磁耦合谐振式多节组合非接触式安全插座和插头的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线电能传输技术领域。涉及一种非接触式的安全插座和插头。
【背景技术】
[0002] 在日常生产实践和生活中，各种各样的插座被广泛使用。对于传统的插座而言，存 在着插座和插头之间的导电铜片变形、接触不良、生镑、积碳等现象，易造成插座和插头间 的铜片产生电火花，该在许多特殊场合和特殊环境如粉尘车间或潮湿环境中极易造成用电 安全隐患。对有儿童的家庭而言，也存在儿童用手指触摸或金属物桶插座孔眼导致触电的 风险。
[0003] 近年来，磁禪合谐振式无线电能传输因其方便、安全、高效、干净等优点越来越受 到人们的重视。由于在该种技术中发射端和接收端无导线直接接触，因而可W克服传统供 电方式所存在的机械磨损、不安全、不灵活等问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是克服现有导体接触式传统插座的缺点，提供一种基于磁禪合谐振 无线电能传输技术的新型安全插座。
[0005] 本发明采用如下技术方案： 本发明包括组合插座和配套插头。
[0006] 本发明所述的组合插座由多个规格一致的插座单元柱（1)首尾相连组合而成，每 个插座单元柱（1)由两个规格一致的LC谐振器、插座绝缘外壳（14)构成；插座单元柱（1) 封装在插座绝缘外壳（14)内；在插座绝缘外壳（14)的首部和尾部设连接的部件；两个LC 谐振器的电感线圈轴向平行对齐，其中一个LC谐振器置于插座单元柱（1)的首部，另一个 LC谐振器距前一个LC谐振器的轴向距离为插座单元柱（1)柱长的1/2, LC谐振器由多面 空也电感线圈A和谐振电容G组成；在插座单元柱（1)首部LC谐振器旁边设有配套插头 (2)的插槽（12)。
[0007] 本发明所述的插座单元柱（1)的横截面可W是圆形、矩形、楠圆形、五边形、六边形 或其它几何形状。相对应地，空也电感线圈绕制成圆形、矩形、楠圆形、五边形、六边形或其 它几何形状。
[0008] 所述的配套插头（2)包括空也电感线圈么、谐振电容G、引出导线（23)和插头绝缘 外壳（24);空也电感线圈么的线圈口径小于空也电感线圈A的口径，封装在扁柱状的插头 绝缘外壳（24)中，插头绝缘外壳（24)可紧密地插入到插座单元柱（1)的插槽（12)中；空也 电感线圈么和谐振电容G串联后引出两根导线与电源发射电路或负载接收电路相连接。
[0009] 工作时，将多个插座单元柱（1)首尾相连构成组合插座，其内部的多个LC谐振器 构成一个轴线对齐、等距排列的谐振器阵列。每个插座单元柱上都有一个插槽（12 )供配套 插头（2)插入，上述插槽（12)贴近插座单元柱首部的LC谐振器（11)。能连接的最大配套插 头数目和插座单元柱数目一致，其中只有一个配套插头经过电源接入电路和电源连接，换 句话说，该插座是单电源的，该插头谐振器可插入任意一个插座单元柱的插槽中；其他的插 头谐振器与各种负载接收电路相连接，可插入除了连接电源的插头谐振器W外的插槽中。
[0010] 电源接入电路经由工频电源经过AC-DC和DC-AC两步转换后与插头谐振器相连 接。上述DC-AC电路采用全桥或半桥逆变电路。
[0011] 负载接收电路包括变压、整流和滤波电路。负载插头谐振器通过与组合插座的谐 振器阵列和连接电源的插头谐振器的磁禪合谐振拾取电源电能。为保证各谐振器工作在同 一频率，应满足/〇=1/货^；写巧)^/货1'^1|写尽）。其中/。是系统工作频率，通常为几十~几 百千赫兹。
[0012] 发明的效果；插座和插头之间通过电感线圈和谐振电容所构成的磁禪合谐振电路 传递电能，无须导线或导体铜片直接接触，导体部分被封闭在绝缘材料中，杜绝了产生电火 花的可能。由于没有外露的导体，也降低了儿童不慎触电的风险，亦可用于潮湿甚或水下环 境中，提高了在特殊场合和环境下用电的安全性。此外，该插座具有制造加工简单，拆卸和 组合方便，易于携带的优点。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明系统结构示意图。1为插座单元柱，2为配套插头，其中，4为配套插 头LC谐振器的空也电感线圈，G为配套插头LC谐振器的谐振电容、23为引出导线、24为插 头绝缘外壳。
[0014] 图2是图1所示的插座单元柱的详细结构示意图。11和13为被绝缘材料封装的 插座单元柱LC谐振器，12为配套插头插槽，14为插座绝缘外壳。15为插座单元柱连接头， 16为插座单元柱连接凹槽，插座单元柱利用连接头和连接凹槽将多个插座单元柱彼此进行 卡入式连接。两个插座单元柱1(：谐振器之间的间隔^/|'合为插座单元柱长的1/2。与为多 面空也电感线圈，G为插座单元柱LC谐振器的谐振电容。
【具体实施方式】
[0015] 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施 例作进一步详细描述。
[0016] 本发明实施例为供电电源为220V、50Hz/60化市电，横截面为圆形的磁禪合谐振 式多节组合非接触式安全插座和插头。
