基于磁共振无线电能传输的重复频率脉冲功率装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无线电能传输和高压脉冲功率源技术领域，具体涉及大功率的重复频率高压脉冲功率源。
技术背景
[0002]脉冲功率技术与高功率脉冲电源，最初产生于本世纪30年代，并在60年代以来迅速发展，逐渐形成一门独立学科的新兴技术领域。脉冲功率技术又称高功率脉冲技术，它是一个研宄在较长的时间里把能量存储起来，然后经过快速压缩、转换，最后在极短的时间以极高的功率密度向负载释放的电物理技术，实质上是输出功率对输入功率的放大。
[0003]为提高脉冲功率源的利用效率，采用重复频率技术。现有的固态脉冲功率技术使用的是全固态器件，省去了高压脉冲变压器，使得整个系统体积小、重量轻、重复频率高、效率高，可长期稳定运行。但全固态器件的使用，也使得高压脉冲的高能供电技术及高压隔离技术变得困难，特别在重复频率高压脉冲功率源领域，高频率就必须要有高能量输入，高压就必须与输入端隔离，这就使得直流侧高压供电及隔离变得极为困难。
[0004]采用无线电能传输技术可以对直流侧大功率隔离供电，同时又可以满足足够的能量，也可以达到高压隔离的效果。
[0005]目前市场上应用的无线充电装置都是电磁感应式充电器，其充电原理是通过短距离高耦合系数来提高电能传输效率，在中等以上距离电能传输效率较低。在高压脉冲功率源领域，需要中等以上距离进行高压隔离，而基于电磁共振原理的无线电能传输系统在中等距离上为低耦合系数下具有较高的无线电能传输效率。
[0006]若该技术能成功应用于重复频率高压脉冲功率源，即可以实现大功率能量传输，又有在中等传输距离上有较高的传输效率，则可实现重复频率高压脉冲功率源的高压隔离供电和大功率输出能量。
[0007]因此，利用磁共振无线电能传输技术在中等距离有较高的传输效率，较大的传输功率和高压隔离的优势，本发明旨在提出一个采用基于磁共振无线电能传输的重复频率脉冲功率装置。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种基于磁共振无线电能传输的重复频率脉冲功率装置。
[0009]本发明提供的基于磁共振无线电能传输的重复频率脉冲功率装置，包括:输入高频高功率电源，磁共振发射系统，磁共振接收系统，整流电容器，固态MAX脉冲功率单元，负载；磁共振发射系统包括电源线圈和磁共振发射线圈，磁共振接收系统包括磁共振接收线圈和负载线圈；其中:磁共振接收系统与整流电容器连接，整流电容器再与固态MAX脉冲功率单元连接，组成磁共振接收系统的MAX脉冲功率源模块；这样的模块有多个，相互串联；输入高频高功率电源与磁共振发射系统相连接；多个磁共振接收系统的MAX脉冲功率源模块串联后与负载相连接。具体参见图1所示。
[0010]如上所述的基于磁共振无线电能传输的重复频率脉冲功率装置，其中，磁共振发射系统与磁共振接收系统空间上有中等距离并通过电磁波形式传递能量。多个固态MAX脉冲功率单元串联形成高压作用于负载。
[0011]如上所述的基于磁共振无线电能传输的重复频率脉冲功率装置，其中，磁共振发射系统与磁共振接收系统在空间有一定的距离，维持每一个固态MAX脉冲功率单元的电压隔离。
[0012]本发明的基于磁共振无线电能传输的重复频率脉冲功率装置的工作原理如下:
输入高频高功率电源输入到磁共振发射系统的电源线圈上，电源线圈通过磁感应耦合到磁共振发射线圈；
每一个磁共振接收线圈通过磁共振耦合磁共振发射线圈的电磁波能量，然后通过负载线圈磁感应耦合磁共振接收线圈上的电磁波，从而完成能量传输；
接收到的负载线圈上的电磁能量通过整流电路作用在整流电容器上直接给每一个固态MAX脉冲功率单元供电；
固态MAX脉冲功率单元串联输出给负载一个很高的电压。
[0013]本发明的有益效果是:
1.通过高频磁共振线圈能无线传输较高功率电能。
[0014]2.磁共振线圈能无线传输不仅传输电能也磁隔离每一级固态MAX脉冲功率单元，达到高压隔离效果。
[0015]3.可以提高脉冲功率源的电压以及重复频率。
[0016]4.无需磁芯，降低了重量，节省了成本。
[0017]5.通过多个中间及磁共振线圈，可以提高传输距离，为中等距离无线电能传输提尚便利。
【附图说明】
[0018]图1是本发明基于磁共振无线电能传输的重复频率脉冲功率装置结构示意图。
[0019]图2是本发明磁共振发射系统结构示意图。
[0020]图3是本发明磁共振接收系统结构示意图。
[0021]图中标号:1为高频高功率电源，2为磁共振发射系统，3为第一个磁共振接收系统的MAX脉冲功率源模块，4为磁共振接收系统，5为整流电容器，6为固态MAX脉冲功率单元；7为第二个磁共振接收系统的MAX脉冲功率源模块，8为第η个磁共振接收系统的MAX脉冲功率源模块，9为负载。
