專利名稱：用于無線電能傳輸系統(tǒng)的磁場(chǎng)跟蹤伺服機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電磁感應(yīng)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是一種用于無線電能傳輸系統(tǒng)的磁場(chǎng) 跟蹤伺服機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
基于電磁感應(yīng)原理的能量傳導(dǎo)，其傳輸能力主要是由拾取線圈與磁場(chǎng)的感應(yīng)耦合 面的有效面積(即感應(yīng)線圈面與磁力線的等效垂直面)決定，由于磁場(chǎng)的空間傳播特性以及 強(qiáng)衰變特征，致使感應(yīng)線圈與磁場(chǎng)的相對(duì)空間距離和方位受到非常嚴(yán)格的限制，特別是當(dāng) 拾取線圈的感應(yīng)面和磁力線法平面出現(xiàn)較大的角度偏差時(shí)，感應(yīng)耦合效率會(huì)大大降低，使 得能量感應(yīng)和傳輸效率受到非常大的影響。因此基于電磁感應(yīng)耦合技術(shù)的無線電能傳輸系 統(tǒng)對(duì)于能量拾取機(jī)構(gòu)與能量發(fā)射磁場(chǎng)源的相對(duì)位置關(guān)系有著嚴(yán)格的限制，這就要求受電設(shè) 備必須與源磁場(chǎng)保持一種緊密的空間關(guān)系。目前的無線電能傳輸系統(tǒng)其拾取機(jī)構(gòu)接入磁場(chǎng)的方式一般來說分為兩種一種是 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)拾取方式(通常叫做可分離變壓器)，中國發(fā)明專利200640424129. 9公開的一種感應(yīng) 耦合式無線電能傳輸裝置便是采用這種方式，該方式主要針對(duì)受電設(shè)備的定點(diǎn)供電，設(shè)備 的位置比較固定；第二種是基于固定電流導(dǎo)軌的貼近可滑動(dòng)方式，該方式主要針對(duì)具有固 定移動(dòng)軌跡的移動(dòng)供電，供電設(shè)備必須處在固定的移動(dòng)軌跡上才能正常供電?，F(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)是拾取機(jī)構(gòu)的空間位置與方位相對(duì)固定，其拾取機(jī)構(gòu)或者受電 設(shè)備的移動(dòng)靈活性差。提升無線電能傳輸系統(tǒng)中拾取機(jī)構(gòu)的空間方位靈活性且又能保證最 大能量拾取與傳輸，是無線電能傳輸系統(tǒng)研究的一個(gè)重要課題。關(guān)于提升拾取機(jī)構(gòu)的多自 由度拾取能力方面的研究，目前尚未見有報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種用于無線電能傳輸系統(tǒng)的磁場(chǎng)跟蹤伺服機(jī)構(gòu)，既要保證 次級(jí)能量拾取機(jī)構(gòu)在磁場(chǎng)空間拾取的靈活性，又要實(shí)現(xiàn)最大能量拾取與傳輸。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種用于無線電能傳輸系統(tǒng)的磁場(chǎng)跟蹤伺服機(jī) 構(gòu)，由第一電機(jī)、第二電機(jī)、外圈、內(nèi)圈、定位基座以及拾取線圈組成；
所述定位基座上設(shè)置有一個(gè)圓弧形的支撐架，在該圓弧形支撐架的一端安裝所述第一 電機(jī)，在該圓弧形支撐架的另一端還設(shè)置有定位支柱，所述第一電機(jī)的轉(zhuǎn)軸與所述定位支 柱相對(duì)設(shè)置，均朝向所述轉(zhuǎn)軸與定位支柱連線的中心；
所述外圈為非金屬圓環(huán)，該外圈與所述圓弧形的支撐架是同心圓，并且所述外圈的外 徑小于圓弧形的支撐架的內(nèi)徑，在外圈上相互正交的四個(gè)位置依次設(shè)置有第一軸孔、支撐 桿、第一定位孔以及通孔，其中第一軸孔與第一定位孔的中心線連接形成直線AB，支撐桿與 通孔的中心線連接形成直線CD，所述外圈上的第一軸孔固套在所述第一電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，所 述外圈上的第一定位孔插接在所述定位支柱上，通過所述定位基座上的第一電機(jī)帶動(dòng)所述 外圈沿所述直線AB轉(zhuǎn)動(dòng)；在所述外圈的通孔位置上安裝所述第二電機(jī)，該第二電機(jī)的機(jī)體固定在所述外圈上， 該第二電機(jī)的轉(zhuǎn)軸穿過所述通孔并朝向所述外圈的圓心；
