[發明專利]一種感應耦合式電能量無線傳輸裝置及傳輸方法

有效

• 申請號: 201610311285.X
• 申請日: 2016-05-12
• 公開（公告）號: CN105827021B
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發明（設計）人: 陳文薌
• 申請（專利權）人: 陳文薌
• 主分類號: H02J50/10
• 分類號: H02J50/10;H02J50/12
• 代理公司: 北京華仲龍騰專利代理事務所(普通合伙)11548
• 代理人: 李靜

技術領域：

本發明涉及非接觸供電領域，尤其適合于電動汽車、機器人、水下電能傳輸等不適合接觸式的一種感應耦合式電能量無線傳輸裝置及傳輸方法。

背景技術：

眾所周知，電能量傳輸一般都是通過電導體接觸緊固裝置或者接觸式插頭從電網獲取，但在一些特殊場合，通過電導體接觸式的電能量傳輸可能會引起接觸不良、過熱燃燒等一些問題。為了解決特殊場合電能量傳輸，國內外提出了許多電能量無線傳輸的方法，如微波、激光、超聲、電磁感應耦合(簡稱感應耦合)等無線電能傳輸方法。在這些方法中，感應耦合無線能量傳輸方式發展最快。感應耦合電能量無線傳輸是基于松耦合變壓器原理，送往負載的電能先通過電源變換器轉換成交流電，交流電的電能量通過松耦合變壓器初級線圈產生交變磁場能量，交變磁場能量被耦合次級線圈，次級線圈將耦合到次邊的交變磁場能量轉換成電能量并送往負載。感應耦合電能量無線傳輸需首要解決傳輸效率低的問題。傳輸效率低導致了許多困難，如初級電能量無法全部傳遞到次級，遺留的能量必然要在初級滯留，滯留的能量一部分返回電源，一部分則產生強大的電應力或熱影響初級電結構，結果造成傳遞功率、效率低，電路工作不穩定、不可靠。傳輸效率低的問題在理論層面可抽象為松耦合變壓器漏感大、漏感數值受各種因素影響大的問題，表現的現象為無功功率大、不穩定。文獻《Stability and control of inductively coupled power transfer systems》(IEEE Proceedings-Electric Power Applications,2000,147(1),pp:37-43)提出了在初級、次級加入諧振網絡，消除無功功率的方法，解決了松耦合導致的諸多問題。但該方法的問題是工作時需要電源變換器的工作頻率與諧振網絡諧振頻率一致(即處于諧振狀態)，因此實際使用時常應為失諧而不能正常工作。為此，專利CN201310065865.1與CN201110283083.6提出了一種采用相控電容、專利CN201310066463.3提出了一種采用可控電感分別進行諧振補償跟蹤的方法維持電源變換器與諧振網絡的諧振頻率一致，借此改善諧振網絡失諧的問題，這種方法由于采用的補償電容或補償電感數量有限，只能在有限個頻率范圍進行諧振頻率補償跟蹤，因此無法真正解決電源變換器與諧振網絡諧振頻率工作頻率必須一致的難題；文獻《感應電能傳輸系統能量注入控制方法研究》(電子科技大學學報，Vol.40 No.1，2011年1月，pp:69-72)提出了一種將電源變換器與諧振網絡之間的工作配合過程分為能量注入與自由諧振兩個階段的方法，這個方法雖然能夠改善電路設計分析過程中數學模型的復雜程度和為能量控制策略提供一種新的方法，但為了保證電路工作時的軟開關條件，電源變換器與諧振網絡的工作頻率依然必須保持一致。總之，雖然有許多有益的措施進行了系統諧振補償或者控制策略改變，但由于沒有將電源變換器與諧振網絡完全解耦，電源變換器工作頻率必須與諧振網絡的諧振頻率保持一致的約束并沒得到解決，因此，由于實際的電能量無線傳輸環境各種變動因素復雜，上述的方法實際應用效果并不理想。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能量注入過程與諧振過程分時進行的感應耦合電式電能量無線傳輸裝置。

本發明的另一個目的在于提供一種感應耦合式電能量無線傳輸裝置的傳輸方法，與目前感應耦合式電能量無線傳輸的方法不同，該傳輸方法將一個能量傳輸周期分為能量注入模式、自適應諧振模式、關斷模式三個模式，實現大功率高效率的電能量傳輸。