CN102882291A - 无线电能传输***电磁能量耦合器 - Google Patents

Abstract

本发明是一种无线电能传输***电磁能量耦合器，属于无线电能传输与转换范畴，可以实现数米范围内能量的高效传输与转换，具有广阔的市场前景。该装置是一种利用大功率电源向谐振电路提供电功率，谐振电路产生交变磁场并通过高品质因数谐振器实现能量的无线传递，从而使电能可以方便的利用。主要包括有：功率放大器(1)，通断控制开关(2)，谐振跟踪电路(3)，功率晶闸管(4)，源线圈S(5)，谐振线圈A1(6)，谐振线圈A2(7)，负载线圈D(8)，负载(9)。本发明可为数米范围内的负载高效的提供电功率，具有高效安全可靠、成本与维护费用低、操作简便与智能可控等优点。

Description

无线电能传输***电磁能量耦合器

技术领域

无线电能传输技术是目前电气工程领域最活跃的热点研究方向之一，是集基础研究与应用研究为一体的前沿课题，是当前国内外学术界和工业界探索的一个多学科强交叉的新的研究领域，涵盖电磁场、电力电子技术、电力***、控制技术、物理学、材料学、信息技术等诸多技术领域。采用无线供电方式能够有效克服电线连接方式存在的各类缺陷，实现电子电器的自由供电，具有重要的应用预期和广阔的发展前景。

本发明——无线电能传输***电磁能量耦合器，基于无线电能传输技术原理，遵从整体效率最大化以及优化设计的理念，设计出高效能量传输***——高品质因数对称式无干扰谐振结构，能够充分发挥电磁耦合谐振***的电气特性，可实现向数米范围内的负载高效可靠的提供电磁能量，可以广泛应用于公共用电场合或各种存在安全隐患的用电环境。

背景技术

无线电能传输技术大致可分为三种：第一种为感应耦合式电能传输，它利用松耦合变压器原理进行传能，发射端与接收端一般存在降低回路磁阻的铁心装置。第二种为电磁耦合谐振式电能传输，通过高品质因数的谐振器上电感与分布式电容发生谐振传输能量。第三种为电磁辐射式电能传输，在该技术中电能被转换为微波形式，传输距离超过数千米，可实现电能的远程传送。其中电磁耦合谐振技术利用非辐射电磁场近场区域完成电能传输，一方面较之电磁感应式传能，在传输距离上有了很大的扩展；另一方面相比电磁辐射式传能，近场区域能量具有非辐射的特点，该技术有较好的安全性，因此目前得到很大的关注和研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，在整体效率最大化以及优化设计的理念引导下，对无线电能传输***电磁能量耦合器进行整体设计，实现电能的高效可靠且远距离的无线传输。

本发明所采用的技术方案是：无线电能传输***电磁能量耦合器，包括有功率放大器(1)通过通断控制开关(2)向谐振跟踪电路(3)供电，谐振跟踪电路(3)根据输出阻抗调节工作频率使***一直保持谐振状态，然后由联接的功率晶闸管(4)将能量进一步放大并加载到源线圈S(5)上，源线圈S(5)以感应的方式将能量传输给谐振线圈A1(6)，谐振线圈A1(6)以谐振的方式将能量传输给谐振线圈A2(7)，谐振线圈A2(7)再一次以感应的方式将能量传输给负载线圈D(8)，最终由负载线圈D(8)向负载(9)供电。

所述的源线圈S(5)通过具有一定厚度的单圈低损耗紫铜管表明经过镀银防锈处理后实现，绕制成三匝螺旋结构，每匝之间间距不超过3cm，负责加载高频电磁能量。

所述的谐振线圈A1(6)由具有一定厚度的低损耗紫铜管绕制成螺旋结构并与源线圈S(5)同轴向放置，螺旋结构的匝数、半径及匝间距根据具体的工作频率确定，负责感应位于源线圈S(5)上的高频能量并建立无功近场。

所述的谐振线圈A2(7)由具有一定厚度的低损耗紫铜管绕制成螺旋结构并与谐振线圈A1(6)同轴向对称放置，螺旋结构的匝数、半径及匝间距根据具体的工作频率确定，负责从谐振线圈A1(6)建立的无功近场中吸取能量。

