[发明专利]一种无线充电耦合机构、无线电能传输系统及方法

说明书

本发明属于无线电能传输技术领域，具体涉及一种无线充电耦合机构、无线电能传输系统及方法。无线充电耦合机构，包括能量发射装置和能量接收装置；能量发射装置包括能量发射线圈；能量接收装置包括能量接收线圈；能量发射线圈包括第一线圈组和第二线圈组；第一线圈组和第二线圈组的形状一样；第一线圈组产生X轴方向的磁场，第二线圈组产生Y轴方向的磁场；本发明通过两组线圈产生沿X轴方向和Y轴方向两个维度的水平磁场，无论能量接收线圈沿X轴方向还是Y轴方向摆放，能量发射线圈均能够实现无线电能传输，较传统的单个双D型线圈扩充了一个自由度，实现为能量接收端进行多自由度无线充电。

技术领域

本发明属于无线电能传输技术领域，具体涉及一种无线充电耦合机构、无线电能传输系统及方法。

背景技术

机器人智能巡检具有自主性好、巡检质量高等优点，大幅提升了巡检的智能化水平，机器人巡检方式代替传统的人工巡检方式已成为发展趋势。而目前巡检机器人的供电方式大多基于有线充电或人工换电方式，存在灵活性差、可靠性低、智能化水平低等问题。无线充电技术为解决上述接触式供电或人工换电方式存在的问题提供了思路，由于其摆脱了物理介质的束缚，具有灵活、可靠、安全等优点，在机器人智能巡检领域应用越来越广泛。

目前，机器人无线充电系统接收端较多采用螺线管型线圈水平放置于机器人机身底部，配合单个双D型发射线圈产生的水平方向发射磁场，参见图1，图1中，螺线管型线圈与单个双D型发射线圈相互耦合。然而，单个双D型发射线圈只产生一个水平方向的磁场，螺线管型接收线圈需要与发射磁场相互平行才能较好地耦合磁场，以接收能量，这对接收端停靠精度要求高，无线充电自由度低。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种无线充电耦合机构、无线电能传输系统及方法，具体技术方案如下：

一种无线充电耦合机构，包括能量发射装置和能量接收装置；

所述能量发射装置包括能量发射线圈；所述能量接收装置包括能量接收线圈；

所述能量发射线圈包括第一线圈组和第二线圈组；所述第一线圈组和第二线圈组分别包括两个互为轴对称图形的线圈；所述第一线圈组的对称轴为Y轴，所述第二线圈组的对称轴为X轴；所述第一线圈组和第二线圈组的形状一样；

所述第一线圈组产生X水平方向的磁场，所述第二线圈组产生Y水平方向的磁场；

所述能量接收线圈沿X轴方向放置时，所述能量接收线圈与所述第一线圈组相互耦合；所述能量接收线圈沿Y轴方向放置时，所述能量接收线圈与第二线圈组相互耦合。

优选地，所述第一线圈组和第二线圈组分别包括两个互为轴对称的等腰梯形线圈；四个等腰梯形线圈处于同一平面，并且四个等腰梯形线圈的上底边靠近坐标原点。

优选地，所述四个等腰梯形线圈的参数一致。

优选地，所述能量发射线圈包括发射端补偿线圈；

所述四个等腰梯形线圈的上底边靠近原点，且彼此首尾相连，形成一个未绕制线圈的正方形区域；

所述发射端补偿线圈设置在所述正方形区域。

 优选地，所述能量发射装置还包括磁芯和磁屏蔽器件，所述磁芯和所述磁屏蔽器件均为平面式方形结构，所述磁芯设置在所述磁屏蔽器件和所述能量发射线圈之间。

一种无线电能传输系统，包括

原边电能发射电路、副边电能接收电路；

所述原边电能发射电路包括顺序连接的直流电源、全桥逆变电路、原边谐振补偿网络、以及所述的无线充电耦合机构的所述能量发射线圈；

所述副边电能接收电路包括顺序连接的所述的无线充电耦合机构的所述能量接收线圈、副边谐振补偿网络、整流滤波电路以及负载；