專利名稱：新型電磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
無(wú)線電能傳輸技術(shù)是目前電氣工程領(lǐng)域最活躍的熱點(diǎn)研究方向之一，是集基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究為一體的前沿課題，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工業(yè)界探索的一個(gè)多學(xué)科強(qiáng)交叉的新的研究領(lǐng)域，涵蓋電磁場(chǎng)、電力系統(tǒng)、電力電子技術(shù)、控制技術(shù)、材料學(xué)、物理學(xué)、信息技術(shù)等諸多技術(shù)領(lǐng)域。采用無(wú)線供電方式能夠有效克服電線連接方式存在的各類缺陷，實(shí)現(xiàn)電子電器的自由供電，具有重要的應(yīng)用預(yù)期和廣闊的發(fā)展前景。本發(fā)明——新型電磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)，基于無(wú)線電能傳輸技術(shù)原理，遵從整體效率最大化以及優(yōu)化設(shè)計(jì)的理念，設(shè)計(jì)出高效能量傳輸系統(tǒng)——高品質(zhì)因數(shù)對(duì)稱式無(wú)干擾諧振結(jié)構(gòu)，能夠充分發(fā)揮電磁耦合諧振系統(tǒng)的電氣特性，可實(shí)現(xiàn)向數(shù)米范圍內(nèi)的負(fù)載高效可靠的提供電磁能量，可以廣泛應(yīng)用于公共用電場(chǎng)合或各種存在安全隱患的用電環(huán)境。
背景技術(shù)：
無(wú)線電能傳輸技術(shù)大致可分為三種第一種為感應(yīng)稱合式電能傳輸，它利用松率禹合變壓器原理進(jìn)行傳能，發(fā)射端與接收端一般存在降低回路磁阻的鐵心裝置。第二種為電磁耦合諧振式電能傳輸，通過(guò)高品質(zhì)因數(shù)的諧振器上電感與分布式電容發(fā)生諧振傳輸能量。第三種為電磁福射式電能傳輸，在該技術(shù)中電能被轉(zhuǎn)換為微波形式，傳輸距離超過(guò)數(shù)千 米，可實(shí)現(xiàn)電能的遠(yuǎn)程傳送。其中電磁耦合諧振技術(shù)利用非輻射電磁場(chǎng)近場(chǎng)區(qū)域完成電能傳輸，一方面較之電磁感應(yīng)式傳能，在傳輸距離上有了很大的擴(kuò)展；另一方面相比電磁福射式傳能，近場(chǎng)區(qū)域能量具有非輻射的特點(diǎn)，該技術(shù)有較好的安全性，因此目前得到很大的關(guān)注和研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，在整體效率最大化以及優(yōu)化設(shè)計(jì)的理念引導(dǎo)下，對(duì)電磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電能的高效可靠且遠(yuǎn)距離的無(wú)線傳輸。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是新型電磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)，包括有直流電源⑴通過(guò)限壓保護(hù)⑵及選頻網(wǎng)絡(luò)⑶后加載到升壓線圈⑷上，反饋調(diào)節(jié)(5)控制反饋量的大小并通過(guò)放大環(huán)節(jié)(6)輸入到選頻網(wǎng)絡(luò)(3)，源線圈S (7)從升壓線圈(4)上獲得能量后，通過(guò)磁場(chǎng)作用依次經(jīng)過(guò)諧振線圈Al (8)、諧振線圈A2 (9)、負(fù)載線圈D(IO)后，向負(fù)載(11)提供能量。所述的選頻網(wǎng)絡(luò)(3)由粗調(diào)選頻和微調(diào)選頻兩部分構(gòu)成。其中粗調(diào)選頻部分為一組單端相聯(lián)的固定容值的空氣電容，微調(diào)選頻部分為一空氣可變電容。將二者串聯(lián)后通過(guò)檔位選擇系統(tǒng)容值可最終決定系統(tǒng)的工作頻率。所述的升壓線圈(4)通過(guò)具有一定橫截面積的低損耗利茲線按照選定的匝數(shù)繞制而成，包括初級(jí)低壓側(cè)與次級(jí)高壓側(cè)兩部分。初級(jí)低壓側(cè)采用匝數(shù)較少且橫截面及較大的利茲線繞制，而次級(jí)高壓側(cè)采用匝數(shù)較多且橫截面及較小的利茲線繞制，從而可以通過(guò)電磁感應(yīng)的原理將低壓大電流轉(zhuǎn)功率轉(zhuǎn)換為高壓小電流功率。所述的諧振線圈Al⑶由低損耗紫銅管繞制成螺旋結(jié)構(gòu)并與源線圈S (7)同軸向放置，螺旋結(jié)構(gòu)的匝數(shù)、半徑根據(jù)具體的工作頻率確定，螺旋結(jié)構(gòu)中匝間距保留3-5cm間距，負(fù)責(zé)感應(yīng)位于源線圈S (7)上的高頻能量并建立無(wú)功近場(chǎng)。