CN106253497A - 一种基于特斯拉线圈的微型无线电能传输系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于特斯拉线圈的微型无线电能传输系统，包括发射端和接收端；所述发射端设置有无线电能无线电能发射天线和发射端电路；发射端电路将市电电能升到一定的电压之后，通过整流滤波得到直流电，再将直流电通过发射端电路变为交流电，最后发射端再用无线电能发射天线将交流电转换为磁场，并且无线电能发射天线将磁场发射出去；所述接收端设置有无线电能接收器天线和接收端电路。本发明是将用电设备与市电电插座之间的输电导线去掉，加入无线电能发射器和无线电能接收器，而且该系统的接收端在靠近电能发射天线0～10m范围内均能有效地接收到发射端传输的电能，并且系统设备具有体积小、辐射低、智能化控制等优点。

Description

一种基于特斯拉线圈的微型无线电能传输系统

技术领域

本发明涉及无线电能传输领域，具体是一种基于特斯拉线圈的微型无线电能传输系统。

背景技术

国内外的研究现状和发展趋势，2002年，重庆大学开始对非接触式电能传输技术的基础理论及工程应用进行研究，并成功研制了一套电动汽车无接触供电系统。东南大学自2006年在无线能量传输方面也进行相关的研究工作，并提出了电场耦合的光电机技术，以及磁耦合谐振式无线能量传输系统功率调频控制技术、电动汽车无线充放电与电网互动技术等一系列关键技术。2007年6月，美国麻省理工学院研究团队实现了在短距离内的无线电能传输。在约1.83m之外连将60W的灯泡点亮了。2008年9月，北美电力研讨会发布的论文显示，他们已经在美国内华达州的雷电实验室成功地将800W电力用无线的方式传输到5m远的距离。现在利用电磁耦合的电能传输方式已经在一些小功率的电子产品、家用电器中得到了应用，在2010年1月7日国际消费电子展上推出世界上首台不用电源线、信号线、网络线的“无尾电视”，可见在不久的将来，电能无线传输会实现。

随着无线电能传输技术的不断发展与成熟，不但使人们未来的生活有望摆脱手机、相机、笔记本电脑等移动设备电源线的束缚，享受在机场、车站、酒店多种场所提供的无线电能；而且还可用于一些特殊场合。在无线电能传输中，最看好的是特斯拉线圈，因为这种线圈不但可以无线发射电能，也可以无线接收电能。基于特斯拉线圈的无线电能传输系统，是将发射端线圈与接收端线圈振荡频率调整至相同，便可以使发射端与接收端发生谐振，这样，便可使发射端与接收端进行交互能量。基于特斯拉线圈的无线电能传输系统传输电能，不需要电线，一个功率为几千瓦的特斯拉线圈可以随意将电能输送到几十米之外，可以让家庭和办公区域内的每个用电设备都能在任意位置、任意时间都能用上方便省事的电能。

发明内容

本发明目的是提供一种体积小、辐射低、智能化控制的基于特斯拉线圈的微型无线电能传输系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于特斯拉线圈的微型无线电能传输系统，包括发射端和接收端；所述发射端设置有无线电能无线电能发射天线和发射端电路；发射端电路将市电电能升到一定的电压之后，通过整流滤波得到直流电，再将直流电通过发射端电路变为交流电，最后发射端再用无线电能发射天线将交流电转换为磁场，并且无线电能发射天线将磁场发射出去；所述接收端设置有无线电能接收器天线和接收端电路。

进一步的，所述无线电能无线电能发射天线是由一个空心电感线圈和一个与地耦合的顶端电容构成。

本发明的有益效果是：

本发明提出了一种以特斯拉线圈为核心的微型无线电能传输系统。系统以特斯拉线圈的理论为基础，进行特定的设计和改进做为无线电能发射装置，接收装置采用与电能发射端产生磁共振的形式实现无线电能传输。基于该系统的电能接收部分在靠近电能无线电能发射天线0～10m范围内均能有效地接收到发射端传输的电能，而且系统设备具有体积小、辐射低、智能化控制等优点，完全可以满足家庭或办公场所内用电设备的基本要求。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为电能发射端原理图。

