CN103532256B - 一种新型无线电能传输装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型无线电能传输装置，包括：变频装置、电机、连杆、圆柱形永磁体、接收箱、输出整流装置、接收端检测装置。电能经过变频器变频后接在电机上，通过改变变频器的输出频率来改变直流电动机的转速，同时直流电动机的转子通过连杆改变圆柱形永磁体的旋转速度。发射端的永磁体通过磁性相吸原理导带动接收端接收箱中的永磁体旋转，接收箱与其中的导线相对地面固定不动，接收箱中旋转的永磁体在其四周产生旋转的磁场，接收箱中的导线切割旋转磁场产生感应电动势。本发明具有如下优点：对人体基本无影响；无需插头，可以使充电部分和被充电物体隔离开关来，保证了充电时的安全性；充电功率调节范围较宽，适合多种不同电压和电流等级。

Description

一种新型无线电能传输装置

技术领域

本发明涉及一种电能传输装置，特别是一种新型无线电能传输装置。

背景技术

无线充电技术是未来充电技术的发展方向，无线充电对未来的充电技术的发展来说意义重大。自动无线充电技术能有效解决传统接触式充电易磨损，易触电， 多次插拔后可能造成电能传输不可靠等缺点。

无线电能传输主要有三种方式：感应耦合式、磁耦合谐振式以及微波传输方式。

感应耦合式是在近距离下，利用发射线圈和接收线圈之间的磁场耦合效应来传递能量。这种传输方式有距离短，传输能量小的特点，技术比较成熟。

磁耦合谐振式无线电能传输方式目前是前景最为广阔的一种无线电能传输方式，利用发射线圈和接收线圈之间的共振方式来传递能量。2006 年 11 月美国麻省理工学院(MIT) 物理系助理教授 Marin Soljacic 研究小组首次提出了磁耦合谐振技术，现今还处于研究阶段，技术并不成熟。

微波传能方式主要利用的是在高频条件下，高频波具有较大的能量。微波方式传输电能有距离很长，效率低的特点。如果能将微波传输中的各个部分的传输效率更好地匹配，其总体的传输效率将会大大提高。微波传输方式的传输距离可达数千米，但是由于效率很低，因此这种方式并未得到大规模的发展应用。

发明内容

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种新型无线电能传输装置，其特征在于，包括电能输出部分以及电能接收部分，

所述电能输出部分包括依次连接的工频电源、变频装置、同步电机以及磁场发生装置，所述磁场发生装置能够在同步电机的驱动下旋转并能够产生变化的磁场；

所述电能接收部分包括依次连接的接收箱和输出整流装置，所述接收箱能够接收磁场发生装置产生的磁场并转换为感应电动势，并将感应电动势通过输出整流装置输出。

在上述的一种新型无线电能传输装置，变频装置为一个电机调频器，

如AC80-T3-200G。

在上述的一种新型无线电能传输装置，所述磁场发生装置包括一个连杆，所述连杆一端与同步电机输出轴配接，另一端固定一个圆柱形永磁体组件，圆柱形永磁体组件一侧为S极，对应的另一侧为N极。

在上述的一种新型无线电能传输装置，圆柱形永磁体组件包括永磁体，永磁体的截面为工字形，工字形的两侧的槽内填充有非导磁材料铝，所述非导磁材料和永磁体组成截面为圆形的圆柱形永磁体组件。

在上述的一种新型无线电能传输装置，所述接收箱包括一个箱体以及设置在箱体内的接收端圆柱形永磁体组件，所述接收端圆柱形永磁体组件包括接收端永磁体，接收端永磁体的截面为工字形，工字形的两侧的槽内填充有非导磁材料铝，所述非导磁材料和接收端永磁体组成截面为圆形的接收端圆柱形永磁体组件；所述箱体的四个角设有导线，用于接负载。

在上述的一种新型无线电能传输装置，所述输出整流装置包括一个检测模块和一个整流模块，所述检测模块采用射频识别技术或有源方式，当接收端到达充电位置时，向能量输出端发出信号，电能传输开始；所述整流模块包括一个单相整流桥,输入为导线切割磁感线产生的交流电，经过输出为直流电能。

因此，本发明具有如下优点：由于采用的是永磁体，磁铁的旋转频率可以调整得比较低，而且磁场强度不大，对人体基本无影响。电能通过无线传输，无需插头等不安全因素，可以使充电部分和被充电物体隔离开关来，保证了充电时的安全性；无火花及触电危险，无积尘和接触损耗，无机械磨损和相应的维护问题。省去了插上插头的麻烦，使用方便。充电设备技术门槛不太高，经济投入不大；充电功率调节范围较宽，适合多种不同电压和电流等级。

附图说明

图1是本发明的工作原理图。

图2是本发明的整体结构示意图。

图3是电能输出端的结构示意图。

图4是接收箱截面图。

图5是整流电路图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

本发明提出了一种新无线电能传输的方法，区别于前三种无线传输方式，基于切割磁感线产生感应电动势原理，实现了电能—机械能—电能的转变。该发明包括电能输出部分、电能接收部分和接收端检测部分。

电能接收端由包括接收箱、输出整流装置、负载组成。接收端可移动。当接收端需要充电时，接收端移动到永磁体上方，导体箱中的导体可切割磁感线产生感应电动势。导体箱中的导体接出进行串并联连接，连接成电源两端，电源两端通过输出整流装置接到负载两端。

工作时，接收端检测装置每隔30秒对系统电能传输区域进行检测。

当接收端检测装置检测到电能传输区域无接收端时，如果发射端没有工作，则系统保持非工作状态；如果发射端正在工作，则自动调节变频器到零，然后切断电源使系统进入非工作状态。

