一种无线电能传输装置的制作方法

本发明涉及一种无线电能传输装置，属于无线电能传输领域。

背景技术：

无线电能传输也称非接触式电能传输，就是将电能转换为其他形式的能量，例如电磁场、微波、超声波等，传输一定距离之后，由接收器将这些能量转换为电能，用来进行能量传递的一种技术。一些便携式电器如笔记本电脑、手机、音乐播放器等移动设备都需要电池和充电，电源电线频繁地拔插，既不安全，也容易磨损，无线充电技术避免的漏电，跑电等安全隐患。

但是在实际电能传输过程中，现有技术中都是单发射端，单接收端，一对一的传输结构。作为发射端和接收端通常为平面二维结构，这种结构有特定的传输方向性，相对位置的不同会导致传输效率的差别，很难实现空间内多负载能量有效率的传输。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种无线电能传输装置，给空间内多负载传输能量，解决了现有技术的不足，并有一定的传输效率。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提供一种无线电能传输装置，包括发射端和接收端，所述发射端包括全向发射线圈、驱动底盘、底座、横向旋转轴以及设置在驱动底盘上的电源输入模块和信号处理模块。所述全向发射线圈由三个形状尺寸一致的正三角形线圈组成，其中，每个所述正三角形线圈均有一条边固定在驱动底盘上，三个所述正三角形线圈中固定底盘上的边的对角的顶点重合，三个所述正三角形线圈与驱动底盘围成一个正四面体；所述底座上设有与驱动底盘连接的横向旋转轴，横向旋转轴上设有驱动横向旋转轴转动的电机；所述电源输入模块的输出端与所述全向发射线圈的输入端相连；所述信号处理模块分别与电源输入模块和电机相连，用于通过接收到的控制信号来控制电源输入模块和电机的工作状态；所述接收端包括接收线圈、第一整流滤波模块和负载，接收线圈的输出端与第一整流滤波模块的输入端相连，第一整流滤波模块的输出端与负载相连。

作为本发明的进一步技术方案，所述横向旋转轴上还设有转速控制器，用于控制横向旋转轴的转速。

作为本发明的进一步技术方案，所述电源输入模块包括电源模块、第二整流滤波模块和逆变电路模块，电源模块的输出与第二整流滤波模块的输入端相连，第二整流滤波模块的输出与逆变电路模块的输入相连，逆变电路模块的输出端与发射线圈输入端相连。

作为本发明的进一步技术方案，所述发射端的发射线圈包裹于塑料线圈外壳里。

作为本发明的进一步技术方案，所述驱动底盘为圆柱体结构。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明通过控制发射端横向转轴的转动，消除空间中的能量传输死区及能量接收低点，并可为空间内多负载传送能量，且效率维持在一段较高的范围内。

附图说明

图1是本发明包裹在塑料外壳里单个发射线圈示意图；

图2是本发明发射端与空间任意方向接收端的接收线圈示意图；

图3是本发明等效电路图；

图4是本发明发射端结构示意图；

图5是选定参数后仿真效率图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明提供了一种无线电能传输装置，包括发射端和接收端。其中，发射端包括全向发射线圈，该全向发射线圈由第一发射线圈、第二发射线圈和第三发射线圈构成，三个发射线圈的形状皆为正三角形，且尺寸一致，如图1所示，本发明中的发射线圈包裹在在塑料外壳里。如图2和图4所示，每个正三角形发射线圈中的一条边固定在驱动底盘上，另两条与其余两个正三角形发射线圈的边重合，且三个线圈固定在驱动底盘上的边的对角的顶点重合。本发明中发射线圈的匝数、尺寸、材料都可根据实际需求来具体选择。

本发明中，发射端还包括底座，底座上设有与驱动底盘连接的横向旋转轴。如图4所示，驱动底盘为圆柱体结构，全向发射线圈的底边固定在驱动底盘的中心。发射端还包括设置在驱动底盘上的电源输入模块、信号处理模块；电源输出模块的输出端与发射线圈输入端相连，电源输入模块包括依次连接的电源模块、整流滤波模块和逆变电路模块，电源模块的输出与整流滤波模块的输入端相连，整流滤波模块的输出与逆变电路模块的输入相连，逆变电路模块的输出端与发射线圈输入端相连。驱动底盘之下就是与之连接的横向旋转轴，横向旋转轴上设有驱动横向转轴转动的电机，横向旋转轴还设有转速控制器，用来控制转轴转速。

本发明的工作流程为：当需要充电时，开启本发明的电能传输装置，产生充电信号给信号处理模块，信号处理模块根据收到的充电信号驱动电源输入模块和横向转轴上的电机开始工作。电机驱动横向转轴匀速转动，同时电源输入模块给发射线圈输入电流电压开始工作。当结束充电时，关闭本发明电能传输装置，充电信号也随之消失，电能传输装置停止运行，避免多余能量流失。

本发明中的全向发射线圈的三维结构也可用于接收线圈，当然接收端也可用普通的二维圆形线圈，如图2所示，在能量传输的过程中，三个发射线圈同时旋转，发射线圈的转速可以通过转速控制器来设置，当转速达到某一值时，可以消除能量传输死区，使能量传输效率稳定维持在一较高范围内，同时实现为空间内多负载稳定传输能量。

如图3所示的本发明等效电路图，现在我们根据kvl方程对接收端为单接收线圈的情况进行分析：

其中，m12、m13、m23分别为发射线圈1与发射线圈2的互感、发射线圈1与发射线圈3的互感、发射线圈2与发射线圈3的互感；m1、m2、m3分别为发射线圈1与接收线圈的互感、发射线圈2与接收线圈的互感、发射线圈3与接收线圈的互感；z1为发射线圈1的阻抗，z2为发射线圈2的阻抗，z3为发射线圈3的阻抗，z4为负载端阻抗；us1、us2、us3分别为发射线圈1、发射线圈2、发射线圈3的电源电压；is1、is2、is3分别为发射线圈1、发射线圈2、发射线圈3的电流；i1为负载端电流。通过计算可以得到单个线圈的传输效率。

如图2所示，因为线圈固定在驱动底盘中心，所以我们以驱动底盘的圆心作为坐标原点，驱动底盘的面作为xoy平面，建立三维直角坐标系。分析其中一种情况，当接收端在xoz平面时，其中心与坐标系原点形成夹角为α，两者之间的传输距离保持不变。装置工作时，三个发射线圈相对于接收线圈位置不断变化，转速一定的情况下，电能在一定时间内的平均传输效率稳定在较高范围内。选定参数，保持传输距离不变，通过仿真软件，仿真出角度α与传输效率的关系，如图5所示。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种无线电能传输装置，包括发射端和接收端。所述发射端包括全向发射线圈、驱动底盘、底座、横向旋转轴以及设置在驱动底盘上的电源输入模块和信号处理模块。所述接收端包括接收线圈、第一整流滤波模块和负载，接收线圈的输出端与第一整流滤波模块的输入端相连，第一整流滤波模块的输出端与负载相连。本发明通过控制发射端横向转轴的转动，消除空间中的能量传输死区及能量接收低点，并可为空间内多负载传送能量，且效率维持在一段较高的范围内。

技术研发人员：江兵;刘毅;徐红斌;臧鑫善;廖沁祎
受保护的技术使用者：南京邮电大学
技术研发日：2017.06.28
技术公布日：2017.09.08