CN103531915B - 无线感应输电天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无线感应输电天线，该输电天线包括前表层面板与后表层面板，所述前表层面板为铝制蜂窝层面板，所述后表层面板为铝制层面板，所述前表层面板与后表层面板之间设有采用多绞线混合铜线绕空心骨架脱模制成的线圈。该输电天线采用多绞线混合线圈、蜂窝面板技术减少趋肤效应、增加自激波束指向性，使用传统发射机简单改进即可达到3-5倍的传输效率。
Description
技术领域
本发明涉及电力行业电能传输设备，特别是涉及一种用于高功率能量传输的无线感应输电天线。
背景技术
由于无线感应输电技术自十九世纪上半页诞生以来，电磁铁问世不久、电磁感应现象刚刚被发现，英国的一位牧师和自然哲学家尼古拉斯卡兰就设计了一个简单的无线输电装置：通过改变一个线圈的电流，使旁边另一个线圈的两端间产生火花。麦克斯韦用他那组优美的方程建立了完整的电磁理论体系，促成了无线通信的诞生，也使人们对无线输电兴趣更浓。电学的先驱、交流电之父特斯拉试图利用地球本身和大气电离层为导体来实现无线输电，为此在纽约建造了一个29米高的发射塔，但由于资金耗尽，他雄心勃勃的计划并未能实现。此后，人们尝试过微波、激光等许多方法，但都未能付诸实用。近两百年间，电灯、电话、广播、电视和互联网给世界带来了一次又一次翻天覆地的变化，无线输电技术却似乎总在原地打转，无数人的奇思妙想和勇敢尝试并没有带来实质性突破。
追其主要原因部分是由于天线技术的发展明显没有电子技术发展迅速，由于无线输电技术的特殊性传统天线理论不适用，提高无线输电技术实用性的前提条件是设计、制造出一型全天候工作、高效率、大功率的天线系统。
目前无线输电感应供电系统所使用的天线多是使用漆包线绕制并用树脂胶固定的手段制造，无法承载大功率电能传输，同时传输距离相对极为有限。本发明在传输功率与传输距离上均有极大地提升，同时蜂窝式结构设计可有效提高抗风能力。
发明内容
针对以上现有技术的不足，本发明提供一种无线感应输电天线，以实现高效率、大功率、全天候的收发一体共振耦合天线。
工作原理：
本发明基于缝隙天线原理设计，在谈缝隙式平板天线工作原理之前,让我们了解一下有关波导的情况。波导是用金属材料制成的不同形状,内空外封闭传输信号的腔形导体,它有园波导、椭圆波导、方波导、矩形波导等。目前常用的高频头前端腔体就是一种圆波导,单极化高频头的馈源部分有的就是矩形波导。波导实际上就是一种传输超高频信号一微波信号的导线(体),当传输的信号频率低时,可以用普通电线传输。传输信号频率高时,普通电线衰减会很大,就得用电缆传输,电缆的传输衰减要小些。当传输频率再高时,如微波,同时又希望传输的衰减很小,此时就必须用波导来传输了,它的传输衰减非常小,要比电缆衰减小很多。所以在高端产品里,比如通信系统,常用波导传输。同时波导的驻波比好,反射小,可以保证传输的信号绝大部分由入口端传输到出口端。另外,波导又是一个封闭的传输线,可以完全保证波导内传输的信号不受外界各种干扰,而且也可保证波导内传输的信号不会辐射出波导,从而保证了传输信号的质量和数量。需要强调的是,波导内传输的微波信号是以场的形式存在的。
由此我们知道了波导有如此之多的优越性,它的高质量也要求波导的生产工艺水平很高、生产成本也很高,标准的波导制作工艺严格,内壁加工的光洁度很高,波导很贵,1m波导的价格要数千元,甚至有的高达万元。如可变椭圆波导,价格就相当昂贵。我们现在使用的低价位高频头中的波导是很难把它称作波导的,把它称之为粗制滥造的波导决不为过。
当知道了什么是波导后,我们再看看波导传输信号的情况。由于波导内传输的是电磁波,自然在波导的内壁上会激励出表面电流,在正常情况下,这个表面电流是沿着波导的同一方向流动。若是在波导上出现了一个小裂缝的话,电流传输受到裂缝的切断,改变了表面电流的流线。裂缝受到激励便在裂缝两端产生出电磁场,电磁场沿裂缝的分布呈正弦规律。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
无线感应输电天线，该输电天线包括前表层面板与后表层面板，所述前表层面板为铝制蜂窝层面板，所述后表层面板为铝制层面板，所述前表层面板与后表层面板之间设有采用多绞线混合铜线绕空心骨架脱模制成的线圈。
