CN104993613A - 一种利用单电容实现电场共振的无线电能传输装置 - Google Patents

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张戈
宋定宇
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Abstract

本发明提供了一种利用单电容实现电场共振的无线电能传输装置,包括信号源、全桥逆变电路、谐振补偿环节、参数共振升压变压器、单电容传输模块、参数共振降压变压器和整流滤波环节;所述信号源依次通过所述全桥逆变电路和所述谐振补偿环节连接所述参数共振升压变压器,所述参数共振升压变压器通过单电容传输模块连接所述参数共振降压变压器,所述参数共振降压变压器通过所述整流滤波环节连接用电设备。本发明采用单电容电场共振无线传输模式,该模式在提高传输距离、提高传输功率和提高能量传输效率等方面得到了较大改善,解决了目前的无线输电技术传输距离近、输送功率小且传输效率低的缺点。

Description

一种利用单电容实现电场共振的无线电能传输装置
技术领域
[0001] 本发明属于电力传输技术领域,具体涉及一种利用单电容实现电场共振的无线电能传输装置。
背景技术
[0002] 无线输电是不使用导线连接实现电能传输,属于电磁场、激光、天线理论等多学科交叉的技术,解决了传统导线直接接触供电的缺陷,在科研、军事、航空航天、机器人、电动汽车、水下作业、家用电器等领域具有重要的应用价值。到目前为止,无线电能传输可分:电磁感应式无线电能传输、微波式无线电能传输、磁耦合谐振式无线电能传输。本装置利用单个电容实现了基于电场共振的谐振式无线输电。
[0003] 传统无线输电技术是利用电磁感应原理。这种技术比较成熟,但是传输距离非常短,通常只有几个厘米,效率也极低。美日一些企业将这项技术用于手机充电,其重点解决的技术问题是不同手机的自动识别和电压自动调整,不适合中远距离的大功率电力传输。微波传输曾经是无线电力传输的发展方向之一,美国科学家曾经试图通过卫星收集太阳能,然后通过微波送到地面并进行接收。微波传输的问题在于:方向性强,能量密度大,而且即使没有接收设备,发射器也在消耗能量,传输效率低。现在最先进的无线电力传输技术是基于电场共振和磁场共振原理的分布式耦合谐振系统。电场耦合无线电能传输普遍采用双电容电场耦合共振电路。然而,电容极板的耦合系数随距离下降较快,成为制约技术发展的主要瓶颈。
发明内容
[0004] 本发明目的之一在于提供一种传输距离远、传输功率高和能量传输效率高的利用单电容实现电场共振的无线电能传输装置
[0005] 本发明提供的一种利用单电容实现电场共振的无线电能传输装置,包括信号源、全桥逆变电路、谐振补偿环节、参数共振升压变压器、单电容传输模块、参数共振降压变压器和整流滤波环节;
[0006] 所述信号源依次通过所述全桥逆变电路和所述谐振补偿环节连接所述参数共振升压变压器,所述参数共振升压变压器通过单电容传输模块连接所述参数共振降压变压器,所述参数共振降压变压器通过所述整流滤波环节连接用电设备;
[0007] 所述信号源,用于提供交流功率信号;
[0008] 所述全桥逆变电路,用于将所述信号源提供的交流功率信号转换为频率可控的交变信号,为形成电场共振提供条件;
[0009] 所述谐振补偿环节,用于通过控制耦合机构等效电路参数的变化实现与参数共振变压器的匹配;
[0010] 所述参数共振升压变压器和参数共振降压变压器,用于通过寻找电场共振形成的驻波波节,形成虚地,达到使用单电容完成无线电能传输的目的;
[0011] 所述单电容传输模块,用于完成无线电能的传输;
[0012] 所述整流滤波环节,用于将交变信号转换为稳定的直流信号提供给直流用电设备。
[0013] 进一步的,所述单电容传输模块中的单电容可以采用有介质填充或真空形式。
[0014] 进一步的,所述单电容传输模块中的单电容的两个极板之间设有快速脉冲激光器,所述快速脉冲激光器用来形成等离子体传输通道,利用通道内的大量自由电子实现电能转移。
[0015] 进一步的,所述单电容传输模块中的单电容的两个极板间可以通过紫外线灯照射产生等离子体,形成传输通道。
[0016] 本发明的有益效果在于,本发明采用单电容电场共振无线传输模式,该模式在提高传输距离、提高传输功率和提高能量传输效率等方面得到了较大改善,解决了目前的无线输电技术传输距离近、输送功率小且传输效率低的缺点。
附图说明
[0017] 图1所示为本发明利用单电容实现电场共振的无线电能传输装置的结构示意图。
具体实施方式
[0018] 下文将结合具体实施例详细描述本发明。应当注意的是,下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的,它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。
[0019] 如图1所示,本发明提供的一种利用单电容实现电场共振的无线电能传输装置,包括信号源1、全桥逆变电路2、谐振补偿环节3、参数共振升压变压器4、单电容传输模块5、参数共振降压变压器6和整流滤波环节7。
[0020] 信号源I依次通过全桥逆变电路2和谐振补偿环节3连接参数共振升压变压器4,参数共振升压变压器4通过单电容传输模块5连接参数共振降压变压器6,参数共振降压变压器6通过整流滤波环节7连接用电设备。
[0021] 信号源1,用于提供交流功率信号。
[0022] 全桥逆变电路2,用于将信号源I提供的交流功率信号转换为频率可控的交变信号,可控的交变信号频率可为1Ηζ-500ΚΗζ,为形成电场共振提供条件。
[0023] 谐振补偿环节3主要对在逆变电路中产生的等效阻抗进行补偿。通过在参数共振变压器前端加入可控的谐振补偿网络,通过控制耦合机构等效电路参数的变化实现与参数共振变压器的匹配。
[0024] 参数共振升压变压器4和参数共振降压变压器6,用于通过寻找电场共振形成的驻波波节,形成虚地,达到使用单电容完成无线电能传输的目的。参数共振升压变压器4实现高压输出,参数共振降压变压器6实现低压输出。
[0025] 单电容传输模块5,用于完成无线电能的传输。
[0026] 整流滤波环节7,用于将交变信号转换为稳定的直流信号提供给直流用电设备。
[0027] 单电容传输模块5中的单电容可以采用有介质填充或真空形式。
[0028] 单电容传输模块5中的单电容的两个极板之间可以加入快速脉冲激光器,快速脉冲激光器用来形成等离子体传输通道,利用通道内的大量自由电子实现电能转移。
[0029] 单电容传输模块5中的单电容的两个极板间可以通过紫外线灯照射产生等离子体,形成传输通道。
[0030] 基于电场共振和磁场共振原理的分布式耦合谐振系统是目前无线电能传输系统的主要工作模式,但其工作频率偏高,有可能对人体产生辐射危害。针对以上无线输电技术中存在的缺陷,本发明提出了一种利用单电容实现电场共振的无线电能传输装置。与传统的电场共振模式相比,单电容电场共振无线传输模式在提高传输距离、提高传输功率和提高能量传输效率等方面得到了较大改善。解决了目前的无线输电技术传输距离近、输送功率小且传输效率低的缺点。
[0031] 本文虽然已经给出了本发明的一些实施例,但是本领域的技术人员应当理解,在不脱离本发明精神的情况下,可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的,不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。

