CN1819397A - 电能拾取机构可任意转动的非接触电能传输装置 - Google Patents
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Abstract
一种电能拾取机构可任意转动的非接触电能传输装置，包括初级电源变换电路、磁场发射线圈、电能拾取机构，电能拾取机构由接收线圈和电能变换电路组成，接收线圈包括三个或三个以上绕制的导线圈，各个导线圈彼此不直接电气联通，而是分别连接相应数量的独立的整流模块，然后各个整流模块的输出端并联、串联或混联后输出电能，接收线圈的导线圈可以绕制在骨架材料上，或者直接绕制而成。该装置的电能拾取机构可在三维空间中沿任意方向转动，均能有效完成非接触电能传输。不受磁场发射线圈与接收线圈之间角度位置关系的影响，解决了传统非接触电能传输装置中磁场发射线圈和接收线圈之间存在角度限制的问题。
Description
技术领域
本发明属于电能传输与电能变换技术领域，涉及一种非接触电能传输技术及装置，特别涉及一种电能拾取机构可在三维空间任意方向转动，并同时实现电能的有效传输与输出的非接触电能传输装置。
背景技术
通过电磁感应方式实现电能由电源侧到电器侧的非接触传输，是针对运动电气装置和运行于诸如高粉尘、存在易燃易爆气体等恶劣环境的运动电气设备的电能灵活可靠接入问题提出的一种新型电能传输方式。
现有非接触电能传输装置中发射线圈(初级线圈)与接收线圈(次级线圈)之间必须存在某种特定的位置关系时才可以实现电能的非接触传输。例如中国专利CN1190808C、CN1153230C、CN1604437A、CN1202449C、CN1653669A等。
中国专利CN1653669A中公开了一种非接触电能传输装置，该专利解决了次级线圈的二维转动问题，但是仅仅局限于次级线圈在二维空间内围绕有固定位置限制的旋转轴旋转，并没有解决在三维空间中次级线圈的任意转动问题。
公开号为CN1604437A的专利通过设置多个发射线圈及多个接收线圈，适时打开某个输送侧线圈的任何一个和接收侧线圈的任何一个，试图解决发射线圈和接收线圈间角度位置限制的问题，不但线圈绕制数量多，而且需要检测电路，信号处理电路，判断电路，存储电路，以及开关驱动电路，使得电路结构复杂，系统的可靠性降低，在经济上更提高了成本。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种电能拾取机构或接收线圈可以在三维空间任意方向转动的非接触电能传输装置。
本发明所涉及的电能拾取机构可任意转动的非接触电能传输装置，包括初级电源变换电路、磁场发射线圈、电能拾取机构，电能拾取机构由接收线圈和电能变换电路组成，接收线圈包括三个或三个以上绕制的导线圈，各个导线圈彼此不直接电气联通，而是分别联接相应数量的独立的整流模块，然后各个整流模块的输出端并联、串联或混联后输出电能，接收线圈的导线圈可以绕制在骨架材料上，或者直接绕制而成。
本发明所涉及的电能拾取机构可任意转动的非接触电能传输装置由于采用了特殊的线圈绕制模式，使接收线圈和用电设备都可以任意放置，实现非接触电能传输的同时，解决了现有非接触电能传输技术中接收线圈的转动有方向限制的瓶颈问题。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是亥姆霍兹磁场发射线圈结构示意图。
图3是螺线管磁场发射线圈结构示意图。
图4是平面螺旋环磁场发射线圈结构示意图。
图5是本发明的电路结构示意图。
图6是初级电源变换电路结构示意图。
图7是智能药丸实施例结构示意图。
图8是智能药丸实施例供电系统示意图。
图中：1，2，3分别是导线圈；4是正方体外形的骨架材料；5是如图1所示的包含了骨架材料的一个接收线圈；6是磁场发射线圈；7是电能变换输出装置；8是常规智能药丸除电池外所包含的所有电子装置；9是智能药丸的外壳；10和11是装置电源输入端口；12是初级电源变换电路；13，14，15分别为整流模块；16，17，18分别为电解电容；21和22，23和24，25和26分别为三对电源输出端口；31，32，33，34分别为整流二极管；35为直流电感；36为无感电容；37，38，39，40分别为开关管；41是内部有接收线圈与电能变换输出装置的智能药丸。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进一步描述如下：
图1是本发明的结构示意图。其中，1，2，3分别表示三个独立的正方形导线圈，导线圈1处于XOZ平面内，它的某两条边平行于OX轴，另两条边平行于OZ轴；导线圈2处于YOZ平面内，它的某两条边平行于OY轴，另两条边平行于OZ轴；导线圈3处于XOY平面内，它的某两条边平行于OX轴，另两条边平行于OY轴；这三个导线圈的几何中心重合于某一点。需要说明的是，本专利所提到的所有线圈，其匝数可以按照实际需求，根据不同的功率传输要求作相应调整，比如说可以是1匝，也可以是多匝。图1中的三个独立的正方形导线圈可以被绕在一种正方体外形的骨架材料4上，也可以不使用骨架材料4，而直接将三个导线圈绕制成正交的接收线圈。骨架材料可以是非导磁材料制成，也可以是如铁氧体，超微晶，非晶之类的高磁导率材料所制成。
