CN106340978A - 一种远距离无线电能传输系统 - Google Patents

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CN106340978A CN201510912306.9A CN201510912306A CN106340978A CN 106340978 A CN106340978 A CN 106340978A CN 201510912306 A CN201510912306 A CN 201510912306A CN 106340978 A CN106340978 A CN 106340978A
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孟凡亮
李辉
付莹波
杨天祥
李金�
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Abstract

一种远距离无线电能传输系统，其特征在于它由成像机构和接收机构组成，提供一种远距离无线电能传输用的激光器，并且输出的光学成像可变，而且光束质量好、输出功率可调、线宽窄、结构简单、可靠性高，可以进行高效的无线电能传输。

Description

一种远距离无线电能传输系统
技术领域
本发明具体涉及一种远距离无线电能传输系统。
背景技术
目前，21世纪，人类面临着实现经济和社会可持续发展的重大挑战，环境和能源问题已日益成为全球的突出问题之一。新型的无线电能传输（Wireless Power Transmission-WPT）是实现能源高效利用的重要途径。WPT在电动汽车、航空航天、电力系统、新能源发电、医疗仪器、照明、便携式通讯设备等领域均有着广泛的应用前景。就目前的技术水平而言，实现WPT的技术方式主要包括非接触式电磁感应耦合、电磁共振、无线电及微波辐射。电磁感应式采用原副边电路之间的空隙，通过磁场耦合感应相联系，传输距离较短，仅为mm级。电磁共振式采用两个相同频率的谐振物体产生很强的相互耦合，能量在两物体间交互，利用线圈及放置两端的平板电容器，共同组成谐振电路，利用磁场通过近场传输，具有方向性，传输效果受频率及天线尺寸影响。无线电波式利用接收电路捕捉从墙壁弹回的无线电波能量，在随负载作出调整的同时保持稳定的直流电压，但由于磁通向空间全方位辐射，接收功率仅为mW级。微波方式先通过磁控管将电能转变为微波能形式，再由发射天线将微波束送出，接收天线接收后由整流设备将微波能量转换为电能，但是能量束难以集中，能量散射损耗大，定向性差，传输效率低。激光方向性强，能量集中，利用激光器可以携带大量的能量，可以用较小的发射功率实现较远距离的输电。
发明内容
本发明的目的就是针对上述之不足，而提供一种远距离无线电能传输系统。
本发明它由成像机构和接收机构组成，成像机构包括光纤激光器、A透镜、B透镜和C透镜，A透镜的一侧位于光纤激光器的发光处，B透镜的一侧位于A透镜的另一侧，C透镜的一侧位于B透镜的另一侧，接收机构包括光伏层、热光伏层、散热板、最大功率跟踪器和固定座，固定座安装在飞行器本体下方，光伏层、热光伏层和最大功率跟踪器分别安装在固定座上，热光伏层的一侧位于光伏板的一侧，散热板安装在热光伏层的另一侧，光伏板和热光伏层发出的电能传输给最大功率跟踪器，最大功率跟踪器与飞行器本体的蓄电池电连接。
光纤激光器是高功率光纤激光器。
它还有圆盘，圆盘上开有光束通过孔，圆盘位于A透镜和B透镜之间。
它还有位移控制器，A透镜、B透镜、C透镜和圆盘分别安装在位移控制器上。
光伏层是光伏板。
光纤激光器的输出波长为1064nm。
本发明优点是：提供一种远距离无线电能传输用的激光器，并且输出的光学成像可变，而且光束质量好、输出功率可调、线宽窄、结构简单、可靠性高，可以进行高效的无线电能传输。
附 图 说 明
图1是本发明结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明由成像机构和接收机构组成，成像机构包括光纤激光器1、A透镜2、B透镜3和C透镜4，A透镜2的一侧位于光纤激光器1的发光处，B透镜3的一侧位于A透镜2的另一侧，C透镜4的一侧位于B透镜3的另一侧，接收机构包括光伏层7、热光伏层8、散热板9、最大功率跟踪器10和固定座11，固定座11安装在飞行器本体下方，光伏层7、热光伏层8和最大功率跟踪器10分别安装在固定座11上，热光伏层8的一侧位于光伏板2的一侧，散热板9安装在热光伏层8的另一侧，光伏板2和热光伏层8发出的电能传输给最大功率跟踪器10，最大功率跟踪器10与飞行器本体的蓄电池电连接。
光纤激光器1是高功率光纤激光器1。
它还有圆盘5，圆盘5上开有光束通过孔，圆盘5位于A透镜2和B透镜3之间。
它还有位移控制器6，A透镜2、B透镜3、C透镜4和圆盘5分别安装在位移控制器6上。
光伏层7是光伏板。
光纤激光器1的输出波长为1064nm。
工作原理：由光纤激光器1发出的激光光束在经过A透镜2时由于并未准直，所以会发生偏移但不会改变发散角，相当于发光点后移了一段距离。在经过第B透镜3是达到准直的目的，然后经过B透镜3后会聚于接收器某一点，由于光纤激光器1的激光光束的发散角很小，因此可以很好的完成准直。所以调整A透镜2、B透镜3和C透镜4之间的间距时，输出光斑的大小形状也会随之改变，这样就能达到可变光学成像的效果。只要适当的选择三个个柱透镜的间距，就可以在远场形成大小可变的圆形光斑，C透镜4将光束发送至光伏层7，光伏层7通过光伏效应将激光转换为电能；未被转换为电能的激光能量变为热能传导到热光伏层8；热光伏层8将热能转换为电能；散热板9将未被转化的热进行散热；光伏层9和热光伏层8发出的电能传输给最大功率跟踪器10（MPPT）；最大功率跟踪器10通过调节占空比，保持最大电能输出。
圆盘5可达到集中光束的作用。
位移控制器6可调整A透镜2、B透镜3、C透镜4、圆盘5之间的距离。
若光学系统焦距为f，光斑大小y’,光源y，物距L（光源到光学系统），像距L’（光出瞳到光斑），对于理想光学系统，1/L+1/L’=1/f， 那么垂直放大率b=y’/y=L’/L，则：Ly’=L’y
目前像距L’一定，光源大小一定情况下，那么物距L的改变就改变了光斑y’的大小。通过改变L的距离，从而达到改变y’光斑的大小。也就是通过位移控制器6要调节A透镜2、B透镜3和C透镜4移动，即改变图中A透镜2、B透镜3、C透镜4之间的距离以达到放大倍率改变，从而达到改变光斑的效果。

