一种不倒翁机制的抗侧向偏移无线传能线圈装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种不倒翁机制的抗侧向偏移无线传能线圈装置及方法，发射线圈处的第一磁力控制模块，受到接收线圈处的第二磁力控制模块的磁力时，带动固定发射线圈的不倒翁模块以不倒翁重心为轴心产生偏转，使发射线圈产生角度偏转和位置移动，实现对接收线圈位置追踪的目的。接收线圈发生错位时，本发明专利技术可以使发射线圈和接收线圈进行能量传输时的相对位置得到优化，进而能较大幅度地提高能量传输效率。本发明专利技术部分克服了线圈错位导致的传输距离短、传输效率低等缺点，提高了无线电能传输系统的抗侧向偏移能力。

An anti-lateral offset wireless energy coil device and method based on tumbler mechanism

【技术实现步骤摘要】
一种不倒翁机制的抗侧向偏移无线传能线圈装置及方法
本专利技术涉及无线传能
，提供一种适应线圈错位情况下的无线传能的技术方案。
技术介绍
无线传能技术已成为充电设备的理想技术解决方案，在消费电子、医疗电子、工业电子中具有广阔的应用前景。磁感应耦合和磁共振耦合是目前无线传能中使用最广泛的技术，它们通过发射线圈与接收线圈之间的电磁耦合传输电能。无线电能传输效率很大程度上受线圈之间的耦合系数决定。耦合系数越大，传输效率越高。收发线圈间的耦合系数受很多因素影响如线圈大小，形状，或收发线圈之间位置影响。在诸多应用中，如手机无线充电，线圈的形状、大小是固定的，但收发线圈之间相对位置是变化的。无线传输的效率受线圈相对位置影响非常大，线圈结构和电路结构的优化都可以使传输效率得到改善。
技术实现思路
为了解决无线电能传输中，因发射线圈与接收线圈发生的侧向偏移使得能量传输效率下降的问题，本专利技术设计了一种不倒翁机制的抗侧向偏移无线传能线圈装置及方法，使发射线圈能够在一定范围内追踪接收线圈。本专利技术的第一个技术方案是提供一种不倒翁机制的线圈结构，其包含：不倒翁模块，对线圈进行固定；所述不倒翁模块在外力作用下以其重心为轴心发生偏转，并在外力力矩减小到重力力矩时回复到原来的位置，使线圈产生角度偏转和位置移动。可选地，固定至所述不倒翁模块的线圈，是发射交变磁场的发射线圈；与所述发射线圈处在电磁耦合距离之内的接收线圈，对所述交变磁场进行接收。可选地，所述发射线圈为球冠形结构。可选地，所述接收线圈是平面线圈。可选地，通过谐振电路，使发射线圈与接收线圈具有共同的共振频率。可选地，所述不倒翁模块包含空心球体，和在空心球体底部填充的重物，所述发射线圈固定在不倒翁模块的上半球内侧面。可选地，所述发射线圈设置有第一磁力控制模块；所述接收线圈设置有第二磁力控制模块；所述第一磁力控制模块与第二磁力控制模块相互产生磁力；所述不倒翁模块在磁力作用下以其重心为轴心发生偏转，使发射线圈产生角度偏转和位置移动。可选地，所述发射线圈采用钢线或铜线制成；所述接收线圈采用钢线或铜线制成。可选地，所述第一磁力控制模块与第二磁力控制模块是具有相互对准力或刚性力的磁性体；优选的第一磁力控制模块与第二磁力控制模块为铷磁铁。本专利技术的第二个技术方案是提供一种不倒翁机制的无线传能线圈装置，其包含上述任意一项不倒翁机制的线圈结构；其中，发射线圈，用于发射交变磁场；接收线圈，用于接收交变磁场；第一磁力控制模块，设置在发射线圈处；第二磁力控制模块，设置在接收线圈处；不倒翁模块，对所述发射线圈固定；所述接收线圈侧向偏移时，第一磁力控制模块和第二磁力控制模块相互产生磁力，不倒翁模块在磁力作用下以其重心为轴心发生偏转，使发射线圈朝偏移方向移动和偏转，实现对接收线圈位置的追踪。本专利技术的第三个技术方案是提供一种不倒翁机制的无线电能传输系统，其包含上述任意一种不倒翁机制的无线传能线圈装置，其中带第二磁力控制模块的接收线圈，设置在待充电设备处；带第一磁力控制模块的发射线圈，及固定所述发射线圈的不倒翁模块设置在无线充电器处。本专利技术的第四个技术方案是提供一种抗侧向偏移的无线电能传输方法，使用上述任意一种不倒翁机制的无线电能传输系统，其中待充电设备靠近发射线圈时，发射线圈随待充电设备中接收线圈的偏移而发生偏转：发射线圈处的第一磁力控制模块，受到接收线圈处的第二磁力控制模块的磁力时，带动固定发射线圈的不倒翁模块以不倒翁重心为轴心产生偏转，使发射线圈产生角度偏转和位置移动，实现发射线圈对接收线圈位置的追踪。本专利技术提出一种不倒翁机制的无线传能线圈装置，通过磁铁磁力控制发射线圈随接收线圈侧向偏移而移动，达到追踪接收线圈位置的目的，使得接收线圈发生错位时，发射线圈和接收线圈进行无线能量传输时的相对位置得到优化，进而能较大幅度地提高装置的能量传输效率。本专利技术拓展了动态无线传能发射线圈机构设计方式，部分克服了线圈错位导致的传输距离短、传输效率低等缺点，提高了无线电能传输系统的动态抗侧向偏移能力。附图说明图1a是本专利技术实施例的第一磁力控制模块示意图；图1b是本专利技术实施例的第二磁力控制模块示意图；图2是本专利技术实施例的不倒翁模块示意图；图3是本专利技术实施例的发射线圈和接收线圈的结构图；图4是本专利技术实施例的总体结构图。具体实施方式以下结合附图和实施例对本专利技术技术方案进行具体描述。本专利技术考虑使发射线圈追踪接收线圈偏移，从而改善收发线圈之间错位带来的传输效率下降。为此，提出一种不倒翁机制的无线传能线圈装置，利用磁力和不倒翁机制，设计可以随接收线圈偏移而自动追踪的发射线圈结构，减小线圈偏移带来的耦合系数衰减，进而较明显地提高系统的能量传输效率。如图4所示，本专利技术所述无线传能线圈装置，包含：第一磁力控制模块1、第二磁力控制模块2、不倒翁模块3、发射线圈5、接收线圈6。其中，第一磁力控制模块1固定在发射线圈5中心，第二磁力控制模块2固定在接收线圈6中心。发射线圈5固定在不倒翁模块3顶部，受磁力控制随接收线圈6偏移而移动。第一磁力控制模块1、第二磁力控制模块2，可以由具有相互对准力（刚性力）的磁性材料或装置构成，如铷磁铁。如图1a、图1b所示，本例的第一磁力控制模块1、第二磁力控制模块2是圆形平板状的磁铁。第一磁力控制模块1、第二磁力控制模块2相互配合，在接收线圈6发生侧向偏移时提供磁力，驱使发射线圈5朝偏移方向移动和偏转。发射线圈5，用于发射交变磁场；接收线圈6，用于接收交变磁场。发射线圈5与接收线圈6避免大面积采用铁质材料，防止产生磁力干扰，实施时可以采用钢或铜线。如图3所示，本实施例的接收线圈6是平面线圈，发射线圈5是球冠形结构，通过连接谐振电路（图未示出），使发射线圈5与接收线圈6具有共同的共振频率。不倒翁模块3用于固定发射线圈5，在有磁力时发生偏转，并在磁力力矩减小到重力力矩时回复到原来的位置。发射线圈5能够以不倒翁模块3的重心为轴心进行360度方向自由偏转，该发射线圈5以不倒翁重心为轴心转动的角度和距离，由第一、第二磁力控制模块控制。如图2所示，本实施例的不倒翁模块3包含空心球体，和在空心球体底部填充的重物4。发射线圈5固定在不倒翁模块3上半球内侧面，第二磁力控制模块2、接收线圈6和不倒翁模块3构成一个整体，受磁力控制随发射线圈5偏移而移动，达到追踪接收线圈6位置的目的。示例地，可以利用上述的无线传能线圈装置构建一种无线电能传输系统，接收线圈6设置在待充电设备处，发射线圈5及不倒翁模块3设置在无线充电器处。本专利技术由此提供一种无线电能传输方法，当待充电设备经过发射线圈5上方时，发射线圈5随待充电设备偏移而发生偏转；其中，第一磁力控制模块1受到第二磁力控制模块2的磁力时，带动不倒翁模块3以不倒翁重心为轴心产生偏转，使发射线圈5产生角度偏转和位置移动，实现发射线圈5对接收线圈6的追踪。通过发射线圈5在某一段区域内的移动，使无线电能传输效率得到改善。经实验验证，在发射线圈5追踪接收线圈6发生偏移范围内，传输效率有较大改善。尽管本专利技术的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本专利技术的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本专利技术的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本专利技术的保护范围应由所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种不倒翁机制的线圈结构，其特征在于，包含：不倒翁模块（3），对线圈进行固定；所述不倒翁模块（3）在外力作用下以其重心为轴心发生偏转，并在外力力矩减小到重力力矩时回复到原来的位置，使线圈产生角度偏转和位置移动。

