本發(fā)明屬于無(wú)線電能傳輸領(lǐng)域，特別是涉及到一種共地結(jié)構(gòu)的新型諧振式無(wú)線電能傳輸方法及裝置。

背景技術(shù)：

自從1840年發(fā)現(xiàn)利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象及導(dǎo)線可以傳輸電能至今，電能的傳輸主要是由導(dǎo)線直接接觸進(jìn)行傳輸?shù)?。電工設(shè)備的充電一般是通過(guò)插頭和插座來(lái)進(jìn)行，但是在進(jìn)行大功率充電時(shí)，這種充電方式存在高壓觸電的危險(xiǎn)。且由于存在摩擦和磨損，系統(tǒng)的安全性、可靠性及使用壽命較低，特別是在化工、采礦等一些易燃、易爆領(lǐng)域，極易引發(fā)大的事故。新型無(wú)接觸電能傳輸系統(tǒng)采用電磁感應(yīng)原理、電力電子技術(shù)以及控制理論相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了電能的無(wú)線傳輸，完全克服了以上限制。根據(jù)電能傳輸原理，無(wú)線電能傳輸大致上可以分為三類(lèi)：第一類(lèi)是變壓器原理的直接耦合式，這種方式功率雖然較大，但是僅適于近距離；第二類(lèi)電波無(wú)線能量傳輸技術(shù)，直接利用電磁波能量可以通過(guò)天線發(fā)射和接收的原理，這種方式雖然實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)距離和大功率能量的傳輸，但是能量傳輸受方向限制，也不能繞過(guò)障礙物，并且損耗較大，對(duì)人體和其它生物都有嚴(yán)重傷害；第三類(lèi)是非輻射耦合諧振方式，該技術(shù)可以在有障礙物的情況下傳輸，傳輸距離也比較遠(yuǎn)，傳輸功率也較大，而且對(duì)人體沒(méi)有傷害。

2007年，mit的研究人員采用高頻電磁諧振耦合方式實(shí)現(xiàn)了電能的中程無(wú)線傳輸，在間隔2m距離給60w燈泡供電時(shí)效率約為40％。這一重大進(jìn)展又激起了國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸技術(shù)的興趣，眾多學(xué)者在提高傳輸功率和效率，以及傳輸距離等方面進(jìn)行了深入的研究，他們大多是通過(guò)頻率跟蹤和阻抗匹配等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)提高傳輸功率和效率，以及傳輸距離的目的。但是他們實(shí)驗(yàn)的臨界耦合距離都限制在諧振器直徑的2倍之內(nèi)，在超過(guò)臨界耦合距離之外，其傳輸功率和效率隨著傳輸距離迅速降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種共地結(jié)構(gòu)的新型諧振式無(wú)線電能傳輸方法及裝置，與傳統(tǒng)無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，此方法及裝置大幅提高了傳輸距離與線圈半徑比例、大幅提高了傳輸功率和傳輸效率及系統(tǒng)空間靈活性。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種共地結(jié)構(gòu)的新型諧振式無(wú)線電能傳輸方法，將電磁發(fā)射裝置的多匝發(fā)射線圈與電磁接收裝置的多匝接收線圈接地，從而形成共地結(jié)構(gòu)，共地結(jié)構(gòu)引導(dǎo)準(zhǔn)靜場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)發(fā)射線圈和接收線圈高距徑比、低方向敏感性的較大功率及較大效率的電能傳輸。

進(jìn)一步的，所述多匝發(fā)射線圈的接地方式為一端接地，一端絕緣設(shè)置。

進(jìn)一步的，所述多匝接收線圈的接地方式為一端接地，一端絕緣設(shè)置。

本發(fā)明還提供了一種共地結(jié)構(gòu)的新型諧振式無(wú)線電能傳輸裝置，包括電磁發(fā)射系統(tǒng)和電磁接收系統(tǒng)；

所述電磁發(fā)射系統(tǒng)設(shè)置了帶有接地結(jié)構(gòu)的電磁發(fā)射裝置；

所述電磁接收系統(tǒng)設(shè)置了帶有接地結(jié)構(gòu)的電磁接收裝置；

所述電磁接收裝置的諧振頻率與所述電磁發(fā)射裝置的諧振頻率一致；

所述電磁發(fā)射裝置與電磁接收裝置形成共地結(jié)構(gòu)，所述共地結(jié)構(gòu)引導(dǎo)準(zhǔn)靜場(chǎng)。

進(jìn)一步的，所述電磁發(fā)射裝置包括單匝的激勵(lì)線圈和多匝發(fā)射線圈，所述多匝發(fā)射線圈一端接地，一端絕緣設(shè)置，構(gòu)成接地結(jié)構(gòu)。

更進(jìn)一步的，所述電磁接收裝置包括多匝接收線圈和單匝的負(fù)載線圈，所述多匝接收線圈一端接地，一端絕緣設(shè)置，構(gòu)成接地結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，所述帶有接地結(jié)構(gòu)的電磁發(fā)射裝置與高頻信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、電源側(cè)阻抗匹配電路共同構(gòu)成所述電磁發(fā)射系統(tǒng)。

進(jìn)一步的，所述帶有接地結(jié)構(gòu)的電磁接收裝置與接收側(cè)阻抗匹配電路、穩(wěn)壓及整流電路以及負(fù)載共同構(gòu)成所述電磁接收系統(tǒng)。