所述內(nèi)圈也為非金屬圓環(huán)，該內(nèi)圈的外徑小于所述外圈的內(nèi)徑，在內(nèi)圈相對(duì)的位置上 設(shè)置有第二軸孔和第二定位孔，其中第二軸孔固套在所述第二電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，第二定位孔 插接在所述外圈的支撐桿上，通過所述第二電機(jī)帶動(dòng)所述內(nèi)圈沿所述直線CD轉(zhuǎn)動(dòng)，在所述 內(nèi)圈的內(nèi)壁上繞制所述拾取線圈，通過所述外圈和內(nèi)圈的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)所述拾取線圈的方向調(diào)整。定位基座主要是用于安裝和固定所述線圈定位機(jī)構(gòu)，定位基座通過設(shè)置一個(gè)圓弧 形的支撐架來支撐和固定所述外圈，支撐架的一端安裝電機(jī)，另一端設(shè)置定位支柱，外圈可 以直接固套在電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，定位支柱與外圈之間采用活動(dòng)連接，即保證了線圈的自由旋 轉(zhuǎn)，又保持了線圈旋轉(zhuǎn)時(shí)的受力平衡。同理，為了在外圈上安裝和固定內(nèi)圈，在外圈上也設(shè)置了支撐桿，內(nèi)圈可以直接套 接在第二電機(jī)的轉(zhuǎn)軸以及支撐桿上，保證內(nèi)圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的受力平衡。外圈和內(nèi)圈均為非金屬圓環(huán)，其尺寸大小可以根據(jù)具體的應(yīng)用環(huán)境設(shè)定，外圈固 套在定位基座上面的第一電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，內(nèi)圈固套在外圈上面的第二電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，由于 第二電機(jī)的轉(zhuǎn)軸穿過外圈上面的通孔并朝向外圈的圓心，通孔的孔徑大于第二電機(jī)轉(zhuǎn)軸的 軸徑，第二電機(jī)的機(jī)體固定在外圈的外壁上，第二電機(jī)的轉(zhuǎn)軸與外圈通孔的孔壁之間留有 縫隙，在第二電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候不會(huì)帶動(dòng)外圈旋轉(zhuǎn)。又因?yàn)榈谝浑姍C(jī)和第二電機(jī)的轉(zhuǎn)軸所朝 的方向相互垂直，通過第一電機(jī)可以控制外圈沿直線AB轉(zhuǎn)動(dòng)，通過第二電機(jī)可以控制內(nèi)圈 沿直線CD轉(zhuǎn)動(dòng)，將拾取線圈繞制在內(nèi)圈上，這樣就可以實(shí)現(xiàn)拾取線圈在三維空間內(nèi)自由旋 轉(zhuǎn)，保證拾取線圈與任意方向的發(fā)射來的磁場(chǎng)保持垂直關(guān)系，達(dá)到拾取功率的最大化。為了防止外圈和內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)過程中第二電機(jī)的電源線以及拾取線圈的連接導(dǎo)線不 會(huì)發(fā)生纏繞現(xiàn)象，結(jié)合定位支柱和支持桿的物理結(jié)構(gòu)特征，在第一定位孔和定位支柱之間 以及第二定位孔與支撐桿之間均設(shè)置有導(dǎo)線轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)，其中
所述第一定位孔的內(nèi)壁上設(shè)置有4段相互隔離的金屬環(huán)，其中兩段作為所述第二電機(jī) 的電源線端口，另外兩段作為所述拾取線圈的引線端口，所述定位支柱的柱體也分為4段 相互隔離的金屬導(dǎo)體，分別與所述第一定位孔內(nèi)壁上的金屬環(huán)相互匹配，所述定位支柱上 的4段金屬導(dǎo)體分別連接有一根延長導(dǎo)線；
