專利名稱:一種基于分形平面線圈的多頻諧振無線電能傳輸系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于分形平面線圈的多頻諧振無線電能傳輸系統(tǒng)，包括高頻功率變換器和與負(fù)載連接的輸出電壓調(diào)節(jié)模塊，所述高頻功率變換器與輸出電壓調(diào)節(jié)模塊之間連接無線電能傳輸模塊，所述無線電能傳輸模塊包括與高頻功率變換器連接的分形平面發(fā)射線圈及與分形平面發(fā)射線圈對(duì)應(yīng)設(shè)置的分形平面接收線圈，所述分形平面接收線圈連接輸出電壓調(diào)節(jié)模塊。分形平面線圈具有空間體積小、功率密度大和多諧振頻率的優(yōu)點(diǎn)；一個(gè)分形平面線圈具有多個(gè)諧振頻率，可以實(shí)現(xiàn)基波能量和高次諧波能量的無線傳輸，降低了對(duì)高頻逆變器的要求，并無需外加復(fù)雜的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)；本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)能量的高效傳輸，降低電磁輻射污染和電磁干擾問題。
【專利說明】-種基于分形平面線圈的多頻諧振無線電能傳輸系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及無線電能傳輸技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是一種基于分形平面線圈的 多頻諧振無線電能傳輸系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 無線電能傳輸技術(shù)發(fā)展至今已經(jīng)有100多年歷史，但直到最近S十年才得到了實(shí) 質(zhì)性的商業(yè)和工業(yè)的應(yīng)用。最近，麻省理工學(xué)院（MIT)的研究人員利用物理的共振原理成 功的在2m距離左右W 40%的效率點(diǎn)亮了一個(gè)60W的燈泡，該實(shí)驗(yàn)成為了無線電能傳輸技術(shù) 的一個(gè)新突破，實(shí)現(xiàn)了中等距離的全方位的無線電能傳輸，并掀起了全世界無線電能傳輸 研究的熱潮。
[0003] 但是，麻省理工學(xué)院研究人員在《Science》上發(fā)表文章的實(shí)驗(yàn)所用的線圈為空間 螺旋銅線圈，該種線圈存在很多缺點(diǎn)，例如體積龐大、難W制作、參數(shù)難W控制等，該就限制 了該種線圈的應(yīng)用。
[0004] 2014年，有學(xué)者在《I邸E電力電子會(huì)刊》上提出多頻感應(yīng)電能傳輸 (Multi-frequen巧inductive power transfer)的概念，其利用一種復(fù)雜的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn) 全橋諧振逆變器產(chǎn)生的基波和=次諧波能量的無線傳輸。該補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了基波和=次諧 波能量的同時(shí)放大，但是，該種多頻感應(yīng)電能傳輸技術(shù)的概念性大于其實(shí)用性，因?yàn)槠洳捎?了復(fù)雜的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，而補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)本身也存在損耗。因此，其多頻感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是 一個(gè)折中的方法，在某些方面性能的改善是W犧牲其他性能為代價(jià)的。
[0005] 分形天線是在分形幾何基礎(chǔ)發(fā)展起來的，因其具有空間填充性、強(qiáng)定向性和多頻 段的優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)在通信領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。由于分形天線是用來進(jìn)行通信的，因此其設(shè) 計(jì)與無線電能傳輸系統(tǒng)有很大差別。為了應(yīng)用分形天線的優(yōu)點(diǎn)于無線電能傳輸系統(tǒng)，有必 要對(duì)分形天線進(jìn)行改進(jìn)，從而使其適用于多頻諧振無線電能傳輸系統(tǒng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為解決上述問題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于分形平面線圈的多頻諧振 無線電能傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)能量的高效傳輸，并降低電磁福射污染和電磁干擾。
[0007] 本實(shí)用新型解決其問題所采用的技術(shù)方案是：
[000引一種基于分形平面線圈的多頻諧振無線電能傳輸系統(tǒng)，包括高頻功率變換器和與 負(fù)載連接的輸出電壓調(diào)節(jié)模塊，所述高頻功率變換器與輸出電壓調(diào)節(jié)模塊之間連接無線電 能傳輸模塊，所述無線電能傳輸模塊包括與高頻功率變換器連接的分形平面發(fā)射線圈及與 分形平面發(fā)射線圈對(duì)應(yīng)設(shè)置的分形平面接收線圈，所述分形平面接收線圈連接輸出電壓調(diào) 節(jié)模塊。
[0009] 進(jìn)一步，所述分形平面發(fā)射與接收線圈由印制電路板制作，且至少有兩個(gè)諧振頻 率點(diǎn)。
[0010] 進(jìn)一步，所述分形平面發(fā)射線圈與分形平面接收線圈為具有多頻特性的分形幾何 圖形，包括化化ed分形、Peano S分形、Moore分形和R空間填充曲線。
[0011] 進(jìn)一步，所述分形平面發(fā)射與接收線圈為HUbed分形平面線圈，其中，化化ert 分形曲線的獲取包括：
[0012] W 7為一個(gè)可填充正方平面的邊長，則對(duì)于分形迭代次數(shù)為n的HUbed分形，每 根線的長度巧J :
[0013] d = -^ ， 公式 1 ; 2-1
[0014] 對(duì)于一個(gè)迭代次數(shù)為n的HUbed分形曲線，短路的平行線部分總共有：
[0015] 巧=4*-1 ，公式 2;
[0016] 同樣，剩下的不形成平行線部分的總長度S為：
[0017] ￡ =任片，公式 3 ;
[0018] 則一個(gè)線徑為傷長度為端]平行傳輸線的特征阻抗為： 2若
[0019] Z^ = -l〇g-，公式4,其中，C為自由空間的本征阻抗; 冗 b
[0020] 則計(jì)算的平行傳輸線兩端的純感性的輸入阻抗為： 2
[0021] 纖，絲，公式 5 ; 知
[0022] 公式3所定義的長度為5的直線的自感為：
[0023]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于分形平面線圈的多頻諧振無線電能傳輸系統(tǒng)，包括高頻功率變換器和與負(fù) 載連接的輸出電壓調(diào)節(jié)模塊，其特征在于，所述高頻功率變換器與輸出電壓調(diào)節(jié)模塊之間 連接無線電能傳輸模塊，所述無線電能傳輸模塊包括與高頻功率變換器連接的分形平面發(fā) 射線圈及與分形平面發(fā)射線圈對(duì)應(yīng)設(shè)置的分形平面接收線圈，所述分形平面接收線圈連接 輸出電壓調(diào)節(jié)模塊。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多頻諧振無線電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述分形平面發(fā) 射與接收線圈由印制電路板制作，且至少有兩個(gè)諧振頻率點(diǎn)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多頻諧振無線電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述分形平面發(fā) 射線圈與分形平面接收線圈為具有多頻特性的分形幾何圖形，包括HUbed分形、化ano S 分形、Moore分形和R空間填充曲線。
【文檔編號(hào)】H02J17-00GK204290506SQ201420761595
【發(fā)明者】郭上華, 劉紅偉, 張波, 黃潤鴻, 肖文勛 [申請(qǐng)人]珠海許繼電氣有限公司, 華南理工大學(xué)