进一步，所述蜂窝层面板上设置有电磁涡流扰流片。
进一步，所述前表层面板与所述线圈之间设有3cm的共振间隙用于形成有效共振。
进一步，所述空心骨架直径为30cm。
进一步，所述线圈为多绞线混合铜线绕空心骨架120圈脱模制成的线圈。
进一步，所述前后表层面板上设有若干密集小孔。
本发明的优点在于：
本发明新型无线感应输电天线将使无线输电系统实用性达到前所未有的高度。可以由同类产品2-3厘米的传输距离，拓展到300-400厘米，同时可将同类产品2-5瓦传输功率，拓展到30-50瓦。通过应用多绞线混合线圈、蜂窝面板技术减少趋肤效应、增加自激波束指向性，使用传统发射机简单改进即可达到3-5倍的传输效率。
附图说明
图1：本发明无线感应输电天线主视图；
图2：本发明无线感应输电天线侧视图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行说明，如图1-2所示，无线感应输电天线使用多绞线混合铜线绕直径30厘米的空心骨架120圈脱模制成线圈1，由于使用了多绞线混合铜线解决承载能力弱的问题，并使用铝制蜂窝表层面板2做波导共振耦合。铝制蜂窝表层面板与线圈中空结构具有3厘米的共振间隙可有效形成共振。两者结合在增强效率的同时，可以承载较高级别的工作电流。同时在铝制蜂窝表层面板上应用了电磁涡流扰流片3降低大负荷状态下由电磁涡流导致的发热与谐振串扰问题。
铝制蜂窝表层面板位于多绞线工作线圈上方，多绞线工作线圈在驱动后可以在周围环境中形成辐射电磁场。经下方铝制反射面将能量集中在前方，从蜂窝表层面板的空洞发射出去。同时蜂窝表层面板与反射面构成了电磁波的半反射与全反射结构，类似激光器的工作原理起到了对波的自激放大作用。通过配合特殊驱动设备可以显著增强无线电能传输效率。
无线感应输电天线采用双反射结构，自激增强信号同时降低信号发散。该输电天线具有第一和第二反射面。所述第一反射面采用铝制平板表面光滑，平整度误差低于0.4毫米。在第一反射面下方置有第二反射面，与第一反射面相同采用铝制平板制造，表面开有10x10密集小孔，每孔大小为1x1毫米。上下两个反射面将对电磁信号进行反射，形成双反射结构。双反射结构可对信号进行多次反射增强，同时类似激光器的工作原理大大加强信号的指向度。在接收和发射模式下均可达到信号能量增强能力。同时，以工作线圈为工质配合特殊的驱动机构，达到类似的自激放大能力。
无线感应输电天线具有多绞线混合线圈，满足大负载工作要求。
使用6根0.05平方毫米的铜质漆包线与一根0.1平方毫米的钢丝做为芯线螺旋形绕制，因而形成多绞线混合线。同时，在绕制完成后使用F级绝缘漆寝润，增加整体绝缘度与完整性。使用多绞线混合线进行绕制形成多绞线混合线圈，可以大大降低大电流工作状态下导线的趋肤效应，在本专利天线中工作线圈为交变电流，这将随着发射功率的增大，通过电流随之增大，所产生的趋肤效应将大大增加天线损耗，降低传送效率。
应当理解，以上借助优选实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本发明说明书的基础上可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (4)
1.无线感应输电天线，其特征在于，该输电天线包括前表层面板与后表层面板，所述前表层面板为铝制蜂窝层面板，所述后表层面板为铝制层面板，所述前表层面板与后表层面板之间设有采用多绞线混合铜线绕空心骨架脱模制成的线圈，所述多绞线混合铜线为铜质漆包线与钢丝作为芯线螺旋绕制形成，所述蜂窝层面板上设置有电磁涡流扰流片，该电磁涡流扰流片是为了降低大负荷状态下由电磁涡流导致的发热与谐振串扰问题，所述前表层面板与所述线圈之间设有3cm的共振间隙用于形成有效共振。
2.根据权利要求1所述的无线感应输电天线，其特征在于，所述空心骨架直径为30cm。
3.根据权利要求1所述的无线感应输电天线，其特征在于，所述线圈为多绞线混合铜线绕空心骨架120圈脱模制成的线圈。
4.根据权利要求1所述的无线感应输电天线，其特征在于，所述前后表层面板上设有若干密集小孔。
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