[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谐振模式的区域无线供电系统，包括：金属导体、输入端、可调电抗终端、感应线圈、用户受电装置以及信号增强线圈；所述金属导体的一端与输入端相连接，另一端与可调电抗终端连接，金属导体与输入端、可调电抗终端共同构成一个闭区域；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及其周边空间内；调谐电抗终端使金属导体满足谐振条件时，用户受电装置通过感应线圈及信号增强线圈对穿过金属导体所包围区域的电磁波能量进行收集并转成所需的形式，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，尤其是一种工作于谐振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谐振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供电距离短、供电位置敏感、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，本发明所述的工作于谐振模式的区域无线供电系统，包括金属导体、输入端、可调电抗终端、感应线圈、用户受电装置和信号增强线圈；所述金属导体的一端与输入端相连接，另一端与可调电抗终端连接，金属导体与输入端、可调电抗终端共同构成一个闭区域；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；调谐电抗终端使金属导体满足谐振条件时，用户受电装置通过感应线圈及信号增强线圈对穿过金属导体所包围区域的电磁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，所述金属导体为多导体系统，导体数至少为两个，合围环绕构成一个环形线圈，该线圈最少匝数为1；金属导体的外轮廓为曲线型或与供电区域的外墙或边界共形。

进一步的，所述输入端为高频信号输出装置，其等效电路由理想源与等效内阻构成；所述高频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，所述可调电抗终端选自下述构成的集合：电感器、电容器、可调式电感器、可调式电容器以及上述器件的组合。

进一步的，所述感应线圈为单匝的或多匝的、平面的或立体的、可调式的或固定式的，并选自下述构成的集合：绕线式空气线圈、绕线式磁芯线圈、平面印制电路螺旋线圈、LTCC集成线圈、3D打印线圈、集成电路工艺线圈及其组合。

进一步的，所述信号增强线圈为单匝的或多匝的、平面的或立体的、可调式的或固定式的，并选自下述构成的集合：绕线式空气线圈、平面印制电路螺旋线圈、3D打印线圈及其组合。

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，或在所述平面区域法线方向附近；感应线圈与用户受电装置是可移动的或固定的。

进一步的，所述用户受电装置内设有用以调谐工作频率和耦合系数的调谐电容。