本發(fā)明屬于無線電能傳輸領域，特別是涉及到一種共地結構的新型諧振式無線電能傳輸方法及裝置。

背景技術：

自從1840年發(fā)現(xiàn)利用電磁感應現(xiàn)象及導線可以傳輸電能至今，電能的傳輸主要是由導線直接接觸進行傳輸?shù)?。電工設備的充電一般是通過插頭和插座來進行，但是在進行大功率充電時，這種充電方式存在高壓觸電的危險。且由于存在摩擦和磨損，系統(tǒng)的安全性、可靠性及使用壽命較低，特別是在化工、采礦等一些易燃、易爆領域，極易引發(fā)大的事故。新型無接觸電能傳輸系統(tǒng)采用電磁感應原理、電力電子技術以及控制理論相結合，實現(xiàn)了電能的無線傳輸，完全克服了以上限制。根據(jù)電能傳輸原理，無線電能傳輸大致上可以分為三類：第一類是變壓器原理的直接耦合式，這種方式功率雖然較大，但是僅適于近距離；第二類電波無線能量傳輸技術，直接利用電磁波能量可以通過天線發(fā)射和接收的原理，這種方式雖然實現(xiàn)了長距離和大功率能量的傳輸，但是能量傳輸受方向限制，也不能繞過障礙物，并且損耗較大，對人體和其它生物都有嚴重傷害；第三類是非輻射耦合諧振方式，該技術可以在有障礙物的情況下傳輸，傳輸距離也比較遠，傳輸功率也較大，而且對人體沒有傷害。

2007年，mit的研究人員采用高頻電磁諧振耦合方式實現(xiàn)了電能的中程無線傳輸，在間隔2m距離給60w燈泡供電時效率約為40％。這一重大進展又激起了國內外研究人員對磁耦合諧振式無線電能傳輸技術的興趣，眾多學者在提高傳輸功率和效率，以及傳輸距離等方面進行了深入的研究，他們大多是通過頻率跟蹤和阻抗匹配等方式來實現(xiàn)提高傳輸功率和效率，以及傳輸距離的目的。但是他們實驗的臨界耦合距離都限制在諧振器直徑的2倍之內，在超過臨界耦合距離之外，其傳輸功率和效率隨著傳輸距離迅速降低。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明提出一種共地結構的新型諧振式無線電能傳輸方法及裝置，與傳統(tǒng)無線電能傳輸系統(tǒng)結構相比，此方法及裝置大幅提高了傳輸距離與線圈半徑比例、大幅提高了傳輸功率和傳輸效率及系統(tǒng)空間靈活性。

為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的：

一種共地結構的新型諧振式無線電能傳輸方法，將電磁發(fā)射裝置的多匝發(fā)射線圈與電磁接收裝置的多匝接收線圈接地，從而形成共地結構，共地結構引導準靜場，實現(xiàn)發(fā)射線圈和接收線圈高距徑比、低方向敏感性的較大功率及較大效率的電能傳輸。

進一步的，所述多匝發(fā)射線圈的接地方式為一端接地，一端絕緣設置。

進一步的，所述多匝接收線圈的接地方式為一端接地，一端絕緣設置。

本發(fā)明還提供了一種共地結構的新型諧振式無線電能傳輸裝置，包括電磁發(fā)射系統(tǒng)和電磁接收系統(tǒng)；

所述電磁發(fā)射系統(tǒng)設置了帶有接地結構的電磁發(fā)射裝置；

所述電磁接收系統(tǒng)設置了帶有接地結構的電磁接收裝置；

所述電磁接收裝置的諧振頻率與所述電磁發(fā)射裝置的諧振頻率一致；

所述電磁發(fā)射裝置與電磁接收裝置形成共地結構，所述共地結構引導準靜場。

進一步的，所述電磁發(fā)射裝置包括單匝的激勵線圈和多匝發(fā)射線圈，所述多匝發(fā)射線圈一端接地，一端絕緣設置，構成接地結構。

更進一步的，所述電磁接收裝置包括多匝接收線圈和單匝的負載線圈，所述多匝接收線圈一端接地，一端絕緣設置，構成接地結構。

進一步的，所述帶有接地結構的電磁發(fā)射裝置與高頻信號發(fā)生器、功率放大器、電源側阻抗匹配電路共同構成所述電磁發(fā)射系統(tǒng)。

進一步的，所述帶有接地結構的電磁接收裝置與接收側阻抗匹配電路、穩(wěn)壓及整流電路以及負載共同構成所述電磁接收系統(tǒng)。

進一步的，所述電磁接收系統(tǒng)設置為多個，每個電磁接收系統(tǒng)的電磁接收裝置都通過接地與電磁發(fā)射裝置形成共地結構，各電磁接收裝置的諧振頻率與電磁發(fā)射裝置的諧振頻率一致。

