CN114243950A - 一种发射角度偏移的矿用无线输电装置 - Google Patents

一种发射角度偏移的矿用无线输电装置 Download PDF

Info

Publication number
CN114243950A
CN114243950A CN202111599218.XA CN202111599218A CN114243950A CN 114243950 A CN114243950 A CN 114243950A CN 202111599218 A CN202111599218 A CN 202111599218A CN 114243950 A CN114243950 A CN 114243950A
Authority
CN
China
Prior art keywords
coil
transmitting coil
wireless power
transmitting
power transmission
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111599218.XA
Other languages
English (en)
Inventor
赵宇波
崔振宇
侯钰慧
田子建
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Original Assignee
China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China University of Mining and Technology Beijing CUMTB filed Critical China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Priority to CN202111599218.XA priority Critical patent/CN114243950A/zh
Publication of CN114243950A publication Critical patent/CN114243950A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/40—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using two or more transmitting or receiving devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/90—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving detection or optimisation of position, e.g. alignment

Abstract

本申请涉及一种发射角度偏移的矿用无线输电装置，属于无线电能传输技术领域，本申请的矿用无线输电装置，包括第一发射线圈、第二发射线圈和负折射率超材料，通过将第一发射线圈和第二发射线圈之间的夹角设置为18度,并且将负折射率超材料覆盖在二维发射线圈的发射端的方法来进行无线传输，解决了由于全方向无线电能传输系统发射端向四周发散的磁场过于均匀分布，导致接收端在各个方向上的接收功率比较小，并且无法在指定方向上进行远距离的无线电能传输的技术问题。实现了增强夹角范围内的磁场叠加，提高了对矿井下电气设备的无线输电效率、增加传输距离的技术效果。

