应用于城市列车充电的高温超导大功率无线电能传输系统技术方案

本发明专利技术涉及一种应用于城市列车充电的高温超导大功率无线电能传输系统，包括高频电源模块、谐振耦合模块和负载模块，谐振耦合模块包括谐振耦合发射线圈和谐振耦合接收线圈，谐振耦合发射线圈呈与列车轨道相适应的凹型结构，谐振耦合接收线圈呈方形的平面螺旋型结构，谐振耦合发射线圈和谐振耦合接收线圈均由高温超导材料制成并分别放置在第一液氮装置和第二液氮装置内。本系统通过使谐振耦合发射线圈和谐振耦合接收线圈工作在超导状态，利用超导时，线圈的电阻几乎为0的特性，有效提升系统传输的电流值，进而满足了类似于城市列车这种大功率负载的需求。

【技术实现步骤摘要】
应用于城市列车充电的高温超导大功率无线电能传输系统
本专利技术属于无线电传输
，具体涉及应用于城市列车充电的高温超导大功率无线电能传输系统。
技术介绍
无线电能传输在很早的时候由NikolaTesla提出，是一种通过非接触的方式传输电能的方法。用此方法进行电能传输，可以消除传统电能传输过程中输电端和受电端有电气连接所存在的缺陷，如插头磨损，导线裸露，接触电火花等，因此具有安全，环保，维护方便等特点。因为非接触式的优点，无线电能传输技术现在已经在厂矿，装配车间，水下，井下以及各种易燃易爆环境中有了广泛的应用。此外，在机器人驱动，电池充电，人体内置式电子装置供电等领域，无线电能传输也有非常重要的作用。由于系统自身电阻的存在和能量的控制比较困难，目前，无线输电的传输效率普遍不高；另外，传输距离较短(谐振式约2米)，供电频率高(谐振式10MHz)。这些缺陷阻碍了无线输电技术的广泛应用。目前无线电能传输大体有三种形式：感应耦合无限电能传输，谐振耦合无限电能传输，微波辐射无线电能传输。感应耦合在三者中能传输较大的功率，但是传输距离较小，微波辐射的能量损耗较大，而且技术上有较多难点，应用也很少。谐振耦合方式利用谐振传输能量的原理，能实现较高效率的传输，而且传输距离不会限制得非常短。在此基础上，提升谐振耦合的传输功率，能大大增强其的应用前景。对于城市列车来说，能够用无线电能传输方式进行充电将会大大提高列车使用的便利性，因此此项技术具有重要意义。然而以往的无线输电系统无论是感应式的，还是谐振式的，其参与感应耦合和谐振耦合的线圈都是普通的铜线圈，由于铜线圈的电阻效应，当铜线圈上通过较大的电流时，铜线圈上将会产生较大的热损耗，为了保证铜线圈的正常工作，铜线圈上传输的电流不能过大，因此这种无线电能传输系统无法满足类似于城市列车这种大功率负载的需要。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种能有效提升传输的电流值，进而满足大功率负载需求的应用于城市列车充电的高温超导大功率无线电能传输系统。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：应用于城市列车充电的高温超导大功率无线电能传输系统，包括高频电源模块、谐振耦合模块和负载模块，高频电源模块的输出端与谐振耦合模块的输入端电连接，谐振耦合模块的输出端与负载模块电连接；谐振耦合模块包括作为输入端的谐振耦合发射线圈和作为输出端的谐振耦合接收线圈，谐振耦合发射线圈安装在列车轨道上，谐振耦合接收线圈安装在列车上，所述谐振耦合发射线圈呈与列车轨道相适应的凹型结构，所述谐振耦合接收线圈呈方形的平面螺旋型结构，谐振耦合发射线圈和谐振耦合接收线圈均由高温超导材料制成并分别放置在第一液氮装置和第二液氮装置内，第一液氮装置呈与谐振耦合发射线圈形状相适应的凹型结构，第二液氮装置呈与谐振耦合接收线圈形状相适应的方形结构。本方案的工作原理是：在采用该系统进行无线电能传输时，高频电源模块将高频电能输入到谐振耦合发射线圈内，谐振耦合发射线圈内的电能再通过谐振耦合的方式传输到谐振耦合接收线圈内，谐振耦合接收线圈内的电能再将电能输送到负载模块。在谐振耦合过程中，由于谐振耦合发射线圈和谐振耦合接收线圈均是由高温超导材料制成，同时两者均放置在各自独立的液氮装置内，则此时谐振耦合发射线圈和谐振耦合接收线圈均处于超导状态，即谐振耦合发射线圈和谐振耦合接收线圈的电阻为0。同时，由于谐振耦合发射线圈和谐振耦合接收线圈本身带有电感，通过绕制的方式，使得谐振耦合发射线圈和谐振耦合接收线圈的匝间具有分布电容，通过电感和电容的共同作用，使得谐振耦合发射线圈和谐振耦合接收线圈在特定的频率下具有谐振特性。另外，将谐振耦合发射线圈和第一液氮装置设置成凹型结构，该凹型结构与列车轨道的结构相适应，方便第一液氮装置的安装和使用。将谐振耦合接收线圈和第二液氮装置设置成平面螺旋型结构，在满足安装的情况下减少占用空间。本专利技术的有益效果在于：本系统通过使谐振耦合发射线圈和谐振耦合接收线圈工作在超导状态，利用超导时，线圈的电阻几乎为0的特性，一方面使得谐振耦合发射线圈和谐振耦合接收线圈上不会产生电流热损耗，故本系统可以允许通过较大的电流，有效提升系统传输的电流值，另一方面也大大提高了系统的输出功率和效率，进而满足了类似于城市列车这种大功率负载的需求。优选的，所述谐振耦合发射线圈和谐振耦合接收线圈均采用钇钡铜氧材料制成。钇钡铜氧的超导转变温度高于液氮的沸点，当用液氮对谐振耦合发射线圈和谐振耦合接收线圈进行冷却时，能保证谐振耦合发射线圈和谐振耦合接收线圈始终保持在超导状态。所述谐振耦合发射线圈和谐振耦合接收线圈均采用带材钇钡铜氧材料制成。优选的，用第一液氮装置和第二液氮装置均采用保温隔热材料制成。保温隔热材料制成的液氮装置可有效的减少液氮的挥发。优选的，所第一液氮装置和第二液氮装置上均设有液氮罐入口。液氮罐入口一方面可用于补充液氮，另一方面，由于液氮的气化温度较低，当液氮装置内的部分液氮气化后，为气态氮的排出提供通道。优选的，所述高频电源模块包括大功率电源、整流滤波电路和逆变电路，所述逆变电路的输出端与谐振耦合模块的谐振耦合发射线圈电连接。大功率电源发出的电能先经整流滤波电路，经过整流滤波电路后的电能再进入到逆变电路中，此时，大功率电源发出的电能将变为满足谐振耦合频率要求的高频电能，并传输到谐振耦合发射线圈内。优选的，大功率电源与整流滤波电路之间、整流滤波电路与逆变电路之间均通过铜导线进行连接，谐振耦合发射线圈的输入端设有输入连接器，逆变电路的输出端通过铜导线与输入连接器连接。上述连接方式保证了系统各部分之间的可靠连接。优选的，所述大功率电源为工频大功率电源。优选的，所述负载模块包括电能转换电路和负载，负载通过电能转换电路与谐振耦合模块的谐振耦合接收线圈电连接。电能转换电路可将谐振耦合接收线圈输出的电能转换成适合负载使用频率的电能。优选的，所述电能转换电路与负载之间通过铜导线进行连接，谐振耦合接收线圈的输出端设有输出连接器，电能转换电路的输入端通过铜导线与输出连接器连接。上述连接方式保证了系统各部分之间的可靠连接。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为本专利技术应用于城市列车充电的高温超导大功率无线电能传输系统的结构框图；图2为本专利技术应用于城市列车充电的高温超导大功率无线电能传输系统的结构示意图；图3为本专利技术应用于城市列车充电的高温超导大功率无线电能传输系统中谐振耦合发射线圈的结构示意图；图4为本专利技术应用于城市列车充电的高温超导大功率无线电能传输系统中谐振耦合接收线圈的结构示意图；图5为本专利技术应用于城市列车充电的高温超导大功率无线电能传输系统中第一液氮装置的结构示意图；图6为本专利技术应用于城市列车充电的高温超导大功率无线电能传输系统中第二液氮装置的结构示意图；图7为本专利技术应用于城市列车充电的高温超导大功率无线电能传输系统的等效电路图。说明书附图中的标记如下：大功率电源1、整流滤波电路2、逆变电路3、第一液氮装置4、第二液氮装置5、电能转换电路6、负载7、铜导线8、输入连接器9、谐振耦合发射线圈10、谐振耦合接收线圈11。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。如附图1和附图2所本文档来自技高网...

