[发明专利]基于开关电容的无线充电系统及往复式轨道工业机器人

说明书

本发明涉及基于开关电容的无线充电系统及往复式轨道工业机器人，包括发射线圈，与交流电源连接，实现通以交变的电流，产生高频交变磁场；第一可变电容，其与发射线圈连接，调整第一可变电容的等效容值以改变发射线圈的谐振频率；接收线圈，在高频交变磁场中感生出相同频率的电压；第二可变电容，与接收线圈连接，调整第二可变电容的等效容值以改变接收线圈的谐振频率，使得发射线圈与接收线圈在不同距离下始终处于谐振状态；蓄电池与接收线圈连接，用于储存接收线圈接收的电能，对工业机器人充电。包括上述无线充电系统的轨道工业机器人在往复运动的过程中也能始终保持在谐振状态，提高充电效率。

技术领域

本发明涉及位移测量技术领域，尤其是指一种基于开关电容的无线充电系统及往复式轨道工业机器人。

背景技术

在工业机器人被广泛应用的今天，传统的充电方式已经不足以满足当下的技术需求，频繁地插拔电线，既不安全也容易磨损，存在很大的安全隐患。

基于磁共振的无线电能传输技术，消除了由于摩擦、静电等带来的危害，提高了充电系统的可靠性和安全性，再加上其柔性好，使用寿命长，同时可以实现能量信息同传的功能，这项技术正在逐步取代有线充电技术投入到工业生产中去。

目前主要的无线充电方式有超声波、电磁辐射、电场耦合和磁场耦合四种方式，其中磁场耦合式无线电能传输技术的传输距离较远、传输功率较大、传输效率较高，且磁场对人体的危害比电场小，因此其为当前最成熟最普遍的充电方案，被广泛应用于机器人无线充电。在磁场耦合式无线电能传输技术中，对发射端的线圈通以交变的电流，产生交变的磁链。交变的磁链部分铰链到接收端的线圈。接收端的线圈通过负载形成闭合回路后，即可将电能从发射端传输给接收端的负载。这种充电方式适合于固定的短距离充电，但由于其发射端频率不变，所以发射端与接收端之间的距离是固定不变的，一旦改变两者之间的距离，电能传输效率就会大幅降低，不利于处于运动中的工业机器人的高效率工作。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于开关电容的无线充电系统及往复式轨道工业机器人。基于开关电容的无线充电系统中的发射线圈和接收线圈均连接可变电容，通过调整可变电容的等效容值，以改变发射线圈和接收线圈的谐振频率，使得发射线圈与接收线圈始终处于谐振状态。包括上述无线充电系统的轨道工业机器人在往复运动的过程中也能始终保持在谐振状态，从而提高充电效率。

为解决上述技术问题，本发明提供了基于开关电容的无线充电系统，其优选为用于往复式轨道工业机器人的无线充电，当然，其也可以实现各类电器的无线充电。

其特征在于，包括：发射线圈，与交流电源连接，通以交变的电流，产生高频交变磁场；第一可变电容，其与所述发射线圈连接，调整所述第一可变电容的等效容值以改变所述发射线圈的谐振频率；接收线圈，在高频交变磁场中感生出相同频率的电压；第二可变电容，与所述接收线圈连接，调整所述第二可变电容的等效容值以改变所述接收线圈的谐振频率，使得发射线圈与接收线圈在不同距离下始终处于谐振状态；蓄电池，与所述接收线圈连接，用于储存接收线圈接收的电能。

作为优选的，所述第一可变电容和第二可变电容结构相同，均包括：MCU控制器、定值电容和两个串联的场效应管；串联后的两个所述场效应管与所述定值电容并联；所述MCU控制器输出的信号输入至所述定值电容内以控制所述定值电容两端的电压值。

作为优选的，所述MCU控制器输出两路互补的PWM脉冲信号。

作为优选的，所述第一可变电容和第二可变电容的等效容值计算公式为：

其中，C_SC为对外电路等效容值，C_a为定值电容的容值，α为PWM脉冲信号的延时角；调节所述延时角α，以改变所述第一可变电容和第二可变电容的等效容值。