Description

一种发射角度偏移的矿用无线输电装置
技术领域
本发明涉及一种无接触电能传输技术，具体涉及一种发射角度偏移的矿用无线输电装置。
背景技术
煤矿井下电气设备供电目前采用有线电缆和蓄电池2种方式，或者是两者的混合。矿井狭小巷道内集中了各类电气设备，井下的电气设备随着工作面的推进也要定期移动，有线供电电缆极大地增加了设备搬迁的工作量，井下狭小巷道中密集的供电电缆使井下电气设备难以维护。在有线电缆难以到达的区域，如采煤工作面回风隅角，传感器只能采用蓄电池供电，井下便携式检测仪或移动通信等设备也由蓄电池供电，为避免在煤矿井下更换蓄电池时破坏防爆结构及性能，防止电池在瓦斯气体中放电引发爆炸，GB3836.2-2010中明确规定包含电池的隔爆型设备在爆炸气体环境中严禁打开外壳；2016年版《煤矿安全规程》也明确规定便携式设备必须在地面充电，机车等移动设备必须在专用充电硐室或者地面充电，专用充电硐室必须有独立的通风系统，禁止在井下充电硐室以外地点对电池(组)进行更换和维修。目前我国煤炭生产企业无论地面充电还是井下充电硐室都是采用传统的有线充电方式；这给矿井安全生产带来了诸多不便。
而无线电能传输是无接触式供电，如果能够在煤矿井下爆炸性环境中实现无线输电，将彻底摆脱“只能到地面或井下专用充电硐室”进行充电的束缚，极大地便捷了煤矿井下电气设备的维护和管理，将为矿井安全生产提供有效的技术保障手段，将会显著提高矿井智能化建设水平。
但迄今为止，无线电力传输领域的许多研究都集中在单方向平面上的无线电力传输系统上，发射线圈和接收线圈必须在同一轴上，或者允许有一定程度的偏斜。
然而，在现实煤矿井下，电气设备的移动是不可避免的。此时，无线电能传输系统在一维层面的传输功率和效率将大大降低。因此，全方向无线电能传输应运而生，目的是为了解决目前无线电力传输结构在使用时限制性过强的问题。发射端的线圈结构因需求不同而迥异，有双线圏结构、三线圈正交结构、四线圈结构、多线圈中继结构、多线圈并联结构等等。
全方向无线传输系统虽然解决了井下电气设备移动对电能传输的限制性问题，但多维发射端向四周发散的磁场过于均匀分布，导致电气设备在各个方向上的接收功率比较小，并且无法在指定方向上进行远距离的无线电能传输。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种发射角度偏移的矿用无线输电装置，通过改变二维发射线圈之间的夹角角度以及添加负折射率超材料的方法来进行无线传输，此种技术能够增强夹角范围内的磁场叠加效果，提高无线输电效率、增加传输距离。
本发明采用的技术方案为：一种发射角度偏移的矿用无线输电装置，包括：发射线圈、负折射率超材料和接收线圈；所述发射线圈包括第一发射线圈和第二发射线圈，且所述第一发射线圈和所述的第二发射线圈按照预设角度相交设置，以形成非正交的二维发射线圈；所述第一发射线圈和所述的第二发射线圈的预设角度为18度；所述负折射率超材料覆盖所述二维发射线圈的发射端；
其中，所述接收线圈非接触地设置于所述二维发射线圈的发射端一侧，且所述接收线圈位于所述发射端的发射信号覆盖范围内；所述二维发射线圈发射的电磁波经过所述负折射率超材料加强后，传输至所述接收线圈。
其中，所述无线输电装置还包括功率源，所述功率源包括：
第一功率源，与所述第一发射线圈电连接，所述第一功率源用于产生与系统频率相同的方波，并将所述方波作为所述第一发射线圈发射端的信号源；
第二功率源，与所述第二发射线圈电连接，所述第二功率源用于产生与系统频率相同的方波，并将所述方波作为所述第二发射线圈发射端的信号源。
其中，所述第一功率源和第二功率源均包括交流电源、整流滤波电路和逆变电路；
其中，所述第一功率源、第二功率源对应的所述交流电源依次经对应的所述整流滤波电路、所述逆变电路后，分别对应连接至所述第一发射线圈、第二发射线圈的发射端。
其中，所述整流滤波电路为桥式整流滤波电路。
其中，所述逆变电路为全桥逆变电路。
其中，所述第一发射线圈与第二发射线圈均为正交螺线管型线圈。
其中，所述接收线圈为单个螺线管型或者平面螺旋形线圈以及其衍生线圈。
其中，所述第一发射线圈、第二发射线圈具有相同的中心。
其中，所述接收线圈的中心正对所述二维发射线圈的中心。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
1、通过令第一发射线圈与第二发射线圈之间的夹角为18度，来增强夹角范围内的磁场叠加效果；
2、通过在发射端夹角范围内添加负折射率超材料，来增加电能传输的距离；
3、结构简单、成本和空间占用率低、效率高、实用性强。
附图说明
图1为本发明实施例提供的发射角度偏移的矿用无线输电装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的发射装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的无线输电系统结构示意图；
附图标记说明：
1、第一交流电源；2、第一补偿电容；3、第一发射线圈；4、第二交流电源；5、第二补偿电容；6、第二发射线圈；7、负折射率超材料；8、接收线圈；
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，需指出的是，以下若有为特别详细说明之处，均是本领域技术人员可参照现有技术实现的。
本发明针对现有无线输电装置的传输效率低、传输距离短的问题，提供一种发射角度偏移的无线输电装置。
如图1所示，本实施例提供一种发射角度偏移的矿用无线输电装置，包括：
第一发射线圈3、第二发射线6和接收线圈8。
其中，第一发射线圈3和第二发射线圈6按照预设角度相交设置，以形成非正交的二维发射线圈。
接收线圈3非接触地设置于所述二维发射线圈的发射端一侧，且所述接收线圈位于所述预设角度范围内。
可选地，本实施例中，第一发射线圈3和第二发射线圈6之间的预设角度，例如，优选为18度。
本实施例通过将第一发射线圈3和第二发射线圈6设置为非正交的二维发射线圈，电能通过二维发射线圈的发射端传输到接收线圈，既能加强夹角范围内的磁场强度，也能增加处于夹角范围内的接收线圈8的接收功率。
进一步地，本实施例还设置了负折射率超材料7，该负折射率超材料7覆盖二维发射线圈的发射端。
具体地，第一发射线圈3、第二发射线圈6产生的电磁能量，经二维发射线圈的发射端的负折射率超材料7加强后，再传输至接收线圈8。
