[發明專利]無線電能傳輸系統電磁能量耦合器

無效

• 申請號: 201210413813.4
• 申請日: 2012-10-24
• 公開（公告）號: CN102882291A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 張獻;楊慶新;李勁松;金亮
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: H02J17/00
• 分類號: H02J17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

無線電能傳輸技術是目前電氣工程領域最活躍的熱點研究方向之一，是集基礎研究與應用研究為一體的前沿課題，是當前國內外學術界和工業界探索的一個多學科強交叉的新的研究領域，涵蓋電磁場、電力電子技術、電力系統、控制技術、物理學、材料學、信息技術等諸多技術領域。采用無線供電方式能夠有效克服電線連接方式存在的各類缺陷，實現電子電器的自由供電，具有重要的應用預期和廣闊的發展前景。

本發明——無線電能傳輸系統電磁能量耦合器，基于無線電能傳輸技術原理，遵從整體效率最大化以及優化設計的理念，設計出高效能量傳輸系統——高品質因數對稱式無干擾諧振結構，能夠充分發揮電磁耦合諧振系統的電氣特性，可實現向數米范圍內的負載高效可靠的提供電磁能量，可以廣泛應用于公共用電場合或各種存在安全隱患的用電環境。

背景技術

無線電能傳輸技術大致可分為三種：第一種為感應耦合式電能傳輸，它利用松耦合變壓器原理進行傳能，發射端與接收端一般存在降低回路磁阻的鐵心裝置。第二種為電磁耦合諧振式電能傳輸，通過高品質因數的諧振器上電感與分布式電容發生諧振傳輸能量。第三種為電磁輻射式電能傳輸，在該技術中電能被轉換為微波形式，傳輸距離超過數千米，可實現電能的遠程傳送。其中電磁耦合諧振技術利用非輻射電磁場近場區域完成電能傳輸，一方面較之電磁感應式傳能，在傳輸距離上有了很大的擴展；另一方面相比電磁輻射式傳能，近場區域能量具有非輻射的特點，該技術有較好的安全性，因此目前得到很大的關注和研究。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，在整體效率最大化以及優化設計的理念引導下，對無線電能傳輸系統電磁能量耦合器進行整體設計，實現電能的高效可靠且遠距離的無線傳輸。

本發明所采用的技術方案是：無線電能傳輸系統電磁能量耦合器，包括有功率放大器(1)通過通斷控制開關(2)向諧振跟蹤電路(3)供電，諧振跟蹤電路(3)根據輸出阻抗調節工作頻率使系統一直保持諧振狀態，然后由聯接的功率晶閘管(4)將能量進一步放大并加載到源線圈S(5)上，源線圈S(5)以感應的方式將能量傳輸給諧振線圈A1(6)，諧振線圈A1(6)以諧振的方式將能量傳輸給諧振線圈A2(7)，諧振線圈A2(7)再一次以感應的方式將能量傳輸給負載線圈D(8)，最終由負載線圈D(8)向負載(9)供電。

所述的源線圈S(5)通過具有一定厚度的單圈低損耗紫銅管表明經過鍍銀防銹處理后實現，繞制成三匝螺旋結構，每匝之間間距不超過3cm，負責加載高頻電磁能量。

所述的諧振線圈A1(6)由具有一定厚度的低損耗紫銅管繞制成螺旋結構并與源線圈S(5)同軸向放置，螺旋結構的匝數、半徑及匝間距根據具體的工作頻率確定，負責感應位于源線圈S(5)上的高頻能量并建立無功近場。

所述的諧振線圈A2(7)由具有一定厚度的低損耗紫銅管繞制成螺旋結構并與諧振線圈A1(6)同軸向對稱放置，螺旋結構的匝數、半徑及匝間距根據具體的工作頻率確定，負責從諧振線圈A1(6)建立的無功近場中吸取能量。

所述的負載線圈D(8)由鍍銀低損耗多匝并繞特氟龍線圈構成，并與諧振線圈A2(7)同軸同心放置，輸出兩端連接有負載(9)，其匝數決定于負載線圈工作的空間位置。

本發明的無線電能傳輸系統電磁能量耦合器，通過源線圈S(5)加載高頻電磁功率并以感應的方式傳送給諧振線圈A1(6)，能量以電磁耦合諧振的方式傳送給諧振線圈A2(7)，然后再通過感應的方式傳送給負載線圈D(8)，從而使負載(9)以無線的方式獲得電能，實現數米范圍內高效可靠穩定的電力供應。

附圖說明

圖1是本發明的整體結構圖；

圖2是源線圈S(5)的結構圖；

圖3是諧振線圈A1(6)與諧振線圈A2(7)的結構圖；

圖4是負載線圈D(8)的結構圖；

圖5是無線電能傳輸系統電磁能量耦合器的工作原理圖。

其中：

(1)：功率放大器；(2)：通斷控制開關；(3)：諧振跟蹤電路；(4)：功率晶閘管；(5)：源線圈；(6)：諧振線圈A1；(7)：諧振線圈A2；(8)：負載線圈D(8)；(9)：負載。

具體實施方式

下面結合實例和附圖對本發明的無線電能傳輸系統電磁能量耦合器做出詳細說明。