[0017] 从图1到图2所示的本发明实施例可知，组合插座由多个规格相同的插座单元柱1 连接组合而成，每个插座单元柱包括两个LC谐振器11和13、插槽12、插座绝缘外壳14,插 座绝缘外壳14的一端是插座单元柱连接头15,另一端是插座单元柱连接凹槽16。外壳14 起封装、绝缘、连接、固定的作用，插座单元柱利用连接头15和连接凹槽16将多个插座单元 柱彼此进行卡入式连接。LC谐振器11和13规格完全一致，两者的电感线圈轴向对齐，轴向 距离巧J插座单元柱长的一半。LC谐振器11、13由一定口径的多面空也电感线圈111(A) 和谐振电容112(G)连接而成。空也电感线圈111的最大口径(直径取端]1~2倍。
[001引插头谐振器2可W和源端相连接也可W连接负载端，它由空也电感线圈21(么）和 谐振电容22(G)串联构成，并被封装在扁柱状的绝缘外壳24中，两根导线23分别由电感 和电容的一头引出后与电源接入电路3或负载接收电路4相连接。空也电感线圈21的最 大口径(直径）4取空也电感线圈111最大口径(直径）q的0.6~0.8倍。
[0019] 每个插座单元柱1靠近连接头15处都有一个插槽12供插头谐振器2插入，该插 槽紧贴在LC谐振器11旁边。可连接的最大插头谐振器2的数目与插座单元柱1的数目一 致。市电电源经电源接入电路3和插头谐振器2相连接，该插头谐振器可插入任意一个插 座单元柱的插槽中。与电源连接的插头谐振器数目限制为1个，换言之，该插座限制为单电 源的。其他的插头谐振器2与各负载接收电路4相连接，可插入其他的未被占用的插槽中。
[0020] 市电220V、50Hz/60化经由电源接入电路3与一个插头谐振器2相连接。电源接 入电路3包括由工频变换到直流的AC-DC转换电路和直流变换到高频的DC-AC转换电路， 上述DC-AC转换电路用全桥逆变电路实现。
[0021] 负载接收电路4包括变压、整流和滤波电路。与负载接收电路4相连接的插头谐 振器通过与组合插座的谐振器阵列和连接电源的插头谐振器的磁禪合谐振拾取电源电能， 然后通过变压、整流和滤波后将电能传输给各负载。为保证各谐振器工作在同一频率，应满 足& =V友)=V(2巧^1友)。其中是系统工作频率，通常为几百~几千曲Z。
[0022] 工作时的组合插座通过多个插座单元柱1首尾相连构成，其内部的多个LC谐振器 11构成一个轴线对齐、彼此间距为插座单元柱柱长1/2的等距排列的谐振器阵列。任意两 个插槽之间的距离则为插座单元柱柱长的整数倍，研究表明，如此可对各负载进行有效隔 离，显著减小各插头谐振器同时插入时的相互干扰和影响。
[0023] W上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人 员可W对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。例如，此组合插座的 插座单元柱1的横截面形状可为矩形、六边形、五边形、半圆或其他适用形状；各插座单元 柱之间的连接方式并不限于卡入式连接，还可采用其他活动式连接方式如较链连接、螺旋 槽连接；供电电源并不限于220V、50Hz/60化的市电，也可是380V工业电。倘若本发明的该 些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含该些改 动和变型在内。
【主权项】
1. 磁禪合谐振式多节组合非接触式安全插座和插头，其特征是包括组合插座和配套插 头； 所述的组合插座由多个规格一致的插座单元柱（1)首尾相连组合而成，每个插座单元 柱（1)由两个规格一致的LC谐振器、插座绝缘外壳（14)构成；插座单元柱（1)封装在插座 绝缘外壳（14)内；在插座绝缘外壳（14)的首部和尾部设连接的部件；两个LC谐振器的电 感线圈轴向平行对齐，其中一个LC谐振器置于插座单元柱（1)的首部，另一个LC谐振器距 前一个LC谐振器的轴向距离为插座单元柱（1)柱长的1/2, LC谐振器由多面空也电感线 圈A和谐振电容G组成；在插座单元柱（1)首部LC谐振器旁边设有配套插头（2)的插槽 (12)； 所述的配套插头（2)包括空也电感线圈么、谐振电容G、引出导线（23)和插头绝缘外 壳（24);空也电感线圈么的线圈口径小于空也电感线圈A的口径，封装在扁柱状的插头绝 缘外壳（24)中，插头绝缘外壳（24)可紧密地插入到插座单元柱（1)的插槽（12)中；空也电 感线圈么和谐振电容G串联后引出两根导线与电源发射电路或负载接收电路相连接。
2. 根据权利要求1所述的磁禪合谐振式多节组合非接触式安全插座和插头，其特征是 所述的插座单元柱（1)的横截面是圆形、矩形、楠圆形、五边形或六边形；所对应的空也电 感线圈绕制成圆形、矩形、楠圆形、五边形或六边形。
【专利摘要】磁耦合谐振式多节组合非接触式安全插座和插头，包括组合插座和配套插头；组合插座由多个规格一致的插座单元柱首尾相连而成，每个插座单元柱由两个规格一致的LC谐振器、插座绝缘外壳构成；插座单元柱封装在插座绝缘外壳内；两个LC谐振器的电感线圈轴向平行对齐，分别位于插座单元柱的首部和中部；在插座单元柱首部LC谐振器旁边设有配套插头的插槽；配套插头包括空心电感线圈L2、谐振电容C2、引出导线和插头绝缘外壳；空心电感线圈L2的线圈口径小于空心电感线圈L1的口径，封装在扁柱状的插头绝缘外壳中；L2和C2串联后引出两根导线与电源发射电路或负载接收电路相连接。本发明具有制造加工简单，拆卸和组合方便，易于携带的优点。
【IPC分类】H02J5-00, H02J17-00
【公开号】CN104638683
【申请号】CN201510035482
【发明人】罗斌
【申请人】南昌大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年1月26日