一種活動(dòng)部件旋轉(zhuǎn)界面間的長(zhǎng)壽命無線電能傳輸裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無線電能傳輸裝置，具體涉及一種活動(dòng)部件旋轉(zhuǎn)界面間的長(zhǎng)壽命無線電能傳輸裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的電能傳輸方式已經(jīng)不能滿足某些特殊應(yīng)用場(chǎng)合的需要。例如衛(wèi)星在太空中運(yùn)行時(shí)，依靠太陽(yáng)能電池陣供電。為了從轉(zhuǎn)動(dòng)的太陽(yáng)能電池陣向衛(wèi)星本體部分傳輸電能，當(dāng)前絕大多數(shù)情況下使用的是導(dǎo)電滑環(huán)。然而，導(dǎo)電滑環(huán)存在諸多不足:一是導(dǎo)電環(huán)存在磨損，如果潤(rùn)滑劑含量高，磨損量少，但導(dǎo)電性變差；反之，潤(rùn)滑劑含量少，導(dǎo)電性能好，但磨損量增大。二是滑環(huán)與電刷接觸部位發(fā)熱較大，由于導(dǎo)電環(huán)通道與通道之間是必須絕緣的，而絕緣材料通常導(dǎo)熱性較差，因此導(dǎo)電環(huán)的散熱難以通過傳導(dǎo)實(shí)現(xiàn)。
[0003]為此，人們也嘗試了一些新方法向旋轉(zhuǎn)部件傳輸電能，例如采用滾環(huán)技術(shù)，將滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，減少了磨損量，但仍存在滾動(dòng)體應(yīng)力不均，磨削無法排出等問題；采用水銀匯流環(huán)技術(shù)，利用液態(tài)金屬替代滑動(dòng)摩擦，無摩損，但密封困難；采用光匯流環(huán)技術(shù)，以非接觸式光纖作為傳輸介質(zhì)，但能夠傳遞的功率較小。因此，這些技術(shù)都不能完全滿足活動(dòng)部件旋轉(zhuǎn)界面間的長(zhǎng)壽命電能傳輸?shù)男枨蟆?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決上述技術(shù)問題而提供一種活動(dòng)部件旋轉(zhuǎn)界面間的長(zhǎng)壽命無線電能傳輸裝置，可實(shí)現(xiàn)活動(dòng)部件旋轉(zhuǎn)界面間的長(zhǎng)壽命無線電能傳輸，且傳輸效率高，電能傳輸過程穩(wěn)定可靠。
[0005]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
本發(fā)明提供的活動(dòng)部件旋轉(zhuǎn)界面間的長(zhǎng)壽命無線電能傳輸裝置，包括基體、設(shè)在所述基體內(nèi)的轉(zhuǎn)軸、固定部分和相對(duì)所述固定部分做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)部分；所述固定部分包括直流電源、振蕩電路、功率放大器、第一自動(dòng)阻抗匹配電路、源線圈、發(fā)射線圈、第一諧振電容，振蕩電路、功率放大器、第一自動(dòng)阻抗匹配電路、源線圈依次電連接，直流電源與功率放大器連接，發(fā)射線圈與第一諧振電容相連接，發(fā)射線圈與源線圈同軸安裝在所述基體上；所述旋轉(zhuǎn)部分包括接收線圈、第二諧振電容、負(fù)載線圈、第二自動(dòng)阻抗匹配電路、處理電路、負(fù)載，負(fù)載線圈、第二自動(dòng)阻抗匹配電路、處理電路、負(fù)載依次電連接，接收線圈與第二諧振電容相連接，負(fù)載線圈與接收線圈同軸安裝在所述轉(zhuǎn)軸上，所述接收線圈與所述發(fā)射線圈同軸且對(duì)應(yīng)。
[0006]所述第一自動(dòng)阻抗匹配電路、第二自動(dòng)阻抗匹配電路均由輸入端口、檢測(cè)電路、AD采樣電路、單片機(jī)、驅(qū)動(dòng)電路、可變電容/電感陣列、輸出端口、通信模塊組成，所述輸入端口、檢測(cè)電路、可變電容/電感陣列、輸出端□依次電連接，所述檢測(cè)電路、AD采樣電路、單片機(jī)、驅(qū)動(dòng)電路、可變電容/電感陣列依次電連接，所述通信模塊與單片機(jī)相連；其中第一自動(dòng)阻抗匹配電路中的輸入端口和輸出端口分別與功率放大器和源線圈連接，第二自動(dòng)阻抗匹配電路中的輸入端口和輸出端口分別與負(fù)載線圈和處理電路連接。
[0007]有益效果:
1、本發(fā)明與傳統(tǒng)的導(dǎo)電滑環(huán)相比較的優(yōu)勢(shì)在于:發(fā)射線圈與接收線圈之間通過磁耦合諧振方式傳輸電能，沒有物理接觸，從而徹底消除了摩損，大大提高了輸電裝置的使用壽命，也解決了滑環(huán)與電刷接觸部位難散熱的問題。
