一种柔性方波形接收线圈的旋转轴系无线供电装置

本发明涉及旋转轴系无线充电，是一种使用方波形线圈的fpc来切割磁感线的旋转轴系无线充电接收装置。

背景技术：

1、无线充电技术根据能量传输过程中中继能量形式的不同，可分为:磁耦合式、电耦合式、电磁辐射式、机械波耦合式。而旋转轴系的无线充电系统一般采用松耦合变压器来实现，其原理是电磁感应原理，利用高频交流电实现电-磁-电的转换，从而实现电能的无线传输。由激励装置(固定侧)产生交变磁场，接收装置(旋转侧)产生感应电动势，继而通过整流滤波电路输出稳定电压。

2、现有技术中，旋转轴系的无线充电的松耦合变压器的结构形式主要有：柱面耦合式和端面耦合式。

3、柱面耦合的一个线圈放置在另一个线圈的内部，形成嵌套结构。常见的柱面耦合旋转松耦合变压器的原、副边的磁芯由环形导磁材料构成，两磁芯间隔一定的气隙同轴布置，在原、副边磁芯上缠绕有电感线圈。副边磁芯与线圈构成的拾取机构安装于旋转轴上随轴一起旋转，原边磁芯与线圈构成的发射机构通过夹具或螺栓固定在转轴的壳体或底座上固定不动。

4、柱面耦合在旋转轴系供电的应用测试中存在许多问题。首先，面存在受安装条件限制不便在转轴外沿轴环绕发射线圈的情况。其次，这种传统方式的柱面耦合方式主、副边磁芯的间隙不容易得到保证，在安装时必须保证较高的位置精度，否则易发生零件的干涉和碰撞，影响系统的稳定性。且这种整环式的耦合机构一旦安装于轴上，当被测轴系周系转速过高时，接收装置由于收到巨大的离心力，会对轴产生局部应力，影响测量结果，甚至还会甩飞接收装置。要想使原、副边分离或将其整体卸下只能通过转轴的末端，拆卸不便。最后，柱面耦合式由于其嵌套结构，磁屏蔽性能不高，激励装置产生的交变磁场会影响轴系上的电子设备。

5、端面耦合的原边线圈和副边线圈面对面同轴放置，形成上下分离的结构。端面耦合方式具有较好的磁屏蔽性能，但由于结构限制也会出现散热差、容易温升过高等问题，从而影响到系统的稳定性。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、为此，本发明针对旋转轴系无线充电接收装置的问题，提供了一种对在旋转轴系不同工况运转下的无线充电接收装置，为旋转轴系上的电子设备提供稳定电压。本发明可用于不同环境下对旋转轴系进行无线电能传输，可以保证在不影响轴系动平衡的情况下输出稳定的电压。

3、本发明的另一个目的在于本发明提出一种安装柔性方波形感应线圈的旋转轴系无线充电感应装置，利用fpc与方波形导线相结合制作柔性线圈替代传统无线充电感应线圈。

4、为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了柔性方波形接收线圈的旋转轴系无线供电装置，包括：包括激励装置和接收装置，其中，所述激励装置包括激励线圈、c形磁芯、无线供电原边电路以及定子罩壳，所述激励线圈缠绕在所述c形磁芯上，并与所述无线供电原边电路相连，所述无线供电原边电路安装在所述c形磁芯上组成定子，所述定子罩壳包裹在所述c形磁芯外部；所述接收装置包括柔性方波形接收线圈和无线供电副边电路，所述柔性方波形接收线圈安装在旋转轴系表面，所述无线供电副边电路由整流电路、滤波电路以及稳压电路组成，所述无线供电副边电路外部两侧钻有固定螺栓孔，安装在所述旋转轴系的表面，预留接口，并且与所述无线供电副边电路相连组成转子。

5、本发明实施例的一种柔性方波形接收线圈的旋转轴系无线供电装置，利用fpc与方波形线圈相结合制作柔性线圈替代传统松耦合变压器，在复杂工况中，松耦合变压器中的柱面耦合式和端面耦合式的接收线圈不方便安装及拆卸，加装屏蔽罩困难，且螺线管接收线圈重量较大，会影响轴系动平衡。

6、另外，根据本发明上述实施例的一种柔性方波形接收线圈的旋转轴系无线供电装置还可以具有以下附加的技术特征：

7、进一步地，在本发明的一个实施例中，所述柔性方波形接收线圈由凸齿与凹齿组成，所述凸齿和凹齿均为奇数个，根据旋转轴系的半径大小以及所述激励装置产生的磁场面积大小来确定所述柔性方波形线圈的凸齿和凹齿的长度和宽度。且所述柔性方波形接收线圈印制在柔性电路板，按照所需输出电压大小选择所述柔性方波形接收线圈的层数，且每层所述柔性方波形接收线圈通过过孔串联。

8、进一步地，在本发明的一个实施例中，所述柔性方波形接收线圈旋转轴系的轴颈尺寸安放所述柔性方波形接收线圈，保证所述柔性方波形接收线圈环绕旋转轴系一周；

9、进一步地，在本发明的一个实施例中，所述柔性方波形接收线圈通过导电与所述无线供电副边电路预留接口相连，经过所述整流电路、滤波电路以及稳压电路三部分，得到稳定持续的电压输出。

