專利名稱：電能拾取機構可任意轉動的非接觸電能傳輸裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電能傳輸與電能變換技術領域，涉及一種非接觸電能傳輸技術及裝置，特別涉及一種電能拾取機構可在三維空間任意方向轉動，并同時實現電能的有效傳輸與輸出的非接觸電能傳輸裝置。
背景技術：
通過電磁感應方式實現電能由電源側到電器側的非接觸傳輸，是針對運動電氣裝置和運行于諸如高粉塵、存在易燃易爆氣體等惡劣環(huán)境的運動電氣設備的電能靈活可靠接入問題提出的一種新型電能傳輸方式。
現有非接觸電能傳輸裝置中發(fā)射線圈(初級線圈)與接收線圈(次級線圈)之間必須存在某種特定的位置關系時才可以實現電能的非接觸傳輸。例如中國專利CN1190808C、CN1153230C、CN1604437A、CN1202449C、CN1653669A等。
中國專利CN1653669A中公開了一種非接觸電能傳輸裝置，該專利解決了次級線圈的二維轉動問題，但是僅僅局限于次級線圈在二維空間內圍繞有固定位置限制的旋轉軸旋轉，并沒有解決在三維空間中次級線圈的任意轉動問題。
公開號為CN1604437A的專利通過設置多個發(fā)射線圈及多個接收線圈，適時打開某個輸送側線圈的任何一個和接收側線圈的任何一個，試圖解決發(fā)射線圈和接收線圈間角度位置限制的問題，不但線圈繞制數量多，而且需要檢測電路，信號處理電路，判斷電路，存儲電路，以及開關驅動電路，使得電路結構復雜，系統的可靠性降低，在經濟上更提高了成本。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就是要提供一種電能拾取機構或接收線圈可以在三維空間任意方向轉動的非接觸電能傳輸裝置。
本發(fā)明所涉及的電能拾取機構可任意轉動的非接觸電能傳輸裝置，包括初級電源變換電路、磁場發(fā)射線圈、電能拾取機構，電能拾取機構由接收線圈和電能變換電路組成，接收線圈包括三個或三個以上繞制的導線圈，各個導線圈彼此不直接電氣聯通，而是分別聯接相應數量的獨立的整流模塊，然后各個整流模塊的輸出端并聯、串聯或混聯后輸出電能，接收線圈的導線圈可以繞制在骨架材料上，或者直接繞制而成。
本發(fā)明所涉及的電能拾取機構可任意轉動的非接觸電能傳輸裝置由于采用了特殊的線圈繞制模式，使接收線圈和用電設備都可以任意放置，實現非接觸電能傳輸的同時，解決了現有非接觸電能傳輸技術中接收線圈的轉動有方向限制的瓶頸問題。


圖1是本發(fā)明的結構示意圖。
圖2是亥姆霍茲磁場發(fā)射線圈結構示意圖。
圖3是螺線管磁場發(fā)射線圈結構示意圖。
圖4是平面螺旋環(huán)磁場發(fā)射線圈結構示意圖。
圖5是本發(fā)明的電路結構示意圖。
圖6是初級電源變換電路結構示意圖。
圖7是智能藥丸實施例結構示意圖。
圖8是智能藥丸實施例供電系統示意圖。
圖中1，2，3分別是導線圈；4是正方體外形的骨架材料；5是如圖1所示的包含了骨架材料的一個接收線圈；6是磁場發(fā)射線圈；7是電能變換輸出裝置；8是常規(guī)智能藥丸除電池外所包含的所有電子裝置；9是智能藥丸的外殼；10和11是裝置電源輸入端口；12是初級電源變換電路；13，14，15分別為整流模塊；16，17，18分別為電解電容；21和22，23和24，25和26分別為三對電源輸出端口；31，32，33，34分別為整流二極管；35為直流電感；36為無感電容；37，38，39，40分別為開關管；41是內部有接收線圈與電能變換輸出裝置的智能藥丸。