[發明專利]一種磁場耦合式與電場耦合式結合的無線電能傳輸系統

在審

• 申請號: 201711154229.0
• 申請日: 2017-11-20
• 公開（公告）號: CN107959355A
• 公開（公告）日: 2018-04-24
• 發明（設計）人: 麥瑞坤;羅博;龍濤
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H02J50/05;H02J50/40
• 代理公司: 成都盈信專利代理事務所(普通合伙)51245
• 代理人: 崔建中

技術領域

本發明涉及無線電能傳輸領域，特別是一種磁場耦合式與電場耦合式結合的無線電能傳輸系統。

背景技術

無線電能傳輸技術以非接觸的方式向用電器進行靈活、安全、可靠供電，避免了傳統拔插式電能傳輸系統存在的接觸火花、漏電等安全問題，同時解決了在一些場合下無法使用電線進行電氣連接的問題。該技術已經廣泛運用于內置式醫療裝置、消費電子產品、照明和電動汽車等領域。

目前，無線電能傳輸技術有磁場耦合式和電場耦合式兩種。磁場耦合式無線電能傳輸技術在國內外研究較多，該技術已比較成熟，在無線充電領域得到了很好的應用。但該技術用到的是特定繞制的銅線，需要大量的銅材，成本較高。同時，若有金屬物處于激發的磁場周圍，則會對磁場產生屏蔽作用并在金屬內部產生渦流，增加損耗。

電場耦合式無線電能傳輸技術相對與磁場耦合式無線電能傳輸技術研究較晚，它依靠兩對金屬極板間的電場傳輸能量，傳輸機構重量輕，成本低，產生的電場對周圍金屬影響小。但是構成耦合機構的金屬極板間的等效電容值非常小，通常在幾皮法到幾十皮法，為了降低極板電容的容抗，系統開關頻率通常設置在MHz級，而且要使耦合極板順利地傳遞能量，通常加在耦合極板兩端的電壓很高。

兩種方式的無線電能傳輸系統的耦合機構的作用只是為了傳遞能量，為達這一目的，系統還需要另外的補償電容或補償電感使系統諧振，這增加了系統的元件數量。對于電場耦合式無線電能傳輸系統來說，較低的極板等效電容通常需要較大的電感進行補償，而且較大感值的電感一般是難以制作的，由此增加了制作成本。同時較高的系統開關頻率使得無源諧振元件承受較大的電壓應力，增加了系統的安全問題。

無論是磁場耦合式還是電場耦合式無線電能傳輸系統，它們的耦合機構都只有一種，當此耦合機構傳輸大功率電能時，耦合線圈或耦合極板都要單獨承受較大的功率，不利于耦合機構持續安全工作。

發明內容

本發明的目的是提供一種磁場耦合式與電場耦合式結合的無線電能傳輸系統，實現耦合電感和耦合極板同時傳輸電能，將電能從一路通道傳輸擴展到兩路通道傳輸。

實現本發明目的的技術方案如下：

一種磁場耦合式與電場耦合式結合的無線電能傳輸系統，包括直流電源和高頻逆變電路H，直流電源連接到高頻逆變電路H的輸入端；還包括整流電路R和負載R_Load，整流電路R的輸出端連接到負載R_Load；還包括發射端補償電容C_P、發射端耦合電感L_P、第一發射端極板、第二發射端極板、第一接收端極板、第二接收端極板、接收端耦合電感L_S和接收端補償電容C_S；

高頻逆變電路H的一個輸出端通過發射端補償電容C_P連接到第一發射端極板，另一個輸出端連接到第二發射端極板；發射端耦合電感L_P的同名端連接到第一發射端極板，異名端連接到第二發射端極板；

整流電路R的一個輸入端通過接收端補償電容C_S連接到第一接收端極板，另一個輸入端連接到第二接收端極板；接收端耦合電感L_S的異名端連接到第一接收端極板，同名端連接到第二接收端極板；

第一發射端極板與第一接收端極板耦合，第二發射端極板與第二接收端極板耦合；發射端耦合電感L_P與接收端耦合電感L_S耦合。

本發明的有益效果是：

1.本發明可增大系統的傳輸容量，提高系統安全性。本發明是一種磁場耦合式與電場耦合式結合的無線電能傳輸系統，實現耦合電感和耦合極板同時傳輸電能，將電能從一路通道傳輸擴展到兩路通道傳輸，相比于單個耦合機構傳輸電能時，本發明可提高系統安全性。

2.本發明系統結構簡單，中間電路部分除了兩個耦合機構外，只有兩個串聯補償電容，相比于其他類似系統來說本系統元件數量大大減少。

3.本發明中的磁場耦合機構和電場耦合機構既能傳輸能量，又能作為彼此的補償元件，可提高元件利用率。

4.本發明充分利用耦合電感兩端較高的阻抗電壓來激發交變電場以使耦合極板傳遞能量。系統頻率較高，接近MHz級，使得耦合電感的阻抗較高，阻抗電壓很大，而耦合極板傳遞能量需要較高的交變電壓，將兩種耦合機構并置連接，耦合極板便可利用耦合電感兩端的交變高壓順利的傳遞能量。

附圖說明

圖1為本發明無線電能傳輸系統的電路結構示意圖；