10、为达到上述目的，本发明提出了一种柔性方波形接收线圈的旋转轴系无线供电装置，包括以下步骤：步骤s1，将所述激励线圈通直流电流产生空间磁场，通过所述c形磁芯将磁场聚焦在所述旋转轴系轴上，表现为圆形匀强磁场；步骤s2，当所述旋转轴系旋转时，所述方波形线圈的凸齿、凹齿切割聚焦磁力线，由于方波形线圈内部的磁通量发生改变，线圈中将产生感应电压；步骤s3，根据法拉第电磁感应定律计算所述感应电压的电压值；步骤s4，所述的感应电压u，通过导线连接到所述无线供电副边电路的预留接口上，通过所述的整流电路、滤波电路以及稳压电路得到持续稳定的直流输出电压；

11、本发明实施例的一种柔性方波形接收线圈的旋转轴系无线供电装置，利用fpc与方波形导线相结合制作柔性线圈替代传统无线供电线圈，在复杂工况中，柱面耦合式和端面耦合式的接收线圈不方便安装及拆卸，加装屏蔽罩困难，且螺线管接收线圈重量较大，会影响轴系动平衡，故选用柔性方波形线圈代替传统无线供电线圈，质量更轻，磁屏蔽性更高，更便于安装和拆卸，对旋转轴系的影响更小。

12、另外，根据本发明上述实施例的一种柔性方波形接收线圈的旋转轴系无线供电装置还可以具有以下附加的技术特征：

13、进一步地，在本发明的一个实施例中，所述多个感应电压为：

14、

15、其中，u为感应电压，n为线圈匝数，φ为磁通量，t为感应时间，b为磁场强度，s为磁力线穿过线圈的面积。

16、进一步地，在本发明的一个实施例中，所述聚焦磁力线穿过线圈的面积s为：

17、a取整数

18、其中：a为凸齿在圆形磁场内的个数，l为相对位移，n为凸齿总数。

19、根据权利要求7所述的一种柔性方波形接收线圈的旋转轴系无线供电装置，其特征在于，所述凸齿在圆形磁场内的总面积关系见下式：

20、s＝∑sa

21、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种柔性方波形接收线圈的旋转轴系无线供电装置，其特征在于，包括激励装置、接收装置，其中，

2.根据权利要求1所述的一种柔性方波形接收线圈的旋转轴系无线供电装置，其特征在于，所述柔性方波形接收线圈由凸齿与凹齿组成(凸齿与凹齿是相对而言的)，所述凸齿和凹齿均为奇数个，根据旋转轴系的半径大小以及所述激励装置产生的磁场面积大小来确定所述柔性方波形线圈的凸齿和凹齿的长度和宽度。且所述柔性方波形接收线圈印制在柔性电路板，按照所需输出电压大小选择所述柔性方波形接收线圈的层数，且每层所述柔性方波形接收线圈通过过孔串联。

3.根据权利要求1所述的一种柔性方波形接收线圈的旋转轴系无线供电装置，其特征在于，依据旋转轴系的轴颈尺寸安放所述柔性方波形接收线圈，保证所述柔性方波形接收线圈环绕旋转轴系一周。

4.根据权利要求1所述的一种柔性方波形接收线圈的旋转轴系无线供电装置，其特征在于，所述柔性方波形接收线圈通过导线与所述无线供电副边电路预留接口相连，经过所述整流电路、滤波电路以及稳压电路三部分，得到稳定持续的电压输出。

5.一种柔性方波形接收线圈的旋转轴系无线供电装置，其特征在于，基于权利要求1-4任一项所述的一种柔性方波形接收线圈的旋转轴系无线供电装置，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种柔性方波形接收线圈的旋转轴系无线供电装置，其特征在于，当旋转轴系旋转时，方波形线圈凸齿、凹齿切割聚焦磁力线，由于方波形线圈内部的磁通量发生改变，线圈中将产生感应电压，通过下式表示感应电压大小：

7.根据权利要求6所述的一种柔性方波形接收线圈的旋转轴系无线供电装置，其特征在于，所述方波线圈凸齿与凹齿的面积变化率相等，圆形磁场穿过线圈的面积为所有凸齿与圆形磁场围成面积之和或者为所有凹齿与圆形磁场围成面积之和。每一个凸齿与圆形磁场围成的区域的面积都可以用积分来表示，即：

8.根据权利要求7所述的一种柔性方波形接收线圈的旋转轴系无线供电装置，其特征在于，所述凸齿在圆形磁场内的总面积关系见下式：

技术总结
本发明公开了一种柔性方波形接收线圈的旋转轴系无线供电装置，其中包括：激励装置和接收装置，其中，激励装置包括激励线圈、C形磁芯、无线供电原边电路以及定子罩壳，激励线圈缠绕在所述C形磁芯上，并与无线供电原边电路相连，无线供电原边电路安装在C形磁芯上组成定子，定子罩壳包裹在所述C形磁芯外部；接收装置包括柔性方波形接收线圈、无线供电副边电路，柔性方波形接收线圈安装在旋转轴系表面，无线供电副边电路由整流电路、滤波电路以及稳压电路组成，无线供电副边电路外部两侧钻有固定螺栓孔，安装在旋转轴系的表面，预留接口，并且与无线供电副边电路相连组成转子。该供电装置解决了传统传统无线供电装置接收线圈不方便安装及拆卸，加装屏蔽罩困难，接收线圈重量较大，影响轴系动平衡等问题。

技术研发人员：李志鹏,王春鹏,郭艳玲,朱世宁
受保护的技术使用者：东北林业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15