本实施例设置负折射率超材料的作用为：当电磁波从常规介质进入到负折射率超材料7时，电磁波的传播方向发生改变，即负折射率超材料7布设于无线输电装置的发射端，可以对发射线圈发射出的电磁波具有一定的汇聚作用，减少电磁波散射造成的能量丢失，从而提高无线输电装置的传输效率和增加传输距离。
进一步地，所述无线输电装置还包括功率源，功率源用于为二维发射线圈的发射端提供信号源。如图3所示，本实施例中的功率源包括：交流电源、整流滤波电路、逆变电路和补偿电容。
交流电源输出的交流电经整流滤波电路后，得到稳定的直流电压信号后，经过逆变电路产生与系统固有频率相同的方波，然后经过补偿电容得到稳定的信号源，使得发射线圈和接收线圈在该固有频率处产生谐振，从而实现电能的高效传输。
本实施例的发射角度偏移的矿用无线输电装置为磁耦合谐振式无线电能传输系统，对于磁耦合谐振式无线电能传输来说，为了保证发射功率尽可能大，并且使系统工作在谐振状态，需要令发射线圈和接收线圈具有相同的固有频率。
可选地，本实施例的整流滤波电路为桥式整流滤波电路。
可选地，本实施例的逆变电路为全桥逆变电路。
桥式整流滤波电路和全桥逆变电路，属于本领域技术人员比较熟知的技术，在此不再赘述。
如图1所示，本实施例中，功率源包括第一功率源和第二功率源，其中：
第一功率源，与第一发射线圈3电连接，该第一功率源用于产生与系统频率相同的方波，并将所述方波作为所述第一发射线圈3发射端的信号源。
第二功率源，与第二发射线圈6电连接，该第二功率源用于产生与系统频率相同的方波，并将所述方波作为第二发射线圈6发射端的信号源。本实施例对第一发射线圈3与第二发射线圈6分别设置不同的功率源，可以让功率源与线圈之间的绕制过程更加简单，不会出现导线打结的情况。
第一功率源包括第一交流电源1，第二功率源包括第二交流电源4，第一交流电源1和第二交流电源4依次经对应的整流滤波电路、逆变电路后，分别对应连接至第一发射线圈3、第二发射线圈6的发射端。
第一发射线圈3、第二发射线圈6分别从第一交流电源1、第二交流电源4获得发射功率源，从而完成发射角度偏移的无线电能传输。
如图1所示，本实例中，补偿电容包括第一补偿电容2和第二补偿电容5，其中：
第一补偿电容2与第一功率源、第一发射线圈3电连接，第二补偿电容5与第二功率源、第二发射线圈6电连接。
本实施例通过设置第一补偿电容和第二补偿电容，可以起到调节控制电压的作用，令电路工作在稳压和恒流状态。
可选地，本实施例中，第一发射线圈与第二发射线圈均为平面圆形螺旋线圈。因为平面圆形的螺旋线圈的厚度非常薄，占用空间地方少，并且平面螺旋线圈磁场分布比较均勾，所以比较适合作为电能传输的发射线圈。
可选地，本实施例的接收线圈为单个螺线管型或者平面螺旋形线圈及其衍生线圈。
本实施例中，为了提高无线传输系统的传输效率，还可以视情况，移动接收线圈的位置，令接收线圈平面指向二维发射线圈的中心，所述二维发射线圈的中心指的是第一线圈与第二线圈相交的中心点。
综上所述，本发明提供的无线输电发射装置，通过将第一发射线圈与第二发射线圈之间的夹角设置为18度，可以达到集中磁场，增强夹角范围内磁场强度的目的。另外，利用负折射率超材料磁场汇聚的作用，减少电磁波散射造成的能量丢失，从而增加磁场传输的距离，最后将电能传输到接收线圈。通过本发明提供的无线输电系统发射线圈有效降低了输电成本，增加了传输距离。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种发射角度偏移的矿用无线输电装置，其特征在于，包括：发射线圈、负折射率超材料和接收线圈；
所述发射线圈包括第一发射线圈和第二发射线圈，且所述第一发射线圈和所述第二发射线圈按照预设角度相交设置，以形成非正交的二维发射线圈；
所述负折射率超材料覆盖所述二维发射线圈的发射端；
所述接收线圈非接触地设置于所述二维发射线圈的发射端一侧，且所述接收线圈位于所述预设角度范围内；所述二维发射线圈发射的电磁波经过所述负折射率超材料加强后，传输至所述接收线圈。
2.根据权利要求1所述的发射角度偏移的矿用无线输电装置，其特征在于，所述第一发射线圈和所述第二发射线圈的预设角度为18度。
3.根据权利要求1所述的发射角度偏移的矿用无线输电装置，其特征在于，所述无线输电装置还包括功率源，所述功率源包括：
第一功率源，与所述第一发射线圈电连接，所述第一功率源用于产生与系统频率相同的方波，并将所述方波作为所述第一发射线圈发射端的信号源；
第二功率源，与所述第二发射线圈电连接，所述第二功率源用于产生与系统频率相同的方波，并将所述方波作为所述第二发射线圈发射端的信号源。
4.根据权利要求2所述的发射角度偏移的矿用无线输电装置，其特征在于，所述第一功率源和第二功率源均包括交流电源、整流滤波电路和逆变电路；
所述第一功率源、第二功率源对应的所述交流电源依次经对应的所述整流滤波电路、所述逆变电路后，分别对应连接至所述第一发射线圈、第二发射线圈的发射端。
5.根据权利要求4所述的发射角度偏移的矿用无线输电装置，其特征在于，所述整流滤波电路为桥式整流滤波电路。
6.根据权利要求4所述的发射角度偏移的矿用无线输电装置，其特征在于，所述逆变电路为全桥逆变电路。
7.根据权利要求1所述的发射角度偏移的矿用无线输电装置，其特征在于，所述第一发射线圈与第二发射线圈均为正交螺线管型线圈。
8.根据权利要求1所述的发射角度偏移的矿用无线输电装置，其特征在于，所述接收线圈为单个螺线管型或者平面螺旋形线圈以及其衍生线圈。
9.根据权利要求1所述的发射角度偏移的矿用无线输电装置，其特征在于，所述第一发射线圈、第二发射线圈具有相同的中心。
10.根据权利要求9所述的发射角度偏移的矿用无线输电装置，其特征在于，所述接收线圈的中心正对所述二维发射线圈的中心。
CN202111599218.XA 2021-12-24 2021-12-24 一种发射角度偏移的矿用无线输电装置 Pending CN114243950A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111599218.XA CN114243950A (zh) 2021-12-24 2021-12-24 一种发射角度偏移的矿用无线输电装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111599218.XA CN114243950A (zh) 2021-12-24 2021-12-24 一种发射角度偏移的矿用无线输电装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114243950A true CN114243950A (zh) 2022-03-25