【具体实施方式】
[0022]为了使本发明技术实现的措施、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
[0023]图1是本发明基于磁共振无线电能传输的重复频率脉冲功率装置结构示意图。本发明提供了基于磁共振无线电能传输的重复频率脉冲功率装置，包括高频高功率电源1、磁共振发射系统2、模块化磁共振接收系统的MAX脉冲功率源3、第二个模块化磁共振接收系统的MAX脉冲功率源7、第η个模块化磁共振接收系统的MAX脉冲功率源8、负载9。模块化磁共振接收系统的MAX脉冲功率源3还包括磁共振接收系统4、整流电容器5、固态MAX脉冲功率单元6。高频高功率电源I与磁共振发射系统2相连接，磁共振发射系统2与磁共振接收系统4空间磁隔离；磁共振接收系统4与整流电容器5相连接；整流电容器5与固态MAX脉冲功率单元相6连接；固态MAX脉冲功率单元6与下一级固态MAX脉冲功率单元7、8串联连接；串联连接的固态MAX脉冲功率单元6、8与负载9相连接。
[0024]图2是本发明基于磁共振无线电能传输的重复频率脉冲功率装置的磁共振发射系统结构示意图。磁共振发射系统4包括:电源线圈10与共振发射线圈11。电源线圈10与共振发射线圈11在空间磁感应耦合。
[0025]图3是本发明基于磁共振无线电能传输的重复频率脉冲功率装置的磁共振接收系统结构示意图。磁共振接收系统4包括:共振接收线圈12与负载线圈13。共振接收线圈12与负载线圈13在空间磁感应耦合。
[0026]本发明工作时，首先，高频高功率电源I输出高频电流至磁共振发射系统2的电源线圈10，磁共振发射系统2的电源线圈10通过磁感应耦合在空间上传递能量至磁共振发射系统2的磁共振发射线圈11 ;磁共振发射系统2的磁共振发射线圈11发出的电磁波能量在空间磁共振耦合到磁共振接收系统4的共振接收线圈12，磁共振接收系统4的共振接收线圈12的能量通过空间磁感应耦合至磁共振接收系统4的负载线圈13 ;磁共振接收系统4的负载线圈13的电能整流成直流至整流电容器5上。其次，整流电容器5的直流电直接给每一个固态MAX脉冲功率单元6供电；串联的固态MAX脉冲功率单元6、7、8形成高压电输出至负载9。
[0027]本发明的采用磁共振耦合的方式来传输能量和隔离每一级固态MAX脉冲功率单元，设计独特、巧妙，结构简单。
[0028]以上说明描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明了本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
【主权项】
1.基于磁共振无线电能传输的重复频率脉冲功率装置，其特征还在于包括:输入高频高功率电源，磁共振发射系统，磁共振接收系统，整流电容器，固态MAX脉冲功率单元，负载；磁共振发射系统包括电源线圈和磁共振发射线圈，磁共振接收系统包括磁共振接收线圈和负载线圈；其中:磁共振接收系统与整流电容器连接，整流电容器再与固态MAX脉冲功率单元连接，组成磁共振接收系统的MAX脉冲功率源模块；这样的模块有多个；输入高频高功率电源与磁共振发射系统相连接；多个磁共振接收系统的MAX脉冲功率源模块串联后与负载相连接。
2.如权利要求1所述的基于磁共振无线电能传输的重复频率脉冲功率装置，其特征在于工作流程如下: 输入高频高功率电源输入到磁共振发射系统的电源线圈上，电源线圈通过磁感应耦合到磁共振发射线圈； 每一个磁共振接收线圈通过磁共振耦合磁共振发射线圈的电磁波能量，然后通过负载线圈磁感应耦合磁共振接收线圈上的电磁波，从而完成能量传输； 接收到的负载线圈上的电磁能量通过整流电路作用在整流电容器上直接给每一个固态MAX脉冲功率单元供电； 固态MAX脉冲功率单元串联输出给负载一个很高的电压。
【专利摘要】本发明属于无线电能传输和高压脉冲功率源技术领域，具体为一种基于磁共振无线电能传输的重复频率脉冲功率装置，该装置包括：输入高频高功率电源，磁共振发射系统，磁共振接收系统，整流电容器，固态MAX脉冲功率单元和负载。高频高功率电源输入至磁共振发射系统发射电磁波能量，然后通过磁共振接收系统接收能量，接收的能量转换成直流电给固态MAX脉冲功率单元隔离供电，多个固态MAX脉冲功率单元串联连接形成输出高压给负载供电。本发明有效的解决了重复频率脉冲功率的输入的大功率能量隔离传输问题，也可以极大的提高脉冲功率源的功率及输出电压。
【IPC分类】H02J17-00
【公开号】CN104868613
【申请号】CN201510285038
【发明人】童立青
【申请人】复旦大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年5月29日