所述第二定位孔的內(nèi)壁上設(shè)置有2段相互隔離的金屬環(huán)，分別與所述拾取線圈的正負(fù) 端連接，所述支撐桿上也設(shè)置有2段相互隔離的金屬導(dǎo)體，分別與所述第二定位孔內(nèi)壁上 的金屬環(huán)相互匹配，所述支撐桿上的兩段金屬導(dǎo)體分別通過導(dǎo)線與所述第一定位孔上的兩 段金屬環(huán)連接，作為所述拾取線圈的延長線。本發(fā)明的顯著效果是拾取線圈可以在三維空間內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)，拾取機(jī)構(gòu)的空間靈 活性較高，保證了無線能量傳輸系統(tǒng)中的最大能量拾取與傳輸，實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)簡單，控制方 便，成本也比較低廉，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2是圖1中外圈3的結(jié)構(gòu)示意圖，包括第一定位孔33和支撐桿32剖視后的局部放大圖3是圖1中內(nèi)圈4的結(jié)構(gòu)示意圖，包括第二定位孔42剖視后的局部放大圖； 圖4是圖1中定位支柱7與圖2中第一定位孔33的匹配關(guān)系圖； 圖5是圖2中支撐桿32與圖3中第二定位孔42的匹配關(guān)系圖； 圖6是具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1所示，一種用于無線電能傳輸系統(tǒng)的磁場(chǎng)跟蹤伺服機(jī)構(gòu)，由第一電機(jī)1、第 二電機(jī)2、外圈3、內(nèi)圈4、定位基座5以及拾取線圈6組成；
所述定位基座5上設(shè)置有一個(gè)圓弧形的支撐架，在該圓弧形支撐架的一端安裝所述第 一電機(jī)1，在該圓弧形支撐架的另一端還設(shè)置有定位支柱7，所述第一電機(jī)1的轉(zhuǎn)軸與所述 定位支柱7相對(duì)設(shè)置，均朝向所述轉(zhuǎn)軸與定位支柱7連線的中心；
如圖1，圖2所示，所述外圈3為非金屬圓環(huán)，該外圈3與所述圓弧形的支撐架是同心 圓，并且所述外圈3的外徑小于圓弧形的支撐架的內(nèi)徑，在外圈3上相互正交的四個(gè)位置依 次設(shè)置有第一軸孔31、支撐桿32、第一定位孔33以及通孔34，其中第一軸孔31與第一定 位孔33的中心線連接形成直線AB，支撐桿32與通孔34的中心線連接形成直線⑶，所述外 圈3上的第一軸孔31固套在所述第一電機(jī)1的轉(zhuǎn)軸上，所述外圈3上的第一定位孔33插 接在所述定位支柱7上，通過所述定位基座5上的第一電機(jī)1帶動(dòng)所述外圈3沿所述直線 AB轉(zhuǎn)動(dòng)；
在所述外圈3的通孔34位置上安裝所述第二電機(jī)2，該第二電機(jī)2的機(jī)體固定在所述 外圈3上，該第二電機(jī)2的轉(zhuǎn)軸穿過所述通孔34并朝向所述外圈3的圓心；
如圖3所示，所述內(nèi)圈4也為非金屬圓環(huán)，該內(nèi)圈4的外徑小于所述外圈3的內(nèi)徑，在 內(nèi)圈4相對(duì)的位置上設(shè)置有第二軸孔41和第二定位孔42，其中第二軸孔41固套在所述第 二電機(jī)2的轉(zhuǎn)軸上，第二定位孔42插接在所述外圈3的支撐桿32上，通過所述第二電機(jī)2 帶動(dòng)所述內(nèi)圈4沿所述直線CD轉(zhuǎn)動(dòng)，在所述內(nèi)圈4的內(nèi)壁上繞制所述拾取線圈6，通過所述 外圈3和內(nèi)圈4的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)所述拾取線圈6的方向調(diào)整。如圖4，圖5所示，為了防止外圈和內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)過程中第二電機(jī)的電源線以及拾取線 圈的連接導(dǎo)線不會(huì)發(fā)生纏繞現(xiàn)象，結(jié)合定位支柱和支持桿的物理結(jié)構(gòu)特征，在第一定位孔 33和定位支柱7之間以及第二定位孔42與支撐桿32之間均設(shè)置有導(dǎo)線轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)，其中
所述第一定位孔33的內(nèi)壁上設(shè)置有4段相互隔離的金屬環(huán)，其中兩段作為所述第二電 機(jī)2的電源線端口，另外兩段作為所述拾取線圈6的引線端口，所述定位支柱7的柱體也分 為4段相互隔離的金屬導(dǎo)體，分別與所述第一定位孔33內(nèi)壁上的金屬環(huán)相互匹配，所述定 位支柱7上的4段金屬導(dǎo)體分別連接有一根延長導(dǎo)線；
