CN103997134A - 一种消辐射无线电能传输供电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种消辐射无线电能传输供电装置,该装置主要由原边壳体、支撑弹簧、触点开关装置、原边线圈外壳、副边壳体、辐射吸收层、接地线及无线电能传输系统构成。系统工作时，原边外壳和副边外壳紧密贴合，在贴合表面的辐射吸收层形成一个基本封闭的包围层，通过接地线连接大地对原副边线圈中电流产生的辐射电磁波进行泄放消除；通过对原边壳体、副边壳体和原边线圈外壳的设计，副边壳体可以在原边线圈外壳上方作相对范围内的水平移动，实现了无线电能传输系统工作的相对灵活性；同时通过副边装置的重力作用，系统所采用的触点开关装置能够控制无线电能传输系统的通断。

Description

一种消辐射无线电能传输供电装置

技术领域

本发明属于无线电能传输供电系统技术领域，具体涉及是一种消辐射无线电能传输供电装置。

背景技术

传统有线接触式电能传输模式是通过导体之间直接相联的形式传送电能的，这种传统的电能传输模式在现代社会中随处可见，为整个社会的发展作出了巨大的贡献。但随着社会的不断发展与进步，这种基于传统理论的接触式供电模式带来的弊端越来越明显，如容易产生磨损、插电火花、不易维护、在水下矿井下等环境中用电不安全等问题。基于此，无线电能传输技术应运而生。

基于感应耦合原理的无线电能传输(InductivelyCoupledPowerTransfer，简称ICPT)技术，其工作原理为：工频交流电源经过整流成直流电源，再通过逆变装置将直流逆变成高频交流，高频交变电流流经能量发射机构时向外界发射电磁能量，在电磁感应原理的作用下，能量拾取机构中便产生相应频率的感应电流，经过功率调节装置的调节后向电气设备提供电能。无线电能传输技术是一种解决向移动设备实现无线和灵活供电问题的新型电能传输技术，相比于传统的电能传输技术，无线电能传输技术由于实现了电源和用电设备之间完全的电气隔离，该技术更加安全、可靠、灵活，具有广阔的应用前景。

随着无线电能传输技术的应用发展，伴随而生的一个问题也逐渐被人们越来越关心：电磁辐射。一方面电磁波的辐射会干扰电子设备、影响易燃易爆物品；另一方面电磁波的辐射会影响人体的正常生理功能，电磁波可干扰人体的生物电，尤其对脑电和心电产生干扰，从而影响脑的正常功能和心脏活动；受电磁辐射影响，易产生损伤的机体系统包括；中枢神经系统、内分泌系统、心血管系统、免疫系统等。

由于感应耦合电能传输技术在电能传输过程中，原边线圈中通入高频的逆变电流，会产生相应交变的电磁场在空间传播。随着感应耦合电能传输技术在现实生活中桌面设备中的应用，工作过程中产生电磁波会向周围空间辐射，随着传输功率的越来越大，电磁波的辐射强度越来越强，进而影响人的身体健康。

发明内容

本发明的目的在于提供一种消辐射无线电能传输供电装置，解决了现有无线电能传输供电过程中电磁波向周围辐射危害问题。

本发明所采用的技术方案是由呈凹字形的原边壳体和呈倒凸字形的副边壳体组成，原边壳体和副边壳体外部涂有辐射吸收层，副边壳体的凸出部分正对原边壳体的凹进部分，且副边壳体凸字形部分的直径小于原边壳体凹字形部分的直径、副边壳体整体宽度大于原边壳体凹字形部分的直径；原边壳体的凹进部位安装有原边线圈，原边线圈置于原边线圈外壳内，原边壳体内部空间设有支撑弹簧、开关触点装置、整流电路、高频逆变电路和原边谐振补偿电路；支撑弹簧和开关触点装置设于原边线圈外壳与原边壳体底部之间，支撑弹簧用于支撑原边线圈外壳，当支撑弹簧被原边线圈外壳挤压形变时，开关触点装置的上下触点会贴合在一起；原边线圈通过导线依次连接原边谐振补偿电路、高频逆变电路和整流电路，整流电路连接原边壳体外部的220V交流电，原边壳体上的辐射吸收层通过接地线接地；副边壳体内安装有副边线圈、副边谐振补偿电路和功率调节电路，其中副边线圈设于副边壳体的凸起部分，副边线圈通过导线依次连接副边谐振补偿电路和功率调节电路，功率调节电路通过导线连接副边壳体外部的用电设备。

