柔性环形接收线圈

问题

在现有的无线电机中，接收线圈必须与发射线圈精确对准。这使它难以用于需要大角度旋转的场合，例如机器人关节电机——这类电机目前仍需依靠滑环或旋转接头供电。

方法

• 直径 60 mm 的 PCB 发射线圈，采用内疏外密的绕线方式使磁场更均匀，并通过 Ansys HFSS 仿真验证。
• 柔性聚酰亚胺接收线圈（198.5 × 50 mm，厚 0.24 mm），卷成直径 62 mm 的圆环套在发射线圈外。
• 两个绕向相反的子线圈：发射线圈两侧方向相反的磁场在两个子线圈中感应出同向电流，相当于并联结构。
• 6.78 MHz 的 GaN Class E 功率放大器，以及集成半桥整流、Buck 变换器和三相逆变器的变换器板。

结果

在 40 Ω 负载下，旋转角度从 0° 到 60° 时直流母线电压稳定在约 20 V（波动 ±20% 以内），系统效率约 68%。超过 60° 后，子线圈开始感应到相反方向的磁通，电压随之下降，到 90° 时降为零——与理论分析一致。