所述的諧振線圈A2(9)由低損耗紫銅管繞制成螺旋結(jié)構(gòu)并與諧振線圈Al (8)同軸向?qū)ΨQ放置，螺旋結(jié)構(gòu)的匝數(shù)、半徑根據(jù)具體的工作頻率確定，螺旋結(jié)構(gòu)中匝間距保留3-5cm間距，表面經(jīng)過(guò)鍍銀處理，負(fù)責(zé)從諧振線圈Al (8)建立的無(wú)功近場(chǎng)中吸取能量。所述的負(fù)載線圈D(IO)由鍍銀低損耗多匝并繞特氟龍線繞制而成，每匝之間保持相互絕緣并與諧振線圈A2 (9)同軸同心放置，輸出兩端連接有負(fù)載(11)，其匝數(shù)決定于負(fù) 載線圈工作的空間位置。本發(fā)明的電磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)，通過(guò)源線圈S (7)加載高頻電磁功率并以感應(yīng)的方式傳送給諧振線圈Al (8)，能量以電磁耦合諧振的方式傳送給諧振線圈A2 (9)，然后再通過(guò)感應(yīng)的方式傳送給負(fù)載線圈D(IO)，從而使負(fù)載(11)以無(wú)線的方式獲得電能，實(shí)現(xiàn)數(shù)米范圍內(nèi)高效可靠穩(wěn)定的電力供應(yīng)。


圖I是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)圖；圖2是選頻網(wǎng)絡(luò)⑶的結(jié)構(gòu)圖；圖3是升壓線圈⑷的結(jié)構(gòu)圖；圖4是源線圈S(7)、諧振線圈Al(6)、諧振線圈A2(7)與負(fù)載線圈D(IO)的結(jié)構(gòu)圖；圖5是新型電磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的工作原理圖。其中(I):直流電源；(2):限壓保護(hù)；(3):選頻網(wǎng)絡(luò)；(4):升壓線圈；(5):反饋調(diào)節(jié);(6):放大環(huán)節(jié)；(7):源線圈S;⑶諧振線圈Al ； (9):諧振線圈A2;(10):負(fù)載線圈D;
(11):負(fù)載。C1 :粗調(diào)固定電各；LS :源線圈電感；MS1 :反饋電各；M12 :交流芳路電各；M2D :反饋電容凡負(fù)載電阻；VS :等效電壓
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)例和附圖對(duì)本發(fā)明的新型電磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)做出詳細(xì)說(shuō)明。如圖I所示，本發(fā)明的電磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)，包括有直流電源(I)，限壓保護(hù)(2)，選頻網(wǎng)絡(luò)(3)，升壓線圈(4)，反饋調(diào)節(jié)(5)，放大環(huán)節(jié)(6)，源線圈S (7)，諧振線圈Al⑶，諧振線圈A2 (9)，負(fù)載線圈D(IO)，負(fù)載(11)。如圖2所示，所述的選頻網(wǎng)絡(luò)(3)由粗調(diào)選頻和微調(diào)選頻兩部分構(gòu)成。當(dāng)放大環(huán)節(jié)(6)、源線圈S(7)與反饋調(diào)節(jié)(5)構(gòu)成的自激振蕩系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)振蕩功率輸出時(shí)，先變換粗調(diào)固定電容C1的檔位，然后調(diào)節(jié)微調(diào)可變電容C2的容值，使系統(tǒng)剛工作頻率最終達(dá)到預(yù)定值。
如圖3所示，所述的升壓線圈(4)通過(guò)具有一定橫截面積的低損耗利茲線繞制而成，包括初級(jí)低壓側(cè)與次級(jí)高壓側(cè)兩部分。在放大環(huán)節(jié)(6)正常工作并成功建立起高頻振蕩工作模式并調(diào)節(jié)至預(yù)定工作頻率時(shí)，高頻電磁功率將加載到升壓線圈(4)的初級(jí)側(cè)。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，初級(jí)低壓側(cè)的低壓大電流轉(zhuǎn)功率將轉(zhuǎn)換為高壓小電流功率并加載到次級(jí)高壓側(cè)。如圖4所示，所述的源線圈S (7)、諧振線圈Al⑶、諧振線圈A2 (9)與負(fù)載線圈D(IO)同軸放置。首先源線圈S(7)吸收的電磁功率通過(guò)電磁感應(yīng)加載至諧振線圈Al (8)，然后以電磁耦合諧振的方式加載至諧振線圈A2(9)，隨后再以電磁感應(yīng)的方式加載至負(fù)載線圈D(IO)，最終實(shí)現(xiàn)向負(fù)載(11)供電。如圖5所示，所述的新型電磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)首先將高頻電磁能量 加載到源線圈S(7)上，能量以感應(yīng)的形式傳遞給諧振線圈Al (8)并建立無(wú)功近場(chǎng)，諧振線圈A2(9)從該場(chǎng)中獲得電磁能量并再一次以感應(yīng)的方式傳遞給負(fù)載線圈D(IO)，從而使負(fù)載(11)獲得電能供應(yīng)。整個(gè)過(guò)程中并沒(méi)有利用電磁輻射進(jìn)行電能傳輸，因此可以保證生物安全性。