一种基于陶瓷谐振器的多级无线功率传输系统技术方案

一种基于陶瓷谐振器的多级无线功率传输系统，包括依次设置的发射端、谐振装置和接收端，所述发射端和接收端关于谐振装置对称设置；所述谐振装置包括从发射端到接收端依次等间距设置的第一级谐振单元、第二级中继单元和第三级谐振单元；所述发射端和接收端均为圆环，且圆环上均设有狭缝,狭缝内设置有阻值50Ω的阻抗，发射端、第一级谐振单元、第二级中继单元、第三级谐振单元和接收端的中心位于同一条直线；能量由发射端发出，对无线功率传输系统进行馈电，使第一级谐振单元进行谐振，其磁场方向垂直于圆片所在的平面，从而使得第二级中继单元谐振，能量得以传输。

【技术实现步骤摘要】
一种基于陶瓷谐振器的多级无线功率传输系统
本专利技术属于无线功率传输领域，具体涉及一种基于陶瓷谐振器的多级无线功率传输系统。
技术介绍
无线功率传输(WirelessPowerTransfer,WPT)是一种较新的能量传输形式，近来引起了世界各国研究者的高度关注。不同于现有的有线能量传输，无线功率传输是利用电磁场的作用将电磁能量进行传输。无线功率传输可分为两类：近场无线功率传输了远场无线功率传输。近场无线功率传输技术指的是能量传输的距离小于发射天线的一个波长的传输技术。根据耦合设备的不同，近场耦合机制可以被归纳为四类：(1)磁谐振耦合；(2)电感耦合；(3)电容耦合；(4)磁动力耦合。目前最适合的近场无线功率传输技术就是磁谐振耦合技术和电感耦合技术，并且近场无线功率传输系统多为两级传输系统，这造成了无线功率传输距离较近，实用性较差的问题。同时，近场无线功率传输系统采用的电感耦合技术多采用发射线圈和耦合线圈，这造成了无线功率传输系统体积较大，制约了无线功率传输系统的小型化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：为解决上述的市场采用近场无线功率多采用传输技术电感耦合技术多采用发射线圈和耦合线圈，造成体积较大的问题，以及现有传输系统多为两级传输系统，造成了无线功率传输距离较近，实用性较差的问题，提出一种基于陶瓷谐振器的多级无线功率传输系统。本专利技术采用的技术方案如下：一种基于陶瓷谐振器的多级无线功率传输系统，包括依次设置的发射端、谐振装置和接收端，所述发射端和接收端关于谐振装置对称设置；所述谐振装置包括从发射端到接收端依次等间距设置的第一级谐振单元、第二级中继单元和第三级谐振单元；所述发射端和接收端均为圆环，且圆环上均设有狭缝,该狭缝内设置有阻值50Ω的阻抗；所述发射端、第一级谐振单元、第二级中继单元、第三级谐振单元和接收端的中心位于同一条直线，磁谐振耦合是指具有相同谐振频率的谐振体之间依靠磁场进行耦合，从而达到能量传输的目的。三个陶瓷介质圆片大小、形状、介电常数等特性均相同，具有相同的谐振频率，所以能实现磁谐振耦合。能量由发射端发出，对无线功率传输系统进行馈电，使得第一级谐振单元进行谐振，其磁场方向垂直于圆片所在的平面，从而使得第二级中继单元谐振，能量也因此得以传输。同理，第二级中继单元通过磁场将能量传到第三级谐振单元，最终能量被接收端接收，实现了无线功率传输的目的。优选的，所述第一级谐振单元、第二级中继单元和第三级谐振单元为半径相同厚度一样的陶瓷介质圆片。优选的，所述第一级谐振单元、第二级中继单元和第三级谐振单元的制成材料为钛酸钡靶材。优选的，所述第一级谐振单元、第二级中继单元和第三级谐振单元半径为10mm，厚度为2mm。优选的，所述发射端和接收端的外半径为8.9mm，内半径为8.7mm。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术中，采用磁谐振耦合式无线功率传输，可以有效地省去现有电感耦合式传输方式中的发射线圈和耦合线圈，从而大大减小了系统的成本和体积。2、本专利技术中，系统结构为三级传输系统，能够大大地扩展无线功率传输系统的传输距离，具有非常大的实用性。3、本专利技术中,系统结构为三级传输系统,相较于两级传输系统,在相同传输距离情况下,该系统能够将能量传输效率提高50％以上。