空心立体谐振线圈、无线电能传输用耦合线圈及机械转轴用无线电能传输装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种空心立体谐振线圈、无线电能传输用耦合线圈及机械转轴用无线电能传输装置，空心立体谐振线圈，是由绕制方向相反且相距一定间隔的上下两部分组成的空心圆柱体线圈结构，工作频率为10khz

【技术实现步骤摘要】
空心立体谐振线圈、无线电能传输用耦合线圈及机械转轴用无线电能传输装置


[0001]本专利技术属于无线电磁场与能源传输领域，涉及一种空心立体谐振线圈、无线电能传输用耦合线圈及机械转轴用无线电能传输装置。

技术介绍

[0002]太阳电池阵是航天器电源系统中的一个重要组成部分，在全世界已发射的航天器中，90% 以上都采用太阳电池阵－蓄电池组电源系统。由于卫星在轨道上位置的变化和卫星自旋等原因，太阳电池阵不能一直正对太阳，为了最大效率的利用太阳能，需要一种对日跟踪驱动装置控制太阳电池阵的转动，使其始终正对太阳照射的方向，这种驱动装置叫做太阳电池阵驱动装置( Solar Array Drive Assembly，SADA) 。SADA 的另一个作用是将太阳电池阵收集的能量通过滑环传到航天器内。在太阳电池阵对日跟踪过程中，太阳电池阵需要进行 360 度的连续转动，在现有的航天系统中，电功率及电信号的传输都是采用导电滑环实现的。
[0003]但是随着卫星的功能和要求越来越高，单个卫星搭载各种载荷执行众多任务，为了满足载荷的需求，卫星不得采用了单翼的结构，采用单翼结构后整星功率由星外传往星内，SADA成为唯一功率通路，在一定程度上，降低了整星功率的可靠性，唯一路径一旦发生问题将造成整星工作失效，使得单翼卫星的SADA 的可靠性尤为重要。另外，滑环结构在连续旋转中使用的接触式传导部件存在寿命短、可靠性差的问题，功率传输滑环中存在的接触和摩擦，使其成为卫星中最容易发生故障的部件之一，也成为制约航天器长寿命高可靠性高安全发展的瓶颈。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例的目的在于提供一种空心立体谐振线圈、无线电能传输用耦合线圈及机械转轴用无线电能传输装置，以解决现有的太阳电池阵驱动装置采用的接触式传导部件存在寿命短、可靠性差的问题；以及现有的太阳电池阵驱动装置使用功率传输滑环制约航天器长寿命高可靠性高安全发展的问题。
[0005]本专利技术实施例所采用的第一技术方案是：空心立体谐振线圈，是由绕制方向相反且相距一定间隔的上下两部分组成的空心圆柱体线圈结构。
[0006]进一步的，所述的空心立体谐振线圈，工作频率为10khz
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1mhz，上下两部分的间距为0.5
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50mm。
[0007]进一步的，所述的空心立体谐振线圈，上下两部分的线圈总层数为2
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40层，且上下两部分的线圈层数一致；上下两部分中，相邻两层线圈的间距为0.1
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10mm。
[0008]进一步的，所述的空心立体谐振线圈，由一根导电材料绕制形成。
[0009]本专利技术实施例所采用的第二技术方案是：无线电能传输用耦合线圈，两个传输线
圈均采用如上所述的空心立体谐振线圈，且一个传输线圈套设在另一个线圈外围；其中：位于内环的传输线圈为内环线圈，位于外环的传输线圈为外环线圈。
[0010]进一步的，内环线圈和外环线圈的线圈总层数、上下两部分的间距、相邻两层线圈的间距均一致；内环线圈和外环线圈之间的间距为0.2
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20mm。
[0011]本专利技术实施例所采用的第三技术方案是：机械转轴用无线电能传输装置，包括：轮状金属壳体，轮状金属壳体由内环壳体和外环壳体密封转动连接形成；无线电能传输用耦合线圈，无线电能传输用耦合线圈安装在轮状金属壳体内；其中：内环线圈安装在内环壳体内，外环线圈安装在外环壳体内；内环壳体与转轴固定连接。
[0012]进一步的，轮状金属壳体内设有能量传输腔，能量传输腔的内壁设置导磁材料层形成狭小的能量传输隔舱，无线电能传输用耦合线圈安装在能量传输隔舱内；能量传输隔舱的尺寸仅需保证能够安装无线电能传输用耦合线圈即可。