【技术保护点】
应用于城市列车充电的高温超导大功率无线电能传输系统，其特征在于：包括高频电源模块、谐振耦合模块和负载模块，高频电源模块的输出端与谐振耦合模块的输入端电连接，谐振耦合模块的输出端与负载模块电连接；谐振耦合模块包括作为输入端的谐振耦合发射线圈和作为输出端的谐振耦合接收线圈，谐振耦合发射线圈安装在列车轨道上，谐振耦合接收线圈安装在列车上，所述谐振耦合发射线圈呈与列车轨道相适应的凹型结构，所述谐振耦合接收线圈呈方形的平面螺旋型结构，谐振耦合发射线圈和谐振耦合接收线圈均由高温超导材料制成并分别放置在第一液氮装置和第二液氮装置内，第一液氮装置呈与谐振耦合发射线圈形状相适应的凹型结构，第二液氮装置呈与谐振耦合接收线圈形状相适应的方形结构。

【技术特征摘要】
1.应用于城市列车充电的高温超导大功率无线电能传输系统，其特征在于：包括高频电源模块、谐振耦合模块和负载模块，高频电源模块的输出端与谐振耦合模块的输入端电连接，谐振耦合模块的输出端与负载模块电连接；谐振耦合模块包括作为输入端的谐振耦合发射线圈和作为输出端的谐振耦合接收线圈，谐振耦合发射线圈安装在列车轨道上，谐振耦合接收线圈安装在列车上，所述谐振耦合发射线圈呈与列车轨道相适应的凹型结构，所述谐振耦合接收线圈呈方形的平面螺旋型结构，谐振耦合发射线圈和谐振耦合接收线圈均由高温超导材料制成并分别放置在第一液氮装置和第二液氮装置内，第一液氮装置呈与谐振耦合发射线圈形状相适应的凹型结构，第二液氮装置呈与谐振耦合接收线圈形状相适应的方形结构。2.根据权利要求1所述的应用于城市列车充电的高温超导大功率无线电能传输系统，其特征在于：所述谐振耦合发射线圈和谐振耦合接收线圈均采用钇钡铜氧材料制成。3.根据权利要求2所述的应用于城市列车充电的高温超导大功率无线电能传输系统，其特征在于：所述谐振耦合发射线圈和谐振耦合接收线圈均采用带材钇钡铜氧材料制成。4.根据权利要求1至3任一所述的应用于城市列车充电的高温超导大功率无线电能传输系统，其特征在于：第一液氮装置和第二液氮装置均采用保温隔热材料制成。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：李珂，陈超，刘全文，黄俊，
申请(专利权)人：四川帝威能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51