[發明專利]基于球面分割的無定向球形設備感應耦合式無線電能接收裝置

有效

• 申請號: 201810868113.1
• 申請日: 2018-08-02
• 公開（公告）號: CN109038845B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 齊琛;蘇利娟;陳希有
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H02J50/10
• 分類號: H02J50/10;H02J50/40
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;潘迅

一種基于球面分割的無定向球形設備感應耦合式無線電能接收裝置，屬于無線電能傳輸領域。該裝置為一個可以沿任意方向自由轉動的空心圓球，球心與外部發射線圈的圓心相對位置不變。從外觀看，空心圓球外表面有六個等面積分割面，每個分割面均為正凸四邊形。從內部看，每個分割面的內表面都固定一個電能接收線圈，每個接收線圈與相鄰分割面上的接收線圈緊密靠近。外部發射線圈和無定向球形設備內的多個接收線圈之間完全沒有電氣接觸，依靠電磁感應原理進行電能傳輸。本發明采用球面分割方式，鋪設多個接收線圈，多方位接收電能，多個接收線圈經補償電路、整流電路和濾波電路后并聯連接，提高能量傳輸效率，實現球形設備全方位轉動下邊工作邊充電。

技術領域

本發明屬于無線電能傳輸領域，涉及感應耦合式無線電能傳輸，尤其涉及一種基于球面分割的無定向球形設備感應耦合式無線電能接收裝置。

背景技術

球形設備常用作球形機器人的移動設備和機械手臂的連接設備。通過圓球體的自由滾動可以實現機器人的全方位轉動和機械手臂的靈活轉向。如何穿過滾動球體為其內部用電設備供電是制約球形機器人和機械手臂發展的關鍵問題。

目前，球形機器人的供電方式主要為導線供電。這種供電方式有四個弊端，一是充電時會受到導線的約束，球體旋轉自由度受限；二是需停機充電，不能邊工作邊充電；三是反復插拔充電線，充電線易損壞；四是需預留專門的充電接口，破壞了機器人外觀的完整性。

采用感應式無線供電可以有效彌補導線供電方式的不足。在感應式無線供電中，發射線圈通過電磁感應原理將電能傳遞到接收線圈，接收線圈將接收到的電能處理后供給直流負載，發射線圈和接收線圈之間完全沒有電氣接觸。發射線圈放置于球體外側，接收線圈布置于球體內側。這種供電方式既避免反復插拔充電線，又不需要預留額外的充電接口，具有很高的靈活性和可靠性。發射線圈和接收線圈的相對位置變化嚴重影響系統傳輸效率和傳輸能力。球形機器人和機械手臂中球形設備需要自由轉動，發射線圈和接收線圈相對位置發生改變。為了提高傳輸功率能力，需要設計一種全方位電能接收裝置。

為了有效解決上述問題，本發明提出了一種基于球面分割的無定向球形設備感應耦合式無線電能接收裝置，具體發明內容如下。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明采用感應式無線電能傳輸技術，為全方位轉動的球形設備靈活、可靠地提供電能。具體是提出一種基于球面分割的無定向球形設備感應耦合式無線電能接收裝置，實現全方位高效地接收電能。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種基于球面分割的無定向球形設備感應耦合式無線電能接收裝置，所述的裝置為一個可以沿任意方向自由轉動的空心圓球，與外部發射線圈配合使用，所述的空心圓球的球心與外部發射線圈的圓心相對位置不變。從外觀看，所述的空心圓球外表面有六個等面積分割面，每個分割面均為正凸四邊形。從內部看，所述的空心圓球的每個分割面的內表面都固定一個電能接收線圈，每個接收線圈都與相鄰分割面上的接收線圈盡最大可能緊密靠近，在無定向球形設備自由轉向時，以最大程度接收電能。所述的外部發射線圈和無定向球形設備內的多個接收線圈之間完全沒有電氣接觸，依靠電磁感應原理進行電能傳輸。采用球面分割方式，鋪設多個接收線圈，可以多方位接收電能，提高傳輸功率能力，以便實現球形設備全方位轉動下邊工作邊充電。

所述空心圓球內表面的六個接收線圈的輸出端經補償電路、整流電路和濾波電路并聯在一起，并聯后的電路級聯一個DC-DC升壓電路，共同驅動直流負載。所述的補償電路采用LCL補償方式，可減少輸入無功功率。所述的整流電路為不可控全橋整流電路，用于將高頻交流電轉換為直流電。所述的濾波電路為一個并聯電容，濾除直流量中的諧波。所述的DC-DC變換電路采用升壓斬波電路，使輸出電壓高于負載所需電壓。

本發明的有益效果是：

(1)采用感應式非接觸電能傳輸技術，發射線圈和無定向球形設備內接收線圈之間完全沒有電氣接觸，球形設備可以自由旋轉，邊工作邊充電，無導線接口，無需破壞球體外表面。