进一步，所述原边壳体表面涂有的辐射吸收层不包括凹进部分；所述副边壳体表面涂有的辐射吸收层不包括凸起部分。

进一步，所述辐射吸收层所用材料为金属板、金属喷漆涂料、导电膜层、导电涂料、导电炭浆、导电布、导电纸、导电塑料中的一种或多种。

进一步，所述支撑弹簧放置并固定于原边壳体之内，下边固定连接在原边壳体底部，上边固定连接在放置原边线圈的原边线圈外壳的底边，支撑弹簧有两个，分别对称放置。

进一步，所述开关触点装置包括连杆、上触点、下触点、和弹簧；连杆的上端连接原边线圈外壳下表面的中心点处，连杆下端连接上触点；上触点下表面设有触点，触点之间用小铜片、铜柱或者导电金属片连接；下触点上表面设有触点，触点之间无连接，下触点两端分别与交流电源输出的一端和整流电路的一端连接；弹簧一端固定在原边壳体底部，弹簧另一端支撑下触点，当装置处于未工作的模式时，弹簧的作用是支撑下触点，当装置处于工作的模式时，弹簧不但缓冲上触点对下触点的压力，同时也支撑着下触点与上触点紧密贴合，保证无线电能传输系统处于接通状态。

本发明的有益效果是达到很好的电磁波消除效果。

附图说明

图1是本发明处于未工作模式示意图；

图2是本发明装置处于工作模式示意图；

图3是本发明的无线电能传输原理图；

图4是触点开关装置的结构图；

图5是装置没有涂辐射吸收层工作模式下的maxwell电磁场辐射的仿真图；

图6是装置涂有辐射吸收层工作模式下的maxwell电磁场辐射的仿真图。

其中：1、原边壳体；2、支撑弹簧；3、开关触点装置；4、原边线圈外壳；5、辐射吸收层；6、副边壳体；7、接地线；8、整流电路；9、高频逆变电路；10、原边谐振补偿电路；11、原边线圈；12、副边线圈；13、副边谐振补偿电路；14、功率调节电路；15、用电设备；16、连杆；17、上触点；18、下触点；19、弹簧。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明的无线电能传输系统包括：整流电路8，高频逆变电路9，原边谐振补偿电路10，原边线圈11，副边线圈12，副边谐振补偿电路13，功率调节电路14，用电设备15。

图1中，原边壳体1呈“凹”字形，副边壳体6呈倒“凸”字形，都使用塑料或其他适合的材料制作。无线电能传输电路中的整流电路8、高频逆变电路9和原边谐振补偿电路10放置在原边壳体1中，同时支撑弹簧2、开关触点装置3和部分连接原边线圈11的导线也放置在原边壳体1内，副边线圈12、副边谐振补偿电路13和功率变换电路14放置固定在副边壳体6中；用电设备15放在副边壳体6之外的上表面上，用电设备15可以是台灯、家用豆浆机等桌面设备；

原边线圈11放置并固定在线圈外壳4中；线圈外壳4放置紧贴在原边壳体1上表面的凹形处内壁，且其下表面处连接两个左右对称起支撑作用的支撑弹簧2和开关触点装置3；副边壳体6凸字形部分的直径(宽度)小于原边壳体1凹字形部分的直径(宽度)，这样当副边壳体6凸起部分压在原边线圈外壳4上时可以有相对范围内的左右移动；副边壳体6的宽度要大于原边壳体1凹字形部分的宽度，这样可以保证系统工作时副边壳体6的下表面可以压在原边壳体1的上表面上。

在装置未工作前，即原边壳体1与副边壳体6未贴合时，支撑弹簧2支撑着原边线圈11及原边线圈外壳4，通过相关的设计(比如考虑副边壳体和用电设备的重力，选择合适弹性系数的支撑弹簧)，原边线圈外壳4会略低于原边壳体1上表水平面。而开关触点装置3中的上下触点没有接触。

