基于磁共振無線電能傳輸的重復頻率脈沖功率裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于無線電能傳輸和高壓脈沖功率源技術領域，具體涉及大功率的重復頻率高壓脈沖功率源。
技術背景
[0002]脈沖功率技術與高功率脈沖電源，最初產生于本世紀30年代，并在60年代以來迅速發展，逐漸形成一門獨立學科的新興技術領域。脈沖功率技術又稱高功率脈沖技術，它是一個研宄在較長的時間里把能量存儲起來，然后經過快速壓縮、轉換，最后在極短的時間以極高的功率密度向負載釋放的電物理技術，實質上是輸出功率對輸入功率的放大。
[0003]為提高脈沖功率源的利用效率，采用重復頻率技術。現有的固態脈沖功率技術使用的是全固態器件，省去了高壓脈沖變壓器，使得整個系統體積小、重量輕、重復頻率高、效率高，可長期穩定運行。但全固態器件的使用，也使得高壓脈沖的高能供電技術及高壓隔離技術變得困難，特別在重復頻率高壓脈沖功率源領域，高頻率就必須要有高能量輸入，高壓就必須與輸入端隔離，這就使得直流側高壓供電及隔離變得極為困難。
[0004]采用無線電能傳輸技術可以對直流側大功率隔離供電，同時又可以滿足足夠的能量，也可以達到高壓隔離的效果。
[0005]目前市場上應用的無線充電裝置都是電磁感應式充電器，其充電原理是通過短距離高耦合系數來提高電能傳輸效率，在中等以上距離電能傳輸效率較低。在高壓脈沖功率源領域，需要中等以上距離進行高壓隔離，而基于電磁共振原理的無線電能傳輸系統在中等距離上為低耦合系數下具有較高的無線電能傳輸效率。
[0006]若該技術能成功應用于重復頻率高壓脈沖功率源，即可以實現大功率能量傳輸，又有在中等傳輸距離上有較高的傳輸效率，則可實現重復頻率高壓脈沖功率源的高壓隔離供電和大功率輸出能量。
[0007]因此，利用磁共振無線電能傳輸技術在中等距離有較高的傳輸效率，較大的傳輸功率和高壓隔離的優勢，本發明旨在提出一個采用基于磁共振無線電能傳輸的重復頻率脈沖功率裝置。
【發明內容】
[0008]本發明的目的在于提供一種基于磁共振無線電能傳輸的重復頻率脈沖功率裝置。
[0009]本發明提供的基于磁共振無線電能傳輸的重復頻率脈沖功率裝置，包括:輸入高頻高功率電源，磁共振發射系統，磁共振接收系統，整流電容器，固態MAX脈沖功率單元，負載；磁共振發射系統包括電源線圈和磁共振發射線圈，磁共振接收系統包括磁共振接收線圈和負載線圈；其中:磁共振接收系統與整流電容器連接，整流電容器再與固態MAX脈沖功率單元連接，組成磁共振接收系統的MAX脈沖功率源模塊；這樣的模塊有多個，相互串聯；輸入高頻高功率電源與磁共振發射系統相連接；多個磁共振接收系統的MAX脈沖功率源模塊串聯后與負載相連接。具體參見圖1所示。
[0010]如上所述的基于磁共振無線電能傳輸的重復頻率脈沖功率裝置，其中，磁共振發射系統與磁共振接收系統空間上有中等距離并通過電磁波形式傳遞能量。多個固態MAX脈沖功率單元串聯形成高壓作用于負載。
[0011]如上所述的基于磁共振無線電能傳輸的重復頻率脈沖功率裝置，其中，磁共振發射系統與磁共振接收系統在空間有一定的距離，維持每一個固態MAX脈沖功率單元的電壓隔離。
[0012]本發明的基于磁共振無線電能傳輸的重復頻率脈沖功率裝置的工作原理如下:
輸入高頻高功率電源輸入到磁共振發射系統的電源線圈上，電源線圈通過磁感應耦合到磁共振發射線圈；
每一個磁共振接收線圈通過磁共振耦合磁共振發射線圈的電磁波能量，然后通過負載線圈磁感應耦合磁共振接收線圈上的電磁波，從而完成能量傳輸；
接收到的負載線圈上的電磁能量通過整流電路作用在整流電容器上直接給每一個固態MAX脈沖功率單元供電；
固態MAX脈沖功率單元串聯輸出給負載一個很高的電壓。
[0013]本發明的有益效果是:
1.通過高頻磁共振線圈能無線傳輸較高功率電能。
[0014]2.磁共振線圈能無線傳輸不僅傳輸電能也磁隔離每一級固態MAX脈沖功率單元，達到高壓隔離效果。
[0015]3.可以提高脈沖功率源的電壓以及重復頻率。
[0016]4.無需磁芯，降低了重量，節省了成本。
[0017]5.通過多個中間及磁共振線圈，可以提高傳輸距離，為中等距離無線電能傳輸提尚便利。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發明基于磁共振無線電能傳輸的重復頻率脈沖功率裝置結構示意圖。
[0019]圖2是本發明磁共振發射系統結構示意圖。
[0020]圖3是本發明磁共振接收系統結構示意圖。
[0021]圖中標號:1為高頻高功率電源，2為磁共振發射系統，3為第一個磁共振接收系統的MAX脈沖功率源模塊，4為磁共振接收系統，5為整流電容器，6為固態MAX脈沖功率單元；7為第二個磁共振接收系統的MAX脈沖功率源模塊，8為第η個磁共振接收系統的MAX脈沖功率源模塊，9為負載。
