一种无线充电设备的制作方法

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1.本实用新型涉及无线充电技术领域，尤其涉及一种无线充电设备。

背景技术：

2.在航天器在轨运行过程中，往往需要对不同航天器、不同单机之间完成能量传递。如何实现整个系统的能量传递，配合其他装置保证航天器正常运行，对于航天器实现预定功能具有重要作用。

技术实现要素：

3.本实用新型提供了一种无线充电设备，以实现能量传递，优化能源使用。
4.根据本实用新型内容，提供了一种无线充电设备，包括：能量发射装置、磁耦合结构、真空装置和能量接收装置；
5.所述磁耦合结构包括发射端线圈和接收端线圈；所述能量发射装置与所述发射端线圈电连接；所述能量接收装置与所述接收端线圈电连接；
6.所述真空装置包括真空泵和线圈容置腔；所述真空泵与所述线圈容置腔连通；所述真空泵用于对所述线圈容置腔抽真空，并控制所述线圈容置腔的真空度。
7.可选的，所述线圈容置腔包括第一开口和第二开口；
8.所述线圈容置腔通过所述第一开口与所述真空泵连通；所述接收端线圈通过所述第二开口出/入所述线圈容置腔。
9.可选的，所述真空泵包括进气孔、进气阀、出气孔、出气阀、工作腔、转子、叶片和电机；
10.所述转子和所述叶片位于所述工作腔内，所述叶片与所述转子机械连接，所述转子与所述电机机械连接；
11.所述叶片将所述工作腔分为气腔和压缩腔；所述气腔通过所述进气孔与所述线圈容置腔连通；所述气腔通过所述出气孔与外界环境连通；所述进气阀用于控制所述进气孔的打开或关闭；所述出气阀用于控制所述出气孔的打开或关闭。
12.可选的，所述真空装置包括电缆接口；所述电缆接口包括第一接口和第二接口；
13.所述真空泵的电机通过所述第一接口与所述能量发射装置电连接；所述线圈容置腔内的所述发射端线圈通过所述第二接口与所述能量发射装置电连接。
14.可选的，所述发射端线圈为第一圆筒状线圈；所述接收端线圈为第二圆筒状线圈；所述第一圆筒状线圈与所述第二圆筒状线圈相互嵌套。
15.可选的，所述第一圆筒状线圈的内侧半径为10cm，所述第一圆筒状线圈的外侧半径为12cm；
16.所述第二圆筒状线圈的内侧半径为16cm，所述第二圆筒状线圈的外侧半径为18cm。
17.可选的，所述磁耦合结构还包括磁芯；
18.所述磁芯位于所述第一圆筒状线圈与所述第二圆筒状线圈形成的嵌套结构内。
19.可选的，所述能量发射装置包括电源、高频逆变电路；所述电源与所述高频逆变电路的输入端电连接，所述高频逆变电路的输出端与所述发射端线圈电连接；
20.所述能量接收装置包括高频整流电路、直流变换器和负载；所述接收端线圈与所述高频整流电路的输入端电连接，所述高频整流电路的输出端与所述直流变换器的输入端电连接，所述直流变换器的输出端与所述负载电连接。
21.可选的，所述能量发射装置还包括原边补偿电路；所述原边补偿电路串联连接于所述高频逆变电路与所述发射端线圈之间；
22.所述能量接收装置还包括副边补偿电路；所述副边补偿电路串联连接于所述接收端线圈与所述高频整流电路之间。
23.可选的，所述能量发射装置还包括主控制器、驱动电路、第一检测电路和第一无线通信电路；所述主控制器的接收端与所述第一检测电路电连接，所述第一检测电路与所述发射端线圈电连接；所述主控制器的控制信号输出端与所述驱动电路的控制信号接收端电连接；所述驱动电路与所述高频逆变电路电连接；所述主控制器的通信端与所述第一无线通信电路电连接；
24.所述能量接收装置还包括接收控制器、第二检测电路和第二无线通信电路；所述接收控制器的接收端与所述第二检测电路电连接，所述第二检测电路与所述接收端线圈或所述直流变换器电连接；所述接收控制器的通信端与所述第二无线通信电路电连接。
25.本实用新型的技术方案，通过能量发射装置、磁耦合装置和能量接收装置可以实现能量传递，磁耦合结构中的发射端线圈和接收端线圈通过耦合的方式实现能量传递，可以避免电气连接充电方式所产生的拔插隐患等问题，该方案简化了充电流程，使得整个供电过程的可靠性、安全性、可维护性得到较大提升；此外，通过真空装置使得磁耦合结构中的发射端线圈和接收端线圈处于真空环境，提高能量传递的效率，减少能量损耗，优化能源使用。