[0008]2、本發(fā)明與基于電磁感應(yīng)原理的非接觸電能傳輸方法相比較的優(yōu)勢(shì)在于:1)利用磁耦合諧振技術(shù)而非傳統(tǒng)的電磁感應(yīng)原理技術(shù)實(shí)現(xiàn)無線電能傳輸，發(fā)射線圈通過源線圈間接與電源相連接、接收線圈通過負(fù)載線圈間接與負(fù)載相連接，有利于提高發(fā)射線圈與接收線圈的品質(zhì)因數(shù)，并且實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的阻抗匹配；2)發(fā)射線圈與接收線圈工作在強(qiáng)耦合諧振狀態(tài)，大大提高了從發(fā)射線圈向接收線圈傳輸電能的效率，延伸了傳輸距離，可適用于發(fā)射線圈與接收線圈的安裝位置相距較遠(yuǎn)的情況。3)源線圈與功率放大器之間、負(fù)載線圈與負(fù)載之間可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)阻抗匹配，使整個(gè)無線電能傳輸系統(tǒng)能時(shí)刻保持最高傳輸效率，電能傳輸過程穩(wěn)定可靠。
[0009]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011 ] 圖2是本發(fā)明中的自動(dòng)阻抗匹配電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]本發(fā)明提供的活動(dòng)部件旋轉(zhuǎn)界面間的長(zhǎng)壽命無線電能傳輸裝置，如圖1所示，包括基體、設(shè)在所述基體內(nèi)的轉(zhuǎn)軸、固定部分和相對(duì)所述固定部分做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)部分；所述固定部分包括直流電源、振蕩電路、功率放大器、自動(dòng)阻抗匹配電路1、源線圈、發(fā)射線圈、諧振電容1，振蕩電路、功率放大器、自動(dòng)阻抗匹配電路1、源線圈依次電連接，直流電源與功率放大器連接，發(fā)射線圈與諧振電容1相連接，發(fā)射線圈與源線圈同軸安裝在所述基體上；所述旋轉(zhuǎn)部分包括接收線圈、諧振電容2、負(fù)載線圈、自動(dòng)阻抗匹配電路2、處理電路、負(fù)載，負(fù)載線圈、自動(dòng)阻抗匹配電路2、處理電路、負(fù)載依次電連接，接收線圈與諧振電容相連接2，負(fù)載線圈與接收線圈同軸安裝在所述轉(zhuǎn)軸上，所述接收線圈與所述發(fā)射線圈同軸且對(duì)應(yīng)。
[0013]見圖2，所述自動(dòng)阻抗匹配電路1由輸入端口 1、檢測(cè)電路1、AD采樣電路1、單片機(jī)1、驅(qū)動(dòng)電路1、可變電容/電感陣列1、輸出端口 1、通信模塊1組成，輸入端口 1、檢測(cè)電路1、可變電容/電感陣列1、輸出端口 1依次電連接，檢測(cè)電路1、AD采樣電路1、單片機(jī)1、驅(qū)動(dòng)電路1、可變電容/電感陣列1依次電連接，通信模塊1與單片機(jī)1相連，其中自動(dòng)阻抗匹配電路1中的輸入端口 1和輸出端口 1分別與功率放大器和源線圈連接；所述自動(dòng)阻抗匹配電路2由輸入端口 2、檢測(cè)電路2、AD采樣電路2、單片機(jī)2、驅(qū)動(dòng)電路2、可變電容/電感陣列2、輸出端口 2、通信模塊1組成，輸入端口 2、檢測(cè)電路2、可變電容/電感陣列2、輸出端口 2依次電連接，檢測(cè)電路2、AD采樣電路2、單片機(jī)2、驅(qū)動(dòng)電路2、可變電容/電感陣列2依次電連接，通信模塊2與單片機(jī)2相連，其中自動(dòng)阻抗匹配電路2中的輸入端口 2和輸出端口 2分別與負(fù)載線圈和處理電路連接。
[0014]本發(fā)明中各部分功能如下:
固定部分:直流電源、振蕩電路、功率放大器用于產(chǎn)生高頻交流電并輸入到源線圈中，在源線圈周圍激發(fā)交變磁場(chǎng)；自動(dòng)阻抗匹配電路1用于自動(dòng)調(diào)節(jié)源線圈的輸入阻抗與功率放大器的輸出阻抗相匹配，使功率放大器輸出功率最大；源線圈與發(fā)射線圈之間通過電磁感應(yīng)發(fā)生耦合，從而使發(fā)射線圈發(fā)生電磁振蕩，能量從源線圈向發(fā)射線圈傳輸。改變?cè)淳€圈與發(fā)射線圈之間的距離可調(diào)節(jié)源線圈與發(fā)射線圈之間的映射阻抗；發(fā)射線圈與諧振電容1構(gòu)成發(fā)射回路，通過調(diào)節(jié)諧振電容1使發(fā)射回路的諧振頻率與功率放大器輸出頻率一致，此時(shí)發(fā)射回路發(fā)生諧振。