[0013]进一步的，内环壳体上开设有内环设备舱；内环设备舱上设有第一内环功率连接口，内环功率连接线通过第一内环功率连接口外接；外环壳体上设有外环功率连接口，外环功率连接线通过外环功率连接口外接；内环设备舱内开设有转轴连接腔，内环壳体通过转轴连接腔与转轴固定连接。
[0014]进一步的，转轴上设置有多个依次固定连接的轮状金属壳体；所有轮状金属壳体的内环壳体均与转轴固定连接，所有轮状金属壳体的外环壳体固定为一体。
[0015]本专利技术实施例的有益效果是：本专利技术实施例通过特有的宽频无线能量传输技术，在同轴的轮状金属壳体内部，将能量由外环线圈传输到内环线圈或由内环线圈传输到外环线圈，在狭小金属空间内最大限度压缩能量场范围，提高电磁场密度，从而获得更高传输效率，并且降低整个结构的EMC电磁外泄，实现在极小空间内的高效传输能量，传输效率>96%，实现了滑环系统的无线传能。与此同时，无线电能传输技术完美的解决了传统滑环结构通过金属构件/结构接触摩擦传输能量的弊端，极大提升了无线滑环系统的可靠性和工作寿命。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1是无线电能传输用耦合线圈的结构示意图。
[0018]图2是机械转轴用无线电能传输装置的整体结构示意图。
[0019]图3是机械转轴用无线电能传输装置的剖视示意图。
[0020]图4是机械转轴用多路无线电能传输装置的结构示意图。
[0021]图5是发射线圈和接收线圈的耦合比例仿真结果图。
[0022]图6是机械转轴用无线电能传输装置的能量发射与接收情况显示图。
[0023]图中，1.内环线圈，2.外环线圈，3.轮状金属壳体，4.能量传输腔，5.能量传输隔舱，6.转轴，7.内环壳体，8.外环壳体，9.内环设备舱，10.内环功率连接线，11.外环功率连接线，12.第二内环功率连接口，13.外环功率连接口，14.转轴连接腔，15.螺丝固定位。
具体实施方式
[0024]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0025]实施例1本实施例提供一种空心立体谐振线圈，如图1所示，是由绕制方向相反且相距一定间隔的上下两部分组成的空心圆柱体线圈结构，以符合航天SADA转轴的狭小空间，极致压缩磁场密度，减小线圈体积。
[0026]在一些实施例中，该空心立体谐振线圈的上下两部分即上部分与下部分的间距为0.5
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50mm。
[0027]在一些实施例中，该空心立体谐振线圈的上下两部分的线圈总层数为2
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40层，工作频率和传输能量频率为10khz
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.空心立体谐振线圈，其特征在于，是由绕制方向相反且相距一定间隔的上下两部分组成的空心圆柱体线圈结构。2.根据权利要求1所述的空心立体谐振线圈，其特征在于，工作频率为10khz
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1mhz，上下两部分的间距为0.5
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50mm。3.根据权利要求1所述的空心立体谐振线圈，其特征在于，上下两部分的线圈总层数为2
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40层，且上下两部分的线圈层数一致；上下两部分中，相邻两层线圈的间距为0.1
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10mm。4.根据权利要求1所述的空心立体谐振线圈，其特征在于，由一根导电材料绕制形成。5.无线电能传输用耦合线圈，其特征在于，两个传输线圈均采用如权利要求1~4任一项所述的空心立体谐振线圈，且一个传输线圈套设在另一个线圈外围；其中：位于内环的传输线圈为内环线圈（1），位于外环的传输线圈为外环线圈（2）。6.根据权利要求5所述的无线电能传输用耦合线圈，其特征在于，内环线圈（1）和外环线圈（2）的线圈总层数、上下两部分的间距、相邻两层线圈的间距均一致；内环线圈（1）和外环线圈（2）之间的间距为0.2
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20mm。7.机械转轴用无线电能传输装置，其特征在于，包括：轮状金属壳体（3），轮状金属壳体（3）由内环壳体（7）和外环壳...

【专利技术属性】
技术研发人员：李谦，刘彦明，韩高，李小平，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：