26.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本实用新型的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本实用新型的范围。本实用新型的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
27.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本实用新型实施例提供的一种无线充电设备的结构示意图；
29.图2为本实用新型实施例提供的一种真空装置的结构示意图；
30.图3为本实用新型实施例提供的一种真空泵的剖面结构示意图；
31.图4为本实用新型实施例提供的又一种真空泵的剖面结构示意图
32.图5为本实用新型实施例提供的一种磁耦合机构的结构示意图；
33.图6为本实用新型实施例提供的又一种无线充电设备的结构示意图；
34.图7为本实用新型实施例提供的又一种无线充电设备的结构示意图；
35.图8为本实用新型实施例提供的又一种无线充电设备的结构示意图。
具体实施方式
36.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
37.需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
38.图1为本实用新型实施例提供的一种无线充电设备的结构示意图。参考图1，无线充电设备包括能量发射装置100、磁耦合结构300、真空装置400和能量接收装置200，磁耦合结构300包括发射端线圈l1和接收端线圈l2，真空装置400包括真空泵410和线圈容置腔420。能量发射装置100与发射端线圈l1电连接，能量接收装置200与接收端线圈l1电连接，真空泵410与线圈容置腔420连通。其中，真空泵410用于对线圈容置腔420抽真空，并控制线圈容置腔420的真空度。
39.其中，磁耦合结构300的发射端线圈l1和接收端线圈l2均位于真空装置400的线圈容置腔420内，真空泵410可与能量发射装置100电连接(图中未示出)，能量发射装置100能够为真空泵410供电。
40.示例性的，能量发射装置100可以输出高频交流电信号，并将高频交流电信号传输至发射端线圈l1，发射端线圈l1可以将线圈中的电场能量转换为磁场能量，与接收端线圈l2产生耦合。接收端线圈l2可以将磁场能量转换为电场能量，并产生高频交流电信号，传输至能量接收装置200，实现能量的传递。真空装置400中的真空泵410可以在磁耦合结构300进行能量传递之前或在磁耦合结构300开始进行能量传递之时对线圈容置腔420进行抽真空，提高线圈容置腔420的真空度至预设值。
41.本实用新型实施例，通过能量发射装置、磁耦合装置和能量接收装置可以实现能量传递，磁耦合结构中的发射端线圈和接收端线圈通过耦合的方式实现能量传递，可以避免电气连接充电方式所产生的拔插隐患等问题，该方案简化了充电流程，使得整个供电过程的可靠性、安全性、可维护性得到较大提升；此外，通过真空装置使得磁耦合结构中的发射端线圈和接收端线圈处于真空环境，提高能量传递的效率，减少能量损耗，优化能源使用。
42.可选的，图2为本实用新型实施例提供的一种真空装置的结构示意图。参考图2，线圈容置腔420包括第一开口421和第二开口422。线圈容置腔420通过第一开口421与真空泵
410连通；接收端线圈l2通过第二开口422出/入线圈容置腔420。
