基于LCL补偿拓扑的接收端装置、耦合机构及机器人的制作方法

基于lcl补偿拓扑的接收端装置、耦合机构及机器人
技术领域
1.本发明属于无线电能传输技术领域，具体涉及一种基于lcl补偿拓扑的接收端装置、耦合机构及机器人。


背景技术：

2.无线电能传输技术是基于电磁感应原理实现电功率从空气介质距离传递的一种新型能量传输技术。该技术具有可靠性高、灵活性好、维护费用低以及环境亲和力强等优点，受到国内外许多科研院所和公司的广泛关注，成为近年来电气工程领域最为活跃的一个研究热点。对于无线充电系统磁耦合机构线圈与补偿网络，国外科研机构已经进行了一定程度的研究，提出了双lcl变参数补偿的磁耦合谐振式无线充电系统，用于恒流及恒压充电。目前，lcl拓扑中的接收线圈和接收补偿线圈是单独设置在电磁耦合机构的接收端，分别占有大部分空间，未考虑两者集成化设计。


技术实现要素：

3.针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种基于lcl补偿拓扑的接收端装置、耦合机构及机器人，以解决现有技术中，lcl拓扑中的接收线圈和接收补偿线圈是单独设置在电磁耦合机构的接收端，分别占有大部分空间，未考虑两者集成化设计的问题。
4.为了解决上述问题，本发明通过如下方式实现：
5.本发明提供了一种基于lcl补偿拓扑的接收端装置，包括：
6.接收线圈、接收补偿线圈、接收补偿电容；
7.所述接收线圈与所述接收补偿线圈集成在同一个平面上；
8.所述接收线圈与所述接收补偿线圈相互耦合，所述接收补偿线圈与发射线圈相互解耦，所述接收线圈与所述发射线圈相互耦合后，所述发射线圈向所述接收线圈无线传递电能。
9.进一步地，所述接收线圈包括同一根导线绕制而成的双d型线圈和位于所述双d型线圈外周的矩形平面线圈，所述接收补偿线圈为矩形平面线圈。
10.进一步地，所述接收补偿线圈位于所述接收线圈外周。
11.进一步地，在所述接收线圈远离所述发射线圈的一侧设置有磁芯层。
12.进一步地，在所述磁芯层远离所述接收线圈的一侧设置有磁屏蔽层。
13.进一步地，所述磁屏蔽层为铝板。
14.本发明还提供了一种基于lcl补偿拓扑的耦合机构，包括发射端装置、上述任一项所述的基于lcl补偿拓扑的接收端装置；
15.所述发射端装置包括发射线圈，所述发射端装置与外部电源连接；
16.所述接收端装置包括接收线圈、接收补偿线圈、接收补偿电容；
17.所述接收线圈与所述接收补偿线圈集成在同一个平面上；
18.所述接收线圈与所述接收补偿线圈相互耦合，所述接收补偿线圈与所述发射线圈
相互解耦，所述接收线圈与所述发射线圈相互耦合后，所述发射线圈向所述接收线圈无线传递电能。
19.进一步地，所述发射线圈为双d型线圈；所述接收线圈包括同一根导线绕制而成的双d型线圈和位于所述双d型线圈外周的矩形平面线圈，所述接收补偿线圈为矩形平面线圈。
20.本发明还提供了一种机器人，包括上述任一项所述的基于lcl补偿拓扑的接收端装置。
21.有益效果
22.本技术提供了一种基于lcl补偿拓扑的接收端装置、耦合机构及机器人，包括：接收线圈、接收补偿线圈、接收补偿电容；将接收线圈与接收补偿线圈集成设计在同一个平面上，使得接收线圈与接收补偿线圈的结构更为紧凑，节省了空间位置，减小了接收端装置的整体体积；且同时设置接收线圈与接收补偿线圈相互耦合，接收补偿线圈与发射线圈相互解耦，接收线圈与发射线圈相互耦合后，实现发射线圈向接收线圈无线传递电能，在接收线圈与接收补偿线圈集成化设计之后仍不影响原副边的无线电能传输。
23.将本发明的基于lcl补偿拓扑的接收端装置的结构应用到机器人上，可以减小接收线圈与接收补偿线圈对空间体积的占用量，从而减小机器人中磁耦合机构接收端的体积，进而扩大机器人的空间，提高机器人的舒适性。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
25.图1为本实施例提供的一种接收线圈的绕线示意图；
26.图2为本实施例提供的一种发射线圈的绕线示意图；
27.图3为本实施例提供的一种接收线圈与接收补偿线圈集成的绕线示意图；
28.图4为本实施例提供的一种副边lcl拓扑结构的示意图；
29.图5为本实施例提供的一种基于图4的副边lcl拓扑结构的等效转换的示意图；
30.附图说明：
31.接收线圈10、接收补偿线圈20。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
