本實用新型涉及電磁諧振無線充電裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無線傳輸?shù)罔F供電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來提供了很多磁感應(yīng)列車供電系統(tǒng)例如中國專利公開了基于雙層雙向螺旋線圈的無線電能傳輸系統(tǒng)及方法,專利號:201410243642,該專利公開的內(nèi)容中發(fā)射線圈是一個雙層雙向繞制的螺旋線圈，如圖6所示，該雙層雙向繞制的螺旋線圈是由繞制方向相反并相連的內(nèi)層線圈和外層線圈組成的，所述內(nèi)層線圈和外層線圈具有相同的,匝數(shù)和匝距，僅線圈半徑不同，所有線圈均由銅線繞制，對齊在同軸方向。雙向螺旋線圈缺點是體積大，其不足之處在于，該線圈對發(fā)射與接收線圈的位置有非常嚴格的要求，兩線圈的中心一旦偏離，會使能量傳輸效率急劇下降。

再如中國專利公開了一種無線供電型高速列車系統(tǒng),專利號:201510569730.8,該專利公開的內(nèi)容中供電端接收線圈沿軌道懸空架設(shè)于列車之上，受電端線圈安裝于列車頂部；發(fā)射線圈沿軌道鋪設(shè)施工繁瑣，原來的單根線供電改成線圈供電浪費了大量有色金屬，在高壓強電下線圈密集堆放形成渦流，渦流產(chǎn)生的高溫變化對列車極易造成損害。該專利特別描述了：允許存在幾厘米的工作間隙,由于軌道地面起伏較大，加上列車運行中的起伏晃動，使接收的線圈與發(fā)射的線圈之間的工作間隙處于動態(tài)變化中，有可能使線圈在運行中與列車頂部發(fā)生碰撞或者摩擦，存在不安全隱患。高速運行中供電端和受電端工作間隙的急速變化造成整個供電系統(tǒng)的不穩(wěn)定，波動的電源會對列車的運行帶來沖擊。

另外,目前的高頻發(fā)射模塊采用全橋式隔離的電壓變換器電路，如圖7所示，由于全橋式隔離的電壓變換器電路中兩組開關(guān)管交替關(guān)斷與導(dǎo)通，由于正負半波控制脈沖寬度難以做到絕對相同，同時開關(guān)器件特性難以完全一致，導(dǎo)致開關(guān)管極易燒毀，及工作頻率難以提高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于克服上述技術(shù)的不足，而提供一種無線傳輸?shù)罔F供電系統(tǒng)，實現(xiàn)列車高效節(jié)能、穩(wěn)定、可靠的運行。

本實用新型為實現(xiàn)上述目的，采用以下技術(shù)方案：

一種無線傳輸?shù)罔F供電系統(tǒng)，其特征在于，包括電源、電源控制模塊、高頻發(fā)射模塊、三抽頭發(fā)射線圈、諧振線圈組、接收線圈、高頻接收模塊、電源管理模塊、列車蓄電池；所述電源為本裝置提供能量來源；

電源控制模塊用于控制電源是否給高頻發(fā)射模塊供電，還具有調(diào)節(jié)電源電壓穩(wěn)定等作用；

所述高頻發(fā)射模塊選用功率振蕩電路產(chǎn)生高頻交變電流；

所述三抽頭發(fā)射線圈把高頻電流轉(zhuǎn)換為高頻磁場發(fā)射出去；所述三抽頭發(fā)射線圈采用平面螺旋式結(jié)構(gòu)，使得匝與匝之間保持在一個平面上緊密結(jié)合；所述三抽頭發(fā)射線圈沿著軌道分段鋪設(shè)且垂直于軌道，三抽頭發(fā)射線圈的下部埋于地下，列車從三抽頭線圈內(nèi)部穿過；

所述諧振線圈組組成能量傳輸中繼通道，諧振線圈組布置在所述三抽頭發(fā)射線圈的兩側(cè)；

所述接收線圈把空間高頻交變磁場接受轉(zhuǎn)換為高頻電流，所述接收線圈同樣采用平面螺旋式結(jié)構(gòu)，接收線圈固定在每節(jié)車廂連接處的車框內(nèi)部；

