采用三維偶極線圈的無線電能傳輸系統多自由度拾取機構

馮天旭, 王智慧, 孫 躍, 唐春森

(重慶大學自動化學院, 重慶市 400044)

0 引言

近年來,利用磁場耦合和諧振實現無線電能傳輸(WPT)從小功率充電(例如醫療植入設備)到中型或大功率設備(例如電動汽車)得到了廣泛的研究和應用[1-4]。目前,Rim等人提出的偶極線圈結構在感應耦合電能傳輸(ICPT)模式下可以實現5 m傳輸209 W[5],7 m傳輸11 W的功率[6],這種偶極線圈結構對于較低頻率的感應電能傳輸系統的中遠距離傳輸提供了一個較好的思路。為了提升無線電能傳輸系統的靈活性,國內外科研工作者從不同方面做了大量工作,文獻[7-11]從改變發射線圈結構以及控制方式上研究,分別用2個和3個正交的環形線圈作為發射線圈,通過控制原邊線圈中的電流,使其產生旋轉磁場,接收線圈在離發射線圈一定范圍內全方位拾取電能。也有文獻針對接收線圈結構進行設計,文獻[12]采用正四面體線圈作為拾取機構,實現了功率60 W、效率60%的多自由度能量傳輸。文獻[13]采用三維正交環形線圈作為拾取機構實現多自由度全方位傳能,其體積小,但是輸出功率也很小,工作頻率達到100 MHz,由于實驗比較困難,其只做了仿真分析。也有文獻同時利用多個發射線圈和多個接收線圈來提高電能拾取的自由度,文獻[14]采用交叉偶極線圈作為發射和接收線圈,發射機構和拾取機構均為平面型,節約了空間體積。

本文結合了偶極線圈結構可以實現較遠距離傳輸和利用多個接收線圈可提升拾取電能自由度的優勢,優化設計了一種面向多自由度應用磁能拾取機構?！?br>