图2中，当副边壳体6向下靠近原边线圈外壳4时，副边壳体6会压在原边线圈外壳4上，由于副边壳体6的重力作用，会使支撑弹簧2发生形变，通过相关的设计(例如选择合适的弹性系数的弹簧)，压着原边线圈外壳4的副边壳体6会与原边壳体1贴合在一起，涂在原边壳体1和副边壳体6相应外壁的辐射吸收层5会形成一个基本封闭完整的包围圈，同时在这过程中开关触点装置3的上下触点也贴合在一起，无线电能传输系统处于接通状态，无线电能传输系统开始工作。

辐射吸收层5由原边壳体1的部分表面和副边壳体6的部分表面的外壁用导电材料加工而成。辐射吸收层5和接地线7形成一个相对完整的屏蔽罩体，把原边线圈11和副边线圈12包围着，当无线电能传输电路工作时，辐射吸收层5会对向四周辐射的电磁波进行吸收，并通过接地线向大地泄放或消除，已达到消除或减弱电磁波向四周辐射的目的；辐射吸收层5所用材料为金属板、金属喷漆涂料、导电膜层、导电涂料、导电炭浆、导电布、导电纸、导电塑料等导电材料中的一种或多种。

图3是无线电能传输原理图，包括：整流电路8，高频逆变电路9，原边谐振补偿电路10，原边线圈11，副边线圈12，副边谐振补偿电路13，功率调节电路14，用电设备15。工频交流电经过整流装置8变成直流电，直流电再经过高频逆变电路9变成高频交流电，交流电流通入到原边线圈11过后会产生高频交变得电磁场，通过原边线圈11和副边线圈12的空间磁场耦合，实现电能的无线传输，再经过功率调节电路14对电能进行调节，输出合适的电能供用电装置15使用；为了提高无线电能传输效率和功率，一般在原边电路中加上原边谐振补偿电路10，副边电路中加上副边谐振补偿电路13。

图4是开关触点装置3的结构原理图。主要包括连杆16、上触点17、下触点18、和弹簧19。连杆16的上端连接原边线圈外壳4下表面的中心点处，下端连接上触点17；上面触点的中间用小铜片、铜柱或者导电金属片连接；下触点18中间无连接，其两端分别与交流电源输出的一端和整流电路8的一输入端连接；弹簧19的主要作用是支撑和缓冲，当装置处于图1未工作的模式时，弹簧19的作用是支撑下触点18，当装置处于图2工作的模式时，弹簧19不但缓冲上触点17对下触点18的压力，同时也支撑着下触点18与上触点17紧密贴合，保证无线电能传输系统处于接通状态。

本发明无线电能传输系统由整流电路、逆变电路、原边谐振补偿电路、原边线圈、副边线圈、副边谐振补偿电路、功率调节电路和用电设备组成，即工频交流电通过整流电路转换成直流，然后直流通过逆变电路转换成高频交流电，高频交流在原边线圈中会产生交变的电磁场，通过原边线圈和副边线圈的空间磁场耦合，副边线圈获得电能，经过功率调节电路后给用电设备供电。

在图5、图6中，利用maxwell软件对处于工作模式时的装置有无涂辐射吸收层的电磁场的电磁场的仿真图。图5和图6中凸字形边框是maxwell软件对系统工作时装置的辐射吸收层形成的辐射吸收包围圈的画图示意仿真,而凸字形内部的两个上下的小矩形分别代表副边线圈和原边线圈；在图5中,凸字形边框的材料使用普通的材料,相当于没有涂辐射吸收层,在图6中,凸字形边框的材料使用金属铁材料,相当于涂有辐射吸收层；其他参数相同,对比图5和图6，在涂有辐射吸收层5的装置相比于没有涂辐射吸收层5的装置，涂有辐射吸收层5的装置在外壳以外的电磁场强度明显地小弱了很多，从而间接的说明装置有消除、减弱电磁波辐射的效果。

