一种具有自保护功能的激光无线能量传输系统技术方案

本发明专利技术提供一种具有自保护功能的激光无线能量传输系统，包括激光发射系统、激光传输光路系统及激光接收系统。激光发射系统包括：发射端控制中心、激光器系统、360

【技术实现步骤摘要】
一种具有自保护功能的激光无线能量传输系统


[0001]本专利技术涉及能源传输领域，是一种具有自保护功能的激光无线能量传输系统。

技术介绍

[0002]近年来，随着各类移动设备的出现与普及，人们愈加希望摆脱传统线路充电的束缚，使用更为灵活、更加多样化的充电方式，无线充电技术应运而生。
[0003]无线传能(WPT)技术发展至今，主要包括基于电磁感应、电磁谐振的近场无线能量传输以及基于微波或激光的远距离无线能量传输。WPT目前已被国际公认为能源传输领域中一项最具前沿性和革命性的技术，其将颠覆传统的有线(导线)输电模式。
[0004]激光具有方向性好、单色性好、能量集中等优点，因而激光无线能量传输技术在各种无线能量传输技术中脱颖而出。此外，激光无线能量传输所需的设备、体积及系统总重都要远小于同类的微波传输装置，因而其在多个领域受到了研究者的关注，激光无线能量传输技术在中远距离传输方面具有重要的应用前景。
[0005]由于激光光斑的能量是符合高斯分布的，因而实际中通常将激光光斑进行“匀化”处理，以此来提高光伏发电的效率。在专利号为CN209879068U的专利中，采用“导光板”对激光光束的能量分布进行匀化操作。导光板上密布有微阵列结构，造价往往比较高。此外其通过入射光束经导光板的多次散射达到匀化光能分布的目的，然而这种方式往往会造成光能的被吸收，造成能量损耗。在专利号为CN210744763U的专利中，单独另设了保护光光源及其相应所需的附属结构，增加了系统整体的复杂度。相比于本专利采用镜片结构，更改激光光斑的能量分布，结构简单，操作方便。此外，由于激光的能量比较集中，高功率的激光更加存在危险性，因而使用激光进行无线能量传输工作也迫切需要解决操作人员的安全问题。本专利仅采用一个激光源，通过分光的方式既实现了无线传能的作用，同时也实现了系统的自保护功能，系统结构相对简单。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种具有自保护功能的激光无线能量传输系统。
[0007]本专利技术的目的是这样实现的：系统整体包括激光发射系统、激光传输光路系统及激光接收系统三部分。所述激光发射系统包括：发射端控制中心2、激光器系统3、360
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转台系统5、保护光接收系统4及GPS定位系统1；激光传输光路系统6包括分光片22、反光镜23、扩束准直系统24
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25和光斑局部再扩束系统26；激光接收系统包括接收端控制中心12、平面位移台系统11、GPS定位系统13、光伏电池及散热装置7、最大功率跟踪电路8、DC
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DC交换电路9、蓄电池及其电源管理系统10。
[0008]所述激光器系统包括激光输出端、激光器散热装置等，该分系统用于提供激光输出。所述激光输出端安装于360
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转台系统5上，可在发射端控制中心2的控制下调整激光发射的方向，同时其上安装有如附图2所示的反光结构，与所述光伏电池及散热装置7上安装的反光结构共同配合，形成保护光。所述保护光接收系统包括光探头14和平面位移平台，光
探头负责接收传输回来的“保护光”，其安装在平面位移平台上并受发射端控制中心2的控制，可以移动到平面内的不同位置。
[0009]激光传输光路系统6使用分光片22将从激光输出端输出的激光分为能量不等的两束光，强光用于光电池的光伏发电，弱光则经反光镜23结构反射传输后在系统周围成为“保护光”。所述扩束准直系统24
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25由一片凹透镜和一片凸透镜组成，将激光光斑放大。所述光斑局部再扩束系统26由附图3中类结构的镜片组成，可对激光光斑的局部进行再放大操作，从而改变原先激光光斑的能量分布。
[0010]激光接收系统的光伏电池及散热装置7上安装有如附图2的反光结构15
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18，其与权利要求2中所述激光输出端上的反光结构19
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20配合，参与生成保护光。此外，光伏电池及散热装置7安装在平面位移台系统11上，平面位移台系统可由接收端控制中心12控制移动。
[0011]当激光发射系统发出激光后，激光发射系统处的GPS定位系统1和激光接收系统处的GPS定位系统13分别获取激光输出端端口21、光探头14和光伏电池27的位置信息并传给相应的控制中心，两处控制中心之间进行信息交流、处理后控制360
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转台系统5、平面位移台系统11及保护光接收系统4处的位移平台运动，使系统的光路对准。此时从激光输出端发出的激光经分光片22分光后，强光继续向前传输，依次经过扩束准直系统24
