一种管道型无线供电发射装置及无线供电系统的制作方法

本实用新型涉及无线供电技术领域，特别是涉及一种管道型无线供电发射装置及无线供电系统。

背景技术：

在矿井、隧道等的照明和作业中，有线供电的触点可能会产生打火，点燃环境中的瓦斯，引起爆炸事件，造成不必要的事故和人生财产损失。另外，在高速列车的行进中，取电弓与电网之间的火花随着速度的加大而增强，这种高速摩擦，不仅加速了取电弓和电网设备的老化，也带来了不少的安全隐患，例如，在积雪条件下，取电弓就有可能失效，导致高速列车失速、停车、撞车等事故。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的管道型无线供电发射装置及无线供电系统是本领域技术人员目前需要解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种管道型无线供电发射装置，可以为管道内的用电器进行无线供电，可以实现用电器与电网的完全隔离，与现有的接触式供电相比，不会出现漏电、火花、接触不良、磨损等问题，安全性很高；本实用新型的另一目的是提供一种包括上述管道型无线供电发射装置的无线供电系统。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种管道型无线供电发射装置，包括按照预设路径以及预设间隔依次排列的N个谐振环，N个所述谐振环包括M个主动谐振环，其中，任意两个主动谐振环不相邻，N、M为正整数且M小于N的一半。

优选地，N个所述谐振环包括1个主动谐振环。

优选地，当所述管道型无线供电发射装置为单向发射时，将N个所述谐振环中位于两边的两个谐振环中的一个谐振环作为所述主动谐振环。

优选地，当所述管道型无线供电发射装置为双向发射时，将N个所述谐振环中中间的谐振环作为所述主动谐振环。

优选地，任意两个主动谐振环之间包括不小于两个的从动谐振环。

优选地，N个所述谐振环包括圆形谐振环。

优选地，所述预设间隔不大于所述圆形谐振环的半径。

优选地，N个所述谐振环包括多边形谐振环。

优选地，所述预设间隔不大于所述多边形谐振环的外接圆的半径。

为解决上述技术问题，本实用新型还提供了一种无线供电系统，包括电源，还包括上述任一项所述的管道型无线供电发射装置以及设置于用电器中的接收谐振环。

本实用新型提供了一种管道型无线供电发射装置及无线供电系统，包括按照预设路径以及预设间隔依次排列的N个谐振环，N个谐振环包括M个主动谐振环，其中，任意两个主动谐振环不相邻，N、M为正整数且M小于N的一半。可见，本实用新型通过按照预设路径以及预设间隔依次排列的N个谐振环形成一条管道式的能量通道，可以为管道内的用电器进行无线供电，可以实现用电器与电网的完全隔离，与现有的接触式供电相比，不会出现漏电、火花、接触不良、磨损等问题，安全性很高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的一种管道型无线供电发射装置的结构示意图；

图2为本实用新型提供的另一种管道型无线供电发射装置的结构示意图；

图3为本实用新型提供的另一种管道型无线供电发射装置的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种管道型无线供电发射装置，可以为管道内的用电器进行无线供电，可以实现用电器与电网的完全隔离，与现有的接触式供电相比，不会出现漏电、火花、接触不良、磨损等问题，安全性很高；本实用新型的另一核心是提供一种包括上述管道型无线供电发射装置的无线供电系统。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

首先对本申请出现的一些名词进行解释：

谐振环——工作于谐振状态下的线圈与电容的连接有两种连接方式：串联和并联，谐振状态下的这种由一个线圈与一个电容的组合称之为谐振环，无线供电系统中至少有两个谐振环，一个是发射谐振环，它由一个发射线圈和一个电容串联或并联组成，另一个是接收谐振环，它由一个接收线圈和一个电容串联或并联而成。

主动谐振环——又称有源谐振环，通过电源不断给主动谐振环补充能量，使其发射状态按一定幅度持续进行下去；在主动谐振环附近，获取磁链能量后产生谐振(获取磁场能量后产生电，再将电能变为磁场能量)，这样的谐振环称为从动谐振环或无源谐振环。

