[发明专利]具有方位自整定功能的感应电能传输系统

说明书

技术领域

本发明属于电磁感应技术领域，具体地说，是一种具有方位自整定功能的感应电能传输系统。

背景技术

基于电磁感应原理的能量传导，其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(即感应线圈面与磁力线的等效垂直面)决定，由于磁场的空间传播特性以及强衰变特征，致使感应线圈与磁场的相对空间距离和方位受到非常严格的限制，特别是当拾取线圈的感应面和磁力线法平面出现较大的角度偏差时，感应耦合效率会大大降低，使得能量感应和传输效率受到非常大的影响。因此基于电磁感应耦合技术的感应电能传输(IPT)系统对于能量拾取机构与能量发射磁场源的相对位置关系有着严格的限制，这就要求受电设备必须与源磁场保持一种紧密的空间关系。

目前的感应电能传输系统其拾取机构接入磁场的方式一般来说分为两种：一种是点对点拾取方式(通常叫做可分离变压器)，中国发明专利200640424129.9公开的一种感应耦合式无线电能传输装置便是采用这种方式，该方式主要针对受电设备的定点供电，设备的位置比较固定；第二种是基于固定电流导轨的贴近可滑动方式，该方式主要针对具有固定移动轨迹的移动供电，供电设备必须处在固定的移动轨迹上才能正常供电。

现有技术的缺点是：拾取机构的空间位置与方位相对固定，其拾取机构或者受电设备的移动灵活性差。提升感应耦合电能传输系统拾取机构的空间方位的灵活性且又能保证最大能量拾取与传输，是感应耦合电能传输系统研究的一个重要课题。关于提升拾取机构的多自由度拾取能力方面的研究，目前尚未见有报道。

发明内容

本发明的目的是提出一种具有方位自整定功能的感应电能传输系统，既要保证次级能量拾取机构在磁场空间拾取的灵活性，又要实现最大能量拾取与传输。

为达到上述目的，本发明提供了一种具有方位自整定功能的感应电能传输系统，包括发射电路和拾取电路，所述发射电路由直流电源Vcc、高频逆变器、初级谐振电容以及激励线圈组成，所述拾取电路由拾取线圈、次级谐振电容、功率调节电路以及负载组成；

其关键在于：还包括脉冲磁场发生电路和方位整定电路，所述脉冲磁场发生电路中设置有发射线圈，该发射线圈与所述激励线圈绕制在同一平面上，所述方位整定电路中设置有整定线圈，该整定线圈与所述拾取线圈绕制在同一平面上。

在给负载供电之前，先通过脉冲磁场发生电路产生整定磁场B’，通过整定线圈进行方位自整定。基于电磁感应和电磁力作用原理，所述整定线圈在整定磁场B’中可以感应出具有一定驱动方向的合成作用力，在此作用力下整定线圈将会绕着其中心轴转动，最终旋转到整定磁场的磁力线法线方向上。由于是在立体拾取机构的本体上增加辅助的整定线圈，该整定线圈与拾取线圈绕制在同一平面上，又因为发射线圈与激励线圈也绕制在同一平面上，所以通过发射线圈产生的整定磁场B’与通过激励线圈产生的感应磁场B的磁力线具有相同的法线方向。通过方向自整定后，整定线圈平面位于整定磁场B’的磁力线法线方向上，所以拾取线圈平面也将位于感应磁场B的磁力线法线方向上，保证了拾取线圈与感应磁场的有效感应面积最大。

所述脉冲磁场发生电路中设置有脉冲电路，该脉冲电路的第一输入端串第一电源开关后与直流电源Vcc的正极端连接，该直流电源Vcc的负极端连接所述脉冲电路的第二输入端，在所述脉冲电路的两个输出端之间串接所述发射线圈。

所述整定磁场为直流脉动磁场发生电路产生的高频脉冲磁场，由于脉冲磁场发生电路中的发射线圈与发射电路中的激励线圈绕制在同一平面上，所以整定磁场的磁力线与激励线圈产生的感应磁场的磁力线具有相同的法线方向。

所述整定线圈一端串接限流电阻后与整流二极管的正极端连接，该整流二极管的负极端连接在该整定线圈的另一端上。

在整定线圈上串接限流电阻和整流二极管，使得整定线圈上的电流单向流通，以保证线圈上产生的电磁力始终在同一个方向，从而促使线圈绕同一个方向旋转，最终调整到线圈平面与磁力线法线方向一致的平衡位置。

所述直流电源Vcc的正极经第二电源开关与所述高频逆变器的第一输入端连接，该直流电源Vcc的负极连接在高频逆变器的第二输入端上，所述高频逆变器的两个输出端之间连接所述初级谐振电容，在初级谐振电容的两端并接所述激励线圈；

所述功率调节电路的两个输入端之间连接所述次级谐振电容，该次级谐振电容两端并联所述拾取线圈，在功率调节电路的两个输出端之间连接所述负载。