Claims (4)

1.一种利用单电容实现电场共振的无线电能传输装置,其特征在于,包括信号源、全桥逆变电路、谐振补偿环节、参数共振升压变压器、单电容传输模块、参数共振降压变压器和整流滤波环节; 所述信号源依次通过所述全桥逆变电路和所述谐振补偿环节连接所述参数共振升压变压器,所述参数共振升压变压器通过单电容传输模块连接所述参数共振降压变压器,所述参数共振降压变压器通过所述整流滤波环节连接用电设备; 所述信号源,用于提供交流功率信号; 所述全桥逆变电路,用于将所述信号源提供的交流功率信号转换为频率可控的交变信号,为形成电场共振提供条件; 所述谐振补偿环节,用于通过控制耦合机构等效电路参数的变化实现与参数共振变压器的匹配; 所述参数共振升压变压器和参数共振降压变压器,用于通过寻找电场共振形成的驻波波节,形成虚地,达到使用单电容完成无线电能传输的目的; 所述单电容传输模块,用于完成无线电能的传输; 所述整流滤波环节,用于将交变信号转换为稳定的直流信号提供给直流用电设备。
2.如权利要求1所述的一种利用单电容实现电场共振的无线电能传输装置,其特征在于,所述单电容传输模块中的单电容可以采用有介质填充或真空形式;所述单电容的极板材料可以采用金属或非金属导电材料;所述单电容的极板形状可以采用矩形、圆形或多边形。
3.如权利要求1所述的一种利用单电容实现电场共振的无线电能传输装置,其特征在于,所述单电容传输模块中的单电容的两个极板之间设有快速脉冲激光器,所述快速脉冲激光器用来形成等离子体传输通道,利用通道内的大量自由电子实现电能转移。
4.如权利要求1所述的一种利用单电容实现电场共振的无线电能传输装置,其特征在于,所述单电容传输模块中的单电容的两个极板间可以通过紫外线灯照射产生等离子体,形成传输通道。
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