无线电能传输系统多自由度电能拾取机构技术方案

本发明专利技术公开了一种无线电能传输系统多自由度电能拾取机构，包括拾取线圈，其特征在于：所述拾取线圈分别绕制在六条圆柱形的磁芯上，所述六条绕制有拾取线圈的磁芯按照三菱锥形六条棱的空间分布结构固定，六条磁芯上的拾取线圈按照预设的顺序串行连接，同一平面上三条拾取线圈产生的磁通不构成环形。其显著效果是：结构简单，安装方便，通过改变拾取机构的线圈分布形式和绕线方式，实现无线能量传输系统中的能量多自由度拾取，拾取机构固定时，发射机构可以从任意方向耦合，发射机构固定时，拾取机构也可以在三维空间内自由旋转，让能量接入更方便，更自由。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种无线电能传输系统多自由度电能拾取机构，包括拾取线圈，其特征在于：所述拾取线圈分别绕制在六条圆柱形的磁芯上，所述六条绕制有拾取线圈的磁芯按照三菱锥形六条棱的空间分布结构固定，六条磁芯上的拾取线圈按照预设的顺序串行连接，同一平面上三条拾取线圈产生的磁通不构成环形。其显著效果是：结构简单，安装方便，通过改变拾取机构的线圈分布形式和绕线方式，实现无线能量传输系统中的能量多自由度拾取，拾取机构固定时，发射机构可以从任意方向耦合，发射机构固定时，拾取机构也可以在三维空间内自由旋转，让能量接入更方便，更自由。【专利说明】无线电能传输系统多自由度电能拾取机构
本专利技术涉及到电磁耦合技术，具体涉及一种无线电能传输系统中的多自由度电能拾取机构。
技术介绍
感应I禹合电能传输(InductivelyCoupled Power Transfer,简称 ICPT)技术是基于电磁感应耦合原理的无线电能传输模式，解决了移动电气设备的电源灵活、安全、绿色接入问题，是目前无线电能传输领域研究热点之一。基于电磁感应耦合原理，将两个线圈靠近作为电磁耦合机构，当电流在一个线圈中变化时，所产生的磁通量成为媒介，导致另一个线圈中也产生电动势。两线圈之间的传输效率主要是由拾取线圈与磁场的感应耦合面的有效面积决定，由于磁场的空间传播特性，致使感应线圈与磁场的空间方位受到严格的限制。常见的线圈为圆盘状或圆柱状，可获得较大的充电区域和传输效率，但是，拾取机构如果在三维空间内发生旋转，就难以实现多自由度电遗拾取。
技术实现思路
针对上述缺陷，本专利技术提出了一种无线电能传输系统多自由度电能拾取机构，该机构通过改变拾取线圈的结构和绕线方式，实现拾取线圈在保证能量传输效率的同时可以多自由度转动，让能量拾取更加灵活。为了达到上述目的，本专利技术所采用的具体技术方案如下:一种无线电能传输系统多自由度电能拾取机构，包括拾取线圈，其关键在于:所述拾取线圈分别绕制在六条圆柱形的磁芯上，所述六条绕制有拾取线圈的磁芯按照三菱锥形六条棱的空间分布结构固定，六条磁芯上的拾取线圈按照预设的顺序串行连接，同一平面上三条拾取线圈产生的磁通不构成环形。基于上述设计，本方案将传统的圆盘状或圆柱状拾取线圈改为了立体空间分布状，在三菱锥形的六条棱上分别固定一条绕制有拾取线圈的磁芯，六条磁芯上的拾取线圈串联在一起，在立体空间内，任何方向进入的磁场，拾取机构上的总磁通量为各条棱上感应磁通之和，每条棱上拾取线圈的磁通有两个方向，通过组合分析，可以调整拾取线圈的绕线方式，实现拾取机构在自由空间内最大能量的拾取。为了保证各个方向能量拾取的均衡，所述六条磁芯的尺寸相同。为了接线方便，所述六条磁芯上绕制的拾取线圈采用同一根导线分段绕制而成。为了提高拾取机构的稳定性，便于磁芯的安装固定，该拾取机构还包括三菱锥骨架，沿三菱锥骨架的每条棱的方向开设有凹槽，所述六条绕制有拾取线圈的磁芯分别固定在三菱锥骨架的六条棱上的凹槽中。为了减少干扰，所述三菱锥骨架为非导磁材料制成。作为优选，所述三菱锥骨架为正三菱锥形或正四面体形。为了保证多自由度能量均匀拾取，所述三菱锥骨架每条棱上的凹槽与该条棱两端的顶点距离相同。本专利技术的显著效果是:结构简单，安装方便，通过改变拾取机构的线圈分布形式和绕线方式，实现无线能量传输系统中的能量多自由度拾取，拾取机构固定时，发射机构可以从任意方向耦合，发射机构固定时，拾取机构也可以在三维空间内自由旋转，让能量接入更方便，更自由。