專利名稱：無線電能傳輸系統(tǒng)電磁能量耦合器的制作方法
技術領域：
無線電能傳輸技術是目前電氣工程領域最活躍的熱點研究方向之一，是集基礎研究與應用研究為一體的前沿課題，是當前國內(nèi)外學術界和工業(yè)界探索的一個多學科強交叉的新的研究領域，涵蓋電磁場、電力電子技術、電力系統(tǒng)、控制技術、物理學、材料學、信息技術等諸多技術領域。采用無線供電方式能夠有效克服電線連接方式存在的各類缺陷，實現(xiàn)電子電器的自由供電，具有重要的應用預期和廣闊的發(fā)展前景。本實用新型——無線電能傳輸系統(tǒng)電磁能量耦合器，基于無線電能傳輸技術原理，遵從整體效率最大化以及優(yōu)化設計的理念，設計出高效能量傳輸系統(tǒng)——高品質因數(shù)對稱式無干擾諧振結構，能夠充分發(fā)揮電磁耦合諧振系統(tǒng)的電氣特性，可實現(xiàn)向數(shù)米范圍內(nèi)的負載高效可靠的提供電磁能量，可以廣泛應用于公共用電場合或各種存在安全隱患的用電環(huán)境。
背景技術：
無線電能傳輸技術大致可分為三種第一種為感應稱合式電能傳輸，它利用松率禹合變壓器原理進行傳能，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，通過高品質因數(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，在該技術中電能被轉換為微波形式，傳輸距離超過數(shù)千米，可實現(xiàn)電能的遠程傳送。其中電磁耦合諧振技術利用非輻射電磁場近場區(qū)域完成電能傳輸，一方面較之電磁感應式傳能，在傳輸距離上有了很大的擴展；另一方面相比電磁福射式傳能，近場區(qū)域能量具有非輻射的特點，該技術有較好的安全性，因此目前得到很大的關注和研究。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的技術問題是，在整體效率最大化及優(yōu)化設計的理念引導下，對無線電能傳輸系統(tǒng)電磁能量耦合器進行整體設計，實現(xiàn)電能的高效可靠且遠距離的無線傳輸。本實用新型所采用的技術方案是無線電能傳輸系統(tǒng)電磁能量耦合器，包括有功率放大器⑴通過通斷控制開關⑵向諧振跟蹤電路⑶供電，諧振跟蹤電路⑶根據(jù)輸出阻抗調節(jié)工作頻率使系統(tǒng)一直保持諧振狀態(tài)，然后由聯(lián)接的功率晶閘管(4)將能量進一步放大并加載到源線圈S(5)上，源線圈S(5)以感應的方式將能量傳輸給諧振線圈Al (6)，諧振線圈AU6)以諧振的方式將能量傳輸給諧振線圈A2(7)，諧振線圈A2(7)再一次以感應的方式將能量傳輸給負載線圈D(8)，最終由負載線圈D(8)向負載(9)供電。所述的源線圈S (5)通過具有一定厚度的單圈低損耗紫銅管表明經(jīng)過鍍銀防銹處理后實現(xiàn)，繞制成三匝螺旋結構，每匝之間間距不超過3cm，負責加載高頻電磁能量。所述的諧振線圈Al (6)由具有一定厚度的低損耗紫銅管繞制成螺旋結構并與源線圈S (5)同軸向放置，螺旋結構的匝數(shù)、半徑及匝間距根據(jù)具體的工作頻率確定，負責感應位于源線圈S(5)上的高頻能量并建立無功近場。所述的諧振線圈A2(7)由具有一定厚度的低損耗紫銅管繞制成螺旋結構并與諧振線圈Al (6)同軸向對稱放置，螺旋結構的匝數(shù)、半徑及匝間距根據(jù)具體的工作頻率確定，負責從諧振線圈Al (6)建立的無功近場中吸取能量。所述的負載線圈D(S)由鍍銀低損耗多匝并繞特氟龍線圈構成，并與諧振線圈A2(7)同軸同心放置，輸出兩端連接有負載(9)，其匝數(shù)決定于負載線圈工作的空間位置。本實用新型的無線電能傳輸系統(tǒng)電磁能量耦合器，通過源線圈S (5)加載高頻電磁功率并以感應的方式傳送給諧振線圈Al (6)，能量以電磁耦合諧振的方式傳送給諧振線圈A2 (7)，然后再通過感應的方式傳送給負載線圈D (8)，從而使負載(9)以無線的方式獲得電能，實現(xiàn)數(shù)米范圍內(nèi)高效可靠穩(wěn)定的電力供應。

圖1是本實用新型的整體結構圖；圖2是源線圈S (5)的結構圖；圖3是諧振線圈Al (6)與諧振線圈A2 (7)的結構圖；圖4是負載線圈D (8)的結構圖；圖5是無線電能傳輸系統(tǒng)電磁能量耦合器的工作原理圖。其中(I):功率放大器；(2):通斷控制開關；(3):諧振跟蹤電路；(4):功率晶閘管；
