[發(fā)明專利]一種激光接收并轉(zhuǎn)換成電能輸出的裝置與方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811214463.2
• 申請日: 2018-10-18
• 公開（公告）號: CN109347216B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 白磊;王成鳳;陳建明;郟一方;郭香靜;趙明明;王為術(shù);陳嘉琦;袁瑞;朱莎莎;時銘慧;張盼盼
• 申請（專利權(quán)）人: 華北水利水電大學(xué)
• 主分類號: H02J50/30
• 分類號: H02J50/30;H02J50/90
• 代理公司: 鄭州聯(lián)科專利事務(wù)所(普通合伙) 41104
• 代理人: 劉建芳

本發(fā)明公開了一種激光接收并轉(zhuǎn)換成電能輸出的裝置與方法，包括光學(xué)組件、光電轉(zhuǎn)換組件和測控組件，其中測控組件包括測量組件和控制組件，測控組件可控制承載平臺以調(diào)整姿態(tài)，測控組件和光學(xué)組件設(shè)置在一個三通型外殼內(nèi)。本發(fā)明采用空腔球體構(gòu)建激光多重反射條件，在球形腔體內(nèi)表面按照一定規(guī)則鑲嵌2N塊特殊形狀的光伏電池片，利用球形腔體多重反射效果最大限度將所接收的激光能量轉(zhuǎn)換成電能，能實(shí)現(xiàn)對激光的持續(xù)、穩(wěn)定的接收與高效轉(zhuǎn)換，并具備激光束自動對準(zhǔn)、跟蹤功能，整個裝置外形設(shè)計成插片式散熱器結(jié)構(gòu)便于散熱，且整體采取防水密封設(shè)計，使之特別適用于飛行器吊倉攜帶利氣流散熱、艦船潛水拖帶利用水流散熱等應(yīng)用場合。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線能量傳輸技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種激光接收并轉(zhuǎn)換成電能輸出的裝置與方法。

背景技術(shù)

目前，無線充電技術(shù)源于無線電能傳輸技術(shù)，可分為小功率無線充電和大功率無線充電兩種方式。小功率無線充電常采用電磁感應(yīng)式，如對手機(jī)充電的Qi方式。大功率無線充電常采用諧振式（大部分電動汽車充電采用此方式），由供電設(shè)備（充電器）將能量傳送至用電的裝置，該裝置使接收到的能量對電池充電，并同時供其本身運(yùn)作之用。由于充電器與用電裝置之間以磁場傳送能量，兩者之間不用電線連接，因此充電器及用電的裝置都可以做到無導(dǎo)電接點(diǎn)外露。常用的無線充電技術(shù)有三種，其一是電磁感應(yīng)式，初級線圈一定頻率的交流電，通過電磁感應(yīng)在次級線圈中產(chǎn)生一定的電流，從而將能量從傳輸端轉(zhuǎn)移到接收端；其二是磁場共振，由能量發(fā)送裝置，和能量接收裝置組成，當(dāng)兩個裝置調(diào)整到相同頻率，或者說在一個特定的頻率上共振，它們就可以交換彼此的能量，是目前正在研究的一種技術(shù)；其三是無線電波式，這是發(fā)展較為成熟的技術(shù)，類似于早期使用的礦石收音機(jī)，主要有微波發(fā)射裝置和微波接收裝置組成，可以捕捉到從墻壁彈回的無線電波能量，在隨負(fù)載作出調(diào)整的同時保持穩(wěn)定的直流電壓。

目前更為新穎的一種技術(shù)方案是激光充電技術(shù)，利用激光能量密度高、定向性好、便于對準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn)，在接收端利用接收裝置將其接收并轉(zhuǎn)換成電能對儲能裝置進(jìn)行充電，國際上對此項技術(shù)進(jìn)行了初步的探索、研究，已經(jīng)取得了階段性的成果。目前，激光無線充電的主要難點(diǎn)之一是，接收裝置的光-電轉(zhuǎn)換效率太低、轉(zhuǎn)換元件工作溫升過高進(jìn)一步劣化轉(zhuǎn)換效能、設(shè)備體積龐大不便安裝等，最主要的是設(shè)備不足于對蓄電池進(jìn)行有實(shí)用價值的充電。因此，迫切需要一種光-電轉(zhuǎn)換效率高、結(jié)構(gòu)簡單、輕便易攜帶的激光接收并轉(zhuǎn)換成電能的裝置，使激光充電技術(shù)真正應(yīng)用于工程實(shí)踐。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種激光接收并轉(zhuǎn)換成電能輸出的裝置與方法，能夠利用激光能量密度高、定向性好、便于對準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn)，將接收到的激光進(jìn)行擴(kuò)束處理后照射于球體內(nèi)腔，球體內(nèi)腔表面按照一定規(guī)則敷設(shè)有大量、規(guī)則分布的光伏電池片，將進(jìn)入球體內(nèi)的光束能量最大限度的轉(zhuǎn)換成電能輸出，為儲能裝置進(jìn)行充電，實(shí)現(xiàn)激光、無線、遠(yuǎn)距離充電的目的，同時裝置具有自動對準(zhǔn)、光束跟蹤、姿態(tài)矯正的功能。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種激光接收并轉(zhuǎn)換成電能輸出的裝置，包括用于對激光光束進(jìn)行充電光束和測量光束分離的光學(xué)組件、對充電光束進(jìn)行電能轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換組件和對測量光束進(jìn)行自動測量、對準(zhǔn)跟蹤的測控組件，其中測控組件包括測量組件和控制組件，測控組件可控制承載平臺以調(diào)整姿態(tài)，測控組件和光學(xué)組件設(shè)置在一個三通型外殼內(nèi)；

所述三通型外殼的一端為激光入射端，與此端平行的另一端為出射光口端，與激光入射方向垂直設(shè)置的另一端為檢測端，各端均采用密封結(jié)構(gòu)；其中出射光口端與光電轉(zhuǎn)換組件的入光口連通，測控組件設(shè)置在檢測端；

所述的光電轉(zhuǎn)換組件包括有球形腔體和設(shè)置在球形腔內(nèi)的遮光反射板和球形腔體內(nèi)壁上的多個光伏電池片，所述的球形腔體由上、下兩部分的對稱結(jié)構(gòu)蓋合而成，所述的上、下兩部對稱結(jié)構(gòu)通過緊固件固定連接；所述上、下兩部對稱結(jié)構(gòu)結(jié)合處分別設(shè)置有一個半圓口，由兩個半圓口構(gòu)成一個圓形缺口作為光電轉(zhuǎn)換組件的入光口，所述的遮光反射板的中心與球形腔體的球心重合，所述的光伏電池片相互拼接，無縫覆蓋球形腔體的內(nèi)壁；