本發(fā)明的新型電磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)，在整體效率最大化以及優(yōu)化設(shè)計(jì)的理念引導(dǎo)下，對(duì)電磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電能的高效可靠且遠(yuǎn)距離的無(wú)線傳輸。在正常工作情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)米范圍內(nèi)的電能無(wú)線供給，可以廣泛應(yīng)用于公共用電場(chǎng)合或各種存在安全隱患的用電環(huán)境，具有高效安全可靠、成本與維護(hù)費(fèi)用低、操作簡(jiǎn)便與智能可控等優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.新型電磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于包括有直流電源(I)通過(guò)限壓保護(hù)(2)及選頻網(wǎng)絡(luò)(3)后加載到升壓線圈(4)上，反饋調(diào)節(jié)(5)控制反饋量的大小并通過(guò)放大環(huán)節(jié)(6)輸入到選頻網(wǎng)絡(luò)(3)，源線圈S (7)從升壓線圈⑷上獲得能量后，通過(guò)磁場(chǎng)作用依次經(jīng)過(guò)諧振線圈Al (8)、諧振線圈A2(9)、負(fù)載線圈D(IO)后，向負(fù)載(11)提供能量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型電磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)，其特征還在于，所述的升壓線圈(4)通過(guò)具有一定橫截面積的低損耗利茲線按照選定的匝數(shù)繞制而成，包括初級(jí)低壓側(cè)與次級(jí)高壓側(cè)兩部分；初級(jí)低壓側(cè)采用匝數(shù)較少且橫截面及較大的利茲線繞制，而次級(jí)高壓側(cè)采用匝數(shù)較多且橫截面及較小的利茲線繞制。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型電磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)，其特征還在于，所述的諧振線圈Al(S)由低損耗紫銅管繞制成螺旋結(jié)構(gòu)并與源線圈S (7)同軸向放置，螺旋結(jié)構(gòu)的匝數(shù)、半徑根據(jù)具體的工作頻率確定，螺旋結(jié)構(gòu)中匝間距保留3-5cm間距。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型電磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)，其特征還在于，所述的諧振線圈A2 (9)由低損耗紫銅管繞制成螺旋結(jié)構(gòu)并與諧振線圈Al (8)同軸向?qū)ΨQ放置，螺旋結(jié)構(gòu)中匝間距保留3-5cm間距，表面經(jīng)過(guò)鍍銀處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型電磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)，其特征還在于，所述的負(fù)載線圈D(IO)由鍍銀低損耗多匝并繞特氟龍線繞制而成，每匝之間保持相互絕緣并與諧振線圈A2(9)同軸同心放置，輸出兩端連接有負(fù)載(11)。
全文摘要
本發(fā)明是一種新型電磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)，屬于無(wú)線電能傳輸與轉(zhuǎn)換范疇，利用電磁耦合諧振技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)米范圍內(nèi)能量的高效傳輸與轉(zhuǎn)換，具有廣闊市場(chǎng)前景。該裝置采用大功率電源實(shí)現(xiàn)自激振蕩并向諧振電路供電，諧振電路產(chǎn)生交變磁場(chǎng)并通過(guò)高品質(zhì)因數(shù)諧振器實(shí)現(xiàn)能量的無(wú)線傳遞，從而使電能可以方便的利用。主要包括有直流電源(1)，限壓保護(hù)(2)，選頻網(wǎng)絡(luò)(3)，升壓線圈(4)，反饋調(diào)節(jié)(5)，放大環(huán)節(jié)(6)，源線圈S(7)，諧振線圈A1(8)，諧振線圈A2(9)，負(fù)載線圈D(10)，負(fù)載(11)。本發(fā)明可為數(shù)米范圍內(nèi)的負(fù)載高效的提供電功率，具有高效安全可靠、成本與維護(hù)費(fèi)用低、操作簡(jiǎn)便與智能可控等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02J17/00GK102882290SQ20121041370
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月24日
發(fā)明者張獻(xiàn), 楊慶新, 李勁松, 金亮 申請(qǐng)人:天津工業(yè)大學(xué)