图2是亥姆霍兹磁场发射线圈结构示意图。在该图中，发射线圈6被绕制成亥姆霍兹线圈形式。
图3是螺线管磁场发射线圈结构示意图。在该图中，发射线圈6被绕制成螺线管线圈形式。
图4是平面螺旋环磁场发射线圈结构示意图。在该图中，发射线圈6被绕制成平面螺旋环线圈形式。
图5是本发明的电路结构示意图。输入电源通过10和11输入到装置中，12是用于将输入电源转变为所需频率的交流电的电能变换装置。如果输入电源是直流电，12起到DC/AC变换的作用，如果输入电源是交流电，12起到AC/AC变换的作用。6表示该电能传输装置的发射线圈，在电路中它被看作是一个独立的电感，该电感线圈被连接到12上。1，2，3分别是一个接收线圈的三个被正交绕制的导线圈，导线圈1被连接到整流模块13的输入端，13的输出端并连到电解电容16的两端，同时电解电容16的两端分别按‘+’‘-’极性连接到电源输出端接口21，22；导线圈2被连接到整流模块14的输入端，14的输出端并连到电解电容17的两端，同时电解电容17的两端分别按‘+’‘-’极性连接到电源输出端接口23，24；导线圈3被连接到整流模块15的输入端，15的输出端并连到电解电容18的两端，同时电解电容18的两端分别按‘+’‘-’极性连接到电源输出端接口25，26。这三对电源输出端口(21与22，23与24，25与26)可以根据不同的负载电器需要，按照电气规则并联、串联或混联后为负载用电设备提供运行所需的电能，完成电能的非接触传输。
图6是初级电源变换电路结构示意图。输入电源通过二极管31，32，33和34组成的整流桥后，在31，32的阴极串联电感35，形成电流源。该电流源被输入到开关管37，38，39和40组成的全桥逆变电路中，通过对37，38，39和40加以相应的控制信号，使得37，40和38，39成对互补导通，在电容36和电感6构成的谐振网络中形成需要频率的高频电流。鉴于该控制信号发射电路为本专业技术人员所熟知，所以本申请不再加以阐述。可以看出，图6中的31，32，33，34，35，36，37，38，39，40作为一个整体电路是和图5中的12相对应的。
图7是智能药丸实施例结构示意图。7是电能变换输出装置，8是常规智能药丸除电池外所包含的所有电子装置，9是该药丸的外壳。5，7，8之间顺序按照电气规则连接。
图8是智能药丸实施例供电系统示意图。41是图7中5，7，8，9所构成的内含电能拾取机构的智能药丸。
实施例
下面以图7与图8构成的一个应用于智能药丸的非接触电能传输系统为例说明本发明是如何实现三维空间中接收线圈和/或用电设备可任意转动的非接触电能传输装置，达到可在三维空间中实现接收线圈和/或用电设备任意方向转动时的非接触电能传输的目的。在图7中，接收线圈5通过电磁感应原理产生感应电能输送到电能变换输出装置7，电能变换输出装置7对输入的非直流电源进行整流滤波等处理工作，将其变换为需要的电源形式供给智能药丸中的电子装置8。在图8中，当发射线圈6中被通以设定频率的交变电流时，在线圈6所包围的一个圆柱形空间中会感生一个相同频率的交变磁场，该交变磁场具有很好的瞬时方向一致性。当智能药丸41处于这个圆柱形的空间内时，由于三维空间中不论怎样转动，内置在药丸中的次级线圈都可以保证在任意方向次级线圈平面的投影和大于一个不为零的最小值(可以通过理论证明并已经通过试验验证)，从而保证图5中导线圈构成的电感1，2，3上的感应电势永远不同时为零，通过整流模块之后可以在任何时刻保持一个大于不为0的最小值的电源供应，就可以保证三维空间中任意方向放置的接收线圈和/或用电设备都能够通过电磁感应原理产生感应电势，从而完成任意方向转动的电能非接触传输。
Claims (5)
1、一种电能拾取机构可任意转动的非接触电能传输装置，包括初级电源变换电路、磁场发射线圈、电能拾取机构，电能拾取机构由接收线圈和电能变换电路组成，其特征在于：接收线圈包括三个或三个以上绕制的导线圈，各个导线圈彼此不直接电气联通，而是分别连接相应数量的独立的整流模块，然后各个整流模块的输出端并联、串联或混联后输出电能，接收线圈的导线圈可以绕制在骨架材料上，或者直接绕制而成。
2、根据权利要求1所述的电能拾取机构可任意转动的非接触电能传输装置，其特征在于：接收线圈的骨架外形为正方体或曲面体，骨架材料可为磁介质或不导磁材料。
3、根据权利要求1所述的电能拾取机构可任意转动的非接触电能传输装置，其特征在于：磁场发射线圈被绕制成亥姆霍兹线圈形式。
4、根据权利要求1所述的电能拾取机构可任意转动的非接触电能传输装置，其特征在于：磁场发射线圈被绕制成螺线管线圈形式。
5、根据权利要求1所述的电能拾取机构可任意转动的非接触电能传输装置，其特征在于：磁场发射线圈被绕制成平面螺旋环线圈形式。
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2006
- 2006-01-19 CN CNA2006100540448A patent/CN1819397A/zh active Pending
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