CN206302216U - 一种基于反射镜旋转的无线激光充电设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于反射镜旋转的无线激光充电设备，包括作为激光发射端的激光发射器和作为激光接收端的太阳能电池板，激光发射器发出的激光依次通过位于光路上的耦合镜、X轴反射镜、Y轴反射镜后投射到太阳能电池板，红光激光器垂直设置于激光发射器的上方，其发出的可见指示光经过耦合镜与激光发射器水平方向出射的激光耦合在一起，经过X轴反射镜以及Y轴反射镜后投射到太阳能电池板上，用于指示充电激光的位置，便于激光与太阳能板的对准。该设备采用控制反射镜的反射角度，达到控制激光出射方向的方法，替代激光器运动，减小电机负载及功耗，增加激光控制精准，同时也能减少基于反射镜旋转的无线激光充电设备的外形体积和重量。
Description
技术领域
本发明涉及无线充电技术领域，具体涉及一种基于反射镜旋转的无线激光充电设备。
背景技术
无线能量传输技术是一种通过真空或空气介质传播电磁波以实现电能传输的技术，目前对于长距离的能量传输而言，激光和微波被认为是最有应用前景的两种传输载体。远程无线能量传输***的工作原理是通过发射装置将电能转化为微波或激光能量发射到接收装置，接收装置接收到微波或激光后再将其转化为电能供无线设备使用。目前这两种传输技术均处于研究阶段。微波由于其波长介于无线电波和红外线之间，因此穿透性较好，适合于远程传输，但发散角较大，需要设计复杂而庞大的发射和接收装置才能实现定向传输，因此不太适用于便携式用电设施或移动用电设备。激光无线能量传输技术首先通过受激辐射放大将电能转换为激光，再将激光照射到接收装置上进行光电转换，由于激光具有单色性好，方向性好，能量集中等优点，不需要额外的结构设计就能实现高功率光能集中发射并在极小的空间范围内被接收，所以该无线能量传输技术具有传输距离远，传输效率高，接收装置小等优点。
基于激光在无线能量传输中具有的优势，欧美等发达国家都已针对激光无线能量传输技术进行了研究，相比之下，目前国内针对激光无线能量传输的研究相对较少。
随着相关科学研究的发展，激光无线能量传输的设计方案和输电水平正在逐渐发展和提高。目前，已有申请或者授权少数几个专利，其中“一种无线激光充电器(CN201110162766.6)”、“无线充电***(CN201210172781.3)”、“无线充电处理方法和设备(CN201280002607.2)”、“具有保护措施的远距离激光充电设备(CN201410207809.1)”、“一种激光充电处理方法和设备(CN201410544044.0)”、“远距离激光传输供电装置201420291770.1”等专利以方框图的形式描述激光充电的流程；激光无线输能***(CN201310524728.X)以方框图描述整个激光充电***，也从原理性方面说明激光充电***的各个子***的作用和目的。
“室内自动激光充电***及方法(CN20110097652.0)”、“一种无人机用无线激光充电设备及其充电***(CN201510102715.2)”两个专利从控制激光器的运动来获得激光与太阳能板的对准来实现激光充电。星载激光无线能量传输***(CN201210593990.5)针对航天领域的特殊要求提出的方案，具有复杂的对准***。同时方案中没有相关解决激光光斑不均匀问题的元件，只能用于激光辐照单个光电池，提供不了高功率能量。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种基于反射镜旋转的无线激光充电设备。
本实用新型的目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种基于反射镜旋转的无线激光充电设备，所述无线激光充电设备包括作为激光发射端的激光发射器1和作为激光接收端的太阳能电池板9，所述激光发射器1和所述太阳能电池板9之间的光路上依次包括:耦合镜3、X轴反射镜5和Y轴反射镜7，