所述第二定位孔42的內(nèi)壁上設(shè)置有2段相互隔離的金屬環(huán)，分別與所述拾取線圈6的 正負(fù)端連接，所述支撐桿32上也設(shè)置有2段相互隔離的金屬導(dǎo)體，分別與所述第二定位孔 42內(nèi)壁上的金屬環(huán)相互匹配，所述支撐桿32上的兩段金屬導(dǎo)體分別通過導(dǎo)線與所述第一 定位孔33上的兩段金屬環(huán)連接，作為所述拾取線圈6的延長線。如圖6所示，以智能藥丸為例對(duì)本發(fā)明的具體應(yīng)用作進(jìn)一步描述，將線圈定位機(jī)構(gòu)通過定位基座5固定在智能藥丸的一端，智能藥丸的另一端安裝能量轉(zhuǎn)換電路8和負(fù)載 電路9，所述智能藥丸中的負(fù)載電路9具有一定的醫(yī)療探測(cè)作用，當(dāng)患者吞食下該智能藥丸 后，需要通過體外的醫(yī)療裝置產(chǎn)生磁場(chǎng)來為體內(nèi)的負(fù)載電路9提供能量，由于患者體內(nèi)的 藥丸會(huì)自由的游動(dòng)，拾取線圈6的方向不能確定，本方案所提出的就是通過第一電機(jī)1和第 二電機(jī)2的協(xié)調(diào)工作來調(diào)節(jié)拾取線圈6的方向，使得拾取線圈6能夠與原邊發(fā)射來的磁場(chǎng) 相互垂直，實(shí)現(xiàn)能量的最大功率傳輸，從而保證智能藥丸中的負(fù)載電路9正常工作。本發(fā)明的工作原理是
將拾取線圈繞制在內(nèi)圈4上，將內(nèi)圈4與外圈上面的第二電機(jī)2的轉(zhuǎn)軸套接在一起，再 將外圈3與定位基座5上面的第一電機(jī)1的轉(zhuǎn)軸套接在一起，由于第一電機(jī)1和第二電機(jī)2 安裝的位置相互正交，第一電機(jī)1帶動(dòng)外圈3沿直線AB旋轉(zhuǎn)，第二電機(jī)2帶動(dòng)內(nèi)圈4沿直 線⑶轉(zhuǎn)，直線AB與直線⑶相互垂直，通過控制第一電機(jī)1和第二電機(jī)2的轉(zhuǎn)角，可以實(shí)現(xiàn) 內(nèi)圈4在三維空間內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)，這樣就保證內(nèi)圈4上面繞制的拾取線圈6能夠與任意方向 發(fā)射來的磁場(chǎng)保持垂直關(guān)系，達(dá)到拾取功率的最大化。盡管以上結(jié)構(gòu)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但本發(fā)明不限于上述具 體實(shí)施方式，上述具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的而不是限定性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 在本發(fā)明的啟示下，在不違背本發(fā)明宗旨及權(quán)利要求的前提下，可以作出多種類似的表示， 比如更改內(nèi)圈或外圈的形狀，將其設(shè)置為矩形框，內(nèi)圈也可以設(shè)置為圓形或方向的繞線板， 還可以更改定位基座的結(jié)構(gòu)或形狀等等，這樣的變換均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于無線電能傳輸系統(tǒng)的磁場(chǎng)跟蹤伺服機(jī)構(gòu)，其特征在于由第一電機(jī)(1)、第 二電機(jī)(2)、外圈(3)、內(nèi)圈(4)、定位基座(5)以及拾取線圈(6)組成；所述定位基座(5)上設(shè)置有一個(gè)圓弧形的支撐架，在該圓弧形支撐架的一端安裝所述 第一電機(jī)(1)，在該圓弧形支撐架的另一端還設(shè)置有定位支柱(7)，所述第一電機(jī)(1)的轉(zhuǎn) 軸與所述定位支柱(7)相對(duì)設(shè)置，均朝向所述轉(zhuǎn)軸與定位支柱(7)連線的中心；所述外圈(3)為非金屬圓環(huán)，該外圈(3)與所述圓弧形的支撐架是同心圓，并且所述外 圈(3)的外徑小于圓弧形的支撐架的內(nèi)徑，在外圈(3)上相互正交的四個(gè)位置依次設(shè)置有 第一軸孔(31)、支撐桿(32)、第一定位孔(33)以及通孔(34)，其中第一軸孔(31)與第一定 位孔(33)的中心線連接形成直線AB，支撐桿(32)與通孔(34)的中心線連接形成直線⑶， 所述外圈(3)上的第一軸孔(31)固套在所述第一電機(jī)(1)的轉(zhuǎn)軸上，所述外圈(3)上的第 