無線電能傳輸系統(tǒng)多自由度電能拾取機構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無線電能傳輸系統(tǒng)多自由度電能拾取機構(gòu)，包括拾取線圈，其特征在于：所述拾取線圈分別繞制在六條圓柱形的磁芯上，所述六條繞制有拾取線圈的磁芯按照三菱錐形六條棱的空間分布結(jié)構(gòu)固定，六條磁芯上的拾取線圈按照預(yù)設(shè)的順序串行連接，同一平面上三條拾取線圈產(chǎn)生的磁通不構(gòu)成環(huán)形。其顯著效果是：結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，通過改變拾取機構(gòu)的線圈分布形式和繞線方式，實現(xiàn)無線能量傳輸系統(tǒng)中的能量多自由度拾取，拾取機構(gòu)固定時，發(fā)射機構(gòu)可以從任意方向耦合，發(fā)射機構(gòu)固定時，拾取機構(gòu)也可以在三維空間內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)，讓能量接入更方便，更自由。
【專利說明】無線電能傳輸系統(tǒng)多自由度電能拾取機構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到電磁耦合技術(shù)，具體涉及一種無線電能傳輸系統(tǒng)中的多自由度電能拾取機構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]感應(yīng)I禹合電能傳輸(InductivelyCoupled Power Transfer,簡稱 ICPT)技術(shù)是基于電磁感應(yīng)耦合原理的無線電能傳輸模式，解決了移動電氣設(shè)備的電源靈活、安全、綠色接入問題，是目前無線電能傳輸領(lǐng)域研究熱點之一。
[0003]基于電磁感應(yīng)耦合原理，將兩個線圈靠近作為電磁耦合機構(gòu)，當電流在一個線圈中變化時，所產(chǎn)生的磁通量成為媒介，導(dǎo)致另一個線圈中也產(chǎn)生電動勢。兩線圈之間的傳輸效率主要是由拾取線圈與磁場的感應(yīng)耦合面的有效面積決定，由于磁場的空間傳播特性，致使感應(yīng)線圈與磁場的空間方位受到嚴格的限制。常見的線圈為圓盤狀或圓柱狀，可獲得較大的充電區(qū)域和傳輸效率，但是，拾取機構(gòu)如果在三維空間內(nèi)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，就難以實現(xiàn)多自由度電遺拾取。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述缺陷，本發(fā)明提出了一種無線電能傳輸系統(tǒng)多自由度電能拾取機構(gòu)，該機構(gòu)通過改變拾取線圈的結(jié)構(gòu)和繞線方式，實現(xiàn)拾取線圈在保證能量傳輸效率的同時可以多自由度轉(zhuǎn)動，讓能量拾取更加靈活。
[0005]為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的具體技術(shù)方案如下:
[0006]一種無線電能傳輸系統(tǒng)多自由度電能拾取機構(gòu)，包括拾取線圈，其關(guān)鍵在于:所述拾取線圈分別繞制在六條圓柱形的磁芯上，所述六條繞制有拾取線圈的磁芯按照三菱錐形六條棱的空間分布結(jié)構(gòu)固定，六條磁芯上的拾取線圈按照預(yù)設(shè)的順序串行連接，同一平面上三條拾取線圈產(chǎn)生的磁通不構(gòu)成環(huán)形。
[0007]基于上述設(shè)計，本方案將傳統(tǒng)的圓盤狀或圓柱狀拾取線圈改為了立體空間分布狀，在三菱錐形的六條棱上分別固定一條繞制有拾取線圈的磁芯，六條磁芯上的拾取線圈串聯(lián)在一起，在立體空間內(nèi)，任何方向進入的磁場，拾取機構(gòu)上的總磁通量為各條棱上感應(yīng)磁通之和，每條棱上拾取線圈的磁通有兩個方向，通過組合分析，可以調(diào)整拾取線圈的繞線方式，實現(xiàn)拾取機構(gòu)在自由空間內(nèi)最大能量的拾取。
[0008]為了保證各個方向能量拾取的均衡，所述六條磁芯的尺寸相同。
[0009]為了接線方便，所述六條磁芯上繞制的拾取線圈采用同一根導(dǎo)線分段繞制而成。
[0010]為了提高拾取機構(gòu)的穩(wěn)定性，便于磁芯的安裝固定，該拾取機構(gòu)還包括三菱錐骨架，沿三菱錐骨架的每條棱的方向開設(shè)有凹槽，所述六條繞制有拾取線圈的磁芯分別固定在三菱錐骨架的六條棱上的凹槽中。
[0011]為了減少干擾，所述三菱錐骨架為非導(dǎo)磁材料制成。
[0012]作為優(yōu)選，所述三菱錐骨架為正三菱錐形或正四面體形。[0013]為了保證多自由度能量均勻拾取，所述三菱錐骨架每條棱上的凹槽與該條棱兩端的頂點距離相同。
[0014]本發(fā)明的顯著效果是:
[0015]結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，通過改變拾取機構(gòu)的線圈分布形式和繞線方式，實現(xiàn)無線能量傳輸系統(tǒng)中的能量多自由度拾取，拾取機構(gòu)固定時，發(fā)射機構(gòu)可以從任意方向耦合，發(fā)射機構(gòu)固定時，拾取機構(gòu)也可以在三維空間內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)，讓能量接入更方便，更自由。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的拾取線圈空間分布結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為具體實施例中安裝骨架的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3為任意一條棱上的磁通分布圖；
