本發(fā)明涉及一種無線電能傳輸裝置，屬于無線電能傳輸領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

無線電能傳輸也稱非接觸式電能傳輸，就是將電能轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換為電能，用來進行能量傳遞的一種技術(shù)。一些便攜式電器如筆記本電腦、手機、音樂播放器等移動設(shè)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(shù)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(xiàn)有技術(shù)中都是單發(fā)射端，單接收端，一對一的傳輸結(jié)構(gòu)。作為發(fā)射端和接收端通常為平面二維結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有特定的傳輸方向性，相對位置的不同會導(dǎo)致傳輸效率的差別，很難實現(xiàn)空間內(nèi)多負載能量有效率的傳輸。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

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

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種無線電能傳輸裝置，包括發(fā)射端和接收端，所述發(fā)射端包括全向發(fā)射線圈、驅(qū)動底盤、底座、橫向旋轉(zhuǎn)軸以及設(shè)置在驅(qū)動底盤上的電源輸入模塊和信號處理模塊。所述全向發(fā)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(qū)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(qū)動底盤圍成一個正四面體；所述底座上設(shè)有與驅(qū)動底盤連接的橫向旋轉(zhuǎn)軸，橫向旋轉(zhuǎn)軸上設(shè)有驅(qū)動橫向旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的電機；所述電源輸入模塊的輸出端與所述全向發(fā)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(tài)；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(fā)明的進一步技術(shù)方案，所述橫向旋轉(zhuǎn)軸上還設(shè)有轉(zhuǎn)速控制器，用于控制橫向旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速。

作為本發(fā)明的進一步技術(shù)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(fā)射線圈輸入端相連。

作為本發(fā)明的進一步技術(shù)方案，所述發(fā)射端的發(fā)射線圈包裹于塑料線圈外殼里。

作為本發(fā)明的進一步技術(shù)方案，所述驅(qū)動底盤為圓柱體結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：本發(fā)明通過控制發(fā)射端橫向轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動，消除空間中的能量傳輸死區(qū)及能量接收低點，并可為空間內(nèi)多負載傳送能量，且效率維持在一段較高的范圍內(nèi)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明包裹在塑料外殼里單個發(fā)射線圈示意圖；

圖2是本發(fā)明發(fā)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(fā)明等效電路圖；

圖4是本發(fā)明發(fā)射端結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是選定參數(shù)后仿真效率圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細說明：

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

本發(fā)明中，發(fā)射端還包括底座，底座上設(shè)有與驅(qū)動底盤連接的橫向旋轉(zhuǎn)軸。如圖4所示，驅(qū)動底盤為圓柱體結(jié)構(gòu)，全向發(fā)射線圈的底邊固定在驅(qū)動底盤的中心。發(fā)射端還包括設(shè)置在驅(qū)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(fā)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(fā)射線圈輸入端相連。驅(qū)動底盤之下就是與之連接的橫向旋轉(zhuǎn)軸，橫向旋轉(zhuǎn)軸上設(shè)有驅(qū)動橫向轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的電機，橫向旋轉(zhuǎn)軸還設(shè)有轉(zhuǎn)速控制器，用來控制轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速。

本發(fā)明的工作流程為：當(dāng)需要充電時，開啟本發(fā)明的電能傳輸裝置，產(chǎn)生充電信號給信號處理模塊，信號處理模塊根據(jù)收到的充電信號驅(qū)動電源輸入模塊和橫向轉(zhuǎn)軸上的電機開始工作。電機驅(qū)動橫向轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動，同時電源輸入模塊給發(fā)射線圈輸入電流電壓開始工作。當(dāng)結(jié)束充電時，關(guān)閉本發(fā)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(fā)明中的全向發(fā)射線圈的三維結(jié)構(gòu)也可用于接收線圈，當(dāng)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?shù)倪^程中，三個發(fā)射線圈同時旋轉(zhuǎn)，發(fā)射線圈的轉(zhuǎn)速可以通過轉(zhuǎn)速控制器來設(shè)置，當(dāng)轉(zhuǎn)速達到某一值時，可以消除能量傳輸死區(qū)，使能量傳輸效率穩(wěn)定維持在一較高范圍內(nèi)，同時實現(xiàn)為空間內(nèi)多負載穩(wěn)定傳輸能量。

如圖3所示的本發(fā)明等效電路圖，現(xiàn)在我們根據(jù)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(fā)射線圈1與發(fā)射線圈2的互感、發(fā)射線圈1與發(fā)射線圈3的互感、發(fā)射線圈2與發(fā)射線圈3的互感；m1、m2、m3分別為發(fā)射線圈1與接收線圈的互感、發(fā)射線圈2與接收線圈的互感、發(fā)射線圈3與接收線圈的互感；z1為發(fā)射線圈1的阻抗，z2為發(fā)射線圈2的阻抗，z3為發(fā)射線圈3的阻抗，z4為負載端阻抗；us1、us2、us3分別為發(fā)射線圈1、發(fā)射線圈2、發(fā)射線圈3的電源電壓；is1、is2、is3分別為發(fā)射線圈1、發(fā)射線圈2、發(fā)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(qū)動底盤中心，所以我們以驅(qū)動底盤的圓心作為坐標原點，驅(qū)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(dāng)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(fā)射線圈相對于接收線圈位置不斷變化，轉(zhuǎn)速一定的情況下，電能在一定時間內(nèi)的平均傳輸效率穩(wěn)定在較高范圍內(nèi)。選定參數(shù)，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(guān)系，如圖5所示。

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

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種無線電能傳輸裝置，包括發(fā)射端和接收端。所述發(fā)射端包括全向發(fā)射線圈、驅(qū)動底盤、底座、橫向旋轉(zhuǎn)軸以及設(shè)置在驅(qū)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(fā)明通過控制發(fā)射端橫向轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動，消除空間中的能量傳輸死區(qū)及能量接收低點，并可為空間內(nèi)多負載傳送能量，且效率維持在一段較高的范圍內(nèi)。

技術(shù)研發(fā)人員：江兵;劉毅;徐紅斌;臧鑫善;廖沁祎
受保護的技術(shù)使用者：南京郵電大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.28
技術(shù)公布日：2017.09.08