[發明專利]一種基于電場耦合的無線電能傳輸系統

有效

• 申請號: 201210358473.X
• 申請日: 2012-09-25
• 公開（公告）號: CN102882286A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 蘇玉剛;唐春森;王智慧;戴欣;孫躍
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H02J17/00
• 分類號: H02J17/00;H02M3/28
• 代理公司: 重慶市前沿專利事務所 50211
• 代理人: 郭云

技術領域

本發明涉及到無線電能傳輸技術，具體地說，是一種基于電場耦合的無線電能傳輸系統。

背景技術

隨著科技的進步，人們對于電源質量要求越來越高，要求其具有便攜，安全，高效，環保等特點，而以擺脫電纜線束縛為初衷的無線電能傳輸技術使這一愿望在電能的使用上成為可能。所謂無線電能傳輸技術(Wireless?Power?Transmission?Technique)是指綜合利用現代電力電子能量變換技術、電路理論、微電子技術和現代控制等技術，實現電能從電源（電網或電池）通過軟介質（如電場、磁場、微波、激光等）以非電氣接觸模式傳遞給用電設備，或用電設備通過軟介質將能量回饋電源。

目前，無線電能傳輸技術的研究主要集中在以下幾種：電磁感應，磁共振，微波，激光等。從目前國內外的研究看來，感應耦合電能傳輸（ICPT，Inductive?Coupled?Power?Transfer）技術的應用最為廣泛。但是在ICPT技術中，電磁干擾問題和金屬障礙物能量傳輸阻斷問題一直是影響ICPT技術更進一步發展的關鍵問題。于是在能量的無線傳輸中，人們又開始將目光轉向一種新型的無線電能傳輸技術，即電場耦合電能傳輸（ECPT，Electrical-field?coupl?ed?power?transfer）技術。它相對于目前廣泛應用的ICPT技術而言，在能量的傳輸過程中采用電場耦合的電能傳輸方式，以鋁、銅等金屬薄板替代ICPT系統中以高頻李茲線和磁芯組成的耦合機構，可以顯著減小系統體積和重量，提高了耦合機構的柔韌性，降低電磁屏蔽的難度，并能克服金屬障礙物對能量的阻斷，且不會導致周圍導體產生渦流發熱。

現有技術中，中國專利200420102336.0公開了一種使用電場耦合變壓器構成的直流變換器，該文獻將電場耦合技術應用于直流變換器中，解決了電感耦合技術的部分缺陷。歐洲專利國際申請號：PCT/IB2003/005523，國際公布號為：WO?2004/038920(06.05.2004Gazette?2004/19)公開一種容性耦合的電源，該專利將E類放大器利用于電場耦合當中，當負載阻值變化的時候，其檢測回路電流用于控制開關管的頻率與占空比，到達控制目的。

文獻：Gurhan?Alper?Kendir,Wentai?Liu，Mohanasankar?Sivaprakasam，Mark?S.Humayun。An?Optimal?Design?Methodology?for?Inductive?Power?Link?With?Class-E?Amplifier[J].IEEE?TRANSACTIONS?ON?CIRCUITS?AND?SYSTEMS.VOL.52,NO.5,MAY?2005對于E類放大器在磁場耦合方式的工作原理及控制方法也進行了相關論述。

而在現有的ECPT系統應用中，由于其耦合極板通常是一個分離結構，在工作過程中，不同的耦合狀態下傳輸距離可能發生改變，使得系統結構參數發生變化，從而導致系統功率傳輸能力和傳輸效率下降，甚至系統會處于不穩定的工作狀態。綜合分析現有的專利與文獻，結果表明該關鍵技術問題尚無較好的解決方案。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出一種基于電場耦合的無線電能傳輸系統，考慮了耦合極板位移變化問題并且提高了系統的傳輸能量和傳輸效率。

為達到上述目的，本發明的所采用的技術方案如下：

一種基于電場耦合的無線電能傳輸系統，包括電源電路、高頻逆變電路、調諧電路、電場耦合極板、整流濾波電路以及負載電路，其關鍵在于：還包括耦合電容檢測模塊、控制器以及定頻驅動電路，所述調諧電路中設置有電容補償陣列，耦合電容檢測模塊用于檢測電場耦合極板的參數，控制器接收耦合電容檢測模塊所檢測的參數并控制所述調諧電路中電容補償陣列的補償值，控制器還用于輸出定頻控制信號，該定頻控制信號經定頻驅動電路后驅動所述高頻逆變電路工作。

電源電路可以是交流市電經過整流后得到的直流電源，也可以是直接接入穩定直流電源。電源電路提供的直流電經過高頻逆變電路轉換得到高頻交流電，高頻交流電經過諧振電路進行調諧，最后加載到電場耦合極板上，通過電場耦合極板產生交互電場，在交互電場作用下產生位移電流“流過”極板實現能量傳輸，通過整流濾波電路進行整流和濾波，最后向負載電路提供穩定的功率輸出。