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术的拾取线圈空间分布结构示意图；图2为具体实施例中安装骨架的结构示意图；图3为任意一条棱上的磁通分布图；图4为绕AB棱旋转时每条棱上磁通方向示意图；图5为具体实施例的绕线方案图。【具体实施方式】下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明: 如图1所示，一种无线电能传输系统多自由度电能拾取机构，包括拾取线圈，所述拾取线圈分别绕制在六条圆柱形的磁芯上，所述六条绕制有拾取线圈的磁芯按照三菱锥形六条棱的空间分布结构固定，六条磁芯上的拾取线圈按照预设的顺序串行连接，同一平面上三条拾取线圈产生的磁通不构成环形。在本实施例中，该拾取机构设置有如图2所示的三菱锥骨架，该三菱锥骨架为非导磁材料制成，其形状为正三菱锥形或正四面体形，沿三菱锥骨架的每条棱的方向开设有凹槽，每条棱上的凹槽与该条棱两端的顶点距离相同，所述六条绕制有拾取线圈的磁芯分别固定在三菱锥骨架的六条棱上的凹槽中，通常各条棱上的凹槽长度相同，六条磁芯的尺寸相同，六条磁芯上绕制的拾取线圈采用同一根导线分段绕制而成。为进一步理解本专利技术的工作原理和技术效果，下面做进步详细描述。结合图2和图3分析，设三棱锥棱长为1，在距离两端顶点Cl1处挖一条凹槽，用于放置磁芯和绕线线圈，采用的铁氧体磁芯是一种圆柱形高频导磁材料，圆柱直径为d2，结合三菱锥的凹槽可知，磁芯长度为^d1，所选用的拾取线圈的导线直径为d3。假设原边线圈为平面型，磁通量B竖直向上，则任意一条棱上的线圈磁通分析如下:假设供为磁芯与X，Y平面的夹角，则垂直于线圈的磁感应强度:B' = B' sin sin ψ=(ΖΗ -Z )/(/-2?/,)(j)通过该棱线圈处的磁通为:Φ?Α =NB1S^S = NBiS(Z8-Z4) /(!-2d,) H)N为每条棱上线圈匝数，S为每匝线圈绕线面积，ΦΒΑ表示磁通方向由B指向A端。由公式(2)可知每条棱上的磁通，即三棱锥旋转到各个角度时通过六条棱上的总磁通 Φ — Φ AB+ 小 AC+ 小 AD+ 小 BC+ BD+ 小 CD。因为三棱锥六条棱上的线圈采用串联方式，即每条棱上的电流有两个方向，感应磁通也有两个方向，六条棱感应的磁通存在相互增强和抵消的情况，磁通方向的组合共有26 = 64种。线圈的截面积S= Ji ((d2+2d3)/2)2。当原边电流1、线圈匝数N、线圈截面积S一定的情况下，由于四面体的对称性，在旋转时，64种组合计算得出6种不同的磁通变化。下面分别以6类不同磁通变化举例(AB为I表示棱AB的磁通是沿棱AB向上的，为O表示沿棱AB向下)，具体组合方式如表1所示。表1:磁通方向组合方案(原副边距离为Icm)【权利要求】1.一种无线电能传输系统多自由度电能拾取机构，包括拾取线圈，其特征在于:所述拾取线圈分别绕制在六条圆柱形的磁芯上，所述六条绕制有拾取线圈的磁芯按照三菱锥形六条棱的空间分布结构固定，六条磁芯上的拾取线圈按照预设的顺序串行连接，同一平面上三条拾取线圈产生的磁通不构成环形。2.根据权利要求1所述的无线电能传输系统多自由度电能拾取机构，其特征在于:所述六条磁芯的尺寸相同。3.根据权利要求1所述的无线电能传输系统多自由度电能拾取机构，其特征在于:所述六条磁芯上绕制的拾取线圈采用同一根导线分段绕制而成。4.根据权利要求1-3任意一项所述的无线电能传输系统多自由度电能拾取机构，其特征在于:还包括三菱锥骨架，沿三菱锥骨架的每条棱的方向开设有凹槽，所述六条绕制有拾取线圈的磁芯分别固定在三菱锥骨架的六条棱上的凹槽中。5.根据权利要求4所述的无线电能传输系统多自由度电能拾取机构，其特征在于:所述三菱锥骨架为非导磁材料制成。6.根据权利要求4所述的无线电能传输系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线电能传输系统多自由度电能拾取机构，包括拾取线圈，其特征在于：所述拾取线圈分别绕制在六条圆柱形的磁芯上，所述六条绕制有拾取线圈的磁芯按照三菱锥形六条棱的空间分布结构固定，六条磁芯上的拾取线圈按照预设的顺序串行连接，同一平面上三条拾取线圈产生的磁通不构成环形。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：戴欣，王智慧，唐春森，孙跃，苏玉刚，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85