输能量的效率越高；接收线圈与谐振电容2构成接收回路，通过调节谐振电容2使接收回路的谐振频率与功率放大器输出频率一致，此时，接收回路发生谐振；负载线圈与接收线圈之间通过电磁感应发生耦合，从而使负载线圈发生电磁振荡，能量从接收线圈向负载线圈传输，改变接收线圈与负载线圈之间的距离可调节接收线圈与负载线圈之间的映射阻抗；自动阻抗匹配电路2用于自动调节源线圈的输出阻抗与负载阻抗相匹配，使负载吸收的功率最大；处理电路将负载线圈输出的高频能量进行整流、滤波、稳压处理，转换为直流电供负载使用。

Claims (2)

1.一种活动部件旋转界面间的长寿命无线电能传输装置，其特征是包括基体、设在所述基体内的转轴、固定部分和相对所述固定部分做旋转运动的旋转部分；所述固定部分包括直流电源、振荡电路、功率放大器、第一自动阻抗匹配电路、源线圈、发射线圈、第一谐振电容，振荡电路、功率放大器、第一自动阻抗匹配电路、源线圈依次电连接，直流电源与功率放大器连接，发射线圈与第一谐振电容相连接，发射线圈与源线圈同轴安装在所述基体上；所述旋转部分包括接收线圈、第二谐振电容、负载线圈、第二自动阻抗匹配电路、处理电路、负载，负载线圈、第二自动阻抗匹配电路、处理电路、负载依次电连接，接收线圈与第二谐振电容相连接，负载线圈与接收线圈同轴安装在所述转轴上，所述接收线圈与所述发射线圈同轴且对应。

2.根据权利要求1所述的活动部件旋转界面间的长寿命无线电能传输装置，其特征是所述第一自动阻抗匹配电路与第二自动阻抗匹配电路均由输入端口、检测电路、AD采样电路、单片机、驱动电路、可变电容/电感阵列、输出端口、通信模块组成，所述输入端口、检测电路、可变电容/电感阵列、输出端口依次电连接，所述检测电路、AD采样电路、单片机、驱动电路、可变电容/电感阵列依次电连接，所述通信模块与单片机相连；其中第一自动阻抗匹配电路中的输入端口和输出端口分别与功率放大器和源线圈连接，第二自动阻抗匹配电路中的输入端口和输出端口分别与负载线圈和处理电路连接。