所述三抽頭發(fā)射線圈、諧振線圈和接收線圈具有相同的諧振頻率特性；

所述高頻接收模塊把收集的高頻電磁波轉(zhuǎn)化為電能；

所述電源管理模塊對轉(zhuǎn)化的電能進行管理供列車蓄電池使用。

優(yōu)選地，所述高頻發(fā)射模塊包括高頻信號發(fā)生電路、甲乙類推挽功率放大電路、發(fā)射電路；

所述高頻信號發(fā)生電路由電容C1-電容C4、三極管Q2、電阻R1-R4、線圈L3組成的電容三點式振蕩信號發(fā)生電路；甲乙類推挽功率放大電路由電容C1、電容C6、三極管Q1、R5-R8、MOS管T1、MOS管T2構(gòu)成；

所述發(fā)射電路由電容C7、電容C8、線圈L1、線圈L2組成，所述電容C7的一端分別接甲乙類推挽功率放大電路的MOS管T1和線圈L1的一端，所述電容C7的另一端接線圈L1的另一端、電源、線圈L2的一端、電容C8的一端，所述電容C8的另一端接所述線圈L2的另一端和MOS管T2，所述線圈L1、線圈L2構(gòu)成了一個帶中心抽頭的所述三抽頭發(fā)射線圈，在半個周期內(nèi)若輸入高電平信號經(jīng)MOS管T1門極，則MOS管T1導(dǎo)通，電流Ia流經(jīng)線圈L1，能量由線圈L1發(fā)射出去，MOS管T2經(jīng)過三極管Q1反向后MOS管T2端為低電平信號，則MOS管T2為高阻斷狀態(tài)；在另半個周期內(nèi)若輸入高電平信號經(jīng)MOS管T2門極，則MOS管T2導(dǎo)通，電流Ib流經(jīng)線圈L2，能量由線圈L2發(fā)射出去，這時MOS管T1門極電壓為低電平信號，則MOS管T1為高阻斷狀態(tài)，電流Ia與Ib輪流出現(xiàn)。

優(yōu)選地，還包括射頻接收模塊和射頻發(fā)射模塊，所述射頻接收模塊安裝在軌道一側(cè)，所述射頻發(fā)射模塊安裝在列車的車頭和車尾。

本實用新型的有益效果是:與現(xiàn)有技術(shù)相比較，1、本裝置發(fā)射線圈采用平面螺旋式繞法，使得匝與匝之間保持在一個平面上緊密結(jié)合，L＝[(D×D)×(N×N)]/[(18×D)+(40×W)]，N-----是線圈的匝數(shù)，D-----是線圈的直徑，W------是線圈從一端到另一端的寬度，L是電感。電感隨著線圈的直徑增加，電感隨著線圈匝數(shù)的平方增加，3倍的匝數(shù)產(chǎn)生9倍的電感。匝數(shù)為二到四匝，到減小寄生電容對其的影響，繞制材料選用材質(zhì)較純的銅管，因為頻率越高趨膚效應(yīng)越強烈，在高頻下使用銅管和采用平面螺旋式繞制線圈同等電感阻抗下節(jié)約了有色金屬材料，并聯(lián)真空電容使頻率可調(diào)制為f。使用平面螺旋式繞法，使得線圈之間面與面的傳遞能量，而不是上述文獻中點與點的傳遞能量，進而平面螺旋式可以解決上述對心困難，并解決對心困難引起的能量劇烈波動。

2、發(fā)射線圈沿軌道分段鋪設(shè)，現(xiàn)采用電磁諧振技術(shù)，增加了若干個諧振線圈，諧振線圈繞制材料選用材質(zhì)較純的銅管，匝數(shù)為兩匝，并聯(lián)真空電容使頻率調(diào)制為f，諧振線圈與外部電源沒有連接，諧振線圈與供電端發(fā)射線圈垂直于軌道架設(shè)部分埋于地下使負載從線圈內(nèi)部穿梭。能量通過空間磁場傳遞，能量從發(fā)射線圈向兩旁諧振線圈傳遞,電源模塊給發(fā)射模塊和發(fā)射線圈分別供電，發(fā)射模塊作為本裝置的磁場激勵模塊為本裝置控制電路提供方波信號。帶中心抽頭的三抽頭發(fā)射線圈由電源模塊直接供電，并把發(fā)射模塊激勵的方波信號通過自身發(fā)射出去，利用諧振線圈作為本裝置的電能傳輸中繼，使的在一定傳輸距離下提高效率。