当接收端检测装置检测到电能传输区域有接收装置，如果发射端正在工作，则系统保持工作状态；如果发射端没有工作，则系统自动接入市电电源，电能传输端开始工作。

由于同步电动机的启动转矩比较大，因此如果系统开始启动时系统直接接入市电启动，那么启动过程中将会产生大电流，有可能危害系统。因此采用变频启动的方式。电能传输工作完成后，变频器自动将频率设置为零。系统启动后，变频器调整频率，使其不断增大，直至频率达到期望频率值，同时同步电动机完成启动过程。

圆柱形永磁体的N级和S级如图2所示在圆形的两端。N级与S级中间靠近两边的部分所用的填充材料为非导磁材料。非导磁材料部分的主要作用是填充在永磁体里面，使外面整体成圆柱体，这样转动时可减少空气阻力，因此就能减小能量消耗。采用非导磁材料的原因是减少从圆柱体内穿过的磁感线的数量，尽量使磁感线分布在永磁体四周空间内，这样就会使接收箱中的导线切割的磁感线更多，从而能量传输的效率就会更大。

同步电动机在运行过程中，电机的转子端通过连杆带动圆柱形永磁体旋转。由于系统采用的是同步电动机驱动，因此永磁体旋转的频率与变频器输出到直流电动机的频率相同。电能输出端同步运行。

接收端的接收箱中的结构如图4所示为正中放置圆柱形永磁体，永磁体N、S级在圆面的两端，箱壁固定多跟导线，导线平行于永磁体放置，箱中可围绕永磁体放置多跟导线，每根导线间相互绝缘。永磁体两端用直径小于永磁体的圆柱体架在接收箱两端，使永磁体在箱中可以自由转动。接收箱做成圆柱形或者长方形均可。接收箱两端将导线接出，箱中对角位置导线需串联连接接出，然后将接出的导线按照负载需要进行串并联连接。

在电能的传输过程中，电能接收端的接收箱中导线相对于接收端永磁体是围绕着永磁体做圆周运动。由于圆柱形永磁体的圆面上分布着N级与S级，磁感线从N级穿出，从S级穿入，形成闭合磁感线。接收箱中的导线切割闭合磁感线，导线中产生感应电流。

接收箱中的导线相互之间绝缘，将导线引出到旋转磁场之外，由于接收箱中对角位置的导线的感应电压方向相反，需要串联连接。根据负载的特性选择将导线串并连连接。如果负载需要低电压大电流，则可将接收箱两端的导线分别直接连接，成为电源两端；如果负载需要高电压小电流，则可依次将接出的导线首尾相连，最后头尾两端成为电源两端；或者可将所有的导线分成几份，每份分别串联，再分别将几份并联。根据负载的需要对导线进行串并联连接。在实际操作中，导线连接方式可以根据用户的需要更改连接方式。

电能输出端的永磁体通过引力作用带动接收端永磁体转动，两个永磁体的旋转频率相同，因此电能接收端切割磁感线感应的电压频率和变频器的输出频率相同，电能实现了同频率无线传输。

电能接收端可根据需要选择接入整流装置。如果负载需要直流接入，可将整流装置接在接收端电源两端，再将整流装置的输出端接在负载两端，此时负载获得的是直流电。如果负载需要交流接入，可直接将负载接在接收端电源两端。此时接在负载两端的交流电的频率和电能输出端变频器的频率相同，实现了输出端和接收端电能频率的同步。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (1)

1.一种新型无线电能传输装置，其特征在于，包括电能输出部分以及电能接收部分，

所述电能输出部分包括依次连接的市电电源、变频装置、同步电机以及磁场发生装置，所述磁场发生装置能够在同步电机的驱动下旋转并能够产生变化的磁场；

所述电能接收部分包括依次连接的接收箱和输出整流装置，所述接收箱能够接收磁场发生装置产生的磁场并转换为感应电动势，并将感应电动势通过输出整流装置输出；变频装置为一个电机调频器；所述磁场发生装置包括一个连杆，所述连杆一端与同步电机输出轴配接，另一端固定一个圆柱形永磁体组件，圆柱形永磁体组件一侧为S极，对应的另一侧为N极；

圆柱形永磁体组件包括永磁体，永磁体的截面为工字形，工字形的两侧的槽内填充有非导磁材料铝，所述非导磁材料铝和永磁体组成截面为圆形的圆柱形永磁体组件；

同步电机在运行过程中，电机的转子端通过连杆带动圆柱形永磁体组件旋转；由于无线电能传输装置采用的是同步电机驱动，因此圆柱形永磁体组件旋转的频率与电机调频器输出到同步电机的频率相同；电能输出部分同步运行；

所述接收箱包括一个箱体以及设置在箱体内的电能接收部分圆柱形永磁体组件，所述电能接收部分圆柱形永磁体组件包括电能接收部分永磁体，电能接收部分永磁体的截面为工字形，工字形的两侧的槽内填充有非导磁材料铝，所述非导磁材料铝和电能接收部分永磁体组成截面为圆形的电能接收部分的圆柱形永磁体组件；所述箱体的四个角设有导线，用于接负载；

在电能的传输过程中，电能接收部分的接收箱中导线相对于电能接收部分永磁体是围绕着永磁体做圆周运动；由于圆柱形永磁体组件的圆面上分布着N级与S级，磁感线从N级穿出，从S级穿入，形成闭合磁感线；接收箱中的导线切割闭合磁感线，导线中产生感应电流；

所述输出整流装置包括一个检测模块和一个整流模块，所述检测模块采用射频识别技术或有源方式，当电能接收部分到达充电位置时，向电能输出部分发出信号，电能传输开始；所述整流模块包括一个单相整流桥,输入为导线切割磁感线产生的交流电，输出为直流电能。