中继谐振环——当距离超过接收谐振环的谐振距离后，必须在发射谐振环与接收谐振环的中间增加一个谐振环，让能量一环接一环地接力传递，这种谐振环叫中继谐振环(将磁场能转化为电能，再将电能转化为磁场能)。中继谐振环分为从动谐振环和主动谐振环两种。

需要说明的是：

1、主动谐振环是发射谐振环的一种；

2、中继谐振环兼有接收和发射两种功能，如果它接收的能量没有输出，而是转化为再发射的能量，则此时的中继谐振环也称之为从动谐振环；

如果有能量输出，而失去再次发射能量的功能，则此时的中继谐振环就变成接收谐振环了；

中继谐振环起着接力的功能，当主动谐振环提供的能量不足时，就需要从电网补充能量，才能进一步发射，这时，中继谐振环则又变成了主动谐振环”了；

3、主动谐振环，中继谐振环、接收谐振环三个概念是相对的。

请参照图1，图1为本实用新型提供的一种管道型无线供电发射装置的结构示意图，该管道型无线供电发射装置包括：

按照预设路径以及预设间隔依次排列的N个谐振环，N个谐振环包括M个主动谐振环，其中，任意两个主动谐振环不相邻，N、M为正整数且M小于N的一半。

可以理解的是，这里的预设路径可以是隧道、也可以是矿井或者高速铁路等，本实用新型在此不做特别的限定。

下面结合图1并以预设路径为隧道为例进行介绍：

N个谐振环分别为LC1、LC2、LC3……LCn，则N个谐振环沿着隧道的中心线Ax按照预设距离呈管道型依次排列，也即N个谐振环的中心点在一条空间曲线上，也就是说隧道中依次放置N个谐振环，相邻的谐振环保持一定的预设距离，谐振环的谐振线圈的大小与隧道壁相同，也即谐振环的谐振线圈的形状由隧道壁决定，N个谐振环中，至少有一个是主动谐振环，如果管道型无线供电发射装置为单向发射，则可以选取LC1或者LCn为主动谐振环，其他为从动谐振环，如果管道型无线供电发射装置为双向发射，则可选取LC1与LCn之间的某个谐振环作为主动谐振环。另外，如果隧道的距离比较远，则可以在该隧道中放置多个主动谐振环，例如隧道长1000m，且管道型无线供电发射装置为单向发射，每个主动谐振环的能量发射距离为100m，则需要在该隧道中每隔100m就放置一个主动谐振环。通过该管道型无线供电发射装置能够实现隧道中能量的均匀分布和长距离传输，当主动谐振环通电后，整个隧道内就形成了一条磁场隧道。

管道型无线供电发射装置中，每个谐振环由一个谐振线圈和一个谐振电容串联或并联组成，当系统频率固定后，每个谐振环的谐振线圈的电感量与谐振电容的乘积都等于一个常数，这个常数叫系统常数；例如假设谐振环LCn中的谐振线圈的电感量为Ln，谐振电容的电容量为Cn，系统常数为K，则有

Ln x Cn＝K

L1x C1＝L2x C2＝L3x C3＝……＝Ln x Cn＝K

管道型无线供电发射装置中磁场的覆盖范围决定于谐振线圈的形状：当所有谐振线圈均为圆形时，如图1所示，磁场覆盖范围呈圆管状；当所有谐振线圈均为方形时，磁场覆盖范围呈方管状；当线圈的直径不同时，磁场覆盖范围的直径是变化的；当多个谐振线圈的形状不同时，磁场覆盖范围的外形是多变的；不论大小、形状怎么变，轴线方向的磁场总是最强的。

