專利名稱：無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)電磁能量耦合器的制作方法
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)、電力電子技術(shù)、電力系統(tǒng)、控制技術(shù)、物理學(xué)、材料學(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——無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)電磁能量耦合器，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?！?br> 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)無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)電磁能量耦合器進(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)方案是無(wú)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(guān)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(diào)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(jìn)一步放大并加載到源線圈S(5)上，源線圈S(5)以感應(yīng)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(yīng)的方式將能量傳輸給負(fù)載線圈D(8)，最終由負(fù)載線圈D(8)向負(fù)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(shí)現(xiàn)，繞制成三匝螺旋結(jié)構(gòu)，每匝之間間距不超過3cm，負(fù)責(zé)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(jié)構(gòu)并與源線圈S (5)同軸向放置，螺旋結(jié)構(gòu)的匝數(shù)、半徑及匝間距根據(jù)具體的工作頻率確定，負(fù)責(zé)感應(yīng)位于源線圈S(5)上的高頻能量并建立無(wú)功近場(chǎng)。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(jié)構(gòu)并與諧振線圈Al (6)同軸向?qū)ΨQ放置，螺旋結(jié)構(gòu)的匝數(shù)、半徑及匝間距根據(jù)具體的工作頻率確定，負(fù)責(zé)從諧振線圈Al (6)建立的無(wú)功近場(chǎng)中吸取能量。所述的負(fù)載線圈D(S)由鍍銀低損耗多匝并繞特氟龍線圈構(gòu)成，并與諧振線圈A2(7)同軸同心放置，輸出兩端連接有負(fù)載(9)，其匝數(shù)決定于負(fù)載線圈工作的空間位置。本發(fā)明的無(wú)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(yīng)的方式傳送給諧振線圈AU6)，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(yīng)的方式傳送給負(fù)載線圈D (8)，從而使負(fù)載(9)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是源線圈S (5)的結(jié)構(gòu)圖；圖3是諧振線圈Al (6)與諧振線圈A2 (7)的結(jié)構(gòu)圖；圖4是負(fù)載線圈D (8)的結(jié)構(gòu)圖；圖5是無(wú)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(guān)；(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(fù)載線圈D(8) ； (9):負(fù)載。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)例和附圖對(duì)本發(fā)明的無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)電磁能量耦合器做出詳細(xì)說(shuō)明。如圖I所示，本發(fā)明的無(wú)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(guān)(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(fù)載線圈D (8)，負(fù)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(shí)現(xiàn)。當(dāng)功率放大器(I)開始工作時(shí)，通斷控制開關(guān)(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(jié)構(gòu)并與源線圈S(5)同軸向放置。當(dāng)源線圈S(5)正常工作時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)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(wú)功近場(chǎng)。與此同時(shí)，諧振線圈A2 (7)將根據(jù)電磁耦合諧振無(wú)線電能傳輸理論的規(guī)律，通過無(wú)功近場(chǎng)獲取電磁能量。如圖4所示，所述的負(fù)載線圈D(S)由鍍銀低損耗多匝并繞特氟龍線圈構(gòu)成，并與諧振線圈A2(7)同軸同心放置，輸出兩端連接有負(fù)載(9)。當(dāng)諧振線圈A2(7)獲得電磁能量時(shí)，負(fù)載線圈D(S)將根據(jù)電磁感應(yīng)的原理獲得電磁能量并傳遞給負(fù)載(9)，從而完成電磁能量的無(wú)線傳遞與轉(zhuǎn)換。如圖5所示，所述的無(wú)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(yīng)的形式傳遞給諧振線圈Al (6)并建立無(wú)功近場(chǎng)，諧振線圈A2(7)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(8)，從而使負(fù)載
(9)獲得電能供應(yīng)。整個(gè)過程中并沒有利用電磁輻射進(jìn)行電能傳輸，因此可以保證生物安全性。本發(fā)明的無(wú)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(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.無(wú)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(I)通過通斷控制開關(guān)(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(diào)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(jìn)一步放大并加載到源線圈S(5)上，源線圈S(5)以感應(yīng)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(yīng)的方式將能量傳輸給負(fù)載線圈D(S)，最終由負(fù)載線圈D(S)向負(fù)載(9)供電。
全文摘要
本發(fā)明是一種無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)電磁能量耦合器，屬于無(wú)線電能傳輸與轉(zhuǎn)換范疇，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)米范圍內(nèi)能量的高效傳輸與轉(zhuǎn)換，具有廣闊的市場(chǎng)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(chǎng)并通過高品質(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。主要包括有功率放大器(1)，通斷控制開關(guān)(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(fù)載線圈D(8)，負(fù)載(9)。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)H02J17/00GK102882291SQ20121041381
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)