[发明专利]一种激光无线传能发射接收系统

说明书

本发明提供了一种激光无线传能发射接收系统，能够提高接收端的接收率，并且光电池占空比高。本发明的一种激光无线传能的发射接收系统，应用于固定距离的激光传能。本发明通过采用发射均匀分布的矩形光束的激光发射端以及投影镜组，使得投射到接收端的光斑为矩形均匀光斑，避免了高斯光斑造成平铺光电池阵列接收效率低的问题；同时光电池接收单元形状与投射矩形光斑形状匹配，避免了圆形光斑与光电池接收单元形状不匹配带来的占空比低的问题，提高了接收效率。本发明的光电池接收单元为矩形，避免了复杂的光电池环形排布，光电池在接收单元上能够实现简单排布。

技术领域

本发明涉及激光无线能量传输技术领域，具体涉及一种激光无线传能发射接收系统，适用于固定距离激光无线能量传输的高效率能量接收。

背景技术

激光无线传能系统利用光电效应，以高能量激光束作为能量载体，对远端用电设备进行非接触能量传输，是长距离无线传能的主要手段，在远距离无线供电领域拥有着广泛的应用前景。激光无线能量传输系统的接收效率是影响整体效率的关键环节。

目前激光无线传能系统发射端普遍采用准直光学系统实现光束的准直发射，照射在接收端的激光光斑为圆形，强度呈高斯分布；接收端主要有接收天线聚光接收(专利CN201610794867.8)和光电池平铺接收(专利CN201310641817.2)两种方式。其中，专利CN201610794867.8中所述激光无线传能系统采用接收天线聚光接收的形式，为接收到更多光能，接收天线口径、体积以及重量均会增加，改变充电设备外形结构会增加负重，并且当激光能量过大时，高倍聚光接收会损伤光电池。专利CN201310641817.2中采用光电池平铺方式接收光能，接收端由于光照不均匀使得单个光电池的输出特性不同，降低了接收效率；同时，激光光斑为圆形，与矩形的光电池形状不匹配，远大于单个光电池面积，接收端光斑分布不均匀、形状不匹配。因此专利CN201310641817.2提出以激光光斑的能量分布特性为依据排布光电池，进行串并联设计，同时将两百多片矩形光电池排布成圆形，但该方法将同一串联电路上的光电池尽可能的排布在光斑环形等照度区域，不仅排布方式复杂，而且形状不能完全匹配；同时使用数百个矩形光电池排布成圆形，降低了光电池的占空比，造成资源浪费。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种激光无线传能发射接收系统，能够提高接收端的接收率，并且光电池占空比高。

本发明的一种激光无线传能发射接收系统，包括激光发射端、投影镜组以及光电池接收单元，其中所述激光发射端用于发射均匀分布的矩形光束，所述投影镜组将激光发射端发射的矩形光束进行设定倍数的放大，激光发射端出射的矩形光束经投影镜组投影至设定距离处的光电池接收单元上，所述光电池接收单元接收面整体为矩形，与投射到其上的矩形光斑形状一致。

其中，所述激光发射端包括激光器、耦合镜组以及匀光单元，所述激光器发出用于传能的激光束，所述耦合镜组用于将激光器发出的光耦合进匀光单元，所述匀光单元出射端口为矩形，所述匀光单元用于将输入的激光进行匀光，输出矩形激光光束。

其中，所述匀光单元为方芯光纤或方芯匀光棒。

其中，所述光电池接收单元的接收面采用矩形光电池进行拼接排布。

其中，所述投影镜组包括均为球面镜的第一透镜、第二透镜以及第三透镜。

有益效果：

本发明的一种激光无线传能的发射接收系统，应用于固定距离的激光传能。本发明通过采用发射均匀分布的矩形光束的激光发射端以及投影镜组，使得投射到接收端的光斑为矩形均匀光斑，避免了高斯光斑造成平铺光电池阵列接收效率低的问题；同时光电池接收单元形状与投射矩形光斑形状匹配，避免了圆形光斑与光电池接收单元形状不匹配带来的占空比低的问题，提高了接收效率。

本发明的光电池接收单元为矩形，避免了复杂的光电池环形排布，光电池在接收单元上能够实现简单排布。