一种基于高频电磁波波导的无线移动供能系统的制作方法

本实用新型设计一种能量接收端可移动的高频电磁波无线供能系统，尤其涉及一种基于高频电磁波波导的移动中无线供能系统。

背景技术：

电磁无线能量传输技术是借助于电磁场实现能量由发送端至接收端的非接触的能量供给技术。在科技日益发展的今天，一些汽车如手机、电动车等对电能的需求越来越高，而无线能量传输技术可以使设备脱离电线的困扰，实现设备的无尾化，甚至在一些恶劣环境条件下是最佳的供能解决方案。

一直以来，电能主要依靠导线进行传输，这种方式的优点是传输功率大、距离远。随着科学技术的飞速发展，电子产品的出现不断改变人们的生活方式，电气化生产、电气化交通等的大量应用，使这种传统的能量供应方式的缺点越来越明显的表现出来。首先，这些充电线路像一个“尾巴”一样跟随者电器设备，给人们的生活带来不便。其次，电源接口容易接触不良等，故障率高。再次，在给移动电力设备比如电气化列车、电车等进行供电时，存在导线裸露、磨损、老化等问题，限制了供电功率，影响电能利用的安全性。因此，对于无线输电方式的需求越来越迫切。现有的无线能量传输技术通过天线收发高频无线信号来传递能量，辐射指向性高、可以实现较远距离的传输，但是传输功率很低，无法用于高功率设备的供能。基于以上考虑，一种具有泄漏辐射小、功率容量大、无线能量传输效率高等优点的产品是目前市场急需的。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型提供一种基于高频电磁波波导的无线移动供能系统，其方案如下：

一种基于高频电磁波波导的无线移动供能系统，包括无线能量发射装置、无线能量接收装置，其特征在于：

所述无线能量发射装置包括有发射波导、高频电磁波信号源,其中发射波导一端与高频电磁波信号源连接；所述无线能量发射波导为横截面为矩形的中空管状结构，在发射波导包含有矩形横截面长边的一侧壁的外表面上横向均匀开有多个发射波导凹槽，发射波导凹槽间隔宽度相同，至少每隔一个发射波导凹槽底部开有发射波导通孔，该外表面为发射波导上表面；

所述无线能量接收装置包括有接收波导、波导探针、交直流转换电路、充电电路，接收波导与波导探针相连，波导探针与交直流转换电路相连，交直流转换电路与充电电路相连；所述接收波导结构与发射波导结构相同，开有凹槽的面为接收波导下表面；

使用时，接收波导下表面与发射波导上表面相对放置。

进一步的，所述接收波导下表面与发射波导上表面之间的间隔L为接收波导凹槽间隔表面至发射波导凹槽间隔表面的距离，间隔距离为半波长。

进一步的，所述发射波导通孔和接收波导通孔均为矩形通孔,其大小相同,两个通孔的长度至少为高频电磁波信号五分之一波长，宽度最长为高频电磁波信号十分之一波长。

进一步的，所述发射波导凹槽间隔和接收波导凹槽间隔宽度均为半波长。

进一步的，所述高频电磁波信号源发射信号为2.4GHz的厘米波信号。

进一步的，所述接收波导通孔和发射波导通孔均宽度为5mm,长度为25mm。

进一步的，所述发射波导上表面与接收波导下表面间隔62.5mm放置。

进一步的，所述接收波导和发射波导采用尺寸为WR430的标准矩形波导。

进一步的，所述接收波导为多个,每个接收波导连接一个波导探针构成能量接收组，各能量接收组之间并联设置。

本实用新型利用了波导凹槽和波导凹槽间隔的周期性组合，使得其附近的电磁场被局限在此结构表面，得到了一种被称为表面等离子激元效应的高频表面波。而波导上开的矩形波导通孔会从波导内部耦合电磁场形成倏逝场，它可以被表面等离子激元转化为表面波，同时高频表面波可以在发射和接收波导之间耦合，从发射波导表面的表面波耦合为接收波导的表面波。在接收波导表面的表面波同时通过表面等离子激元可以耦合进波导上开的矩形波导通孔，从而实现接收波导内获取高频能量的目的。

