[发明专利]同轴结构的无线能量耦合器

说明书

本发明公开了一种同轴结构的无线能量耦合器，包括同轴设置的外磁圈和内磁圈，外磁圈套设于内磁圈的外部，外磁圈、内磁圈分别由多块磁条排列成圆环状，磁条内部设有C型磁芯，外磁圈的C型磁芯开口与内磁圈的C型磁芯开口相对；第一线圈绕组以螺旋状绕于外磁圈的内壁，第二线圈绕组以螺旋状绕于内磁圈的外壁，第一线圈绕组与发射端连接，第二线圈绕组与接收端连接，或者第一线圈绕组与接收端连接，第二线圈绕组与发射端连接，第一线圈绕组、第二线圈绕组的外部均被金属材质的外壳完全包围。本发明提高收发线圈的耦合系数，降低发射端和接收端的位置偏移对耦合系数的影响，提高无线能量传输效能，避免对外部设备的电磁干扰。

技术领域

本发明属于无线能量传输技术领域，涉及一种同轴结构的无线能量耦合器，用于航天卫星上的无线能量传输。

背景技术

无线电能传输技术主要基于电磁感应原理，可以通过气隙将发射端的能量传输到接收端的电气设备。如今，WPT系统广泛应用于植入式生物医学设备的无线供电、旋转机构的无线供电、电动汽车的无线充电、移动机器人的无线供电等。将无线能量传输技术应用于航天中的高精度要求的仪器，能够在失重的环境中通过空间隔离消除干扰源，有效提高平台的精度和稳定性。

限制卫星精度和稳定性的主要因素是运动部件和柔性部件引起的平台干扰。为了隔离振动，非接触方法可用于电力传输，以完全消除电力线并避免由于电线引起的振动和干扰。当卫星完成发射并进入轨道时，装载舱将悬挂在服务舱内，无需机械接触，以避免振动传播。需要解决以下问题：

1)发射器和接收器正在进行任意的相对运动，耦合系数会发生变化，从而导致功率传递相应地波动。

2)发射器和接收器产生磁场辐射，对外部设备存在电磁干扰。

3)金属外壳产生涡旋效应，导致效能下降，在金属外壳的包围下收发线圈的耦合系数较小。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种同轴结构的无线能量耦合器，提高收发线圈的耦合系数，降低发射端和接收端的位置偏移对耦合系数的影响，提高无线能量传输效能，避免对外部设备的电磁干扰，解决了现有技术中存在的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种同轴结构的无线能量耦合器，包括同轴设置的外磁圈和内磁圈，外磁圈套设于内磁圈的外部，外磁圈、内磁圈分别由多块磁条排列成圆环状，磁条内部设有C型磁芯，外磁圈的C型磁芯开口与内磁圈的C型磁芯开口相对；第一线圈绕组以螺旋状绕于外磁圈的内壁，第二线圈绕组以螺旋状绕于内磁圈的外壁，第一线圈绕组与发射端连接，第二线圈绕组与接收端连接，或者第一线圈绕组与接收端连接，第二线圈绕组与发射端连接，第一线圈绕组、第二线圈绕组的外部均被金属材质的外壳完全包围。

进一步的，所述外磁圈贴紧并包裹第一线圈绕组，内磁圈贴紧并包裹第二线圈绕组。

进一步的，所述C型磁芯为一体成型或通过磁条组装为对应的形状。

进一步的，所述第一线圈绕组与第二线圈绕组之间的间隙宽度为3mm-20mm。

进一步的，所述外壳采用铝合金材质。

进一步的，所述内磁圈的内部与外壳围合构成内部舱体。

进一步的，所述外磁圈、内磁圈设于接收端外壁和发射端外壁之间。

本发明的有益效果是，本发明同轴结构的无线能量耦合器具有以下优点：

1、相比普通的无线能量传输结构，本发明同轴结构的耦合器能够减少收发两端位置偏移对耦合系数的影响，收发线圈的耦合系数随着位置偏移(包括垂直方向偏移和水平方向偏移)的变量小，降低位置偏移对无线能量传输效率的影响。

2、C型磁芯有效避免金属外壳的涡旋效应，C型磁芯有助于将磁通量从发射线圈引导到接收线圈，提高耦合到接收线圈的磁通量，减少漏磁，提高收发线圈的耦合系数，提高无线能量传输效能。