所述激光发射器1发出的激光依次通过位于光路上的所述耦合镜3、所述X轴反射镜5、所述Y轴反射镜7后投射到所述太阳能电池板9，
所述无线激光充电设备还包括红光激光器2，所述红光激光器2垂直设置于所述激光发射器1的上方，其发出的可见指示光经过所述耦合镜3与所述激光发射器1水平方向出射的激光耦合在一起，经过所述X轴反射镜5以及所述Y轴反射镜7后投射到所述太阳能电池板9上，用于指示充电激光的位置，便于激光与太阳能板的对准；
所述无线激光充电设备还包括充电控制电路10，外部的终端设备通过所述充电控制电路10与所述太阳能电池板9相连并接收供电。
进一步地，所述无线激光充电设备还包括X轴旋转电机4和Y轴旋转电机6，
所述X轴反射镜5通过X轴旋转电机轴与所述X轴旋转电机4相连，并可绕X轴旋转电机轴旋转；所述Y轴反射镜7通过Y轴旋转电机轴与所述Y轴旋转电机6相连，并可绕Y轴旋转电机轴旋转，两旋转电机相互垂直，通过控制所述X轴反射镜5和所述Y轴反射镜7的反射角度，达到激光束的偏转，保证激光的两维自由度，便于激光的捕获。
进一步地，所述X轴旋转电机4和所述Y轴旋转电机6通过无线遥控器或者电子终端进行蓝牙控制，用于激光与太阳能电池板的快速准确对准。
进一步地，所述激光接收端还包括激光光束调节器8，安装固定在所述太阳能电池板9前方位置，用于调整激光光斑大小，使得激光光斑均匀地照射到整个所述太阳能电池板9上。
进一步地，所述激光光束调节器8是单片透镜或者组合透镜。
进一步地，所述太阳能电池板9由多个光电池板串并联构成。
进一步地，所述激光发射器1采用半导体激光发射器。
进一步地，所述激光发射器1采用808nm波长半导体激光发射器。
进一步地，所述太阳能电池板9采用GaAs材料的光电池板。
进一步地，所述红光激光器2为毫瓦级的650nm的红光激光器。
本实用新型相对于现有技术具有如下的优点及效果：
1)本实用新型公开的一种基于反射镜旋转的无线激光充电设备具有传输距离远、传输效率高、接收装置小、充电速度快且效率高、适合小型电子设备使用等特点。无线激光充电设备利用半导体物质(即利用电子)能带间跃迁发光，更具有频率准确、温度稳定的特性。而且传输效率随传输距离的衰减很小，10米以内激光传输的能量损失小于1％。
2)本实用新型公开的一种基于反射镜旋转的无线激光充电设备采用激光作为载体，即发射端将电能转化为激光能量发射到接收端，接收端再将激光转化为电能。克服了微波发射和接收装置庞大，不适合便携式使用的要求；又避免了电磁感应式中电感电容器件个体偏差以及温度漂移所导致的振荡频率匹配问题。采用不可见波段光波作为能量传递形式，不会造成光污染及对通信信号的干扰。既能做到无线传输，又能有效克服电磁波原理缺陷，实现远距离无线充电。
3)本实用新型公开的一种基于反射镜旋转的无线激光充电设备采用半导体激光器作为无线充电电源使用，具有重量轻，运转可靠、耗电少、效率高、体积小，便携性好的优点。其中808nm波长半导体激光器与砷化镓(GaAs)材料的光电池板的能隙宽度匹配，具有光电转换效率大，热损耗小的特点。
4)本实用新型公开的一种基于反射镜旋转的无线激光充电设备采用激光光束调节器优化激光器输出的激光光束发散角和提高输出激光能量的均匀性。保证光斑均匀覆盖，并且光斑尺寸与光电池片匹配，达到光损耗最小的目的。解决激光能量分布不均匀，导致光电池接收器效率低下问题。
5)本实用新型公开的一种基于反射镜旋转的无线激光充电设备采用多个光电池串并联构成太阳能电池板，解决只有串联光电池在受到不均匀光照时，电流受限于光生电流最小的光电池，导致能量的损失和“热斑”现象；而只有并联光电池则电压低，支路间光强差异可能造成电流倒流等问题，优化电路连接方式，保证光电池不受激光不均匀性影响而偏离最大功率点，提高光电池接收器的效率。