Claims (6)

1.一种远距离无线电能传输系统，其特征在于它由成像机构和接收机构组成，成像机构包括光纤激光器（1）、A透镜（2）、B透镜（3）和C透镜（4），A透镜（2）的一侧位于光纤激光器（1）的发光处，B透镜（3）的一侧位于A透镜（2）的另一侧，C透镜（4）的一侧位于B透镜（3）的另一侧，接收机构包括光伏层（7）、热光伏层（8）、散热板（9）、最大功率跟踪器(10)和固定座(11)，固定座(11)安装在飞行器本体下方，光伏层(7)、热光伏层(8)和最大功率跟踪器(10)分别安装在固定座(11)上，热光伏层(8)的一侧位于光伏板(2)的一侧，散热板(9)安装在热光伏层(8)的另一侧，光伏板(2)和热光伏层(8)发出的电能传输给最大功率跟踪器(10)，最大功率跟踪器(10)与飞行器本体的蓄电池电连接。
2.根据权利要求1所述的一种远距离无线电能传输系统，其特征在于光纤激光器(1)是高功率光纤激光器(1)。
3.根据权利要求1所述的一种远距离无线电能传输系统，其特征在于它还有圆盘(5)，圆盘（5）上开有光束通过孔，圆盘(5)位于A透镜(2)和B透镜(3)之间。
4.根据权利要求1或3所述的一种远距离无线电能传输系统，其特征在于它还有位移控制器(6)，A透镜(2)、B透镜(3)、C透镜(4)和圆盘(5)分别安装在位移控制器(6)上。
5.根据权利要求1所述的一种带有能量传输接收装置的飞行器，其特征在于光伏层(7)是光伏板。
6.根据权利要求1所述的一种带有能量传输接收装置的飞行器，其特征在于光纤激光器（1）的输出波长为1064nm。
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