43.示例性的，发射端线圈l1可固定在线圈容置腔420内，接收端线圈l2和能量接收装置200可以为一体结构，应用于航天器，航天器内有能量存储装置。在能量存储装置内能量较多时，能量接收装置200无需从能量发射装置100中接收能量，接收端线圈l2可离开线圈容置腔420，航天器可实现预定功能；当能量存储装置内能量较少时，航天器可回到能量发射装置100的附近，接收端线圈l2进入线圈容置腔420，与发射端线圈l1形成耦合，传递能量，为能量存储装置充电。在磁耦合装置300中的发射端线圈l1和接收端线圈l2进行能量传递的过程中，第一开口421和第二开口422为关闭状态，线圈容置腔420为封闭真空环境，使得磁耦合装置300具有更高的能量传递效率，本实用新型实施例对如何使第一开口421和第二开口422为关闭状态不做限定。
44.图3为本实用新型实施例提供的一种真空泵的剖面结构示意图。参考图2和图3，真空泵410包括进气孔411、进气阀413、出气孔412、出气阀414、工作腔04、转子05、叶片06和电机(图中未示出)。转子05和叶片06位于工作腔04内，叶片06与转子05机械连接，转子05与电机机械连接(图中未示出)；叶片06将工作腔04分为气腔041和压缩腔042，气腔041通过进气孔411与线圈容置腔420连通，气腔411通过出气孔412与外界环境连通。其中，进气阀413用于控制进气孔411的打开或关闭；出气阀414用于控制出气孔412的打开或关闭。
45.示例性的，在一个工作循环内，一开始转子05和叶片06位于初始位置，如图3所示，然后打开进气阀413，关闭出气阀414，转子05沿着工作腔04的内壁转动并向右上方向移动，叶片06随着转子05向右移动，如图4所示，气腔041的容积增大，压强减小，气腔041吸入线圈容置腔420中的空气，压缩腔042容积减小而压缩体积，压强增大。当压缩腔042内的压强增大到排气压强pe时，压缩过程结束，出气阀414打开，进气阀413关闭，转子05反向转动，利用电机的力量和压缩腔042的压强的力量使得转子05和叶片06恢复到初始位置，气腔041内的空气被排出，从而完成一个工作循环。随着工作循环的持续进行，真空泵410不断抽取线圈容置腔420内的气体，从而使得线圈容置腔420内的压强减小，直至达到一个稳定的最低值(极限压强pg)，从而完成整个抽气过程，使得磁耦合装置300中的发射端线圈l1和接收端线圈l2可以工作在一个近似真空气隙的环境下。如此，可提高磁耦合装置300的能量传递的效率，减少能量损耗，优化能源使用。
46.可选的，继续参考图2和图3，真空装置400包括电缆接口430；电缆接口包括第一接口431和第二接口432。真空泵410的电机通过第一接口431与能量发射装置100电连接；线圈容置腔内420的发射端线圈l1通过第二接口432与能量发射装置100电连接，能量发射装置100的高频交流电信号可传输至发射端线圈l1。如此，可收纳连接线，减少真空装置400外部的连接线，使得连接走线不易损伤，提高无线充电设备的可靠性。
47.需要说明的是，电缆接口430还可以包括第三接口、第四接口等，用于电气连接能量发射装置100与进气阀413、出气阀的414、线圈容置腔内420得第二开口422的控制装置等，本实用新型实施例对此不做限定。
48.可选的，图5为本实用新型实施例提供的一种磁耦合机构的结构示意图。参考图5，发射端线圈l1为第一圆筒状线圈，接收端线圈l2为第二圆筒状线圈，第一圆筒状线圈与第二圆筒状线圈相互嵌套。第一圆筒状线圈为内侧圆筒状线圈，第二圆筒状线圈为外侧圆筒状线圈；或者，第一圆筒状线圈为外侧圆筒状线圈，第二圆筒状线圈为内侧圆筒状线圈。
49.示例性的，以第一圆筒状线圈为内侧圆筒状线圈，第二圆筒状线圈为外内侧圆筒状线圈为例，第一圆筒状线圈的内侧半径为10cm，第一圆筒状线圈的外侧半径为12cm，第二圆筒状线圈的内侧半径为16cm，所述第二圆筒状线圈的外侧半径为18cm。如此，发射端线圈l1和接收端线圈l2之间有一定的位置移动裕量，可以减少对位精度要求并能够较好的抑制发射端线圈l1和接收端线圈l2位置波动带来的影响，提高了无线充电设备的充电效率。
50.可选的，继续参考图5，磁耦合结构300还包括磁芯301，磁芯301位于第一圆筒状线圈与第二圆筒状线圈形成的嵌套结构内，可束缚磁场方向，提高能量传递的效率。