6)本实用新型公开的一种基于反射镜旋转的无线激光充电设备采用控制反射镜的反射角度，达到控制激光束的偏转，便于激光的捕获。采用反射镜的运动替代激光器的运动，减小电机负载及功耗；增加激光控制精准；同时也能减少装置外形体积和重量。带动反射镜旋转的电机由无线远程遥控控制，或者手机等电子终端蓝牙控制，保证激光与光电池板便捷而精准的对位
7)本实用新型公开的一种基于反射镜旋转的无线激光充电设备采用红光指示，提醒人员误入激光光照中造成伤害，有效的避免了激光的危害。
附图说明
图1是本实用新型公开的一种基于反射镜旋转的无线激光充电设备的结构示意图；
其中，1---激光发射器，2---红光激光器，3---耦合镜，4---X轴旋转电机，5---X轴反射镜，6---Y轴旋转电机，7---Y轴反射镜，8---激光光束调节器，9---太阳能电池板，10---充电控制电路，11---终端设备。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例
本实施例公开了一种基于反射镜旋转的无线激光充电设备，如图1所示的本发明公开的一种基于反射镜旋转的无线激光充电设备的结构示意图可知，该基于反射镜旋转的无线激光充电设备由发射端的激光发射器1、红光激光器2、耦合镜3、X轴旋转电机4、X轴反射镜5、Y轴旋转电机6、Y轴反射镜7以及接收端的激光光束调节器8、太阳能电池板9、充电控制电路10构成。
其中与激光发射器1垂直的红光激光器2发出的指示红光经过耦合镜3与水平方向出射的激光耦合在一起，经过后面的X轴反射镜5、Y轴反射镜7以及激光光束调节器8投射到太阳能电池板9上，用于指示充电激光的位置，便于激光与太阳能板的对准。
具体应用中，红光激光器2为毫瓦级的650nm的红光激光器。
X轴反射镜5通过X轴旋转电机轴与X轴旋转电机4相连，并可绕X轴旋转电机轴旋转；Y轴反射镜7通过Y轴旋转电机轴与Y轴旋转电机6相连，并可绕Y轴旋转电机轴旋转，两旋转电机相互垂直，通过控制X轴反射镜5和Y轴反射镜7的反射角度，达到激光束的偏转，保证激光的两维自由度，便于激光的捕获。两电机可通过无线遥控器或者手机等电子终端蓝牙控制，用于激光与太阳能电池板的快速准确对准。
外部的终端设备11通过所述充电控制电路10与所述太阳能电池板9相连并接收供电，其中充电控制电路10还具有对所述太阳能电池板9输出的电能进行稳压限流的功能，提供稳定的电流输出给外部的终端设备11。
本实施例公开的一种基于反射镜旋转的无线激光充电设备中激光发射器1采用半导体激光器，具有重量轻，运转可靠、耗电少、效率高、体积小，便携性好的优点，可以实现作为充电电池的无线可充电移动电源使用。半导体激光器808nm的波长和砷化镓(GaAs)材料的太阳能电池板带隙宽度正好匹配，光电转换效率可达50％，因此一种基于反射镜旋转的无线激光充电设备中太阳能电池板9采用砷化镓(GaAs)材料。
太阳能电池板9前方位置安装有激光光束调节器8，用于调整激光光斑大小，使得激光光斑基本均匀地照射到整个太阳能电池板9上，不出现光斑相对太阳能电池板9过小或者过大的现象。这样就能保证太阳能电池板9既不在强激光发射器的照射下过热而损坏；又不会光斑过大超出太阳能电池板9接收范围而浪费，降低光照强度从而充电电流下降；也避免了激光出射时就调整激光光斑大小，扩大发散角，造成激光在传输过程的损耗，提高了传输距离。
激光光束调节器8可以是单片透镜，也可以为组合透镜。
具体应用中，采用激光光束调节器优化激光器输出的激光光束发散角和提高输出激光能量的均匀性。保证光斑均匀覆盖，并且光斑尺寸与光电池片匹配，达到光损耗最小的目的。解决激光能量分布不均匀，导致光电池接收器效率低下问题。
太阳能电池板9由多个光电池板串并联构成，用于克服激光光照能量分布不均匀，导致光电池接收器效率低下问题，太阳能电池板9将激光信号转化成电信号，电信号通过充电控制电路9的升压稳压放大，实现终端设备10的远程无线充电。
具体应用中，采用多个光电池板串并联构成太阳能电池板，解决只有串联光电池板在受到不均匀光照时，电流受限于光生电流最小的光电池，导致能量的损失和“热斑”现象；而只有并联光电池则电压低，支路间光强差异可能造成电流倒流等问题，优化电路连接方式，保证光电池不受激光不均匀性影响而偏离最大功率点，提高光电池接收器的效率。