34.还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的
而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
35.还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
36.实施例一
37.为了解决现有技术中，lcl拓扑中的接收线圈和接收补偿线圈是单独设置在电磁耦合机构的接收端，分别占有大部分空间，未考虑两者集成化设计的问题，本技术提供了一种基于lcl补偿拓扑的接收端装置，包括：
38.接收线圈10、接收补偿线圈20、接收补偿电容；本实施例中，将接收线圈10与接收补偿线圈20集成设计在同一个平面上，避免了现有技术中需要将接收线圈10和接收补偿线圈20单独设置导致的占用较大体积空间的技术缺陷，使得接收线圈与接收补偿线圈的结构更为紧凑，由此就可以节省空间位置，减小接收端装置的整体体积；且同时设置接收线圈10与接收补偿线圈20相互耦合，接收补偿线圈20与发射线圈相互解耦，接收线圈10与发射线圈相互耦合后，实现发射线圈向接收线圈10无线传递电能，在接收线圈10与接收补偿线圈20集成化设计之后仍不影响原副边的无线电能传输。
39.可选地，参见图1，图1是接收线圈10的绕线示意图，接收线圈10包括同一根导线绕制而成的双d型线圈和位于双d型线圈外周的矩形平面线圈，接收补偿线圈20为矩形平面线圈，这样的线圈结构设计，实现了接收线圈10与接收补偿线圈20相互耦合，由于接收线圈10与接收补偿线圈20存在耦合，所以增强了接收端线圈的自感，减少了接收端线圈的用线量。可选地，参见图2，图2是发射线圈的绕线示意图，发射线圈为双d型线圈，这样的线圈结构设计，实现了接收补偿线圈20与发射线圈相互解耦，接收线圈10与发射线圈相互耦合。本实施例的发射线圈与接收补偿线圈20相互解耦，由于接收线圈10与接收补偿线圈20之间相互耦合的作用，能实现原副边电能传输不影响的情况下减少接收端线圈的体积，减少接收端线圈的用线量。
40.可选地，参见图3，图3是接收线圈10与接收补偿线圈20集成的绕线示意图，接收补偿线圈20位于接收线圈10外周。
41.可选地，在接收线圈10远离发射线圈的一侧设置有磁芯层，磁芯层可以增强磁耦合度，磁芯层可以采用铁氧体材料实现。
42.可选地，在磁芯层远离接收线圈10的一侧设置有磁屏蔽层，磁屏蔽层用于进行磁屏蔽，可选地，磁屏蔽层可以采用铝板实现。
43.可选地，在本实施例中，整个耦合机构是基于lcl-lcl拓扑进行接收端线圈集成化设计，副边lcl拓扑结构如图4所示，图4中示出了l1(也即接收线圈10)、l2(也即接收补偿线圈20)、接收补偿电容(也即c1)、等效负载电阻(也即r
eq
)，本实施例设计的l1与l2相互耦合，原边发射线圈与l1相互耦合进行无线传输电能，而原边发射线圈与l2之间解耦，对原副边的无线电能传输无影响。l1与l2相互耦合可将拓扑等效转换，如图5所示，其中z1＝jωm，z2＝jωm，m为l1与l2之间的互感。由上可得以下公式：
44.＝jωm，m为l1与l2之间的互感。由上可得以下公式：
[0058][0059]
计算得：
[0060][0061]
由上可得，当l1与l2耦合时，通过调节z3可保持系统稳定，同时，由于l1与l2有耦合，副边的电感等效为副边原电感加上与副边补偿电感的互感之和，也即l1等效为l1+m，l2等效为l2+m。当要原副边互感不变的情况时，可适当减少副边线圈的用线量，从而从用线量方面减轻副边重量。
[0062]
实施例三
[0063]
本实施例提出一种机器人，包括实施例一中任一项基于lcl补偿拓扑的接收端装置。本实施例的接收端装置的结构及其功能参见实施例一中的描述，这里不再赘述。
[0064]
将实施例一中的接收端装置的结构应用到机器人上，可以减小接收线圈10与接收补偿线圈20对空间体积的占用量，从而减小机器人中磁耦合机构接收端的体积，进而扩大机器人的空间，提高机器人的舒适性。
[0065]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0066]
在本技术所提供的实施例中，应该理解到，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元可结合为一个单元，一个单元可拆分为多个单元，或一些特征可以忽略等。
[0067]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。