本发明的优点在于无线电能传输技术由于实现了电源和用电设备之间完全的电气隔离，具有安全、可靠、灵活等传统电能传输方式无可比拟的优点,通过对一种消辐射无线电能传输供电装置的设计,副边壳体可以在原边线圈外壳上相对范围内的移动,同时,副边线圈可以相对大范围的拾取能量；当无线电能传输系统工作时,副边壳体的下表面和原边壳体的上表面贴合在一起,辐射吸收层形成一个基本封闭的包围圈,通过接地线连接大地对电磁波辐射进行泄放和消除，从而装置达到很好的电磁波消除效果；通过副边壳体的重力作用,装置设计时采用的触点开关装置能够实现开关的闭合和断开,从而实现无线电能传输系统的通断，因此无线电能传输的总体通断状态控制较为简单；同时，装置的结构简单，成本低廉。

Claims (5)

1.一种消辐射无线电能传输供电装置，其特征在于：由呈凹字形的原边壳体(1)和呈倒凸字形的副边壳体(6)组成，原边壳体(1)和副边壳体(6)外部涂有辐射吸收层(5)，副边壳体(6)的凸出部分正对原边壳体(1)的凹进部分，且副边壳体(6)凸字形部分的直径小于原边壳体(1)凹字形部分的直径、副边壳体(6)整体宽度大于原边壳体(1)凹字形部分的直径；原边壳体(1)的凹进部位安装有原边线圈(11)，原边线圈(11)置于原边线圈外壳(4)内，原边壳体(1)内部空间设有支撑弹簧(2)、开关触点装置(3)、整流电路(8)、高频逆变电路(9)和原边谐振补偿电路(10)；支撑弹簧(2)和开关触点装置(3)设于原边线圈外壳(4)与原边壳体(1)底部之间，支撑弹簧(2)用于支撑原边线圈外壳(4)，当支撑弹簧(2)被原边线圈外壳(4)挤压形变时，开关触点装置(3)的上下触点会贴合在一起，原边线圈(11)通过导线依次连接原边谐振补偿电路(10)、高频逆变电路(9)和整流电路(8)，整流电路(8)连接原边壳体(1)外部的220V交流电，原边壳体(1)上的辐射吸收层(5)通过接地线(7)接地；副边壳体(6)内安装有副边线圈(12)、副边谐振补偿电路(13)和功率调节电路(14)，其中副边线圈(12)设于副边壳体(6)的凸起部分，副边线圈(12)通过导线依次连接副边谐振补偿电路(13)和功率调节电路(14)，功率调节电路(14)通过导线连接副边壳体(6)外部的用电设备(15)。

2.按照权利要求1所述一种消辐射无线电能传输供电装置，其特征在于：所述原边壳体(1)外表面涂有的辐射吸收层(5)不包括凹进部分；所述副边壳体(6)外表面涂有的辐射吸收层(5)不包括凸起部分。

3.按照权利要求1所述一种消辐射无线电能传输供电装置，其特征在于：所述辐射吸收层(5)所用材料为金属板、金属喷漆涂料、导电膜层、导电涂料、导电炭浆、导电布、导电纸、导电塑料中的一种或多种。

4.按照权利要求1所述一种消辐射无线电能传输供电装置，其特征在于：所述支撑弹簧(2)放置并固定于原边壳体(1)之内，下边固定连接在原边壳体(1)底部，上边固定连接在放置原边线圈(11)的原边线圈外壳(4)的底边，支撑弹簧(2)有两个，分别对称放置。

5.按照权利要求1所述一种消辐射无线电能传输供电装置，其特征在于：所述开关触点装置(3)包括连杆(16)、上触点(17)、下触点(18)、和弹簧(19)；连杆(16)的上端连接原边线圈外壳(4)下表面的中心点处，连杆(16)下端连接上触点(17)；上触点(17)下表面设有触点，触点之间用小铜片、铜柱或者导电金属片连接；下触点(18)上表面设有触点，触点之间无连接，下触点(18)两端分别与交流电源输出的一端和整流电路(8)的一端连接；弹簧(19)一端固定在原边壳体(1)底部，弹簧(19)另一端支撑下触点(18)，当装置处于未工作的模式时，弹簧(19)的作用是支撑下触点(18)，当装置处于工作的模式时，弹簧(19)不但缓冲上触点(17)对下触点(18)的压力，同时也支撑着下触点(18)与上触点(17)紧密贴合，保证无线电能传输系统处于接通状态。