[0019]圖4為繞AB棱旋轉(zhuǎn)時每條棱上磁通方向示意圖；
[0020]圖5為具體實施例的繞線方案圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明: [0022]如圖1所示，一種無線電能傳輸系統(tǒng)多自由度電能拾取機構(gòu)，包括拾取線圈，所述拾取線圈分別繞制在六條圓柱形的磁芯上，所述六條繞制有拾取線圈的磁芯按照三菱錐形六條棱的空間分布結(jié)構(gòu)固定，六條磁芯上的拾取線圈按照預(yù)設(shè)的順序串行連接，同一平面上三條拾取線圈產(chǎn)生的磁通不構(gòu)成環(huán)形。
[0023]在本實施例中，該拾取機構(gòu)設(shè)置有如圖2所示的三菱錐骨架，該三菱錐骨架為非導(dǎo)磁材料制成，其形狀為正三菱錐形或正四面體形，沿三菱錐骨架的每條棱的方向開設(shè)有凹槽，每條棱上的凹槽與該條棱兩端的頂點距離相同，所述六條繞制有拾取線圈的磁芯分別固定在三菱錐骨架的六條棱上的凹槽中，通常各條棱上的凹槽長度相同，六條磁芯的尺寸相同，六條磁芯上繞制的拾取線圈采用同一根導(dǎo)線分段繞制而成。
[0024]為進一步理解本發(fā)明的工作原理和技術(shù)效果，下面做進步詳細描述。
[0025]結(jié)合圖2和圖3分析，設(shè)三棱錐棱長為1，在距離兩端頂點Cl1處挖一條凹槽，用于放置磁芯和繞線線圈，采用的鐵氧體磁芯是一種圓柱形高頻導(dǎo)磁材料，圓柱直徑為d2，結(jié)合三菱錐的凹槽可知，磁芯長度為^d1，所選用的拾取線圈的導(dǎo)線直徑為d3。
[0026]假設(shè)原邊線圈為平面型，磁通量B豎直向上，則任意一條棱上的線圈磁通分析如下:
[0027]假設(shè)供為磁芯與X，Y平面的夾角，則垂直于線圈的磁感應(yīng)強度:
[0028]
B' = B' sin sin ψ=(ΖΗ -Z )/(/-2?/,)(j)
[0029]通過該棱線圈處的磁通為:
[0030]
Φ?Α =NB1S^S = NBiS(Z8-Z4) /(!-2d,) H)
[0031]N為每條棱上線圈匝數(shù)，S為每匝線圈繞線面積，ΦΒΑ表示磁通方向由B指向A端。[0032]由公式(2)可知每條棱上的磁通，即三棱錐旋轉(zhuǎn)到各個角度時通過六條棱上的總
磁通 Φ — Φ AB+ 小 AC+ 小 AD+ 小 BC+ BD+ 小 CD。
[0033]因為三棱錐六條棱上的線圈采用串聯(lián)方式，即每條棱上的電流有兩個方向，感應(yīng)磁通也有兩個方向，六條棱感應(yīng)的磁通存在相互增強和抵消的情況，磁通方向的組合共有26 = 64種。線圈的截面積S= Ji ((d2+2d3)/2)2。當原邊電流1、線圈匝數(shù)N、線圈截面積S一定的情況下，由于四面體的對稱性，在旋轉(zhuǎn)時，64種組合計算得出6種不同的磁通變化。下面分別以6類不同磁通變化舉例(AB為I表示棱AB的磁通是沿棱AB向上的，為O表示沿棱AB向下)，具體組合方式如表1所示。
[0034]表1:磁通方向組合方案(原副邊距離為Icm)
[0035]
【權(quán)利要求】
1.一種無線電能傳輸系統(tǒng)多自由度電能拾取機構(gòu)，包括拾取線圈，其特征在于:所述拾取線圈分別繞制在六條圓柱形的磁芯上，所述六條繞制有拾取線圈的磁芯按照三菱錐形六條棱的空間分布結(jié)構(gòu)固定，六條磁芯上的拾取線圈按照預(yù)設(shè)的順序串行連接，同一平面上三條拾取線圈產(chǎn)生的磁通不構(gòu)成環(huán)形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線電能傳輸系統(tǒng)多自由度電能拾取機構(gòu)，其特征在于:所述六條磁芯的尺寸相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線電能傳輸系統(tǒng)多自由度電能拾取機構(gòu)，其特征在于:所述六條磁芯上繞制的拾取線圈采用同一根導(dǎo)線分段繞制而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項所述的無線電能傳輸系統(tǒng)多自由度電能拾取機構(gòu)，其特征在于:還包括三菱錐骨架，沿三菱錐骨架的每條棱的方向開設(shè)有凹槽，所述六條繞制有拾取線圈的磁芯分別固定在三菱錐骨架的六條棱上的凹槽中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無線電能傳輸系統(tǒng)多自由度電能拾取機構(gòu)，其特征在于:所述三菱錐骨架為非導(dǎo)磁材料制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無線電能傳輸系統(tǒng)多自由度電能拾取機構(gòu)，其特征在于:所述三菱錐骨架為正三菱錐形或正四面體形。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無線電能傳輸系統(tǒng)多自由度電能拾取機構(gòu)，其特征在于:所述三菱錐骨架每條棱上的凹槽與該條棱兩端的頂點距離相同。
【文檔編號】H01F38/14GK104037957SQ201410304686
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月30日
【發(fā)明者】戴欣, 王智慧, 唐春森, 孫躍, 蘇玉剛 申請人:重慶大學(xué)