51.可选的，图6为本实用新型实施例提供的又一种无线充电设备的结构示意图。参考图6，能量发射装置100包括电源e、高频逆变电路110；电源e与高频逆变电路110的输入端电连接，高频逆变电路110的输出端与发射端线圈l1电连接；能量接收装置200包括高频整流电路210、直流变换器220和负载r
l
；接收端线圈l2与高频整流电路210的输入端电连接，高频整流电路210的输出端与直流变换器220的输入端电连接，直流变换器220的输出端与负载r
l
电连接。
52.具体的，电源e可输出直流电信号，高频逆变电路110可将直流电信号转化为高频交流电信号，高频整流电路210可将高频交流电信号转换为直流电信号，直流变换器220具有升压和降压的功能。通过上述结构可以实现能量的传递，适用于独立组件的能量传递。
53.可选的，图7为本实用新型实施例提供的又一种无线充电设备的结构示意图。参考图7，能量发射装置100还包括原边补偿电路120，原边补偿电路120串联连接于高频逆变电路110与发射端线圈l1之间；能量接收装置200还包括副边补偿电路230，副边补偿电路230串联连接于接收端线圈l2与高频整流电路210之间。
54.示例性的，原边补偿电路120包括原边补偿电容c1，原边补偿电容c1的第一端与高频逆变电路110电连接，原边补偿电容c1的第二端与发射端线圈l1电连接。副边补偿电路230包括副边补偿电容c2，副边补偿电容c2的第一端与接收端线圈l2电连接，副边补偿电容c2的第二端与高频整流电路210电连接。原边补偿电路120和副边补偿电路230与磁耦合结构300相配合，使得发射端线圈l1和接收端线圈l2工作在谐振状态下，系统的无功功率和无功损耗得以降低，功率密度较未加补偿网络时得以提升。原边补偿电容c1和发射端线圈l1串联连接，副边补偿电容c2和接收端线圈l2串联连接，原边补偿电路120和副边补偿电路230采用串串补偿电路，串串补偿电路具有恒流输出特性，谐振状态下的磁耦合结构300输出具有恒流特性，副边补偿电路230的输出电压的大小会随着负载r
l
变化而变化，而副边补偿电路230的输出电流大小不再随负载r
l
的变化而变化，可以增加输出的抗干扰能力。
55.可选的，图8为本实用新型实施例提供的又一种无线充电设备的结构示意图。参考图8，能量发射装置100还包括主控制器130、驱动电路140、第一检测电路150和第一无线通信电路160，能量接收装置200还包括接收控制器240、第二检测电路250和第二无线通信电路260。主控制器130的接收端与第一检测电路150电连接，第一检测电路150与发射端线圈l1电连接；主控制器130的控制信号输出端与驱动电路140的控制信号接收端电连接；驱动电路140与高频逆变电路110电连接；主控制器130的通信端与第一无线通信电路160电连接。接收控制器240的接收端与第二检测电路250电连接，第二检测电路250与接收端线圈l2或直流变换器220电连接；接收控制器240的通信端与第二无线通信电路260电连接。
56.示例性的，第一检测电路150可通过原边补偿电路120与发射端线圈l1电连接，第
一检测电路150可以检测发射端线圈l1的电流、电压、电压相位、电流相位等信息，并输出至主控制器130；主控制器130可以根据电流、电压、电压相位、电流相位等信息向驱动电路140输出控制信号，驱动电路可140可以根据控制信号控制高频逆变电路110的输出功率。第二检测电路可通过直流变换器220或副边补偿电路230检测接收端线圈l2的电流、电压等信息，并输出至接收控制器240；接收控制器240可以将接收端线圈l2的电流、电压等信息通过第二无线通信电路260和第一无线通信电路160传输至主控制130，主控制130可以据此输出控制信号至驱动电路140，控制高频逆变电路110的输出功率。
57.如此，可实时监测发射端线圈l1和接收端线圈l2的状态，并根据状态信息及时调整高频逆变电路110的输出功率，实现传输功率的调节，还能够使得两个线圈始终工作在谐振状态，保证线圈的无功功率能够被实时补偿，保持无功功率的平衡。
58.注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

