[發明專利]應用于城市列車充電的高溫超導大功率無線電能傳輸系統

在審

• 申請號: 201710256486.9
• 申請日: 2017-04-18
• 公開（公告）號: CN106992608A
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發明（設計）人: 李珂;陳超;劉全文;黃俊
• 申請（專利權）人: 四川帝威能源技術有限公司
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司11275
• 代理人: 趙榮之

技術領域

本發明屬于無線電傳輸技術領域，具體涉及應用于城市列車充電的高溫超導大功率無線電能傳輸系統。

背景技術

無線電能傳輸在很早的時候由Nikola Tesla提出，是一種通過非接觸的方式傳輸電能的方法。用此方法進行電能傳輸，可以消除傳統電能傳輸過程中輸電端和受電端有電氣連接所存在的缺陷，如插頭磨損，導線裸露，接觸電火花等，因此具有安全，環保，維護方便等特點。

因為非接觸式的優點，無線電能傳輸技術現在已經在廠礦，裝配車間，水下，井下以及各種易燃易爆環境中有了廣泛的應用。此外，在機器人驅動，電池充電，人體內置式電子裝置供電等領域，無線電能傳輸也有非常重要的作用。

由于系統自身電阻的存在和能量的控制比較困難，目前，無線輸電的傳輸效率普遍不高；另外，傳輸距離較短(諧振式約2米)，供電頻率高(諧振式10MHz)。這些缺陷阻礙了無線輸電技術的廣泛應用。

目前無線電能傳輸大體有三種形式：感應耦合無限電能傳輸，諧振耦合無限電能傳輸，微波輻射無線電能傳輸。感應耦合在三者中能傳輸較大的功率，但是傳輸距離較小，微波輻射的能量損耗較大，而且技術上有較多難點，應用也很少。諧振耦合方式利用諧振傳輸能量的原理，能實現較高效率的傳輸，而且傳輸距離不會限制得非常短。在此基礎上，提升諧振耦合的傳輸功率，能大大增強其的應用前景。對于城市列車來說，能夠用無線電能傳輸方式進行充電將會大大提高列車使用的便利性，因此此項技術具有重要意義。

然而以往的無線輸電系統無論是感應式的，還是諧振式的，其參與感應耦合和諧振耦合的線圈都是普通的銅線圈，由于銅線圈的電阻效應，當銅線圈上通過較大的電流時，銅線圈上將會產生較大的熱損耗，為了保證銅線圈的正常工作，銅線圈上傳輸的電流不能過大，因此這種無線電能傳輸系統無法滿足類似于城市列車這種大功率負載的需要。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種能有效提升傳輸的電流值，進而滿足大功率負載需求的應用于城市列車充電的高溫超導大功率無線電能傳輸系統。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

應用于城市列車充電的高溫超導大功率無線電能傳輸系統，包括高頻電源模塊、諧振耦合模塊和負載模塊，高頻電源模塊的輸出端與諧振耦合模塊的輸入端電連接，諧振耦合模塊的輸出端與負載模塊電連接；

諧振耦合模塊包括作為輸入端的諧振耦合發射線圈和作為輸出端的諧振耦合接收線圈，諧振耦合發射線圈安裝在列車軌道上，諧振耦合接收線圈安裝在列車上，所述諧振耦合發射線圈呈與列車軌道相適應的凹型結構，所述諧振耦合接收線圈呈方形的平面螺旋型結構，諧振耦合發射線圈和諧振耦合接收線圈均由高溫超導材料制成并分別放置在第一液氮裝置和第二液氮裝置內，第一液氮裝置呈與諧振耦合發射線圈形狀相適應的凹型結構，第二液氮裝置呈與諧振耦合接收線圈形狀相適應的方形結構。

本方案的工作原理是：在采用該系統進行無線電能傳輸時，高頻電源模塊將高頻電能輸入到諧振耦合發射線圈內，諧振耦合發射線圈內的電能再通過諧振耦合的方式傳輸到諧振耦合接收線圈內，諧振耦合接收線圈內的電能再將電能輸送到負載模塊。

在諧振耦合過程中，由于諧振耦合發射線圈和諧振耦合接收線圈均是由高溫超導材料制成，同時兩者均放置在各自獨立的液氮裝置內，則此時諧振耦合發射線圈和諧振耦合接收線圈均處于超導狀態，即諧振耦合發射線圈和諧振耦合接收線圈的電阻為0。

同時，由于諧振耦合發射線圈和諧振耦合接收線圈本身帶有電感，通過繞制的方式，使得諧振耦合發射線圈和諧振耦合接收線圈的匝間具有分布電容，通過電感和電容的共同作用，使得諧振耦合發射線圈和諧振耦合接收線圈在特定的頻率下具有諧振特性。

另外，將諧振耦合發射線圈和第一液氮裝置設置成凹型結構，該凹型結構與列車軌道的結構相適應，方便第一液氮裝置的安裝和使用。將諧振耦合接收線圈和第二液氮裝置設置成平面螺旋型結構，在滿足安裝的情況下減少占用空間。

本發明的有益效果在于：本系統通過使諧振耦合發射線圈和諧振耦合接收線圈工作在超導狀態，利用超導時，線圈的電阻幾乎為0的特性，一方面使得諧振耦合發射線圈和諧振耦合接收線圈上不會產生電流熱損耗，故本系統可以允許通過較大的電流，有效提升系統傳輸的電流值，另一方面也大大提高了系統的輸出功率和效率，進而滿足了類似于城市列車這種大功率負載的需求。