一种发射线圈复用的能量发射装置、充电系统及机器人

文档序号:72092 发布日期:2021-10-01 浏览:21次 >En<

阅读说明:本技术 一种发射线圈复用的能量发射装置、充电系统及机器人 (Energy transmitting device with transmitting coil multiplexing function, charging system and robot ) 是由 郑晓琼 张超 左志平 古铭 孟梦 陈雪 牛沁 王守明 严太山 何照胜 朱涛 万 于 2021-06-21 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种发射线圈复用的能量发射装置、充电系统及机器人,一种本发明的能量发射装置包括第一发射线圈组件和第二发射线圈组件,两者通过屏蔽隔板隔离,使能量发射装置两面均可以发射能量,能量接收装置无论从哪一个面靠近均可以接收到额定的功率,增加了能量发射装置的空间利用度。(The invention discloses an energy transmitting device with a multiplexing transmitting coil, a charging system and a robot.)

一种发射线圈复用的能量发射装置、充电系统及机器人

技术领域

本发明涉及一种发射线圈复用的能量发射装置、充电系统及机器人,属于无线充电领域。

背景技术

近年来机器人智能化快速发展,在电网巡检及智能服务等领域应用规模迅速增加。然而接触式充电技术灵活性差、安全性低,大大限制了机器人的应用。无线充电技术由于其特有的高可靠性、高灵活性、高安全性等特征受到越来越多的重视,无线充电技术也进一步提升了机器人的智能化水平。

目前机器人无线充电技术往往采用单发射与单接收单元,能量发射装置复用性低。也有学者研究了单发射与多接收单元,但大都研究了接收线圈位于一个平面的情形,并未扩展能量发射装置的空间利用度。

发明内容

本发明提供了一种发射线圈复用的能量发射装置、充电系统及机器人,解决了背景技术中披露的问题。

为了解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:

一种发射线圈复用的能量发射装置,包括屏蔽隔板,屏蔽隔板两侧分别设置有第一发射线圈组件和第二发射线圈组件,第一发射线圈组件包括第一磁芯和绕在第一磁芯上的第一发射线圈,第二发射线圈组件包括第二磁芯和绕在第二磁芯上的第二发射线圈。

屏蔽隔板为铝板。

还包括盒体,所述能量发射装置的所有部件均封装在盒体内。

一种充电系统,包括供电电路、能量接收装置和能量发射装置,供电电路连接能量发射装置的第一发射线圈和第二发射线圈,能量接收装置与能量发射装置配合,接收能量发射装置发射的能量。

供电电路包括直流电源、全桥逆变电路、补偿线圈、第一补偿电容和第二补偿电容;

全桥逆变电路的输入端连接直流电源,全桥逆变电路的第一输出端连接补偿线圈的一端,补偿线圈的另一端分别连接第一补偿电容的一端和第二补偿电容的一端,第一补偿电容的另一端分别连接第一发射线圈的一端和第二发射线圈的一端,第一发射线圈的另一端连接全桥逆变电路的第二输出端,第二发射线圈的另一端连接第二补偿电容的另一端。

全桥逆变电路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管;

第一开关管的漏极和第二开关管的漏极连接直流电源的正极,第一开关管的源极和第二开关管的源极分别连接第三开关管的漏极和第四开关管的漏极,第一开关管的源极和第二开关管的源极分别为全桥逆变电路的第一输出端和第二输出端,第三开关管的源极和第四开关管的源极接地,所有开关管的栅极均接入驱动信号。

一种机器人,包括机器人本体和充电系统,无线充电系统的能量接收装置安装在机器人本体上,并且连接机器人本体上的供电电源。

本发明所达到的有益效果:本发明的能量发射装置包括第一发射线圈组件和第二发射线圈组件,两者通过屏蔽隔板隔离,使能量发射装置两面均可以发射能量,能量接收装置无论从哪一个面靠近均可以接收到额定的功率,增加了能量发射装置的空间利用度。

附图说明

图1为能量发射装置的爆炸图;

图2为能量发射装置的结构示意图;

图3为能量磁场分布图;

图4为充电系统的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1和2所示, 一种发射线圈复用的能量发射装置,包括屏蔽隔板1,屏蔽隔板1两侧分别设置有第一发射线圈组件和第二发射线圈组件,第一发射线圈组件包括第一磁芯2和绕在第一磁芯2上的第一发射线圈3,第二发射线圈组件包括第二磁芯5和绕在第二磁芯5上的第二发射线圈4。