【具體實施方式】
[0022]為了使本發明技術實現的措施、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本發明。
[0023]圖1是本發明基于磁共振無線電能傳輸的重復頻率脈沖功率裝置結構示意圖。本發明提供了基于磁共振無線電能傳輸的重復頻率脈沖功率裝置，包括高頻高功率電源1、磁共振發射系統2、模塊化磁共振接收系統的MAX脈沖功率源3、第二個模塊化磁共振接收系統的MAX脈沖功率源7、第η個模塊化磁共振接收系統的MAX脈沖功率源8、負載9。模塊化磁共振接收系統的MAX脈沖功率源3還包括磁共振接收系統4、整流電容器5、固態MAX脈沖功率單元6。高頻高功率電源I與磁共振發射系統2相連接，磁共振發射系統2與磁共振接收系統4空間磁隔離；磁共振接收系統4與整流電容器5相連接；整流電容器5與固態MAX脈沖功率單元相6連接；固態MAX脈沖功率單元6與下一級固態MAX脈沖功率單元7、8串聯連接；串聯連接的固態MAX脈沖功率單元6、8與負載9相連接。
[0024]圖2是本發明基于磁共振無線電能傳輸的重復頻率脈沖功率裝置的磁共振發射系統結構示意圖。磁共振發射系統4包括:電源線圈10與共振發射線圈11。電源線圈10與共振發射線圈11在空間磁感應耦合。
[0025]圖3是本發明基于磁共振無線電能傳輸的重復頻率脈沖功率裝置的磁共振接收系統結構示意圖。磁共振接收系統4包括:共振接收線圈12與負載線圈13。共振接收線圈12與負載線圈13在空間磁感應耦合。
[0026]本發明工作時，首先，高頻高功率電源I輸出高頻電流至磁共振發射系統2的電源線圈10，磁共振發射系統2的電源線圈10通過磁感應耦合在空間上傳遞能量至磁共振發射系統2的磁共振發射線圈11 ;磁共振發射系統2的磁共振發射線圈11發出的電磁波能量在空間磁共振耦合到磁共振接收系統4的共振接收線圈12，磁共振接收系統4的共振接收線圈12的能量通過空間磁感應耦合至磁共振接收系統4的負載線圈13 ;磁共振接收系統4的負載線圈13的電能整流成直流至整流電容器5上。其次，整流電容器5的直流電直接給每一個固態MAX脈沖功率單元6供電；串聯的固態MAX脈沖功率單元6、7、8形成高壓電輸出至負載9。
[0027]本發明的采用磁共振耦合的方式來傳輸能量和隔離每一級固態MAX脈沖功率單元，設計獨特、巧妙，結構簡單。
[0028]以上說明描述了本發明的基本原理、主要特征和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明了本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。
【主權項】
1.基于磁共振無線電能傳輸的重復頻率脈沖功率裝置，其特征還在于包括:輸入高頻高功率電源，磁共振發射系統，磁共振接收系統，整流電容器，固態MAX脈沖功率單元，負載；磁共振發射系統包括電源線圈和磁共振發射線圈，磁共振接收系統包括磁共振接收線圈和負載線圈；其中:磁共振接收系統與整流電容器連接，整流電容器再與固態MAX脈沖功率單元連接，組成磁共振接收系統的MAX脈沖功率源模塊；這樣的模塊有多個；輸入高頻高功率電源與磁共振發射系統相連接；多個磁共振接收系統的MAX脈沖功率源模塊串聯后與負載相連接。
2.如權利要求1所述的基于磁共振無線電能傳輸的重復頻率脈沖功率裝置，其特征在于工作流程如下: 輸入高頻高功率電源輸入到磁共振發射系統的電源線圈上，電源線圈通過磁感應耦合到磁共振發射線圈； 每一個磁共振接收線圈通過磁共振耦合磁共振發射線圈的電磁波能量，然后通過負載線圈磁感應耦合磁共振接收線圈上的電磁波，從而完成能量傳輸； 接收到的負載線圈上的電磁能量通過整流電路作用在整流電容器上直接給每一個固態MAX脈沖功率單元供電； 固態MAX脈沖功率單元串聯輸出給負載一個很高的電壓。
【專利摘要】本發明屬于無線電能傳輸和高壓脈沖功率源技術領域，具體為一種基于磁共振無線電能傳輸的重復頻率脈沖功率裝置，該裝置包括：輸入高頻高功率電源，磁共振發射系統，磁共振接收系統，整流電容器，固態MAX脈沖功率單元和負載。高頻高功率電源輸入至磁共振發射系統發射電磁波能量，然后通過磁共振接收系統接收能量，接收的能量轉換成直流電給固態MAX脈沖功率單元隔離供電，多個固態MAX脈沖功率單元串聯連接形成輸出高壓給負載供電。本發明有效的解決了重復頻率脈沖功率的輸入的大功率能量隔離傳輸問題，也可以極大的提高脈沖功率源的功率及輸出電壓。
【IPC分類】H02J17-00
【公開號】CN104868613
【申請號】CN201510285038
【發明人】童立青
【申請人】復旦大學
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年5月29日