技术特征：

1.一种无线充电设备，其特征在于，包括：能量发射装置、磁耦合结构、真空装置和能量接收装置；所述磁耦合结构包括发射端线圈和接收端线圈；所述能量发射装置与所述发射端线圈电连接；所述能量接收装置与所述接收端线圈电连接；所述真空装置包括真空泵和线圈容置腔；所述真空泵与所述线圈容置腔连通；所述真空泵用于对所述线圈容置腔抽真空，并控制所述线圈容置腔的真空度。2.根据权利要求1所述的无线充电设备，其特征在于，所述线圈容置腔包括第一开口和第二开口；所述线圈容置腔通过所述第一开口与所述真空泵连通；所述接收端线圈通过所述第二开口出/入所述线圈容置腔。3.根据权利要求1所述的无线充电设备，其特征在于，所述真空泵包括进气孔、进气阀、出气孔、出气阀、工作腔、转子、叶片和电机；所述转子和所述叶片位于所述工作腔内，所述叶片与所述转子机械连接，所述转子与所述电机机械连接；所述叶片将所述工作腔分为气腔和压缩腔；所述气腔通过所述进气孔与所述线圈容置腔连通；所述气腔通过所述出气孔与外界环境连通；所述进气阀用于控制所述进气孔的打开或关闭；所述出气阀用于控制所述出气孔的打开或关闭。4.根据权利要求3所述的无线充电设备，其特征在于，所述真空装置包括电缆接口；所述电缆接口包括第一接口和第二接口；所述真空泵的电机通过所述第一接口与所述能量发射装置电连接；所述线圈容置腔内的所述发射端线圈通过所述第二接口与所述能量发射装置电连接。5.根据权利要求1所述的无线充电设备，其特征在于，所述发射端线圈为第一圆筒状线圈；所述接收端线圈为第二圆筒状线圈；所述第一圆筒状线圈与所述第二圆筒状线圈相互嵌套。6.根据权利要求5所述的无线充电设备，其特征在于，所述第一圆筒状线圈的内侧半径为10cm，所述第一圆筒状线圈的外侧半径为12cm；所述第二圆筒状线圈的内侧半径为16cm，所述第二圆筒状线圈的外侧半径为18cm。7.根据权利要求5所述的无线充电设备，其特征在于，所述磁耦合结构还包括磁芯；所述磁芯位于所述第一圆筒状线圈与所述第二圆筒状线圈形成的嵌套结构内。8.根据权利要求1所述的无线充电设备，其特征在于，所述能量发射装置包括电源、高频逆变电路；所述电源与所述高频逆变电路的输入端电连接，所述高频逆变电路的输出端与所述发射端线圈电连接；所述能量接收装置包括高频整流电路、直流变换器和负载；所述接收端线圈与所述高频整流电路的输入端电连接，所述高频整流电路的输出端与所述直流变换器的输入端电连接，所述直流变换器的输出端与所述负载电连接。9.根据权利要求8所述的无线充电设备，其特征在于，所述能量发射装置还包括原边补偿电路；所述原边补偿电路串联连接于所述高频逆变电路与所述发射端线圈之间；所述能量接收装置还包括副边补偿电路；所述副边补偿电路串联连接于所述接收端线圈与所述高频整流电路之间。
10.根据权利要求8所述的无线充电设备，其特征在于，所述能量发射装置还包括主控制器、驱动电路、第一检测电路和第一无线通信电路；所述主控制器的接收端与所述第一检测电路电连接，所述第一检测电路与所述发射端线圈电连接；所述主控制器的控制信号输出端与所述驱动电路的控制信号接收端电连接；所述驱动电路与所述高频逆变电路电连接；所述主控制器的通信端与所述第一无线通信电路电连接；所述能量接收装置还包括接收控制器、第二检测电路和第二无线通信电路；所述接收控制器的接收端与所述第二检测电路电连接，所述第二检测电路与所述接收端线圈或所述直流变换器电连接；所述接收控制器的通信端与所述第二无线通信电路电连接。

技术总结

本实用新型公开了一种无线充电设备，包括：能量发射装置、磁耦合结构、真空装置和能量接收装置；磁耦合结构包括发射端线圈和接收端线圈；能量发射装置与发射端线圈电连接；能量接收装置与接收端线圈电连接；真空装置包括真空泵和线圈容置腔；真空泵与线圈容置腔连通；真空泵用于对线圈容置腔抽真空，并控制线圈容置腔的真空度。采用上述技术方案，可以避免电气连接充电方式所产生的拔插隐患等问题，该方案简化了充电流程，使得整个供电过程的可靠性、安全性、可维护性得到较大提升；此外，通过真空装置使得磁耦合结构中的发射端线圈和接收端线圈处于真空环境，提高能量传递的效率，减少能量损耗，优化能源使用。优化能源使用。优化能源使用。