[實(shí)用新型]一種利用鐵磁諧振實(shí)現(xiàn)無(wú)線電能傳輸?shù)南到y(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201320382886.1
• 申請(qǐng)日: 2013-06-28
• 公開（公告）號(hào): CN203522342U
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張波;謝帆
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J17/00
• 分類號(hào): H02J17/00
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 蔡茂略

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于無(wú)線電能傳輸或非接觸電能傳輸應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及一種利用鐵磁諧振實(shí)現(xiàn)無(wú)線電能傳輸?shù)南到y(tǒng)。?

背景技術(shù)

無(wú)線電能傳輸技術(shù)能夠克服有線輸電方式存在的諸多不足，如需要電線連接、電線接頭容易產(chǎn)生接觸火花、設(shè)備移動(dòng)靈活性差、環(huán)境不美觀等，因此該技術(shù)在電力、家用電子產(chǎn)品、軍事、航空航天、城市電氣化交通、工業(yè)機(jī)器人、工礦企業(yè)吊裝設(shè)備和運(yùn)輸設(shè)備、水下作業(yè)、高層建筑升降式電梯等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值和廣泛的應(yīng)用前景。?

目前諧振耦合無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)必須利用高頻功率源供電，大部分要求MHz以上的射頻電源，成本高、功率小，且要求功率源與發(fā)射線圈和接收線圈三者始終具有相同的工作頻率或固有頻率。為此，諧振耦合無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)存在以下難以克服的問(wèn)題：1、需要高頻開關(guān)電源，電源中需要電力電子開關(guān)器件或功率放大器件，從而引入開關(guān)損耗降低傳輸效率；2、環(huán)境、負(fù)載變化時(shí)，功率源、發(fā)射線圈和接收線圈工作頻率或固有頻率會(huì)發(fā)生不同程度的偏移，出現(xiàn)失諧現(xiàn)象，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高效無(wú)線電能傳輸；3、諧振頻率較高，可能會(huì)引起對(duì)周圍通信設(shè)備的干擾；4、諧振頻率與傳輸功率、效率、耦合系數(shù)關(guān)系復(fù)雜，難以準(zhǔn)確控制；5、諧振頻率取決于線圈電感和雜散電容，線圈電感和雜散電容與線圈形狀、材料密切相關(guān)，計(jì)算和測(cè)量困難。?

為此，如何克服上述困難，提出一種新的無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)具有重要意義。?

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種利用鐵磁諧振實(shí)現(xiàn)無(wú)線電能傳輸?shù)南到y(tǒng)，該系統(tǒng)具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、成本低、功率大、效率高、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。?

本實(shí)用新型的目的通過(guò)以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種利用鐵磁諧振實(shí)現(xiàn)無(wú)線?電能傳輸?shù)南到y(tǒng)，包括發(fā)射端工頻交流電源、發(fā)射端鐵磁諧振器原邊線圈、發(fā)射端諧振電容、接收端鐵磁諧振器副邊線圈、接收端諧振電容和接收端負(fù)載，發(fā)射端鐵磁諧振器原邊線圈和接收端鐵磁諧振器副邊線圈耦合連接。?

優(yōu)選的，所述發(fā)射端工頻交流電源為220V、50Hz的工頻單相交流電源。從而可以直接用市電作為此系統(tǒng)的電源，減少了高頻電源作為輸入電源的成本，提高了傳輸效率。?

優(yōu)選的，所述鐵磁繞組發(fā)射端和鐵磁繞組接收端都由銅線繞鐵磁組成，電感值以能與其他元件產(chǎn)生鐵磁共振或混沌振蕩為準(zhǔn)。?

上述系統(tǒng)的工作原理是：發(fā)射端電路與接收端電路均利用鐵磁材料磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁通密度的非線性關(guān)系產(chǎn)生鐵磁共振或混沌振蕩，并通過(guò)發(fā)射端鐵磁諧振器原邊線圈和接收端鐵磁諧振器副邊線圈之間的磁耦合實(shí)現(xiàn)諧振同步，從而使諧振能夠在全頻域內(nèi)實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)耦合無(wú)線電能傳輸。本實(shí)用新型發(fā)射端和接收端自激共振或混沌振蕩的一致性，從原理上摒除對(duì)通信設(shè)備的干擾，以達(dá)到高效、高功率和遠(yuǎn)距離無(wú)線傳輸電能的目的。?

具體的，設(shè)E為單相交流電源，C₁和C₂分別為發(fā)射端和接收端的諧振電容，L₁和L₂分別為發(fā)射端和接收端的鐵磁諧振繞組線圈，r₁和r₂分別為鐵磁繞組L₁和L₂鐵芯損耗的等值電阻，設(shè)原邊磁鏈為ψ₁，電流為i₁，副邊磁鏈為ψ₂，電流為i₂，鐵磁材料磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁通密度的非線性關(guān)系，折算到電流與磁鏈的關(guān)系為：?