進(jìn)一步的，所述電磁接收系統(tǒng)設(shè)置為多個(gè)，每個(gè)電磁接收系統(tǒng)的電磁接收裝置都通過(guò)接地與電磁發(fā)射裝置形成共地結(jié)構(gòu)，各電磁接收裝置的諧振頻率與電磁發(fā)射裝置的諧振頻率一致。

進(jìn)一步的，所述電磁發(fā)射裝置與電磁接收裝置的線圈結(jié)構(gòu)為對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)或非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果，發(fā)明所述的一種共地結(jié)構(gòu)的新型諧振式無(wú)線電能傳輸方法及裝置，克服了現(xiàn)有技術(shù)采用的傳統(tǒng)無(wú)線電能傳輸結(jié)構(gòu)隨著距離增大、方向改變導(dǎo)致傳輸效率大幅降低的局限，而是采用共地結(jié)構(gòu)，所述共地結(jié)構(gòu)用于引導(dǎo)準(zhǔn)靜場(chǎng)，并不參與能量的傳輸，且不消耗能量，大幅提高了傳輸距離與線圈半徑比例、大幅提高了傳輸功率和傳輸效率及系統(tǒng)空間靈活性，發(fā)射裝置與接收裝置的線圈結(jié)構(gòu)可為對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)或非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，兩線圈平行甚至垂直放置均不改變傳輸效率，從而實(shí)現(xiàn)了發(fā)射線圈和接收線圈高距徑比、低方向敏感性的較大功率及較大效率的電能傳輸。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

本發(fā)明所述的一種共地結(jié)構(gòu)的新型諧振式無(wú)線電能傳輸方法及裝置，與傳統(tǒng)無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，此方法及裝置大幅提高了傳輸距離與線圈半徑比例、大幅提高了傳輸功率和傳輸效率及系統(tǒng)空間靈活性。

共地結(jié)構(gòu)的新型諧振式無(wú)線電能傳輸方法及裝置包括電磁發(fā)射系統(tǒng)及電磁接收系統(tǒng)，可根據(jù)需要設(shè)置電磁接收系統(tǒng)的個(gè)數(shù)，多個(gè)電磁接收裝置通過(guò)接地與電磁發(fā)射裝置形成共地結(jié)構(gòu)，多個(gè)電磁接收裝置的諧振頻率與電磁發(fā)射裝置一致。

下面以圖1作為具體應(yīng)用的實(shí)例：

電磁發(fā)射系統(tǒng)包括dds高頻信號(hào)發(fā)生器、功率放大器，電源側(cè)阻抗匹配電路、接地結(jié)構(gòu)的電磁發(fā)射裝置。

圓筒形發(fā)射線圈半徑為15cm，諧振頻率為6.78mhz，將激勵(lì)線圈設(shè)置為單匝線圈，與多匝的發(fā)射線圈共同構(gòu)成電磁發(fā)射裝置。將多匝的發(fā)射線圈一端接地，一端絕緣設(shè)置，構(gòu)成接地結(jié)構(gòu)的電磁發(fā)射裝置。

電磁接收系統(tǒng)包括接地結(jié)構(gòu)的電磁接收裝置、接收側(cè)阻抗匹配電路、穩(wěn)壓及整流電路和負(fù)載。

圓筒形接收線圈半徑為15cm，諧振頻率為6.78mhz，將負(fù)載線圈設(shè)置為單匝線圈，與多匝的接收線圈共同構(gòu)成電磁接收裝置。將多匝的接收線圈一端接地，一端絕緣設(shè)置，構(gòu)成接地結(jié)構(gòu)的電磁接收裝置。

發(fā)射系統(tǒng)與接收系統(tǒng)距離15m，距徑比為100：1。

dds高頻信號(hào)發(fā)生器發(fā)出6.78mhz的高頻信號(hào)，經(jīng)功率放大器增大其功率輸出200w，經(jīng)阻抗匹配電路施加到電磁發(fā)射裝置，阻抗匹配電路用于減小返回到電源的反射功率，使向電磁發(fā)射裝置輸出的正向功率最大。

共地結(jié)構(gòu)用于引導(dǎo)準(zhǔn)靜場(chǎng)，并不參與能量的傳輸，且不消耗能量。

電磁接收裝置接收到電磁發(fā)射系統(tǒng)發(fā)出的電能，經(jīng)由阻抗匹配電路輸出到整流及穩(wěn)壓電路，阻抗匹配電路用于減少負(fù)載返回到電磁接收裝置的反射功率，使向負(fù)載輸出的正向功率最大，整流及穩(wěn)壓電路將高頻交流電能轉(zhuǎn)化為適合于負(fù)載的直流電能。

負(fù)載接收功率83w，系統(tǒng)傳輸效率為41.5％。

改變接收裝置線圈方向，系統(tǒng)傳輸功率及傳輸效率未見(jiàn)降低。

移除接地結(jié)構(gòu)在同等功率及效率下，傳輸距離降低為80cm，可見(jiàn)采用此發(fā)明所述的一種共地結(jié)構(gòu)的新型諧振式無(wú)線電能傳輸方法及裝置可將距徑比增大18.75倍。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。