[实用新型]双轴跟踪式无线电能连接器

说明书

技术领域

    本发明涉及到一种应用于无线电能传输的电能连接器，具体涉及一种双轴跟踪式无线电能连接器。

背景技术

磁耦合谐振式无线电能传输(magnetically-coupled resonant wireless power transfer，MCR-WPT)，是一种适用于中等距离(传输距离一般为传输线圈直径的几倍)的电能传输方式，一般包含了：直流电压源、高频逆变电路、发射与接收线圈、负载，它不受空间非磁性障碍物的影响，相比于感应式无线电能传输方式，它具有更远的传输距离；相比于辐射式无线电能传输方式，它对电磁环境的影响较小，且功率更大，在现有的传输系统中，收发线圈都处于同轴的状态，适用于静态或者收发线圈可保持同轴的环境，实际使用已用于电动汽车充电、大型家用电器充电等，本专利在收发线圈角度不固定的情况，通过控制电机传动双轴，调整发射线圈的角度，提高电能的传输效率，使谐振式无线电能传输技术应用于更复杂的场景，而双轴跟踪的装置，多应用于太阳能发电技术，比如：“一种利用单电机实现太阳能双轴跟踪的装置（CN202694157U）”，它包括固定底座、旋转云台、电池板、滑轨、电机、控制电路、锥齿轮和凸轮；所述固定底座上还包括锥齿；所述步进电机还包括电机轴；所述转动云台还包括支架；所述控制电路包括电源模块、单片机、计时模块和电机驱动模块，虽然很相似，但它是用于发电的，其双轴系统本身的能耗也影响了发电的性能。

步进电机是将输入的电脉冲(数字控制信号)转换成角位移或直线位移的机电执行元件，由于步进电机的位移输出没有累积误差，其输出转角、转速与输入脉冲的个数、频率呈线性关系，被广泛应用于各种开环控制，如仪器仪表、机器人、数控机床等，一般可将步进电机的控制系统分为：开环、半闭环和闭环控制系统，虽然步进电机的开环控制能满足精确定位，但在有些场合，仍需要步进电机的闭环控制，如本专利的连续控制情况，PLC 和单片机都可用作步进电机的控制器：PLC 功能强大，成本较高，如果仅用于控制一个步进电机有点大材小用；而单片机功能足够时，成本很低。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了双轴跟踪式无线电能连接器，通过对步进电机的实时跟踪控制，传动双轴，使得收发两端线圈中轴线保持平行，从而达到在接收端不固定也能以可用的效率传输电能的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

双轴跟踪式无线电能连接器，其特征在于：包括MCR-WPT传输系统和步进电机实时跟踪系统， 

其中MCR-WPT传输系统采用四线圈结构：高频逆变模块将高频信号进行功率放大，激励发射线圈与谐振线圈感应，同时收发两端的谐振线圈之间产生磁耦合谐振，发生能量交换，最后接收线圈与谐振线圈感应完电能的无线传输；

步进电机实时跟踪系统采用闭环结构，由主要控制模块、信息采集模块、步进电机与旋转机构、显示器构成，主要控制模块负责信号处理与步进电机控制，芯片方案为主控芯片MSP430F123和驱动芯片UC3717AQ，它通过输出控制脉冲至驱动芯片，调整步进电机的启停和正反转，达到控制发射线圈面向的目的，信息采集模块的主要由陀螺仪L3G4200D和罗氏线圈LEM Flex RR30-24组成，它们分别安装在发射线圈和接收线圈上，采集来自发射线圈的位置信息和来自负载的功率信息，并发送至主要控制模块，所述的步进电机与旋转机构包括一个支架和两个步进电机，发射线圈安装在支架上，支架由中间有一个两自由度的旋转机构带动，旋转机构包含有一个水平轴和一个竖直轴，步进电机负责传动，显示器通过串行接口与控制器相连，可以将系统信息实时显示。

本发明的有益效果是：

本发明通过调节发射线圈的位置，可保持收发线圈中心轴平行，并通过显示器将系统的工作状态实时显示，有效提高电能的传输效率。

附图说明

图1为本发明的整体示意图。

图2 为本发明所述的MCR-WPT传输系统线圈能量随错角变化图。

图3 为本发明所述的高频逆变电路。

图4 为本发明所述的主要控制模块控制电路芯片连接图。

图5为本发明所述的步进电机与旋转机构示意图。

具体实施方式

如图所示，本发明所述的双轴跟踪式无线电能连接器主要由MCR-WPT传输系统与步进电机实时跟踪系统构成，其中：