综上所述，本实用新型中公开的一种基于反射镜旋转的无线激光充电设备采用控制反射镜的反射角度，达到控制激光出射方向的方法，替代现有技术中的激光器运动，减小电机负载及功耗，增加激光控制精准，同时也能减少基于反射镜旋转的无线激光充电设备的外形体积和重量。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于反射镜旋转的无线激光充电设备，其特征在于，所述无线激光充电设备包括作为激光发射端的激光发射器(1)和作为激光接收端的太阳能电池板(9)，所述激光发射器(1)和所述太阳能电池板(9)之间的光路上依次包括:耦合镜(3)、X轴反射镜(5)和Y轴反射镜(7)，
所述激光发射器(1)发出的激光依次通过位于光路上的所述耦合镜(3)、所述X轴反射镜(5)、所述Y轴反射镜(7)后投射到所述太阳能电池板(9)，
所述无线激光充电设备还包括红光激光器(2)，所述红光激光器(2)垂直设置于所述激光发射器(1)的上方，其发出的可见指示光经过所述耦合镜(3)与所述激光发射器(1)水平方向出射的激光耦合在一起，经过所述X轴反射镜(5)以及所述Y轴反射镜(7)后投射到所述太阳能电池板(9)上，用于指示充电激光的位置，便于激光与太阳能板的对准；
所述无线激光充电设备还包括充电控制电路(10)，外部的终端设备通过所述充电控制电路(10)与所述太阳能电池板(9)相连并接收供电。
2.根据权利要求1所述的一种基于反射镜旋转的无线激光充电设备，其特征在于，所述无线激光充电设备还包括X轴旋转电机(4)和Y轴旋转电机(6)，
所述X轴反射镜(5)通过X轴旋转电机轴与所述X轴旋转电机(4)相连，并可绕X轴旋转电机轴旋转；所述Y轴反射镜(7)通过Y轴旋转电机轴与所述Y轴旋转电机(6)相连，并可绕Y轴旋转电机轴旋转，两旋转电机相互垂直，通过控制所述X轴反射镜(5)和所述Y轴反射镜(7)的反射角度，达到激光束的偏转，保证激光的两维自由度，便于激光的捕获。
3.根据权利要求1所述的一种基于反射镜旋转的无线激光充电设备，其特征在于，
所述X轴旋转电机(4)和所述Y轴旋转电机(6)通过无线遥控器或者电子终端进行蓝牙控制，用于激光与太阳能电池板的快速准确对准。
4.根据权利要求1所述的一种基于反射镜旋转的无线激光充电设备，其特征在于，
所述激光接收端还包括激光光束调节器(8)，安装固定在所述太阳能电池板(9)前方位置，用于调整激光光斑大小，使得激光光斑均匀地照射到整个所述太阳能电池板(9)上。
5.根据权利要求4所述的一种基于反射镜旋转的无线激光充电设备，其特征在于，
所述激光光束调节器(8)是单片透镜或者组合透镜。
6.根据权利要求1所述的一种基于反射镜旋转的无线激光充电设备，其特征在于，
所述太阳能电池板(9)由多个光电池板串并联构成。
7.根据权利要求1所述的一种基于反射镜旋转的无线激光充电设备，其特征在于，
所述激光发射器(1)采用半导体激光发射器。
8.根据权利要求7所述的一种基于反射镜旋转的无线激光充电设备，其特征在于，
所述激光发射器(1)采用808nm波长半导体激光发射器。
9.根据权利要求1所述的一种基于反射镜旋转的无线激光充电设备，其特征在于，
所述太阳能电池板(9)采用GaAs材料的光电池板。
10.根据权利要求1所述的一种基于反射镜旋转的无线激光充电设备，其特征在于，
所述红光激光器(2)为毫瓦级的650nm的红光激光器。
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|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170704 |
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