附图说明图1为本专利技术的多级无线功率传输系统的整体示意图；图2为本专利技术的无线功率传输系统谐振单元中电场分布图；图3为本专利技术的无线功率传输系统谐振单元中磁场分布图；图4为本专利技术的多级无线功率传输系统的磁场分布图像；图5为本专利技术的多级无线功率传输系统的传输函数与反射函数曲线图；图中标记：1-发射端，2-第一级谐振单元，3-第二级中继单元，4-第三级谐振单元，5-接收端。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1-3所示，一种基于陶瓷谐振器的多级无线功率传输系统，包括依次设置的发射端1、谐振装置和接收端5，所述发射端1和接收端5关于谐振装置对称设置；所述谐振装置包括从发射端1到接收端5依次等间距设置的第一级谐振单元2、第二级中继单元3和第三级谐振单元4；所述发射端1和接收端5均为圆环，且圆环上均设有狭缝,该狭缝内设置有阻值50Ω的阻抗；所述发射端1、第一级谐振单元2、第二级中继单元3、第三级谐振单元4和接收端5的中心位于同一条直线，，所述第一级谐振单元2、第二级中继单元3和第三级谐振单元4为半径相同厚度一样的陶瓷介质圆片，其制成材料为钛酸钡靶材，半径为10mm，厚度为2mm。所述发射端1和接收端5的外半径为8.9mm，内半径为8.7mm。在馈电端口设计上，能量发射端1和接收端5由外半径为8.9mm，内半径为8.7mm的圆环组成。每个圆环上均开一个1mm的狭缝，并将一个50Ω的阻抗插入到环路的离散端口中，通过该圆环对多级无线功率传输系统进行馈电。磁谐振耦合是指具有相同谐振频率的谐振体之间依靠磁场进行耦合，从而达到能量传输的目的。三个陶瓷介质圆片大小、形状、介电常数等特性均相同，具有相同的谐振频率，所以能实现磁谐振耦合。能量由发射端1发出，对无线功率传输系统进行馈电，使得第一级谐振单元2进行谐振，其磁场方向垂直于圆片所在的平面，从而使得第二级中继单元3谐振，能量也因此得以传输。同理，第二级中继单元3通过磁场将能量传到第三级谐振单元4，最终能量被接收端5接收，实现了无线功率传输的目的。如图4，可以很清楚看清磁场的分布图像，相邻谐振单元之间通过磁场进行耦合谐振，从而将能量实现无线传输。如图，5可以看出本专利技术提出的本专利技术提出的基于陶瓷谐振器的多级无线功率传输系统的能量传输效率是很好的。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例而已，并不用以限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于陶瓷谐振器的多级无线功率传输系统，其特征在于：包括依次设置的发射端(1)、谐振装置和接收端(5)，所述发射端(1)和接收端(5)关于谐振装置对称设置；所述谐振装置包括从发射端(1)到接收端(5)依次等间距设置的第一级谐振单元(2)、第二级中继单元(3)和第三级谐振单元(4)；所述发射端(1)和接收端(5)均为圆环，且圆环上均设有狭缝,该狭缝内设置有阻值50Ω的阻抗；所述发射端(1)、第一级谐振单元(2)、第二级中继单元(3)、第三级谐振单元(4)和接收端(5)的中心位于同一条直线。

【技术特征摘要】
1.一种基于陶瓷谐振器的多级无线功率传输系统，其特征在于：包括依次设置的发射端(1)、谐振装置和接收端(5)，所述发射端(1)和接收端(5)关于谐振装置对称设置；所述谐振装置包括从发射端(1)到接收端(5)依次等间距设置的第一级谐振单元(2)、第二级中继单元(3)和第三级谐振单元(4)；所述发射端(1)和接收端(5)均为圆环，且圆环上均设有狭缝,该狭缝内设置有阻值50Ω的阻抗；所述发射端(1)、第一级谐振单元(2)、第二级中继单元(3)、第三级谐振单元(4)和接收端(5)的中心位于同一条直线。2.根据权利要求1所述的基于陶瓷谐振器的多级无线功率传输系统，其特征在于：所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹祥勋，丁帅，郭菲菲，罗小敏，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51