屏蔽隔板1为铝板,也可以是其他具有屏蔽效果材料制成的板体,铝板与磁芯的尺寸略大于发射线圈尺寸以保证具有较好的磁屏蔽效果。通过铝板和磁芯的屏蔽结构,保证了两侧的发射面互不影响,可以独立工作且不影响传输效率。

当两侧的发射线圈通入励磁电流后,可以观察到空间磁场分布如图3所示,可以看到此时磁场主要分布在发射线圈与接收线圈之间,漏磁较少。

当只有第一发射线圈3通入励磁电流后,第二发射线圈4与对应的接收线圈的互感为15.33uH,而第二发射线圈4对应的接收线圈与第一发射线圈3的互感仅为1.44uH。同理当只有第二发射线圈4通入励磁电流后,第二发射线圈4与对应的接收线圈的互感为15.32uH,而第一发射线圈3对应的接收线圈与第二发射线圈4的互感仅为1.45uH,可以看出左右两侧的能量传输通道之间相互干扰很小可以忽略。

上述能量发射装置还包括盒体,所有部件均封装在盒体内。

由于上述能量发射装置包括第一发射线圈组件和第二发射线圈组件,两者通过屏蔽隔板1隔离,使能量发射装置两面均可以发射能量,能量接收装置无论从哪一个面靠近均可以接收到额定的功率,增加了能量发射装置的空间利用度。

如图4所示,一种充电系统,包括供电电路、能量接收装置和上述的能量发射装置,供电电路连接能量发射装置的第一发射线圈3和第二发射线圈4,能量接收装置与能量发射装置配合,接收能量发射装置发射的能量。

在电路中第一发射线圈3和第二发射线圈4均为等效为一个线圈和一个内阻,其中,第一发射线圈3等效为线圈L P1和内阻R P1,第二发射线圈4等效为线圈L P2和内阻R P2

供电电路包括直流电源E、全桥逆变电路、补偿线圈L t 、第一补偿电容C P 和第二补偿电容C t

全桥逆变电路的输入端连接直流电源E,全桥逆变电路的第一输出端连接补偿线圈L t 的一端,补偿线圈L t 的另一端分别连接第一补偿电容C P 的一端和第二补偿电容C t 的一端,第一补偿电容C P 的另一端分别连接第一发射线圈3的一端和第二发射线圈4的一端,第一发射线圈3的另一端连接全桥逆变电路的第二输出端,第二发射线圈4的另一端连接第二补偿电容C t 的另一端。

全桥逆变电路包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4;第一开关管Q1的漏极和第二开关管Q2的漏极连接直流电源E的正极,直流电源E的负极接地,第一开关管Q1的源极和第二开关管Q2的源极分别连接第三开关管Q3的漏极和第四开关管的漏极,第一开关管Q1的源极和第二开关管Q2的源极分别为全桥逆变电路的第一输出端和第二输出端,第三开关管Q3的源极和第四开关管Q4的源极接地,所有开关管的栅极均接入100kHz的方波驱动信号。

能量接收装置为现有结构,这里不详细描述了,图3中能量接收装置的接收线圈也被等效为一个线圈和一个内阻,即图中的线圈L S1和内阻R S1、以及线圈L S 和内阻R S ,图中C S1C S 也为补偿电容,R L1R L2为等效负载。

当第一开关管Q1和第四开关管Q4的栅极接收到100kHz的方波驱动信号后第一开关管Q1和第四开关管Q4导通,反之第一开关管Q1和第四开关管Q4关断而第二开关管Q2和第三开关管Q3导通。通过100kHz高频方波信号的驱动,全桥逆变电路输出端会产生与直流电源幅值相同的100kHz方波电压输出。经过将补偿线圈L t 、第一补偿电容C P 和第二补偿电容C t 进行合理的配置,可以保证发射线圈L P1和射线圈L P2流过幅值与频率均恒定的正弦波电流,从而产生稳定的磁场。能量接收装置可以将磁场能量转化为稳定的交流电压,经过整流桥输出为脉动的直流电压,通过滤波电容使得输出电压稳定平滑,为机器人电池进行供电。

上述充电系统一般与机器人结合,即一种机器人,包括机器人本体和上述充电系统,无线充电系统的能量接收装置安装在机器人本体上,并且连接机器人本体上的供电电源。

机器人本体无论从哪一个面靠近能量发射装置均可以接收到额定的功率,增加了发射装置的空间利用度,并且无需专门寻找充电平面,缩短了机器人进入充电区域的时间,提升了机器人的智能化水平。

以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

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