3、采用改進過的甲乙類推挽功率放大器電路，就解決了開關(guān)特性難以完全一致導(dǎo)致的開關(guān)管極易燒毀的現(xiàn)象，通過改用帶中心抽頭的三抽頭線圈，使開關(guān)管的用量減少一半，工作頻率也得到了提高，進而工作效率也隨之提高。在管子型號相同時，乙類推挽放大器的輸出功率可以提高到單管功率放大器的六倍左右。為解決這些問題，本實用新型利用無線電能諧振傳輸技術(shù)向地鐵列車提供穩(wěn)定、可靠的電能，且節(jié)約能源。

附圖說明

圖1為本實用新型的系統(tǒng)框圖；

圖2為本實用新型中的高頻發(fā)射模塊原理圖；

圖3為本實用新型整體的示意圖；

圖4為本實用新型能量衰減示意圖；

圖5為本實用新型中平面螺旋式線圈示意圖；

圖6為現(xiàn)有技術(shù)中螺線管式線圈示意圖；

圖7為現(xiàn)有技術(shù)中全橋式隔離電壓變換器電路。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及較佳實例詳細說明本實用新型的具體實施方式。如圖1-圖5所示，一種無線傳輸?shù)罔F供電系統(tǒng)，包括電源1、電源控制模塊2、高頻發(fā)射模塊3、三抽頭發(fā)射線圈4、諧振線圈組5、接收線圈6、高頻接收模塊7、電源管理模塊8、列車蓄電池(即為負載9)；所述電源為本裝置提供能量來源；

電源控制模塊用于控制電源是否給高頻發(fā)射模塊供電，還具有調(diào)節(jié)電源電壓穩(wěn)定等作用；

所述高頻發(fā)射模塊選用功率振蕩電路產(chǎn)生高頻交變電流；

所述三抽頭發(fā)射線圈把高頻電流轉(zhuǎn)換為高頻磁場發(fā)射出去；所述三抽頭發(fā)射線圈采用平面螺旋式結(jié)構(gòu)，使得匝與匝之間保持在一個平面上緊密結(jié)合；所述三抽頭發(fā)射線圈沿著軌道分段鋪設(shè)且垂直于軌道，三抽頭發(fā)射線圈的下部埋于地下，列車從三抽頭線圈內(nèi)部穿過；本裝置發(fā)射線圈采用平面螺旋式繞法，使得匝與匝之間保持在一個平面上緊密結(jié)合，L＝[(D×D)×(N×N)]/[(18×D)+(40×W)]，N-----是線圈的匝數(shù)，D-----是線圈的直徑，W------是線圈從一端到另一端的寬度，L是電感。電感隨著線圈的直徑增加，電感隨著線圈匝數(shù)的平方增加，3倍的匝數(shù)產(chǎn)生9倍的電感。匝數(shù)為二到四匝，到減小寄生電容對其的影響，繞制材料選用材質(zhì)較純的銅管，因為頻率越高趨膚效應(yīng)越強烈，在高頻下使用銅管和采用平面螺旋式繞制線圈同等電感阻抗下節(jié)約了有色金屬材料，并聯(lián)真空電容使頻率可調(diào)制為f。使用平面螺旋式繞法，使得線圈之間面與面的傳遞能量，而不是上述文獻中點與點的傳遞能量，進而平面螺旋式可以解決上述對心困難，并解決對心困難引起的能量劇烈波動。

所述諧振線圈組組成能量傳輸中繼通道，諧振線圈組布置在所述三抽頭發(fā)射線圈的兩側(cè)；數(shù)量不為定值，可以根據(jù)實際需要增加諧振線圈的數(shù)量；