(5):源線圈；(6):諧振線圈Al ；(7):諧振線圈A2;(8):負載線圈D(8) ； (9):負載。
具體實施方式
下面結合實例和附圖對本實用新型的無線電能傳輸系統(tǒng)電磁能量耦合器做出詳細說明。如圖1所示，本發(fā)明的無線電能傳輸系統(tǒng)電磁能量耦合器，包括有功率放大器
(1)，通斷控制開關(2)，諧振跟蹤電路(3)，功率晶閘管(4)，源線圈S (5)，諧振線圈Al (6)，諧振線圈A2 (7)，負載線圈D (8)，負載(9)。如圖2所示，所述的源線圈S(5)通過具有一定厚度的單圈低損耗紫銅管表明經(jīng)過鍍銀防銹處理后實現(xiàn)。當功率放大器(I)開始工作時，通斷控制開關(2)、諧振跟蹤電路(3)與功率晶閘管(4)相配合，并根據(jù)源線圈S(5)的電感量產(chǎn)生高頻電磁能量。該能量將直接加載到源線圈S (5)上。如圖3所示，所述的諧振線圈Al (6)由具有一定厚度的低損耗紫銅管繞制成螺旋結構并與源線圈S(5)同軸向放置。當源線圈S(5)正常工作時，根據(jù)電磁感應的原理電磁能量通過源線圈S(5)加載至諧振線圈Al (6)上，并由諧振線圈Al (6)建立無功近場。與此同時，諧振線圈A2 (7)將根據(jù)電磁耦合諧振無線電能傳輸理論的規(guī)律，通過無功近場獲取電磁能量。如圖4所示，所述的負載線圈D(S)由鍍銀低損耗多匝并繞特氟龍線圈構成，并與諧振線圈A2(7)同軸同心放置，輸出兩端連接有負載(9)。當諧振線圈A2(7)獲得電磁能量時，負載線圈D(S)將根據(jù)電磁感應的原理獲得電磁能量并傳遞給負載(9)，從而完成電磁能量的無線傳遞與轉換。如圖5所示，所述的無線電能傳輸系統(tǒng)電磁能量耦合器首先將高頻電磁能量加載到源線圈S(5)上，能量以感應的形式傳遞給諧振線圈Al (6)并建立無功近場，諧振線圈A2(7)從該場中獲得電磁能量并再一次以感應的方式傳遞給負載線圈D(8)，從而使負載
(9)獲得電能供應。整個過程中并沒有利用電磁輻射進行電能傳輸，因此可以保證生物安全性。本實用新型的無線電能傳輸系統(tǒng)電磁能量耦合器，在整體效率最大化以及優(yōu)化設計的理念引導下，對電磁耦合諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)進行整體設計，實現(xiàn)電能的高效可靠且遠距離的無線傳輸。在正常工作情況下，能夠實現(xiàn)數(shù)米范圍內(nèi)的電能無線供給，可以廣泛應用于公共用電場合或各種存在安全隱患的用電環(huán)境，具有高效安全可靠、成本與維護費用低、操作簡便與智能可控等優(yōu)點。
權利要求1.無線電能傳輸系統(tǒng)電磁能量耦合器，其特征在于包括有功率放大器(1)通過通斷控制開關(2)向諧振跟蹤電路(3)供電，諧振跟蹤電路(3)根據(jù)輸出阻抗調節(jié)工作頻率使系統(tǒng)一直保持諧振狀態(tài)，然后由聯(lián)接的功率晶閘管(4)將能量進一步放大并加載到源線圈S(5)上，源線圈S(5)以感應的方式將能量傳輸給諧振線圈Al (6)，諧振線圈Al (6)以諧振的方式將能量傳輸給諧振線圈A2(7)，諧振線圈A2(7)再一次以感應的方式將能量傳輸給負載線圈D(S)，最終由負載線圈D(S)向負載(9)供電。
專利摘要本實用新型是一種無線電能傳輸系統(tǒng)電磁能量耦合器，屬于無線電能傳輸與轉換范疇，可以實現(xiàn)數(shù)米范圍內(nèi)能量的高效傳輸與轉換，具有廣闊的市場前景。該裝置是一種利用大功率電源向諧振電路提供電功率，諧振電路產(chǎn)生交變磁場并通過高品質因數(shù)諧振器實現(xiàn)能量的無線傳遞，從而使電能可以方便的利用。主要包括有功率放大器(1)，通斷控制開關(2)，諧振跟蹤電路(3)，功率晶閘管(4)，源線圈S(5)，諧振線圈A1(6)，諧振線圈A2(7)，負載線圈D(8)，負載(9)。本實用新型可為數(shù)米范圍內(nèi)的負載高效的提供電功率，具有高效安全可靠、成本與維護費用低、操作簡便與智能可控等優(yōu)點。
文檔編號H02J17/00GK202918067SQ20122055288
公開日2013年5月1日 申請日期2012年10月24日 優(yōu)先權日2012年10月24日
發(fā)明者張獻, 楊慶新, 李勁松, 金亮 申請人:天津工業(yè)大學