[实用新型]一种基于磁电层合材料的无线电能传输系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于磁电层合材料的无线电能传输系统，属于无线电能传输技术领域。

背景技术

传统情况下，电能接入主要通过导线连接、接插件模式等直接电接触的方式来实现，这存在灵活性差、接触不可靠和安全性不高的缺陷。于是，针对移动设备的便捷、安全、绿色的供电需求，无线电能传输技术受到越来越多的关注。

传统民用的无线电能传输技术主要有电磁感应和强耦合磁谐振两种。

电磁感应方式(ICPT,Inductive Contactless Power Transmission)，基于法拉第电磁感应定律，将两组相对位置很接近的线圈通过电感耦合实现近距离较大功率的无线电能传输。其缺点在于，耦合系数的高要求决定了其对于线圈位置对正要求高，相对位置角度稍有偏移，传输功率即大幅下降。

强耦合磁谐振方式(ERPT,Electro-magnetic Resonant Power Transmission)，基于磁谐振原理，发射端和接收端线圈处于磁共振状态，能量可以定向从发射线圈传输到接收线圈。其缺点在于，线圈体积较大且笨重。

两种方式各自所存在的缺点，都不能很好地满足小功率应用场合中对于轻便易用性的追求。

随着巨磁电效应在磁电层合材料中的发现，利用其实现信号检测成为研究的关注点。磁电层合材料主要由磁致伸缩相材料和压电相材料粘接构成。在交变磁场的作用下，外层的磁滞伸缩相材料受力形变，带动内层的压电相材料使其产生电荷并向两极积累。其本质是实现了从磁场→力→电场的能量转化和传递过程。

磁电层合材料的体积较小，对于位置角度的小幅度偏移不敏感，这两个优点很适合将其应用于无线电能传输领域。如果磁电层合材料能够作为无线电能传输装置的接收端，只要磁场足够大，对电荷的收集电路效率足够高，就可以实现一定距离和功率的无线电能传输，完全可以在追求轻便易用性的小功率应用场合取得广泛的应用。

然而磁电层合材料的应用目前还局限于信号检测领域，用于无线电能传输领域的研究很长时间以来未能得到应有的重视。

直至2008年麻省理工学院的O’Handley课题组才完成了L-T模式下的200mW的功率传输(100Ω负载，60kHz激励，交流磁场20Oe)。重庆大学的文玉梅课题组于2010年用PZT材料和Terfenlo-D材料实现了交流1Oe磁场下20μW的功率传输。

对于磁电层合材料在小功率应用场合下的无线电能传输，上述两项研究或是尚停留在实验室调试阶段，未能真正进行实际应用，或是传输功率停滞于mW量级以下。

发明内容

本实用新型的目的是提出一种基于磁电层合材料的无线电能传输系统，将磁电层合材料引入无线电能传输领域，论证了这种新型的无线电能传输方式在追求轻便易用性的小功率应用场合下的可行性和实用性。

本实用新型提出的基于磁电层合材料的无线电能传输系统，包括：

交流信号发生器，用于产生交流正弦信号；

功率放大器，用于接收交流正弦信号，并对交流正弦信号进行放大，放大后的交流正弦信号作为交流电源，功率放大器与交流信号发生器相连；

磁场发生器，用于产生交流磁场，磁场发生器由磁芯、线圈和补偿电容组成，线圈绕制在磁芯上，线圈与补偿电容串联，线圈与补偿电容串联后与所述的交流电源的两端相连；

磁电层合片，用于接收空间磁场的能量，并将接收的能量转化为电能；

能量收集器，用于收集磁电层合片产生的电能，并为直流负载供电，能量收集器由整流桥和储能电容组成，整流桥和储能电容并联，整流桥和储能电容并联后与磁电层合片两端相连。

上述传输系统中，所述的磁电层合片由磁滞伸缩材料片、压电材料片和磁滞伸缩材料片依次用粘合剂粘合而成。

本实用新型提出的基于磁电层合材料的无线电能传输系统，其优点是：

1、相对于已有的发射线圈和接收线圈相对位置对正要求苛刻的电磁感应式无线电能传输装置，本实用新型的传输系统中，允许接收端进行大角度偏移，对于3.0cm长度的磁电层合片，最大无损偏移角度可达30°，通过多个磁电层合片交叉并联的方式，这一最大无损偏移角度还可进一步增大，降低了应用于小功率场合时对接收端位置角度对正的要求，更加易用。