[发明专利]一种对随物体旋转运动电气设备的无线供电系统

说明书

本发明提供一种对随物体旋转运动电气设备的无线供电系统，属于电力工程领域，该无线供电系统包括电能发射装置、发射侧补偿电路、旋转耦合机构、接收侧补偿电路和电能变换装置。物体绕固定轴旋转时，电能发射装置输入直流电经逆变装置后产生高频交流电，该高频交流电经过发射侧补偿电路后施加在旋转耦合机构中的发射线圈上。接收侧在旋转的过程中可以接收到稳定的电能，接收线圈与接收侧补偿电路以及电能变换电路连接后可为负载供电。本发明使得物体在做旋转运动时，电能不需要以电刷或导电滑环等传统方式传递，而是以无线供电的方式传输电能，降低了安全隐患，保证了设备的可靠运行。

技术领域

本发明属于电力工程领域，涉及一种对随物体旋转运动电气设备的无线供电系统。

背景技术

无线供电技术又称为无线电能传输技术(Wireless Power Transfer，WPT)，它是一种借助于磁场、电场、超声波等载体在无电气连接的条件下将电能传输到负载的新型输电技术。该技术实现了负载与电网的电气隔离，具有极大的灵活性，使得负载可以在一定范围内移动。

在1995年，奥克兰大学John Boys教授提出了感应耦合式无线电能传输技术(Inductive Coupled Power Transfer，ICPT)，并对其进行了大量的理论与实验等方面的研究。ICPT技术通过高频电磁场的感应耦合作用，将电能从发射侧传输到接收侧，该技术优点在于近距离传输效率较高，可以达到90％以上，但受传输距离和中心偏移量影响较大，因此多应用于厘米量级。目前已在有轨电车、电动汽车和植入式医疗设备中成功应用。

工业上大量存在着将用电设备安装在旋转运动部件上的情况，例如用于汽车轮胎的胎压传感器、旋转LED屏幕、机器人旋转的机械臂等。为了对随物体旋转运动的电气设备进行供电，使用传统的电刷或导电滑环进行电气连接时，长时间的运行会产生老化、磨损、发热、电火花等问题。设备在含有易燃易爆气体的特殊环境下工作时，存在极大的安全隐患。使用电池进行供电时，虽然避免了上述问题，但由于目前电池的能量密度有限，在电气设备运行的过程中，电池电量会逐渐下降，最终无法维持设备正常运行，而需要长期运行的设备则不允许停机来更换电池。因此如何对随物体旋转运动的电气设备进行无线供电成为当前必须解决的问题。

发明内容

为了解决现有旋转供电技术中电刷发热严重、容易产生电火花，电池需要更换的不足，本发明提供一种对随物体旋转运动电气设备的无线供电系统，用于实现对随物体旋转运动的传感器以无线的形式持续提供电能。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种对随物体旋转运动电气设备的无线供电系统，该无线供电系统包括电能发射装置、发射侧补偿电路、旋转耦合机构、接收侧补偿电路和电能变换装置。物体绕固定轴旋转时，电能发射装置输入直流电经逆变装置后产生高频交流电，该高频交流电经过发射侧补偿电路后施加在旋转耦合机构中的发射线圈上。接收侧在旋转的过程中可以接收到稳定的电能，接收线圈与接收侧补偿电路以及电能变换电路连接后可为负载供电。

所述的电能发射装置，将输入的直流电经逆变装置产生高频交流电。该高频交流电经过发射侧补偿电路后，施加在旋转耦合机构中的发射线圈组上，产生交变磁场，根据电磁感应原理，在接收线圈中产生电流，实现电能的传输。所述的电能发射装置中的逆变装置可使用全桥、半桥或E类逆变器。

所述的发射侧补偿电路的作用是补偿发射线圈组中的感抗，降低发射侧回路的无功功率，使用一个或多个电容进行串联或并联构成电容网络。