一定位孔(33)插接在所述定位支柱(7)上，通過所述定位基座(5)上的第一電機(jī)(1)帶動(dòng) 所述外圈(3 )沿所述直線AB轉(zhuǎn)動(dòng)；在所述外圈(3)的通孔(34)位置上安裝所述第二電機(jī)(2)，該第二電機(jī)(2)的機(jī)體固 定在所述外圈(3)上，該第二電機(jī)(2)的轉(zhuǎn)軸穿過所述通孔(34)并朝向所述外圈(3)的圓 心；所述內(nèi)圈(4)也為非金屬圓環(huán)，該內(nèi)圈(4)的外徑小于所述外圈(3)的內(nèi)徑，在內(nèi)圈(4) 相對(duì)的位置上設(shè)置有第二軸孔(41)和第二定位孔(42)，其中第二軸孔(41)固套在所述第 二電機(jī)(2 )的轉(zhuǎn)軸上，第二定位孔(42 )插接在所述外圈(3 )的支撐桿(32 )上，通過所述第 二電機(jī)(2 )帶動(dòng)所述內(nèi)圈(4 )沿所述直線CD轉(zhuǎn)動(dòng)，在所述內(nèi)圈(4 )的內(nèi)壁上繞制所述拾取 線圈(6)，通過所述外圈(3)和內(nèi)圈(4)的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)所述拾取線圈(6)的方向調(diào)整。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于無線電能傳輸系統(tǒng)的磁場(chǎng)跟蹤伺服機(jī)構(gòu)，其特征在于 所述第一定位孔(33)和定位支柱(7)之間以及第二定位孔(42)與支撐桿(32)之間均設(shè)置 有導(dǎo)線轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)，其中所述第一定位孔(33)的內(nèi)壁上設(shè)置有4段相互隔離的金屬環(huán)，其中兩段作為所述第二 電機(jī)(2)的電源線端口，另外兩段作為所述拾取線圈(6)的引線端口，所述定位支柱(7)的 柱體也分為4段相互隔離的金屬導(dǎo)體，分別與所述第一定位孔(33)內(nèi)壁上的金屬環(huán)相互匹 配，所述定位支柱(7)上的4段金屬導(dǎo)體分別連接有一根延長導(dǎo)線；所述第二定位孔(42)的內(nèi)壁上設(shè)置有2段相互隔離的金屬環(huán)，分別與所述拾取線圈 (6)的正負(fù)端連接，所述支撐桿(32)上也設(shè)置有2段相互隔離的金屬導(dǎo)體，分別與所述第二 定位孔(42)內(nèi)壁上的金屬環(huán)相互匹配，所述支撐桿(32)上的兩段金屬導(dǎo)體分別通過導(dǎo)線 與所述第一定位孔(33)上的兩段金屬環(huán)連接，作為所述拾取線圈(6)的延長線。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于無線電能傳輸系統(tǒng)的磁場(chǎng)跟蹤伺服機(jī)構(gòu)，其特征在于由第一電機(jī)、第二電機(jī)、外圈、內(nèi)圈、定位基座以及拾取線圈組成，定位基座上設(shè)置有支撐架，在支撐架上安裝第一電機(jī)，在第一電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上安裝外圈，在外圈上固定第二電機(jī)，在第二電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上安裝內(nèi)圈，在內(nèi)圈上繞制拾取線圈，所述第一電機(jī)和第二電機(jī)安裝的位置和朝向均相互垂直，其顯著效果是通過第一電機(jī)和第二電機(jī)可以控制拾取線圈在三維空間內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)，拾取機(jī)構(gòu)的空間靈活性較高，保證了無線能量傳輸系統(tǒng)中的最大能量拾取與傳輸，實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，成本也比較低廉，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)G05D3/00GK102005829SQ20101057237
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月3日
發(fā)明者唐春森, 孫躍, 戴欣, 王智慧, 蘇玉剛 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)