本实用新型的有益效果：

1.本实用新型的无线能量接收装置中凹槽和凹槽间隔的组合能够使电磁场局限至此结构内，使得无线能量发射装置附近任意位置能够获得有效的高频电磁波能量，因此可以在移动中实现有效无线能量传输。

2.本实用新型结构简单，制造容易，易于实施。

附图说明

图1为实施例1示意图；

图2为本实用新型结构示意图；

图3为实施例1中无线能量接收波导和无线能量发射波导长边侧视图；

图中：1.无线能量发射装置；2.无线能量接收装置；3.移动载体；4.路面；5.发射波导；6.接收波导；7.发射波导长侧边；8.接收波导长侧边；9.高频电磁波信号源；10.波导探针；11.交直流转换电路；12.充电电路；701.发射波导通孔；702.发射波导凹槽；703.发射波导凹槽间隔；801.接收波导通孔；802.接收波导凹槽；803.接收波导凹槽间隔。

具体实施方式

现结合附图对本实用新型进行说明：

如图2‐3中所述的一种基于高频电磁波波导的无线移动供能系统，包括无线能量发射装置1、无线能量接收装置2，所述无线能量发射装置1包括有发射波导5、高频电磁波信号源9；发射波导5一端与高频电磁波信号源9连接，高频电磁波信号源发射如2.4GHz的厘米波信号，发射波导5为横截面为矩形的中空管状结构，在发射波导包含横截面长边的外壁7的外表面横向均匀开有多个接收波导凹槽702，发射波导凹槽间隔703宽度相同，每隔一个发射波导凹槽703的凹槽底部开有发射波导通孔701；所述接收装置2安装于移动载体3内，包括有接收波导6、波导探针10、交直流转换电路11、充电电路12；所述接收波导和发射波导采用尺寸为WR430的标准矩形波导，所述接收波导6结构与发射波导5结构相同，即接收波导6包含横截面长边的外壁8的外表面横向均匀开有多个接收波导凹槽802，此边内表面每隔一个接收波导凹槽802的凹槽底部开有接收波导通孔801，接收波导凹槽802之间的接收波导凹槽间隔803宽度相同；发射波导通孔701和接收波导通孔801为矩形通孔,长度为高频电磁波信号五分之一波长，为25mm，宽度为高频电磁波信号十分之一波长，为5mm，发射波导凹槽间隔和接收波导凹槽间隔宽度为四分之一波长，31.25mm，发射波导凹槽宽度和接收波导凹槽宽度为四分之一波长，31.25mm。发射波导5上表面与接收波导6下表面间隔62.5mm放置。

由于该设备可以为高功率设备供能，因此可以用于电力汽车等设备。使用时,将发射装置1铺设在路面4以下且保证发射波导凹槽702朝上，如图1中所示,将接收波导2安装在移动载体3上(本实施例中为电力汽车)，同时保证接收波导凹槽802朝下，且接收波导凹槽间隔803表面与发射波导凹槽间隔703表面间距L为20mm(如图1所示)发射波导5中的能量通过发射波导通孔701耦合到发射波导外表面。发射波导长侧边7表面的发射波导凹槽702使得发射波导通孔701耦合出的能量在附近凹槽结构中均匀分布，形成表面等离子激元效应。接收波导6的接收波导通孔801和接收波导凹槽802利用表面等离子激元效应可将发射波导6表面上的能量耦合接收，并通过接收波导通孔801耦合进接收波导6。接收装置2安装在移动载体3中沿着地面4移动。发射波导通孔701和接收波导通孔801不必正对，在移动过程中无线能量接收装置2可以通过表面等离子激元效应持续的耦合获得能量。

同时，本实施例中，为了提高电力汽车接收到的功率，可以多个接收波导6并联使用，如图1中所示，本实施例中采用3个接收波导6，每个接收波导6均连接一个波导探针，构成能量接收组，各能量接收组并联后再与交直流转换电路11连接，交直流转换电路11输出直流能量给充电电路12进行电池的直流充电。而采用多个接收波导6并联使用可以根据实际情况进行选择。