所述接收線圈把空間高頻交變磁場接受轉(zhuǎn)換為高頻電流，線圈采用純度較高的銅質(zhì)材料制成，所述接收線圈同樣采用平面螺旋式結(jié)構(gòu)，接收線圈固定在每節(jié)車廂連接處的車框內(nèi)部；線圈諧振頻率為f，

線圈的諧振頻率的調(diào)節(jié)方法是根據(jù)，通過改變真空電容的大小來改變諧振頻率，使線圈之間諧振頻率都為同一個頻率f。

列車在接近發(fā)射線圈到離開發(fā)射線圈的過程中，能量傳遞示意圖曲線如圖3所示，a為諧振式能量衰減曲線，b為感應(yīng)式能量衰減曲線。諧振式無線傳輸系統(tǒng)與感應(yīng)式無線傳輸系統(tǒng)能量傳輸時間長，能量傳輸效率高。

所述三抽頭發(fā)射線圈、諧振線圈和接收線圈具有相同的諧振頻率特性；

所述高頻接收模塊把收集的高頻電磁波轉(zhuǎn)化為電能；所述電源管理模塊對轉(zhuǎn)化的電能進行管理供列車蓄電池使用。

做為本實用新型的進一步改進，所述高頻發(fā)射模塊包括高頻信號發(fā)生電路、甲乙類推挽功率放大電路、發(fā)射電路；

所述高頻信號發(fā)生電路由電容C1-電容C4、三極管Q2、電阻R1-R4、線圈L3組成的電容三點式振蕩信號發(fā)生電路；甲乙類推挽功率放大電路由電容C1、電容C6、三極管Q1、R5-R8、MOS管T1、MOS管T2構(gòu)成；以上兩種電路都為現(xiàn)有電路，具體結(jié)構(gòu)如電路圖所示。

所述發(fā)射電路由電容C7、電容C8、線圈L1、線圈L2組成，所述電容C7的一端分別接甲乙類推挽功率放大電路的MOS管T1和線圈L1的一端，所述電容C7的另一端接線圈L1的另一端、電源、線圈L2的一端、電容C8的一端，所述電容C8的另一端接所述線圈L2的另一端和MOS管T2，所述線圈L1、線圈L2構(gòu)成了一個帶中心抽頭的所述三抽頭發(fā)射線圈，在半個周期內(nèi)若輸入高電平信號經(jīng)MOS管T1門極，則MOS管T1導(dǎo)通，電流Ia流經(jīng)線圈L1，能量由線圈L1發(fā)射出去，MOS管T2經(jīng)過三極管Q1反向后MOS管T2端為低電平信號，則MOS管T2為高阻斷狀態(tài)；在另半個周期內(nèi)若輸入高電平信號經(jīng)MOS管T2門極，則MOS管T2導(dǎo)通，電流Ib流經(jīng)線圈L2，能量由線圈L2發(fā)射出去，這時MOS管T1門極電壓為低電平信號，則MOS管T1為高阻斷狀態(tài)，電流Ia與Ib輪流出現(xiàn)。由于電磁感應(yīng)得到的仍是一個正負交變的交流信號，正負半周都具有，基本上波形信號不失真輸出，從而達到推挽放大輸出。采用改進過的甲乙類推挽功率放大器電路，就解決了開關(guān)特性難以完全一致導(dǎo)致的開關(guān)管極易燒毀的現(xiàn)象，通過改用帶中心抽頭的三抽頭線圈，使開關(guān)管的用量減少一半，工作頻率也得到了提高，進而工作效率也隨之提高。在管子型號相同時，乙類推挽放大器的輸出功率可以提高到單管功率放大器的六倍左右。為解決這些問題，本實用新型利用無線電能諧振傳輸技術(shù)向地鐵列車提供穩(wěn)定、可靠的電能，且節(jié)約能源。

還包括射頻接收模塊10和射頻發(fā)射模塊11，所述射頻接收模塊安裝在軌道一側(cè)，所述射頻發(fā)射模塊安裝在列車的車頭和車尾。射頻接收模塊、射頻發(fā)射模塊采用射頻技術(shù)，使得線圈在列車通過的時刻分段供電，這樣列車達到哪段線圈，立即開啟此段線圈的輸出同時將關(guān)閉前一段線圈的輸出，起到節(jié)約電能的作用。

以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。