【技术特征摘要】
1.一种不倒翁机制的线圈结构，其特征在于，包含：不倒翁模块（3），对线圈进行固定；所述不倒翁模块（3）在外力作用下以其重心为轴心发生偏转，并在外力力矩减小到重力力矩时回复到原来的位置，使线圈产生角度偏转和位置移动。2.如权利要求1所述不倒翁机制的线圈结构，其特征在于，固定至所述不倒翁模块（3）的线圈，是发射交变磁场的发射线圈（5）；与所述发射线圈（5）处在电磁耦合距离之内的接收线圈（6），对所述交变磁场进行接收。3.如权利要求2所述不倒翁机制的线圈结构，其特征在于，所述发射线圈（5）为球冠形结构；所述接收线圈（6）是平面线圈；通过谐振电路，使发射线圈（5）与接收线圈（6）具有共同的共振频率。4.如权利要求2或3所述不倒翁机制的线圈结构，其特征在于，所述不倒翁模块（3）包含空心球体，和在空心球体底部填充的重物（4），所述发射线圈（5）固定在不倒翁模块（3）的上半球内侧面。5.如权利要求2-4中任意一项所述不倒翁机制的线圈结构，其特征在于，所述发射线圈（5）设置有第一磁力控制模块（1）；所述接收线圈（6）设置有第二磁力控制模块（2）；所述第一磁力控制模块（1）与第二磁力控制模块（2）相互产生磁力；所述不倒翁模块（3）在磁力作用下以其重心为轴心发生偏转，使发射线圈（5）产生角度偏转和位置移动。6.如权利要求5所述不倒翁机制的线圈结构，其特征在于，所述发射线圈（5）采用钢线或铜线制成；所述接收线圈（6）采用钢线或铜线制成。7.如权利要求5所述不倒翁机制的线圈结构，其特征在于，所述第一磁力控制模块（1）与第二磁力控制模块（2）...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁帅，牛王强，金宇，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：上海,31