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25，光斑局部再扩束系统26，最终照射到光伏电池及散热装置7上实现光伏转化。所述光伏电池及散热装置发出的电再依次经过最大功率跟踪电路8和DC
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DC交换电路9稳压，最终输入到蓄电池及其电源管理系统10；弱光则经反光镜23反射后传输到光伏电池及散热装置7上的反光结构15
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18，随后其在激光发射系统和激光接收系统之间多次传输最终在保护光接收系统处被接收，此时总系统周围的“保护光”即生成，系统外围形成了一个“保护区”。
[0012]所述蓄电池及其电源管理系统10受接收端控制中心12控制，当蓄电池充满电时，接收端控制中心会安排对于待充电负载的充电工作并给发射端控制中心2信息反馈，发射端控制中心控制激光发射系统停止激光输出。所述光斑局部再扩束系统26可根据实际需要，选择同类的不同结构的镜片，或者增减所用镜片的数量，以实现不同程度的光束匀化效果；也可以通过调整光伏电池及散热装置7、激光输出端等处反光镜的位置和数量在系统周围产生不同数量的“保护光”，进而改变“保护区”的受保护程度，使系统适用于多种情形。一旦有外来物体进入到系统的“保护区”，即系统外围的“保护光”受到了遮挡，保护光接收系统4接收不到传输回来的“保护光”，此时发射端控制中心2会调整激光器系统输出的激光功率，对外来物体实施“保护”。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提出一种新颖的激光匀化技术，即通过在激光无线能量传输系统光路中引入光斑局部再扩束系统，对激光光斑的局部部分进行再扩束操作，从而改变光伏电池接收激光的能量分布情况，提高光伏转换效率。该种方法简便易行，颇具灵活性。仅使用一个激光源同时实现了系统的能量传输功能和“自保护”功能，降低了系统的外设数量及系统复杂度。光斑局部再扩束系统可根据实际需要，选择同类的不同结构的镜片，甚至可以更改这类镜片使用的数量，从而实现不同程度的光束匀化效果；系统的“自保护”功能也可以通过调整光伏电池及散热装置、激光输出端等处反光镜的位置和数量在系统周围产生不同数量的“保护光”，进而改变“保护区”的受保护程度甚至是受保护区域的形状，使系统适用于多种情形。
附图说明
[0014]图1是系统整体结构图；
[0015]图2是激光输出端、光探头、激光传输光路系统和光伏电池及散热装置间的位置结构图；图2中带箭头的黑线线段表示系统中传输的激光束。光路中黑色的虚线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有自保护功能的激光无线能量传输系统，其特征在于：包括激光发射系统、激光传输光路系统及激光接收系统，所述激光发射系统包括发射端控制中心(2)、激光器系统(3)、360
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转台系统(5)、保护光接收系统(4)及GPS定位系统(1)；所述激光传输光路系统(6)包括分光片(22)、反光镜(23)、扩束准直系统(24
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25)和光斑局部再扩束系统(26)；所述激光接收系统包括接收端控制中心(12)、平面位移台系统(11)、GPS定位系统(13)、光伏电池及散热装置(7)、最大功率跟踪电路(8)、DC
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DC交换电路(9)、蓄电池及其电源管理系统(10)；所述激光器系统包括激光输出端、激光器散热装置；所述激光输出端安装于360
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转台系统(5)上，可在发射端控制中心(2)的控制下调整激光发射的方向，所述保护光接收系统包括光探头(14)和平面位移平台，光探头负责接收传输回来的“保护光”，其安装在平面位移平台上并受发射端控制中心(2)的控制，激光传输光路系统(6)使用分光片(22)将从激光输出端输出的激光分为能量不等的两束光，强光用于光电池的光伏发电，弱光则经反光镜(23)结构反射传输后在系统周围成为“保护光”；所述扩束准直系统(24
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25)由一片凹透镜和一片凸透镜组成；所述光斑局部再扩束系统(26)由镜片组成，对激光光斑的局部进行再放大操作，改变原先激光光斑的能量分布；激光接收系统的光伏电池及散热装置(7)上安装有反光结构(15
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18)，其与所述激光输出端上的反光结构(19
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20)配合，参与生成保护光，光伏电池及散热装置(7)安装在平面位移台系统(11)上，平面位移台系统可由接收端控制中心(12)控制移动。2.根据权利要求1所述的一种具有自保护功能的激光无线能量传输系统，其特征在于：当激光发射系统发出激光后，激光发射系统处的GPS定位系统(1)和激光接收系统处的G...

【专利技术属性】
技术研发人员：李立，高正欣，燕世雄，白冰，刘佳琳，田凤军，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：