CN111697712A - 一种地下管网中设备的无线电能充电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地下管网中设备的无线电能充电装置，包括激光器和无线充电平台，其中：激光器，用于产生激光光束，并远距离传输给无线充电平台；无线充电平台包括激光扩束装置、抛物镜面、高透明棱镜和多结点光伏电池；激光扩束装置，用于接收激光器发出的激光光束，并在进行扩大后，将激光平行射出给抛物镜面；抛物镜面，位于激光扩束装置的正上方，用于对激光扩束装置发来的激光进行发射，并会聚到高透明棱镜中；高透明棱镜，用于接收抛物镜面会聚过滤的激光，然后折射到下方的多结点光伏电池上；多结点光伏电池，用于对地下管网中的设备进行充电。本发明可以安全、可靠地对地下管网中的传感器或者无人机进行充电，保证地下管网的安全使用。
Description
技术领域
本发明涉及无线充电技术领域，特别是涉及一种地下管网中设备的无线电能充电装置。
背景技术
目前，地下管网是我国城市化建设进程中的重中之重，是发挥城市功能，确保城市经济、社会健康、协调发展的重要物质基础，呈现着错综复杂、相互交叠的立体特征，城市地下管网是城市基础设施建设的重要组成部分，是一座城市能量输送、物质传输、信息传递、排涝减灾和废物排弃的重要载体。
为了对地下管网的环境进行监控，目前可以使用无人机进行巡检，或者使用传感器(例如压力传感器、温度传感器等)进行监测。
但是，对于使用可充电电池的传感器以及无人机，它们在使用较长时间后，便会失去电力，无法正常工作，而人们无法深入到狭窄的地下管网中对它们进行充电或者更换地址，因此，严重影响了对地下管网的环境监测，无法及时消除地下管网的安全隐患，保证地下管网的安全使用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种地下管网中设备的无线电能充电装置，其可以安全、可靠地对地下管网中的传感器或者无人机进行充电，保证地下管网的安全使用，有利于广泛地应用，具有重大的生产实践意义。
为此，本发明提供了一种地下管网中设备的无线电能充电装置，包括激光器和无线充电平台，其中：
激光器，用于产生激光光束，并远距离传输给无线充电平台；
无线充电平台包括激光扩束装置、抛物镜面、高透明棱镜和多结点光伏电池；
激光扩束装置，用于接收所述激光器发出的激光光束，并在进行扩大后，将激光平行射出给抛物镜面；
抛物镜面，位于激光扩束装置的正上方，抛物镜面的形状为弧形，其弧心位于抛物镜面和激光扩束装置之间的位置，并且其弧心设置有透明棱镜；
抛物镜面，用于对激光扩束装置发来的激光进行发射，并会聚到高透明棱镜中；
高透明棱镜，用于接收抛物镜面会聚过滤的激光，然后折射到其下方的多结点光伏电池上；
多结点光伏电池，用于吸收所述高透明棱镜折射过来的激光的光能，并转化为电能实时进行存储，以及用于对地下管网中的设备进行充电。
其中，所述地下管网中的设备包括传感器或者无人机。
其中，所述激光器采用的激励能量源包括电能、太阳能和风能中的任意一种。
其中，所述激光器为光纤耦合半导体激光器。
其中，所述多结点光伏电池的正下方，设置有散热片。
其中，所述散热片为铝鳍散热片。
由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种地下管网中设备的无线电能充电装置，其可以安全、可靠地对地下管网中的传感器或者无人机进行充电，保证地下管网的安全使用，有利于广泛地应用，具有重大的生产实践意义。
附图说明
图1为本发明提供的一种地下管网中设备的无线电能充电装置的结构示意图；
图中，1为激励能量源；2为激光器；3为激光扩束装置；4为散热片；5为多结点光伏电池；6为高透明棱镜；7为抛物镜面；8为无线充电平台，10为无人机。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更换地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
参见图1，本发明提供了一种地下管网中设备的无线电能充电装置，包括激光器2和无线充电平台8，其中：
激光器2，用于产生激光光束，并远距离传输给无线充电平台8；
无线充电平台8包括激光扩束装置3、抛物镜面7、高透明棱镜6和多结点光伏电池5；
激光扩束装置3，用于接收所述激光器2发出的激光光束，并在进行扩大后，将激光平行射出给抛物镜面7；
抛物镜面7，位于激光扩束装置3的正上方，抛物镜面7的形状为弧形，其弧心(即圆心)位于抛物镜面7和激光扩束装置3之间的位置，并且其弧心设置有透明棱镜6；
抛物镜面7，用于对激光扩束装置3发来的激光进行发射，并会聚到高透明棱镜6中；
高透明棱镜6，用于接收抛物镜面7会聚过滤的激光，然后折射到其下方的多结点光伏电池5上；
多结点光伏电池5，其作为一种高效率的太阳能电池，用于吸收所述高透明棱镜6折射过来的激光的光能，并转化为电能实时进行存储，以及用于对地下管网中的设备(例如传感器或者无人机10)进行充电(例如进行电磁感应式无线充电，或者插接后有线充电)。
