[发明专利]一种频率可调式无线电能传输装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种信号多级放大式无线电能传输装置，尤其涉及一种远距离、电磁谐振式、频率可方便调节的多级放大式无线电能传输装置。

背景技术

近年来，随着人们生活水平的不断提高和探索物质世界的逐渐深入，人们对电能的传输方式和传输质量也有了新的要求。传统的电能传输主要是由导线或导体直接接触进行的，接触产生的火花、滑动磨损、碳积累及带电导体裸露等带来了一系列问题。无线电能传输是一种利用无线电传输电能的技术，最早由尼古拉特斯拉提出，与传统的电能传输方式相比，无线电能传输的过程中供电和用电之间不存在电的直接连接，避免了裸露导体和接触火花，具有使用安全、方便等优点，因而受到了广大研究工作者的关注和重视。无线电能传输技术应用领域非常广泛，特别是在军事、矿山、水下、医疗、石油、交通等特殊和恶劣环境下具有广泛的应用前景。因此，对于无线电能传输技术的研究有着非常深远的意义。

目前，随着无线电能传输技术研究的不断升温及其相关应用领域的不断拓宽，越来越多的科学家对此项技术给予了足够的肯定。但是国内外现有的无线电能传输系统多半为电源频率不可调节系统，还有一部分无线电能传输系统通过冗繁的控制芯片与算法来实现部分频带内的频率可调，可这些系统适用性差，控制电路算法冗繁且操作起来很复杂，造价很高，在工程应用中越来越不被看好。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种频率可调式无线电能传输装置，通过有源晶振阵列中有源晶振的自动切换来调节无线电能传输系统的传输频率，并通过小信号逐级放大电路，达到大功率、长距离电能输送的目的。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种频率可调式无线电能传输装置，包括可调有源晶振阵列、多级放大电路、能量发射系统、能量接收系统和整流稳压匹配系统，能量发射系统和能量接收系统谐振式耦合；所述可调有源晶振阵列作为信号源，用于产生不同能量传输频率的高频小信号；所述级放大电路用于将可调有源晶振阵列产生的高频小信号进行逐级放大，为能量发射系统提供能量；所述能量发射系统用于产生高频电磁能量场；所述能量接收系统用于接收能量发射系统产生的高频电磁能量场，并将其转化为高频电能；所述整流稳定匹配电路用于将能量接收系统转化后高频电能进行整流稳压，以匹配负载所需电能。

由于无线电能传输系统传输效率、功率及传输距离与系统谐振频率密切相关，故通过调节信号源的固有频率，可改变电能传输距离的远近、传输效率的高低以及传输功率的大小。频率可调式有源晶振阵列可产生不同频率的电源信号，通过多级放大电路逐级将信号放大，使得最终输出的功率可达到数百瓦甚至上千瓦（三级推挽放大电路最终输出功能够达到300W以上）。

优选的，所述可调有源晶振阵列包括若干对应于不同电能传输要求（比如电能传输的距离、功率以及效率等）的有源晶振，通过电磁互锁、自锁控制电路控制有源晶振的选定。可根据无线电能传输系统所需传输距离、输出功率、传输频率等要求任意添加或删减具有不同晶振频率的有源晶振的个数。比如设计信号源频率可从1M～30M自由选择，为无线电能传输系统提供合适的、稳定的高频正弦信号源。

优选的，所述可调有源晶振阵列还包括频率选择面板，所述频率选择面板上设置有若干选择按钮，所述选择按钮通过控制电路一一对应于有源晶振的控制开关。使用时，只需按下选择按钮，即可实现多种晶振信号源间的切换，操作简洁明了，方便系统不同传输频率能量的高效传输；具有调节方便、安全快捷等优势，且能力损耗小，在生物医学、智能家居、水下作业、交通运输、冶金矿山等领域均有着巨大的应用前景。当根据无线电能传输系统所需传输距离、输出功率、传输频率等要求任意添加或删减具有不同晶振频率的有源晶振的个数时，只需在频率选择面板及控制电路中做相应的增加或删减按钮开关及电磁开关即可完成频带增加或减少的功能。

优选的，所述频率选择面板为非磁性铝制面板。频率选择面板是一种可视化的设计。

优选的，所述电磁互锁、自锁控制电路采用机械式防火花电磁继电器直接进行连接；每一个有源晶振均对应一个机械式防火花电磁继电器，有源晶振的控制开关与对应的机械式防火花电磁继电器常开触点组成自锁式供电电路，同时该机械式防火花电磁继电器的常开触点与其余所有有源晶振的机械式防火花电磁继电器的常闭触点串联连接，构成互锁电路；方便晶振选择时任意切换不同频率的有源晶振。