[0015]旋轉(zhuǎn)部分:接收線圈在發(fā)射線圈產(chǎn)生的高頻磁場(chǎng)激勵(lì)下發(fā)生電磁振蕩，從而使能量從發(fā)射線圈向接收線圈傳輸，發(fā)射線圈與接收線圈的品質(zhì)因數(shù)越高，發(fā)射線圈向接收線圈傳輸能量的效率越高；接收線圈與諧振電容2構(gòu)成接收回路，通過調(diào)節(jié)諧振電容2使接收回路的諧振頻率與功率放大器輸出頻率一致，此時(shí)，接收回路發(fā)生諧振；負(fù)載線圈與接收線圈之間通過電磁感應(yīng)發(fā)生耦合，從而使負(fù)載線圈發(fā)生電磁振蕩，能量從接收線圈向負(fù)載線圈傳輸，改變接收線圈與負(fù)載線圈之間的距離可調(diào)節(jié)接收線圈與負(fù)載線圈之間的映射阻抗；自動(dòng)阻抗匹配電路2用于自動(dòng)調(diào)節(jié)源線圈的輸出阻抗與負(fù)載阻抗相匹配，使負(fù)載吸收的功率最大；處理電路將負(fù)載線圈輸出的高頻能量進(jìn)行整流、濾波、穩(wěn)壓處理，轉(zhuǎn)換為直流電供負(fù)載使用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種活動(dòng)部件旋轉(zhuǎn)界面間的長(zhǎng)壽命無線電能傳輸裝置，其特征是包括基體、設(shè)在所述基體內(nèi)的轉(zhuǎn)軸、固定部分和相對(duì)所述固定部分做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)部分；所述固定部分包括直流電源、振蕩電路、功率放大器、第一自動(dòng)阻抗匹配電路、源線圈、發(fā)射線圈、第一諧振電容，振蕩電路、功率放大器、第一自動(dòng)阻抗匹配電路、源線圈依次電連接，直流電源與功率放大器連接，發(fā)射線圈與第一諧振電容相連接，發(fā)射線圈與源線圈同軸安裝在所述基體上；所述旋轉(zhuǎn)部分包括接收線圈、第二諧振電容、負(fù)載線圈、第二自動(dòng)阻抗匹配電路、處理電路、負(fù)載，負(fù)載線圈、第二自動(dòng)阻抗匹配電路、處理電路、負(fù)載依次電連接，接收線圈與第二諧振電容相連接，負(fù)載線圈與接收線圈同軸安裝在所述轉(zhuǎn)軸上，所述接收線圈與所述發(fā)射線圈同軸且對(duì)應(yīng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活動(dòng)部件旋轉(zhuǎn)界面間的長(zhǎng)壽命無線電能傳輸裝置，其特征是所述第一自動(dòng)阻抗匹配電路與第二自動(dòng)阻抗匹配電路均由輸入端口、檢測(cè)電路、AD采樣電路、單片機(jī)、驅(qū)動(dòng)電路、可變電容/電感陣列、輸出端口、通信模塊組成，所述輸入端□、檢測(cè)電路、可變電容/電感陣列、輸出端口依次電連接，所述檢測(cè)電路、AD采樣電路、單片機(jī)、驅(qū)動(dòng)電路、可變電容/電感陣列依次電連接，所述通信模塊與單片機(jī)相連；其中第一自動(dòng)阻抗匹配電路中的輸入端口和輸出端口分別與功率放大器和源線圈連接，第二自動(dòng)阻抗匹配電路中的輸入端口和輸出端口分別與負(fù)載線圈和處理電路連接。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種活動(dòng)部件旋轉(zhuǎn)界面間的長(zhǎng)壽命無線電能傳輸裝置，包括基體、設(shè)在所述基體內(nèi)的轉(zhuǎn)軸、固定部分和相對(duì)所述固定部分做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)部分；所述固定部分包括直流電源、振蕩電路、功率放大器、第一自動(dòng)阻抗匹配電路、源線圈、發(fā)射線圈、第一諧振電容；所述旋轉(zhuǎn)部分包括接收線圈、第二諧振電容、負(fù)載線圈、第二自動(dòng)阻抗匹配電路、處理電路、負(fù)載，發(fā)射線圈與源線圈同軸安裝在所述基體上，負(fù)載線圈與接收線圈同軸安裝在所述轉(zhuǎn)軸上，接收線圈與發(fā)射線圈同軸且對(duì)應(yīng)。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)活動(dòng)部件旋轉(zhuǎn)界面間的長(zhǎng)壽命無線電能傳輸，且傳輸效率高，電能傳輸過程穩(wěn)定可靠。
【IPC分類】H02J50/12
【公開號(hào)】CN105375651
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510771575
【發(fā)明人】楊擁民, 程名, 駱彥廷, 覃俊祥, 丁勇, 劉津津, 洪少尊, 陳仲生, 錢彥嶺
【申請(qǐng)人】中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【公開日】2016年3月2日
【申請(qǐng)日】2015年11月12日