另外，当N个谐振环中包括多个主动谐振环时，要求两个主动谐振环不相邻。

作为优选地，任意两个主动谐振环之间包括不小于两个的从动谐振环。

当然，任意两个不相邻的主动谐振环之间的从动谐振环的个数根据实际情况来决定，本实用新型在此不做特别的限定。

作为优选地，N个谐振环包括1个主动谐振环。

作为优选地，当管道型无线供电发射装置为单向发射时，将N个谐振环中位于两边的两个谐振环中的一个谐振环作为主动谐振环。

作为优选地，当管道型无线供电发射装置为双向发射时，将N个谐振环中中间的谐振环作为主动谐振环。

可以理解的是，这里中间是指除了两个最边上的谐振环外的位置，并非严格意义上的正中间，例如，当N为10时，可以选择LC3为主动谐振环，当然，也可以为正中间，例如N为11时，可以选择LC6作为主动谐振环。本实用新型在此不做特别的限定。

作为优选地，N个谐振环包括圆形谐振环。

作为优选地，预设间隔不大于圆形谐振环的半径。

具体地，请参照图1和图3，图1和图3即为N个谐振环均为N个圆形谐振环，此时预设间隔不大于圆形谐振环的半径，可以理解的是，预设间隔的具体取值根据实际情况来定，预设间隔与谐振环能够传递的能量、谐振线圈的材料以及隧道的大小等很多因素有关，本实用新型在此不做特别的限定。

作为优选地，N个谐振环包括多边形谐振环。

作为优选地，预设间隔不大于多边形谐振环的外接圆的半径。

具体地，请参照图2，此时，预设间隔不大于多边形谐振环的外接圆的半径。

具体地，在隧道、矿井中的用电器中放置接收谐振环，作为优选地，接收谐振环的平面垂直于隧道的方向，接收谐振环可以从磁场中吸收能量并转化为电能为用电器供电。这种无线供电方式，由于不用连线，就不会产生火花，实现了对电网的隔离，用电器可以自由移动，如果是隧道或矿井中的照明灯的话，还可以随时更换、有利于防水密封，永不漏电，安全性很高。

如果是在高速列车中，高速列车的每一节车厢内放置一个以上接收谐振环，以便从管道发射模型中取得足够的电能，高速列车将在一个四周封闭的管道中运行，由于使用无线供电，取代了现有的接触供电，不再出现因接触不良产生的种种问题，也不用担心因天气带来的种种可能的问题，安全性高。

另外，在一些应用场所，因环境所限，隧道或矿井在某些地方呈现出不同的大小、不同的形状，因此，谐振环中的谐振线圈就需要因地制宜，如附图2所示，谐振环LC1、LC2、LC3……LCn的形状各异，附图3中，谐振环LC1、LC2、LC3……LCn的大小不同，虽然它们的形状、大小不同，但都工作于谐振状态，依然可以形成一条管道式的能量通道，可以为管道内的电器进行无线供电。

本实用新型提供了一种管道型无线供电发射装置，包括按照预设路径以及预设间隔依次排列的N个谐振环，N个谐振环包括M个主动谐振环，其中，任意两个主动谐振环不相邻，N、M为正整数且M小于N的一半。可见，本实用新型通过按照预设路径以及预设间隔依次排列的N个谐振环形成一条管道式的能量通道，可以为管道内的用电器进行无线供电，可以实现用电器与电网的完全隔离，与现有的接触式供电相比，不会出现漏电、火花、接触不良、磨损等问题，安全性很高。

本实用新型还提供了一种无线供电系统，该系统包括电源，还包括如上述所述的管道型无线供电发射装置以及设置于用电器中的接收谐振环。

具体地，对于该无线供电系统中的管道型无线供电发射装置的具体介绍请参照上述装置实施例，本实用新型在此不再赘述。

可以理解的是，这里的用电器可以为手机、电动汽车、电动车、高速列车以及隧道内的照明灯等一切安装有接收谐振环的用电器，具体地，这里以隧道内的照明灯为例，照明灯中的接收谐振环的平面可以与隧道的方向垂直，当这个照明灯连同接收谐振环放置在隧道内的任何一个位置时，不用连线，就可以隧道中的磁场吸收能量转化为电能为灯具提供能源。

其他用电器的原理同理，本实用新型在此不再赘述。

需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。