Family

ID=80762666

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111599218.XA Pending CN114243950A (zh) 2021-12-24 2021-12-24 一种发射角度偏移的矿用无线输电装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114243950A (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102946155A (zh) * 2012-11-19 2013-02-27 陈恩策 蜂窝式无线充电办公系统
CN105706334A (zh) * 2014-04-30 2016-06-22 韩国电气研究院 无线电力发射装置、无线电力接收装置及线圈结构
CN205725094U (zh) * 2016-04-12 2016-11-23 武汉大学 一种基于高品质因数大功率蜂房式线圈的无线充电装置
CN207504648U (zh) * 2017-09-26 2018-06-15 广州大学 一种基于磁谐振的多方向无线充电装置
CN110635581A (zh) * 2019-10-29 2019-12-31 成都斯普奥汀科技有限公司 一种可折叠的磁谐振耦合无线电能传输系统的收发天线
CN112510779A (zh) * 2020-11-25 2021-03-16 维沃移动通信有限公司 充电设备及充电方法
CN215009767U (zh) * 2021-02-04 2021-12-03 浙江荷清柔性电子技术有限公司 一种无线供能发射器

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102946155A (zh) * 2012-11-19 2013-02-27 陈恩策 蜂窝式无线充电办公系统
CN105706334A (zh) * 2014-04-30 2016-06-22 韩国电气研究院 无线电力发射装置、无线电力接收装置及线圈结构
CN205725094U (zh) * 2016-04-12 2016-11-23 武汉大学 一种基于高品质因数大功率蜂房式线圈的无线充电装置
CN207504648U (zh) * 2017-09-26 2018-06-15 广州大学 一种基于磁谐振的多方向无线充电装置
CN110635581A (zh) * 2019-10-29 2019-12-31 成都斯普奥汀科技有限公司 一种可折叠的磁谐振耦合无线电能传输系统的收发天线
CN112510779A (zh) * 2020-11-25 2021-03-16 维沃移动通信有限公司 充电设备及充电方法
CN215009767U (zh) * 2021-02-04 2021-12-03 浙江荷清柔性电子技术有限公司 一种无线供能发射器

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN202513644U (zh) 一种可无线充电的可携带的系统
CN202997711U (zh) 无线供电本地计算系统
Valtchev et al. Electromagnetic field as the wireless transporter of energy
CN102510118B (zh) 无线充电系统
CN108847708A (zh) 一种新型无人机无线充电平台及充电方法
CN102891538A (zh) 巡线机器人无线充电系统
CN108155728A (zh) 一种用于无人机动态稳定续航无线充电系统
Wu et al. Compact and free-positioning omnidirectional wireless power transfer system for unmanned aerial vehicle charging applications
CN206283301U (zh) 基于交叠四发射线圈的电缆隧道巡检机器人无线充电系统
US20170179768A1 (en) Portable charging system and hybrid battery
Mehrotra Cut the cord: wireless power transfer, its applications, and its limits
CN110247463B (zh) 无线充电系统
CN102324776A (zh) 一种强电磁耦合式电动汽车无线充电装置
CN107276249A (zh) 一种磁耦合谐振式无线电能传输碗状原边线圈
CN110380520A (zh) 一种用于移动机器人的静态无线充电方法及装置
CN113964493A (zh) 基于混合体模源的低频机械天线
CN114243950A (zh) 一种发射角度偏移的矿用无线输电装置
CN105656212B (zh) 基于旋转磁场的非接触式充电设备及充电方法
CN202034831U (zh) 一种无线式电磁供电装置
CN106451606A (zh) 一种车载内移动设备的远距离无线充电系统
Manohar et al. An overview of wireless power transmission system and analysis of different methods
CN104104139A (zh) 一种基于无线输电的矿用电机车充电装置及方法
CN106712320B (zh) 一种基于分布式多线圈耦合的无线充电装置
CN110014894A (zh) 电动汽车的无线充电系统
CN202455168U (zh) 基于大规模无线电能传输技术的电网架构

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20220325