需要说明的是，对于本发明，其采用激光来进行无线电力传输，首先通过受激辐射放大将电能转换为激光，再将激光照射到接收装置上(一般为光伏电池)进行光电转换。该种输电方法具有传输距离远、传输效率高、接收装置小、适合小型电子设备使用等优点，对地下环境下的传感器或巡检无人机等进行电力传输具有独特的应用价值。
在本发明中，具体实现上，所述激光器2采用的激励能量源1包括电能、太阳能和风能中的任意一种。
在本发明中，具体实现上，所述激光器2优选为808nm波长的光纤耦合半导体激光器。
在本发明中，具体实现上，激光扩束装置3为现有的激光扩束器，用于扩大平行输入光束的直径，至较大的平行输出光束。
在本发明中，具体实现上，所述多结点光伏电池5的正下方，设置有散热片4。
具体实现上，所述散热片4优选为铝鳍散热片。
在本发明中，具体实现上，所述多结点光伏电池5采用的光电转换材料包括多晶硅、单晶硅和III-V族半导体等。
因此，对于本发明，其克服现有技术的不足，结合实际应用，搭载激光扩束装置的无线电能充电装置能够安装到地下管网的任意位置，为地下管网环境下的传感器或巡检无人机充当备用电源，提供了非常方便的服务。
具体实现上，对于本发明，应用场景可以为在地下管网中巡线的无人机(或电量不足的传感器)，在电量不足后，急需找到充电平台补充电能。在地下管道中安装无线充电平台，无人机通过现有的定位技术，自动寻找悬浮于无线充电平台上，无线充电平台开始为无人机充电。
需要说明的是，对于本发明，利用激光光束在普通大气空间传输能量，利用电能、太阳能、风能等能量形式作为激励能量源1，激励808nm波长的光纤耦合半导体激光器2作为系统光源。经过光束整形后，产生高光束质量、小束散角、直径较粗的能量激光光束。经激光扩束装置3后扩大的激光平行射出，并且激光扩束装置3的底座可移动并具有跟踪激光功能，当激光以各种角度入射时，可迅速调整激光扩束装置3的姿态。
经由抛物镜面7将激光光束反射会聚到高透明棱镜6中，通过多结点光伏电池5将光能转化为电能，经过整流、滤波之后的，可以直接为微型飞行器等充电。能量转换过程中产生的热能由铝鳍散热片4吸收。
基于以上技术方案可知，对于本发明，采用激光作为无线电能传输方式，由于激光方向性好，能量集中等特点使得大量光能可集中在一极小空间范围被接收，因此，该种输电方法具有传输距离远、传输效率高、接收装置小、适合小型电子设备使用等优点，对地下传感器进行电力传输具有独特的应用价值。例如，采用激光远程充电技术，将使地下巡检的无人机持续工作成为可能。
此外，对于本发明，激光光束在大气传输过程中，考虑到大气分子的吸收效应、大气分子的散射效应、大气湍流以及大气溶胶的影响，激光光束能量会衰减。因此，需要聚光装置将激光光束进行聚光。本发明采用抛物镜面方式将激光会聚到高透明棱镜中，再通过多结点光伏电池将光能转化为电能。本发明的聚光装置，一方面，使电池芯片单位面积接收的辐射功率密度大幅度地增加，太阳电池光电转化效率得以提高；另一方面，对于给定的输出功率，可以大幅度降低太阳能电池芯片的消耗，从而降低系统的成本。
综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种地下管网中设备的无线电能充电装置，其可以安全、可靠地对地下管网中的传感器或者无人机进行充电，保证地下管网的安全使用，有利于广泛地应用，具有重大的生产实践意义。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种地下管网中设备的无线电能充电装置，其特征在于，包括激光器(2)和无线充电平台(8)，其中：
激光器(2)，用于产生激光光束，并远距离传输给无线充电平台(8)；
无线充电平台(8)包括激光扩束装置(3)、抛物镜面(7)、高透明棱镜(6)和多结点光伏电池(5)；
激光扩束装置(3)，用于接收所述激光器(2)发出的激光光束，并在进行扩大后，将激光平行射出给抛物镜面(7)；
抛物镜面(7)，位于激光扩束装置(3)的正上方，抛物镜面(7)的形状为弧形，其弧心位于抛物镜面(7)和激光扩束装置(3)之间的位置，并且其弧心设置有透明棱镜(6)；
抛物镜面(7)，用于对激光扩束装置(3)发来的激光进行发射，并会聚到高透明棱镜(6)中；
高透明棱镜(6)，用于接收抛物镜面(7)会聚过滤的激光，然后折射到其下方的多结点光伏电池(5)上；
多结点光伏电池(5)，用于吸收所述高透明棱镜(6)折射过来的激光的光能，并转化为电能实时进行存储，以及用于对地下管网中的设备进行充电。
2.如权利要求1所述的无线电能充电装置，其特征在于，所述地下管网中的设备包括传感器或者无人机(10)。
3.如权利要求1所述的无线电能充电装置，其特征在于，所述激光器(2)采用的激励能量源(1)包括电能、太阳能和风能中的任意一种。
4.如权利要求1所述的无线电能充电装置，其特征在于，所述激光器(2)为光纤耦合半导体激光器。
5.如权利要求1至4中任一项所述的无线电能充电装置，其特征在于，所述多结点光伏电池(5)的正下方，设置有散热片(4)。
6.如权利要求5所述的无线电能充电装置，其特征在于，所述散热片(4)为铝鳍散热片。
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