[實用新型]基于電磁耦合諧振的無線輸電裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320243691.9
• 申請日: 2013-05-08
• 公開（公告）號: CN203261131U
• 公開（公告）日: 2013-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 范興明;莫小勇;張鑫;楊家志
• 申請（專利權(quán)）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: H02J17/00
• 分類號: H02J17/00
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標事務(wù)所有限公司 45107
• 代理人: 陳躍琳

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種無線輸電裝置，具體涉及一種基于電磁耦合諧振的無線輸電裝置。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的電能輸送方式主要是通過導線直接連接傳輸實現(xiàn)的。這種傳統(tǒng)導線輸電方式在許多應(yīng)用場合都存在安全性、可靠性和靈活性等方面的問題，如高壓電氣設(shè)備開關(guān)時容易產(chǎn)生電弧，較差的電氣連接會增加接觸阻抗，水下供電時存在觸電危險，對移動設(shè)備供電時存在設(shè)備磨損和導線裸露，較多電氣設(shè)備時導線連接繁雜影響設(shè)備的靈活性和環(huán)境的美觀，在礦井及油田鉆采等應(yīng)用場合容易因摩擦電火花發(fā)生爆炸事故等。而新型無線電能傳輸技術(shù)則能解決傳統(tǒng)導線輸電方式所存在的諸如此類問題。

目前新型無線電能傳輸技術(shù)主要有三種實現(xiàn)方式：電磁感應(yīng)式、電磁波輻射式和電磁耦合諧振式。其中電磁感應(yīng)式和電磁波輻射式無線電能傳輸技術(shù)起步較早，在眾多領(lǐng)域都已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用，但電磁感應(yīng)式無線輸電技術(shù)傳輸距離太短，而電磁波輻射式無線輸電技術(shù)存在傳輸效率低、傳輸定向性和發(fā)射接收天線設(shè)計要求高等問題。電磁耦合諧振式無線輸電技術(shù)是一種利用磁場作為傳輸能量的介質(zhì)，通過磁共振系統(tǒng)建立發(fā)射與接收天線之間的能量傳輸通道，從而實現(xiàn)有效電能傳輸?shù)臒o線輸電方式。該技術(shù)具非輻射能量傳輸?shù)奶匦裕茨芰恐辉诖殴舱裣到y(tǒng)中的物體間進行傳遞，與磁共振系統(tǒng)之外的物體基本沒有能量交換，并且傳輸效率高，傳輸距離可達m級范圍。但是要把電磁耦合諧振式無線輸電技術(shù)應(yīng)用到電子產(chǎn)品中，設(shè)計出安全可靠的實用無線輸電裝置還需要解決以下問題：①穩(wěn)定可靠地輸出滿足負載需要的功率；②適應(yīng)不同傳輸距離、發(fā)射接收天線不對齊的應(yīng)用場合；③能夠?qū)崿F(xiàn)負載識別、適應(yīng)不同負載使用；④顯示電壓、電流、工作頻率、負載狀態(tài)等信息；⑤實現(xiàn)發(fā)射接收裝置的電能管理。

實用新型內(nèi)容

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種安全可靠，且智能化程度高的基于電磁耦合諧振的無線輸電裝置。

為解決上述問題，本實用新型是通過以下方案實現(xiàn)的：

一種基于電磁耦合諧振的無線輸電裝置，包括發(fā)射裝置和接收裝置，發(fā)射裝置由高頻電源、發(fā)射端閉環(huán)控制器和發(fā)射天線組成。接收裝置由接收天線、接收端閉環(huán)控制器和負載驅(qū)動電路組成。

上述發(fā)射端閉環(huán)控制器和接收端閉環(huán)控制器的結(jié)構(gòu)相同，且均包括數(shù)據(jù)采集控制電路、微控制器、輸出控制電路、無線通信模塊和人機交互界面。其中采集控制電路輸出端與微控制器的輸入端連接，微控制器的輸出端與輸出控制電路連接，無線通信模塊和人機交互界面連接在微控制器上。

上述高頻電源包括交直流變換電路、高頻振蕩電路、功率放大器、功率合成電路、發(fā)射阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)和調(diào)頻電路。交直流變換電路的輸入端與電網(wǎng)連接，交直流變換電路的輸出端連接高頻振蕩電路的輸入端，高頻振蕩電路的輸出端經(jīng)功率放大器連接至功率合成電路的輸入端，功率合成電路的輸出端連接至發(fā)射阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入端，發(fā)射阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出端與發(fā)射天線連接。調(diào)頻電路的輸出端連接在高頻振蕩電路上。發(fā)射端閉環(huán)控制器的采集控制電路的輸入端連接發(fā)射天線的輸入端，發(fā)射端閉環(huán)控制器的輸出控制電路的輸出端連接發(fā)射阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)和調(diào)頻電路。

上述負載驅(qū)動電路包括整流濾波電路、接收阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)和負載監(jiān)控電路。整流濾波電路的輸入端與接收天線連接，整流濾波電路的輸出端經(jīng)接收阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)連接至負載監(jiān)控電路的輸入端，負載監(jiān)控電路的輸出端與負載連接。接收端閉環(huán)控制器的采集控制電路的輸入端連接接收天線的輸出端，接收端閉環(huán)控制器的輸出控制電路的輸出端連接接收阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。

發(fā)射天線與接收天線無線相連。發(fā)射端閉環(huán)控制器的無線通信模塊與和接收端閉環(huán)控制器的無線通信模塊無線相連。

上述方案中，所述發(fā)射天線與接收天線的結(jié)構(gòu)相同，且均由收發(fā)線圈和諧振線圈構(gòu)成。收發(fā)線圈和諧振線圈固定在同一平面上，收發(fā)線圈和諧振線圈中心重合，且諧振線圈環(huán)繞設(shè)置在收發(fā)線圈的外圍。其中發(fā)射天線的收發(fā)線圈即發(fā)射線圈與高頻電源的輸出端連接。接收天線的收發(fā)線圈即接收線圈與負載驅(qū)動電路的輸入端連接。

上述方案中，所述收發(fā)線圈和諧振線圈均由銅線繞制而成。

上述方案中，所述收發(fā)線圈為單匝線圈，諧振線圈的匝數(shù)大于收發(fā)線圈的匝數(shù)。