一種利用鐵磁諧振實現(xiàn)無線電能傳輸?shù)南到y(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種利用鐵磁諧振實現(xiàn)無線電能傳輸?shù)南到y(tǒng)，該系統(tǒng)包括發(fā)射端工頻交流電源、發(fā)射端鐵磁諧振器原邊線圈、發(fā)射端諧振電容、接收端鐵磁諧振器副邊線圈、接收端諧振電容和接收端負(fù)載，發(fā)射端鐵磁諧振器原邊線圈和接收端鐵磁諧振器副邊線圈耦合連接。其中發(fā)射端工頻交流電源為220V、50Hz的工頻單相交流電源，所述鐵磁繞組發(fā)射端和鐵磁繞組接收端都由銅線繞鐵磁組成。其原理是：發(fā)射端、接收端均利用鐵磁材料磁場強度與磁通密度的非線性關(guān)系產(chǎn)生鐵磁共振或混沌振蕩，并通過原邊線圈和副邊線圈之間的磁耦合實現(xiàn)諧振同步，實現(xiàn)無線電能傳輸。本實用新型實現(xiàn)了高效、高功率和遠(yuǎn)距離無線傳輸電能的目的。
【專利說明】—種利用鐵磁諧振實現(xiàn)無線電能傳輸?shù)南到y(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于無線電能傳輸或非接觸電能傳輸應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及一種利用鐵磁諧振實現(xiàn)無線電能傳輸?shù)南到y(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]無線電能傳輸技術(shù)能夠克服有線輸電方式存在的諸多不足，如需要電線連接、電線接頭容易產(chǎn)生接觸火花、設(shè)備移動靈活性差、環(huán)境不美觀等，因此該技術(shù)在電力、家用電子產(chǎn)品、軍事、航空航天、城市電氣化交通、工業(yè)機器人、工礦企業(yè)吊裝設(shè)備和運輸設(shè)備、水下作業(yè)、高層建筑升降式電梯等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值和廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]目前諧振耦合無線電能傳輸系統(tǒng)必須利用高頻功率源供電，大部分要求MHz以上的射頻電源，成本高、功率小，且要求功率源與發(fā)射線圈和接收線圈三者始終具有相同的工作頻率或固有頻率。為此，諧振耦合無線電能傳輸系統(tǒng)存在以下難以克服的問題:1、需要高頻開關(guān)電源，電源中需要電力電子開關(guān)器件或功率放大器件，從而引入開關(guān)損耗降低傳輸效率；2、環(huán)境、負(fù)載變化時，功率源、發(fā)射線圈和接收線圈工作頻率或固有頻率會發(fā)生不同程度的偏移，出現(xiàn)失諧現(xiàn)象，無法實現(xiàn)高效無線電能傳輸；3、諧振頻率較高，可能會引起對周圍通信設(shè)備的干擾；4、諧振頻率與傳輸功率、效率、耦合系數(shù)關(guān)系復(fù)雜，難以準(zhǔn)確控制；
5、諧振頻率取決于線圈電感和雜散電容，線圈電感和雜散電容與線圈形狀、材料密切相關(guān)，計算和測量困難。
[0004]為此，如何克服上述困難，提出一種新的無線電能傳輸系統(tǒng)具有重要意義。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種利用鐵磁諧振實現(xiàn)無線電能傳輸?shù)南到y(tǒng)，該系統(tǒng)具有構(gòu)造簡單、成本低、功率大、效率高、可靠性高的優(yōu)點。
[0006]本實用新型的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn):一種利用鐵磁諧振實現(xiàn)無線電能傳輸?shù)南到y(tǒng)，包括發(fā)射端工頻交流電源、發(fā)射端鐵磁諧振器原邊線圈、發(fā)射端諧振電容、接收端鐵磁諧振器副邊線圈、接收端諧振電容和接收端負(fù)載，發(fā)射端鐵磁諧振器原邊線圈和接收端鐵磁諧振器副邊線圈耦合連接。
[0007]優(yōu)選的，所述發(fā)射端工頻交流電源為220V、50Hz的工頻單相交流電源。從而可以直接用市電作為此系統(tǒng)的電源，減少了高頻電源作為輸入電源的成本，提高了傳輸效率。
[0008]優(yōu)選的，所述鐵磁繞組發(fā)射端和鐵磁繞組接收端都由銅線繞鐵磁組成，電感值以能與其他元件產(chǎn)生鐵磁共振或混沌振蕩為準(zhǔn)。
[0009]上述系統(tǒng)的工作原理是:發(fā)射端電路與接收端電路均利用鐵磁材料磁場強度與磁通密度的非線性關(guān)系產(chǎn)生鐵磁共振或混沌振蕩，并通過發(fā)射端鐵磁諧振器原邊線圈和接收端鐵磁諧振器副邊線圈之間的磁耦合實現(xiàn)諧振同步，從而使諧振能夠在全頻域內(nèi)實現(xiàn)，實現(xiàn)強耦合無線電能傳輸。本實用新型發(fā)射端和接收端自激共振或混沌振蕩的一致性，從原理上摒除對通信設(shè)備的干擾，以達(dá)到高效、高功率和遠(yuǎn)距離無線傳輸電能的目的。
[0010]具體的，設(shè)E為單相交流電源，C1和C2分別為發(fā)射端和接收端的諧振電容,L1和L2分別為發(fā)射端和接收端的鐵磁諧振繞組線圈，ι和r2分別為鐵磁繞組L1和L2鐵芯損耗的等值電阻，設(shè)原邊磁鏈為V1，電流為I1，副邊磁鏈為Ψ2，電流為i2，鐵磁材料磁場強度與磁通密度的非線性關(guān)系，折算到電流與磁鏈的關(guān)系為:
[0011]
【權(quán)利要求】
1.一種利用鐵磁諧振實現(xiàn)無線電能傳輸?shù)南到y(tǒng)，其特征在于，包括發(fā)射端工頻交流電源、發(fā)射端鐵磁諧振器原邊線圈、發(fā)射端諧振電容、接收端鐵磁諧振器副邊線圈、接收端諧振電容和接收端負(fù)載，發(fā)射端鐵磁諧振器原邊線圈和接收端鐵磁諧振器副邊線圈耦合連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用鐵磁諧振實現(xiàn)無線電能傳輸?shù)南到y(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射端工頻交流電源為220V、50Hz的工頻單相交流電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用鐵磁諧振實現(xiàn)無線電能傳輸?shù)南到y(tǒng)，其特征在于，所述鐵磁繞組發(fā)射端和鐵磁繞組接收端都由銅線繞鐵磁組成，電感值以能與其他元件產(chǎn)生鐵磁共振或混沌振蕩為準(zhǔn)。
【文檔編號】H02J17/00GK203522342SQ201320382886
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年6月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月28日
【發(fā)明者】張波, 謝帆 申請人:華南理工大學(xué)