[发明专利]区域无线供电系统

说明书

本发明公开了一种工作于行波模式的区域无线供电系统，包括传输线、输入端、匹配负载端、信号增强线圈、感应线圈以及用户受电装置；所述传输线的一端与输入端相连接，另一端与匹配负载端连接，整体构成一个环形封闭区域；所述感应线圈与用户受电装置连接后，置于上述闭区域所包围的平面及其周边区域内；当传输线满足行波传输条件时，用户受电装置通过感应线圈以及信号增强线圈对穿过传输线包围区域的电磁行波能量进行收集并转成所需的形式，即可完成无线供电。本发明所述系统原理简单，实施方便，能量整体利用效率高，成本较低，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种无线供电系统，尤其是一种工作于行波模式的区域无线供电系统。

背景技术

作为现代社会的一种基础构成，供电系统承担了电力的传输，具有非常重要的作用。绝大多数供电系统的传导媒质为金属良导体，物理结构为线缆，工作形式为直流或极低频交流电。这是因为金属导线系统能够提供大容量、长距离和低损耗的电能输送。

无线供电系统，顾名思义，即采用无电缆或非接触的方式对用电终端进行供能；其概念最早由尼古拉特斯拉提出，历史可以上溯至一百年前，受限于技术原因，之后并未得到更进一步的深入研究和广泛推广。近年来，伴随着电子设备的移动化和小型化的发展，无线供电技术具有了极大的社会需求，重新有了发展动力，各种新的无线能量传输技术也得到了发展。但是，无线供电距离和无线供电效率始终是业界公认的技术难题。若采用近场耦合技术，则难以实现中远距离供电，且对供电位置较为敏感。而采用定向辐射技术增强供电距离，大量的能量则被辐射至空间中，造成了能量的浪费和严重的电磁污染。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种工作于行波模式的区域无线供电系统，能够在指定区域内提供稳定的无线供电，以解决现有的无线供电架构能源利用率低、系统复杂、设计繁琐以及多终端支持较差等问题。

技术方案：为实现以上目的，本发明所述的区域行波无线供电系统，包括传输线、输入端、匹配负载端、感应线圈、用户受电装置和信号增强线圈；所述传输线的一端与输入端相连接，另一端与匹配负载端连接，传输线与输入端、匹配负载端共同构成闭区域；所述感应线圈与用户受电装置连接后，置于所述闭区域所包围的平面区域内或在上述平面区域法线方向附近空间内；满足行波传输条件时，用户受电装置通过感应线圈及信号增强线圈对穿过传输线横截面的电磁行波能量进行收集并转成所需的形式，完成无线供电。

进一步的，所述传输线为多导体传输系统，导体数为至少两个；所述传输线支持横电磁模传播模式；在供电区域内，除去馈电和负载端，传输线的特性阻抗基本保持不变。

进一步的，当工作频率较低或工作波长较长时，传输线是非均匀的，即包围区域的外轮廓为曲线型。

进一步的，所述传输线为多个传输线系统间的并联、串联、串并联、级联或其组合。

进一步的，所述输入端的等效内阻与匹配负载端的等效输入阻抗均为纯阻且大致相等，所述等效内阻与等效输入阻抗在数值与传输线的特性阻抗大致相等，即满足传输线理论的单向行波传输的两端匹配条件。

进一步的，所述用户受电装置与感应线圈连接后置于供电闭区域所包围的平面区域之内，或在上述平面区域法线方向附近。当感应线圈的轴线指向与其所在位置的电磁场行波的磁场方向不正交时，用户受电装置就能够感应到输入电压，得到输入功率。感应线圈与用户受电装置为可移动的或固定的。

进一步的，所述输入端为一高频信号输出装置，其等效电路包括理想源与等效内阻；所述高频信号输出装置的构成选自下述构成的集合：高频信号源、功率放大器、变频器、功率合成器、逆变器、电池、有源电路输出端、输出匹配电路、AC电源接口及其组合。

进一步的，所述匹配负载端选自由下述构成的集合：电阻器、变阻器、等效电阻器、发热元件、变频器、发光元件、电动机、单端口无反射网络、单端口吸收式网络、单端口匹配负载、外部电路匹配后的输入端口、匹配后的天线及上述电路的组合。