[發(fā)明專利]基于新型拓?fù)涞碾妶?chǎng)耦合型無線電能傳輸系統(tǒng)及控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310547499.3
• 申請(qǐng)日: 2013-11-07
• 公開（公告）號(hào): CN103560593A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘇玉剛;唐春森;徐健;戴欣;孫躍;王智慧;葉兆虹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J17/00
• 分類號(hào): H02J17/00;H02M7/48
• 代理公司: 重慶為信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 50216
• 代理人: 余錦曦

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電場(chǎng)耦合型無線電能傳輸（Electrical-field?coupled?power?transfer）技術(shù)，簡稱ECPT技術(shù)，尤其涉及一種基于新型拓?fù)涞碾妶?chǎng)耦合型無線能量傳輸系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)

近年來，在無線電能傳輸技術(shù)領(lǐng)域，基于電場(chǎng)耦合技術(shù)的無線電能傳輸技術(shù)因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)得到了國內(nèi)外許多的研究者的重視。從目前取得的研究成果可以看出，ECPT系統(tǒng)的耦合電極簡易輕薄并且形狀不受限制，系統(tǒng)具有較好的柔韌性并且整體的成本低；拾取電極甚至可以設(shè)計(jì)成空腔結(jié)構(gòu)，副邊相關(guān)的集成電路也可以包圍在內(nèi)部，拾取電路的設(shè)計(jì)形式多樣性較強(qiáng)；在工作狀態(tài)中電場(chǎng)耦合結(jié)構(gòu)的絕大部分電通量分布于電極之間，對(duì)周圍環(huán)境的電磁干擾很小；尤其是當(dāng)電場(chǎng)耦合機(jī)構(gòu)之間或周圍存在金屬導(dǎo)體時(shí)，不會(huì)引起導(dǎo)體產(chǎn)生渦流損耗。基于以上的特點(diǎn)，利用電場(chǎng)耦合實(shí)現(xiàn)電能無線傳輸在一些有特殊要求的領(lǐng)域具有自己的優(yōu)勢(shì)。

縱觀目前的ECPT系統(tǒng)，均存在傳輸功率低、傳輸距離小，傳輸系統(tǒng)不穩(wěn)定等共性的問題。ECPT系統(tǒng)要提升傳輸功率與效率需采用提高耦合機(jī)構(gòu)兩端驅(qū)動(dòng)交流電的電壓與頻率，降低耦合機(jī)構(gòu)高頻阻抗的辦法,然而卻存在抬高耦合機(jī)構(gòu)兩端高頻電壓用以增強(qiáng)電場(chǎng)強(qiáng)度以及如何降低高頻開關(guān)管兩端電壓以滿足現(xiàn)階段高頻電力電子器件需求這一相互制約的問題，亟待從電能變換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)根本上解決，達(dá)到兩者需求矛盾的統(tǒng)一。并且ECPT系統(tǒng)能量發(fā)射電極與拾取電極的相對(duì)移動(dòng)會(huì)改變電極的耦合系數(shù)。而耦合系數(shù)的時(shí)變會(huì)導(dǎo)致ECPT產(chǎn)生固有頻率漂移的問題，無法保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述缺陷，本發(fā)明首先提供一種基于新型拓?fù)涞碾妶?chǎng)耦合型無線電能傳輸系統(tǒng)，改變逆變電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提出一種融合高頻變壓器的ECPT系統(tǒng)的電能變換拓?fù)洌M(jìn)一步完善拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),從而解決抬高耦合機(jī)構(gòu)兩端高頻電壓，增強(qiáng)電場(chǎng)強(qiáng)度，提升傳輸距離以及如何降低高頻開關(guān)管兩端電壓以滿足現(xiàn)階段高頻電力電子器件需求這一相互制約問題，同時(shí)增設(shè)相應(yīng)的電感補(bǔ)償調(diào)諧模塊，以解決耦合系數(shù)的時(shí)變導(dǎo)致ECPT產(chǎn)生固有頻率漂移的問題，保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：

一種基于新型拓?fù)涞碾妶?chǎng)耦合型無線電能傳輸系統(tǒng)，包括高頻逆變器、高頻諧振器、電場(chǎng)耦合機(jī)構(gòu)以及電能變換環(huán)節(jié)，所述高頻逆變器從電源電路中獲取電能，該電能經(jīng)過高頻逆變和高頻諧振后由所述電場(chǎng)耦合機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)無線電能傳輸，所述電能變換環(huán)節(jié)從所述電場(chǎng)耦合機(jī)構(gòu)中獲取能量并實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載供電，其關(guān)鍵在于：

所述高頻逆變器為雙E類放大高頻逆變器，該高頻逆變器與高頻諧振器之間還設(shè)置有高頻變壓器，所述高頻諧振器上還連接有控制器，該控制器從高頻諧振器中獲取諧振電流和諧振電壓，在控制器的輸出端還連接有電感補(bǔ)償調(diào)諧模塊和驅(qū)動(dòng)電路，控制器根據(jù)高頻諧振器中的諧振電流和諧振電壓改變所述電感補(bǔ)償調(diào)諧模塊輸出的電感值，控制器還通過所述驅(qū)動(dòng)電路輸出PWM信號(hào)控制所述高頻逆變器工作。

通過采用雙E類放大高頻逆變器，提高了系統(tǒng)的功率容量，降低開關(guān)管的電壓，減少了開關(guān)損耗，通過高頻變壓器將高頻逆變器輸出的正弦波形提升為高壓小電流狀態(tài)，使得系統(tǒng)單位面積的能量傳輸密度大大增強(qiáng)，從而提升系統(tǒng)傳輸能力,減小了諧振電感體積。高壓的高頻交流電經(jīng)過高頻諧振器進(jìn)行調(diào)諧，最后加載到電場(chǎng)耦合極板上，通過電場(chǎng)耦合極板產(chǎn)生交互電場(chǎng)，在交互電場(chǎng)作用下產(chǎn)生位移電流“流過”極板實(shí)現(xiàn)能量傳輸，能量接收變換環(huán)節(jié)可以將拾取電能根據(jù)用電設(shè)備的需要，經(jīng)過同步整流后為不同的用電設(shè)備提供合適的直流電。當(dāng)電場(chǎng)耦合機(jī)構(gòu)中的耦合極板發(fā)生移位時(shí)，控制器可以通過調(diào)整電感補(bǔ)償調(diào)諧模塊的輸出電感值保證系統(tǒng)始終處于穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)保證高頻逆變器中的開關(guān)管處于軟開關(guān)狀態(tài)。相對(duì)于常規(guī)的電場(chǎng)耦合型無線電能傳輸系統(tǒng)而言，本發(fā)明系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)新穎、功率容量大，無線電能傳輸效率高，自適應(yīng)能力強(qiáng)。