進一步的，所述電磁發(fā)射裝置與電磁接收裝置的線圈結構為對稱結構或非對稱結構。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下的有益效果，發(fā)明所述的一種共地結構的新型諧振式無線電能傳輸方法及裝置，克服了現(xiàn)有技術采用的傳統(tǒng)無線電能傳輸結構隨著距離增大、方向改變導致傳輸效率大幅降低的局限，而是采用共地結構，所述共地結構用于引導準靜場，并不參與能量的傳輸，且不消耗能量，大幅提高了傳輸距離與線圈半徑比例、大幅提高了傳輸功率和傳輸效率及系統(tǒng)空間靈活性，發(fā)射裝置與接收裝置的線圈結構可為對稱結構或非對稱結構，兩線圈平行甚至垂直放置均不改變傳輸效率，從而實現(xiàn)了發(fā)射線圈和接收線圈高距徑比、低方向敏感性的較大功率及較大效率的電能傳輸。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結構示意圖。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

本發(fā)明所述的一種共地結構的新型諧振式無線電能傳輸方法及裝置，與傳統(tǒng)無線電能傳輸系統(tǒng)結構相比，此方法及裝置大幅提高了傳輸距離與線圈半徑比例、大幅提高了傳輸功率和傳輸效率及系統(tǒng)空間靈活性。

共地結構的新型諧振式無線電能傳輸方法及裝置包括電磁發(fā)射系統(tǒng)及電磁接收系統(tǒng)，可根據(jù)需要設置電磁接收系統(tǒng)的個數(shù)，多個電磁接收裝置通過接地與電磁發(fā)射裝置形成共地結構，多個電磁接收裝置的諧振頻率與電磁發(fā)射裝置一致。

下面以圖1作為具體應用的實例：

電磁發(fā)射系統(tǒng)包括dds高頻信號發(fā)生器、功率放大器，電源側阻抗匹配電路、接地結構的電磁發(fā)射裝置。

圓筒形發(fā)射線圈半徑為15cm，諧振頻率為6.78mhz，將激勵線圈設置為單匝線圈，與多匝的發(fā)射線圈共同構成電磁發(fā)射裝置。將多匝的發(fā)射線圈一端接地，一端絕緣設置，構成接地結構的電磁發(fā)射裝置。

電磁接收系統(tǒng)包括接地結構的電磁接收裝置、接收側阻抗匹配電路、穩(wěn)壓及整流電路和負載。

圓筒形接收線圈半徑為15cm，諧振頻率為6.78mhz，將負載線圈設置為單匝線圈，與多匝的接收線圈共同構成電磁接收裝置。將多匝的接收線圈一端接地，一端絕緣設置，構成接地結構的電磁接收裝置。

發(fā)射系統(tǒng)與接收系統(tǒng)距離15m，距徑比為100：1。

dds高頻信號發(fā)生器發(fā)出6.78mhz的高頻信號，經功率放大器增大其功率輸出200w，經阻抗匹配電路施加到電磁發(fā)射裝置，阻抗匹配電路用于減小返回到電源的反射功率，使向電磁發(fā)射裝置輸出的正向功率最大。

共地結構用于引導準靜場，并不參與能量的傳輸，且不消耗能量。

電磁接收裝置接收到電磁發(fā)射系統(tǒng)發(fā)出的電能，經由阻抗匹配電路輸出到整流及穩(wěn)壓電路，阻抗匹配電路用于減少負載返回到電磁接收裝置的反射功率，使向負載輸出的正向功率最大，整流及穩(wěn)壓電路將高頻交流電能轉化為適合于負載的直流電能。

負載接收功率83w，系統(tǒng)傳輸效率為41.5％。

改變接收裝置線圈方向，系統(tǒng)傳輸功率及傳輸效率未見降低。

移除接地結構在同等功率及效率下，傳輸距離降低為80cm，可見采用此發(fā)明所述的一種共地結構的新型諧振式無線電能傳輸方法及裝置可將距徑比增大18.75倍。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。