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明的技術方案進一步描述如下圖1是本發(fā)明的結構示意圖。其中，1，2，3分別表示三個獨立的正方形導線圈，導線圈1處于XOZ平面內，它的某兩條邊平行于OX軸，另兩條邊平行于OZ軸；導線圈2處于YOZ平面內，它的某兩條邊平行于OY軸，另兩條邊平行于OZ軸；導線圈3處于XOY平面內，它的某兩條邊平行于OX軸，另兩條邊平行于OY軸；這三個導線圈的幾何中心重合于某一點。需要說明的是，本專利所提到的所有線圈，其匝數可以按照實際需求，根據不同的功率傳輸要求作相應調整，比如說可以是1匝，也可以是多匝。圖1中的三個獨立的正方形導線圈可以被繞在一種正方體外形的骨架材料4上，也可以不使用骨架材料4，而直接將三個導線圈繞制成正交的接收線圈。骨架材料可以是非導磁材料制成，也可以是如鐵氧體，超微晶，非晶之類的高磁導率材料所制成。
圖2是亥姆霍茲磁場發(fā)射線圈結構示意圖。在該圖中，發(fā)射線圈6被繞制成亥姆霍茲線圈形式。
圖3是螺線管磁場發(fā)射線圈結構示意圖。在該圖中，發(fā)射線圈6被繞制成螺線管線圈形式。
圖4是平面螺旋環(huán)磁場發(fā)射線圈結構示意圖。在該圖中，發(fā)射線圈6被繞制成平面螺旋環(huán)線圈形式。
圖5是本發(fā)明的電路結構示意圖。輸入電源通過10和11輸入到裝置中，12是用于將輸入電源轉變?yōu)樗桀l率的交流電的電能變換裝置。如果輸入電源是直流電，12起到DC/AC變換的作用，如果輸入電源是交流電，12起到AC/AC變換的作用。6表示該電能傳輸裝置的發(fā)射線圈，在電路中它被看作是一個獨立的電感，該電感線圈被連接到12上。1，2，3分別是一個接收線圈的三個被正交繞制的導線圈，導線圈1被連接到整流模塊13的輸入端，13的輸出端并連到電解電容16的兩端，同時電解電容16的兩端分別按‘+’‘-’極性連接到電源輸出端接口21，22；導線圈2被連接到整流模塊14的輸入端，14的輸出端并連到電解電容17的兩端，同時電解電容17的兩端分別按‘+’‘-’極性連接到電源輸出端接口23，24；導線圈3被連接到整流模塊15的輸入端，15的輸出端并連到電解電容18的兩端，同時電解電容18的兩端分別按‘+’‘-’極性連接到電源輸出端接口25，26。這三對電源輸出端口(21與22，23與24，25與26)可以根據不同的負載電器需要，按照電氣規(guī)則并聯、串聯或混聯后為負載用電設備提供運行所需的電能，完成電能的非接觸傳輸。
圖6是初級電源變換電路結構示意圖。輸入電源通過二極管31，32，33和34組成的整流橋后，在31，32的陰極串聯電感35，形成電流源。該電流源被輸入到開關管37，38，39和40組成的全橋逆變電路中，通過對37，38，39和40加以相應的控制信號，使得37，40和38，39成對互補導通，在電容36和電感6構成的諧振網絡中形成需要頻率的高頻電流。鑒于該控制信號發(fā)射電路為本專業(yè)技術人員所熟知，所以本申請不再加以闡述?？梢钥闯?，圖6中的31，32，33，34，35，36，37，38，39，40作為一個整體電路是和圖5中的12相對應的。
圖7是智能藥丸實施例結構示意圖。7是電能變換輸出裝置，8是常規(guī)智能藥丸除電池外所包含的所有電子裝置，9是該藥丸的外殼。5，7，8之間順序按照電氣規(guī)則連接。