所述的负载线圈D(8)由镀银低损耗多匝并绕特氟龙线圈构成，并与谐振线圈A2(7)同轴同心放置，输出两端连接有负载(9)，其匝数决定于负载线圈工作的空间位置。

本发明的无线电能传输***电磁能量耦合器，通过源线圈S(5)加载高频电磁功率并以感应的方式传送给谐振线圈A1(6)，能量以电磁耦合谐振的方式传送给谐振线圈A2(7)，然后再通过感应的方式传送给负载线圈D(8)，从而使负载(9)以无线的方式获得电能，实现数米范围内高效可靠稳定的电力供应。

附图说明

图1是本发明的整体结构图；

图2是源线圈S(5)的结构图；

图3是谐振线圈A1(6)与谐振线圈A2(7)的结构图；

图4是负载线圈D(8)的结构图；

图5是无线电能传输***电磁能量耦合器的工作原理图。

其中：

(1)：功率放大器；(2)：通断控制开关；(3)：谐振跟踪电路；(4)：功率晶闸管；(5)：源线圈；(6)：谐振线圈A1；(7)：谐振线圈A2；(8)：负载线圈D(8)；(9)：负载。

具体实施方式

下面结合实例和附图对本发明的无线电能传输***电磁能量耦合器做出详细说明。

如图1所示，本发明的无线电能传输***电磁能量耦合器，包括有：功率放大器(1)，通断控制开关(2)，谐振跟踪电路(3)，功率晶闸管(4)，源线圈S(5)，谐振线圈A1(6)，谐振线圈A2(7)，负载线圈D(8)，负载(9)。

如图2所示，所述的源线圈S(5)通过具有一定厚度的单圈低损耗紫铜管表明经过镀银防锈处理后实现。当功率放大器(1)开始工作时，通断控制开关(2)、谐振跟踪电路(3)与功率晶闸管(4)相配合，并根据源线圈S(5)的电感量产生高频电磁能量。该能量将直接加载到源线圈S(5)上。

如图3所示，所述的谐振线圈A1(6)由具有一定厚度的低损耗紫铜管绕制成螺旋结构并与源线圈S(5)同轴向放置。当源线圈S(5)正常工作时，根据电磁感应的原理电磁能量通过源线圈S(5)加载至谐振线圈A1(6)上，并由谐振线圈A1(6)建立无功近场。与此同时，谐振线圈A2(7)将根据电磁耦合谐振无线电能传输理论的规律，通过无功近场获取电磁能量。

如图4所示，所述的负载线圈D(8)由镀银低损耗多匝并绕特氟龙线圈构成，并与谐振线圈A2(7)同轴同心放置，输出两端连接有负载(9)。当谐振线圈A2(7)获得电磁能量时，负载线圈D(8)将根据电磁感应的原理获得电磁能量并传递给负载(9)，从而完成电磁能量的无线传递与转换。

如图5所示，所述的无线电能传输***电磁能量耦合器首先将高频电磁能量加载到源线圈S(5)上，能量以感应的形式传递给谐振线圈A1(6)并建立无功近场，谐振线圈A2(7)从该场中获得电磁能量并再一次以感应的方式传递给负载线圈D(8)，从而使负载(9)获得电能供应。整个过程中并没有利用电磁辐射进行电能传输，因此可以保证生物安全性。

本发明的无线电能传输***电磁能量耦合器，在整体效率最大化以及优化设计的理念引导下，对电磁耦合谐振式无线电能传输***进行整体设计，实现电能的高效可靠且远距离的无线传输。在正常工作情况下，能够实现数米范围内的电能无线供给，可以广泛应用于公共用电场合或各种存在安全隐患的用电环境，具有高效安全可靠、成本与维护费用低、操作简便与智能可控等优点。

Claims (1)

1.无线电能传输***电磁能量耦合器，其特征在于包括有功率放大器(1)通过通断控制开关(2)向谐振跟踪电路(3)供电，谐振跟踪电路(3)根据输出阻抗调节工作频率使***一直保持谐振状态，然后由联接的功率晶闸管(4)将能量进一步放大并加载到源线圈S(5)上，源线圈S(5)以感应的方式将能量传输给谐振线圈A1(6)，谐振线圈A1(6)以谐振的方式将能量传输给谐振线圈A2(7)，谐振线圈A2(7)再一次以感应的方式将能量传输给负载线圈D(8)，最终由负载线圈D(8)向负载(9)供电。

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