图2为电能发射端电路图。

图3为电能接收端原理图。

图4为电能接收端电路图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1-4所示，本发明公开一种基于特斯拉线圈的微型无线电能传输系统，包括发射端和接收端。

发射端电路将市电电能升到一定的电压之后，通过整流滤波得到直流电，再将直流电通过发射端电路变为交流电，最后发射端再用无线电能发射天线将交流电转换为磁场，并且无线电能发射天线将磁场发射出去。变压器的种类有很多，但要满足该系统中线圈的正常工作，则必须要求变压器能将电压升到一定的电压值以上；如果要满足家庭和办公区域内用电设备的用电要求，则变压器的功率也有一定的要求，并且体积小，能满足在比较恶劣的条件下长时间稳定工作。

本发明采用两个变压器，将变压器的输入端并联、输出端串联，若输入电压为Uin、每个输入端的有效电流为Iin，那么每一个变压器的输入功率为Uin*Iin(W)，若在每一个变压器上的次级线圈上的电流为I2，因为次级线圈为串联，则串联之后的电流还是I2。因为每一个变压器在输入为Uin的条件下，输出有效值为Uout，则次级线圈串联后输出电压有效值为2*Uout。每一个变压器的输入功率为P，由于输出的电流不变，而电压变为原来的2倍，则升压后的总体输出功率为2P。整流滤波部分的电路设计，采用了将升压后的电压通过由4个二极管组成的全桥整流电路，经过全桥整流后通过一个无极性电容的初级滤波后，再通过两个回形电感后，得到比较平缓的直流电。经过市电升压部分、由4个二极管组成的全桥整流电路、电容滤波和电感整流之后可得到所需的各种技术要求。

由于整流后的直流电压较高，已经超过了现在大部分常用电子元器件的耐压值，用半导体器件搭建震荡电路比较困难。本系统发射端电路中LC振荡电路的起振采用高频真空电子管，高频真空电子管负载能力强，线性性能优于晶体管，在高频大功率领域的工作特性要比晶体管更好，并且真空电子管的允许电流大、截止频率高、功率高、阴极和阳极的击穿电压高，满足线圈工作的基本要求。并且两级使用的是钍钨材料，电子管长时间击穿工作对极板的损耗较小，能满足长时间工作的要求。此LC震荡电路工作频率较高，要求电容要具有较好的电容器频率特性。LC电路中的电容采用国产MKP电容，工作频率在2.4G以内，绝缘介质介电系数变化很小，电容量几乎不变，损耗较小。高频交变电流通过导体时，由于感应作用引起导体截面上电流分布不均匀，愈近导体表面电流密度越大，这种现象称“趋肤效应”，趋肤效应使导体的有效电阻增加。频率越高，趋肤效应越显著。LC震荡电路的电感采用一定直径的铜管绕制而成，体积较大，电感较小，在高频条件下工作具有良好的散热导电性能，并且高频作用下采用管状导线更能够降低和减少“趋肤效应”的产生。

无线电能发射天线是有一个空心电感线圈(次级线圈)和一个与地耦合的顶端电炉构成的，也是一个LC震荡电路。其中，空心电感线圈(次级线圈)用漆包线绕在一根PVC塑料管上做成，顶端电容用环形软塑料管，外面包上导电纸做成。

接收端由无线电能接收天线和接收端电路构成，接收端电路的震荡频率与无线电能发射天线发射出的磁场频率相同，即产生磁共振，从而接收端以较少的损耗接收并将磁场转换为电能。最后通过变频或者整流滤波直接供给用电设备使用。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于特斯拉线圈的微型无线电能传输系统，其特征在于，包括发射端和接收端；

所述发射端设置有无线电能无线电能发射天线和发射端电路；发射端电路将市电电能升到一定的电压之后，通过整流滤波得到直流电，再将直流电通过发射端电路变为交流电，最后发射端再用无线电能发射天线将交流电转换为磁场，并且无线电能发射天线将磁场发射出去；

所述接收端设置有无线电能接收器天线和接收端电路。

2.根据权利要求1所述基于特斯拉线圈的微型无线电能传输系统，其特征在于,所述无线电能无线电能发射天线是由一个空心电感线圈和一个与地耦合的顶端电容构成。