圖8是智能藥丸實施例供電系統示意圖。41是圖7中5，7，8，9所構成的內含電能拾取機構的智能藥丸。
實施例下面以圖7與圖8構成的一個應用于智能藥丸的非接觸電能傳輸系統為例說明本發(fā)明是如何實現三維空間中接收線圈和/或用電設備可任意轉動的非接觸電能傳輸裝置，達到可在三維空間中實現接收線圈和/或用電設備任意方向轉動時的非接觸電能傳輸的目的。在圖7中，接收線圈5通過電磁感應原理產生感應電能輸送到電能變換輸出裝置7，電能變換輸出裝置7對輸入的非直流電源進行整流濾波等處理工作，將其變換為需要的電源形式供給智能藥丸中的電子裝置8。在圖8中，當發(fā)射線圈6中被通以設定頻率的交變電流時，在線圈6所包圍的一個圓柱形空間中會感生一個相同頻率的交變磁場，該交變磁場具有很好的瞬時方向一致性。當智能藥丸41處于這個圓柱形的空間內時，由于三維空間中不論怎樣轉動，內置在藥丸中的次級線圈都可以保證在任意方向次級線圈平面的投影和大于一個不為零的最小值(可以通過理論證明并已經通過試驗驗證)，從而保證圖5中導線圈構成的電感1，2，3上的感應電勢永遠不同時為零，通過整流模塊之后可以在任何時刻保持一個大于不為0的最小值的電源供應，就可以保證三維空間中任意方向放置的接收線圈和/或用電設備都能夠通過電磁感應原理產生感應電勢，從而完成任意方向轉動的電能非接觸傳輸。
權利要求
1.一種電能拾取機構可任意轉動的非接觸電能傳輸裝置，包括初級電源變換電路、磁場發(fā)射線圈、電能拾取機構，電能拾取機構由接收線圈和電能變換電路組成，其特征在于接收線圈包括三個或三個以上繞制的導線圈，各個導線圈彼此不直接電氣聯通，而是分別連接相應數量的獨立的整流模塊，然后各個整流模塊的輸出端并聯、串聯或混聯后輸出電能，接收線圈的導線圈可以繞制在骨架材料上，或者直接繞制而成。
2.根據權利要求1所述的電能拾取機構可任意轉動的非接觸電能傳輸裝置，其特征在于接收線圈的骨架外形為正方體或曲面體，骨架材料可為磁介質或不導磁材料。
3.根據權利要求1所述的電能拾取機構可任意轉動的非接觸電能傳輸裝置，其特征在于磁場發(fā)射線圈被繞制成亥姆霍茲線圈形式。
4.根據權利要求1所述的電能拾取機構可任意轉動的非接觸電能傳輸裝置，其特征在于磁場發(fā)射線圈被繞制成螺線管線圈形式。
5.根據權利要求1所述的電能拾取機構可任意轉動的非接觸電能傳輸裝置，其特征在于磁場發(fā)射線圈被繞制成平面螺旋環(huán)線圈形式。
全文摘要
一種電能拾取機構可任意轉動的非接觸電能傳輸裝置，包括初級電源變換電路、磁場發(fā)射線圈、電能拾取機構，電能拾取機構由接收線圈和電能變換電路組成，接收線圈包括三個或三個以上繞制的導線圈，各個導線圈彼此不直接電氣聯通，而是分別連接相應數量的獨立的整流模塊，然后各個整流模塊的輸出端并聯、串聯或混聯后輸出電能，接收線圈的導線圈可以繞制在骨架材料上，或者直接繞制而成。該裝置的電能拾取機構可在三維空間中沿任意方向轉動，均能有效完成非接觸電能傳輸。不受磁場發(fā)射線圈與接收線圈之間角度位置關系的影響，解決了傳統非接觸電能傳輸裝置中磁場發(fā)射線圈和接收線圈之間存在角度限制的問題。
文檔編號H01F38/14GK1819397SQ20061005404
公開日2006年8月16日 申請日期2006年1月19日 優(yōu)先權日2006年1月19日
發(fā)明者孫躍, 蘇玉剛 申請人:重慶大學