專利名稱：無線電能傳輸系統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，是當前國內外學術界和工業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、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，實現電子電器的自由供電，具有重要的應用預期和廣闊的發展前景。本實用新型——無線電能傳輸系統電磁能量耦合器，基于無線電能傳輸技術原理，遵從整體效率最大化以及優化設計的理念，設計出高效能量傳輸系統——高品質因數對稱式無干擾諧振結構，能夠充分發揮電磁耦合諧振系統的電氣特性，可實現向數米范圍內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，通過高品質因數的諧振器上電感與分布式電容發生諧振傳輸能量。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，傳輸距離超過數千米，可實現電能的遠程傳送。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。
發明內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化設計的理念引導下，對無線電能傳輸系統電磁能量耦合器進行整體設計，實現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根據輸出阻抗調節工作頻率使系統一直保持諧振狀態，然后由聯接的功率晶閘管(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過鍍銀防銹處理后實現，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、半徑及匝間距根據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、半徑及匝間距根據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，實現數米范圍內高效可靠穩定的電力供應。
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電磁能量耦合器做出詳細說明。如圖1所示，本發明的無線電能傳輸系統電磁能量耦合器，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過鍍銀防銹處理后實現。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，并根據源線圈S(5)的電感量產生高頻電磁能量。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)將根據電磁耦合諧振無線電能傳輸理論的規律，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電磁能量耦合器，在整體效率最大化以及優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進行整體設計，實現電能的高效可靠且遠距離的無線傳輸。在正常工作情況下，能夠實現數米范圍內的電能無線供給，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點。
權利要求1.無線電能傳輸系統電磁能量耦合器，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)根據輸出阻抗調節工作頻率使系統一直保持諧振狀態，然后由聯接的功率晶閘管(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電磁能量耦合器，屬于無線電能傳輸與轉換范疇，可以實現數米范圍內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，諧振電路產生交變磁場并通過高品質因數諧振器實現能量的無線傳遞，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)。本實用新型可為數米范圍內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 優先權日2012年10月24日
發明者張獻, 楊慶新, 李勁松, 金亮 申請人:天津工業大學