[发明专利]一种船载便携式高效激光无线电能传输方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种船载便携式高效激光无线电能传输方法

背景技术

无线电能传输(Wireless Power Transmission)就是利用一种特殊设备将电能以无线形式进行传输，从而可以在无需电缆线的情况下直接传输电能。早在1890年，著名的物理学家兼电气工程师尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)就提出了无线电能传输这一理论并且做了无线输电的试验。但是在相当长的时期内由于存在有关技术方面的瓶颈问题，以及缺乏客观需求，无线能量传输方面的很多研究都没有突破性进展。无线电能传输技术的发展是在上个世纪六、七十年代，随着能源问题的突出、小型无线设备的大量出现以及电力电子技术的发展使人们对这一课题又产生了兴趣。无线电能传输技术的研究目前主要集中在太阳能空间基站、地面远距离大功率输电、飞行器及卫星无线电力供应、便携式移动设备供电，生物医学领域、可移植的小型设备充电等领域。

远程无线电力传输可采用微波或激光作载体，即发射端将电能转化为微波或激光能量发射到接收端，接收端再将微波或激光转化为电能，两种传输技术目前均处于研究阶段。微波是波长介于无线电波和红外线辐射之间的电磁波，微波输电的优点是穿透性好，适合远程传输，缺点是发射和接受装置庞大，不适合便携式和对发射、接收装置要求轻便的设备使用。而激光输电则是首先通过受激辐射放大将电能转换为激光，再将激光照射到接收装置上(一般为光伏电池)进行光电转换。该种输电方法具有传输距离远、传输效率高、接收装置小、适合小型电子设备使用等优点，对于紧急情况缺电的情况，例如，在洪灾或者沿海城市救灾中，交通道路、电力设施遭到损坏，需要紧急供电，在这些情况下，如果有便携式无线电能传输装置，搭载在救灾船上，即可快速方便的得到电能，对于保护人身安全、生产生活便利提供了巨大帮助。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是克服现有技术的不足，结合实际应用，提供一种船载便携式高效激光无线电能传输方法，此方法简便快捷供电，具有高实用价值。而且便携式高效无线电能传输装置可以安装在任意位置，也可由小型飞行器携带充当备用电源使用。本发明的技术方案如下：

一种船载便携式高效激光无线电能传输方法，包括：

(1)利用船载电能作为激励能量源，激励半导体激光器，经过光束整形后，产生能量激光光束；

(2)在便携式高效无线电能传输装置的接收端，将激光扩束装置置于能够跟踪激光光束的可移动底座上；

(3)激光扩束装置将入射的激光光束扩大后平行射出；

(4)从激光扩束装置射出的激光经由球面反射镜反射会聚到棱镜再投射到光伏电池；

(5)光伏电池将光能转换成电能。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

(1)本发明采用激光作为无线电能传输方式，由于激光方向性好，能量集中等特点使得大量光能可集中在一极小空间范围被接收，因此，该种输电方法具有传输距离远、传输效率高、接收装置小、适合小型电子设备使用等优点，对微型飞行器等进行远程电力传输具有独特的应用价值。例如，采用激光远程充电技术，将使微型飞行器(Micro Air Vehicle-MAV)续航时间的延长成为可能。

(2)激光光束在大气传输过程中，考虑到大气分子的吸收效应、大气分子的散射效应、大气湍流以及大气溶胶的影响，激光光束能量会衰减。因此需要聚光装置将激光光束进行聚光。本发明采用球面反射镜方式将激光会聚到高透明棱镜中，再由多结点光伏电池将光能转化为电能。本发明的聚光装置，一方面，使电池芯片单位面积接收的辐射功率密度大幅度地增加，太阳电池光电转化效率得以提高；另一方面，对于给定的输出功率，可以大幅度降低太阳能电池芯片的消耗，从而降低系统的成本。

附图说明

图1本发明的一种船载便携式高效激光无线电能传输方法的结构示意图。

附图标记说明如下：1激励能量源；2 808nm光纤耦合半导体激光器；3激光扩束装置；4球面反射镜；5高透明棱镜；6多结点光伏电池；7铝鳍散热片；8便携式高效无线电能传输接收端

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。

应用场景为在受灾地区，救灾船搭载激励能量源1与808nm光纤耦合半导体激光器2，在受灾平坦地面安置便携式高效无线电能传输接收端8，救灾船对其进行无线电能传输。

本发明的技术方案为：参见图1，本实施例利用激光光束在普通大气空间传输能量，利用电能、太阳能、风能等能量形式作为激励能量源1，激励808nm光纤耦合半导体激光器2，经过光束整形后，产生高光束质量、小束散角、直径较粗的能量激光光束。经激光扩束装置3后扩大的激光平行射出，并且激光扩束装置3的底座可移动并具有跟踪激光功能，当激光以各种角度入射时，可迅速调整激光扩束装置3的姿态，激光扩束装置3与便携式高效无线电能传输接收端8一体，安置在受灾平坦地面或可随意携带至不方便安装电缆的地方。经由球面反射镜4将激光光束反射会聚到高透明棱镜5中，通过光电转换材料为多晶硅、单晶硅、III-V族半导体等多结点光伏电池6将光能转化为电能，经过整流、滤波之后的，可以直接为微型飞行器等充电。能量转换过程中产生的热能由铝鳍散热片7吸收。